In Twente is het ionen vissen met kroonethers tot ware kunst verheven

In de jaren zestig ontdekte de Amerikaanse chemicus Charles Pedersen in het laboratorium van DuPont bijna per ongeluk hoe geladen deeltjes als metaalionen opgelost kunnen worden in een niet-polair oplosmiddel. Verantwoordelijk hiervoor waren ringvormige moleculen met daarin zuurstofatomen, die in staat bleken om de ionen zodanig in te kapselen, dat ze effectief worden afgeschermd.

Pedersen noemde deze door hem gesynthetiseerde moleculen kroonethers. Inmiddels is een aparte tak van wetenschap ontstaan, de supramoleculaire chemie - 'het molecuul voorbij' - die in navolging van Pedersen en anderen grotere eenheden van verschillende moleculen bestudeert, die zich in een oplossing spontaan vormen. Een dergelijke zelf-assemblage en -herkenning is kenmerkend voor veel biologische processen, bijvoorbeeld die waarbij enzymen betrokken zijn.

Aan de universiteit van Twente heeft men in de groep van David Reinhoudt het vangen van ionen tot een ware kunst gemaakt. Daarbij wordt voornamelijk gebruik gemaakt van een speciale klasse van kroonethers, de calixarenen, van het Griekse woord kalix dat vaas betekent. Bij de standaardmethode om ionen uit een oplossing te verwijderen wordt gebruik gemaakt van zogenaamde ionenwisselaars. De calcium- en magnesium-ionen die de hardheid van het water veroorzaken worden hierin uitgewisseld voor onschadelijker natrium- of kalium-ionen.

Met de juiste calixarenen zouden oplossingen echter helemaal van ionen kunnen worden ontdaan, iets wat bijvoorbeeld goed van pas zou komen bij de zuivering van met radioactieve ionen (cesium-137, strontium-90) besmet water. De afgelopen paar jaar werden in Twente calixarenen gesynthetiseerd die twee ionen tegelijk kunnen binden. Op zich is dat niet zo bijzonder. Je hoeft immers alleen maar twee receptoren met elkaar te verbinden tot één nieuw molecuul. Onlangs werd echter een wel heel ingenieuze ionenvanger gepresenteerd (Angewandte Chemie 108, 1172). Deze is niet alleen in staat om keukenzout (natriumchloride) uit een oplossing te halen, het is essentieel dat eerst het positieve natrium-ion gebonden wordt, voordat het negatieve chloride-ion kan worden geplaatst: het is alsof het natrium-ion de deur voor het chloride-ion openzet. In de natuur worden soortgelijke allosterische effecten gebruikt om de activiteit van enzymen te reguleren, door de vorm ervan te veranderen. Voorlopig is de werking echter alleen nog aangetoond in chloroform, en moeten experimenten in water nog worden uitgevoerd.

    • Rob van den Berg