Scheikundigen aan de Universiteit van Amsterdam (UvA) zijn erin geslaagd om een stuk chiraal palladiummetaal te maken. De bevindingen van onder anderen Gadi Rothenberg, hoogleraar Heterogene katalyse en duurzame chemie aan de UvA, leiden tot een nieuwe groep materialen die de variëteit aan organische moleculen met de bijzondere eigenschappen van metalen combineren. De resultaten zijn deze week gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift 'Nature Chemistry'.
Chiraliteit is een Griekse term die betekent dat een object (bijvoorbeeld een molecuul) een spiegelbeeld heeft, zoals twee handen. Materialen kunnen chiraliteit hebben als zij asymmetrische centra bevatten of als zij linker- of rechterhandstructuren bevatten. Metalen zijn niet chiraal, want zij hebben geen asymmetrische centra én geen reden om speciale structuren te bevatten. In de experimenten van Rothenberg en zijn collega's is het nu gelukt om een palladiummetaal toch chiraal te maken met behulp van organische moleculen, die vervolgens verwijderd zijn.
Met een organische kern en metaalomringingen zijn de nieuwe materialen de tegenhangers van de bekende organometalen, waarbij een metaalatoom wordt omringd door organische moleculen. Deze nieuwe groep materialen combineert de variëteit aan organische moleculen met de bijzondere eigenschappen van metalen. De combinatiemogelijkheden zijn vrijwel oneindig, en bovendien is het proces zo eenvoudig dat je het zelfs door leerlingen op een middelbare school kunt laten uitvoeren.
Munt
Door gebruik te maken van eenvoudige neerslagtechnologie, waarbij moleculen naar de bodem van een vloeistof zakken, lukte het Rothenberg en dr. Laura Durán Pachón van de UvA om palladiumatomen rondom een chiraal organisch molecuul te kristalliseren. Na verwijdering van het molecuul ontstond een palladiummetaal met chirale poriën dat verder nog alle gebruikelijke metaaleigenschappen bezit zoals smeedbaarheid, geleidbaarheid en katalytische activiteit. Het bewijs voor behoud van deze eigenschappen toonde Rothenberg nog eens extra aan door van het chirale metaal een munt te slaan ter grootte van een twee eurocent.
De chiraliteit van het metaal kon op verschillende manieren experimenteel worden aangetoond. Prof. dr. Ron Naaman en drs. Tal Markus van het Weizmann Institute of Science in het Israëlische Rehovot lieten zien dat het chirale palladium - net als alle metalen - het foto-elektrische effect vertoont: als een hoog energetisch foton op het metaal botst, komt een elektron vrij. In experimenten met het palladiummuntstuk uit Amsterdam kon worden aangetoond dat het vrijkomende elektron verschilde, afhankelijk van de polarisatierichting van het foton dat op het metaal werd afgestuurd. Daarmee was het bewijs van chiraliteit geleverd. Een tweede bewijs werd geleverd door het verschil in adsorptievermogen van de twee verschillende chirale structuren van het metaal. In samenwerking met prof. dr. David Avnir en drs. Itzik Yosef van de Hebrew University van Jeruzalem werd bovendien de katalytische activiteit van het aangepaste palladium aangetoond.
Vidi-subsidie
Het onderzoek is gefinancierd met een Vidi-subsidie die Rothenberg in 2003 kreeg toegekend van NWO. Hij ontving de subsidie, bestemd voor onderzoekers die op postdocniveau vernieuwende ideeën hebben gegenereerd en deze zelfstandig tot ontwikkeling hebben gebracht, voor de ontwikkeling van een eigen onderzoekslijn.
Publicatiegegevens
L. Durán Pachón, I. Yosef, T.Z. Markus, R. Naaman, D. Avnir, G. Rothenberg, 2009. 'Chiral imprinting of palladium with cinchona alkaloids'. Nature Chemistry, 20 april 2009.