Japanners beperken 'shake en bake' met dendrimeren en laser

Toen de laser nog maar net was uitgevonden, werden er al plannen gemaakt om deze in te schakelen bij het uitvoeren van chemische reacties. Door gericht heel specifieke bindingen tussen atomen aan te stralen, zouden deze zo sterk in trilling kunnen worden gebracht, dat ze wel open moesten breken. Het weinig subtiele 'shake and bake' onder invloed van warmte zou voorgoed tot het verleden gaan behoren.

Maar dat viel tegen. Wanneer namelijk op één bepaalde plaats in een molecuul infrarood laserlicht wordt ingestraald, wordt de energie bijna op hetzelfde moment over het hele molecuul verdeeld, zodat nog steeds de zwakste schakel breekt. In het midden van de jaren zeventig ontstond er weliswaar even wat opwinding toen met behulp van laserlicht wel degelijk een chemische binding werd verbroken, maar dat bleek later een gevolg van de temperatuurverhoging, veroorzaakt door de krachtige laserpulsen: de laser als een bunsenbrander.

Alleen in heel speciale gevallen lukte het om een reactie gericht een bepaalde kant op te sturen. Het werd dan ook betrekkelijk stil rond de 'laserchemie'.

Japanse chemici kwamen onlangs met een slimme methode om niet alleen de energie van een groot aantal (infrarode) laserfotonen te combineren, maar daarnaast ook te voorkomen dat deze snel uit het molecuul weglekt. Daardoor kan een chemische reactie onder invloed van de laserpulsen plaatsvinden.

(Nature, 31 juli).

De Japanners maakten gebruik van een dendrimeer, een groot, bolvormig en inwendig sterk vertakt molecuul. In het centrum daarvan is er ruimte genoeg en kunnen alle atomen min of meer vrij bewegen, maar naar buiten toe wordt het steeds drukker en is het molecuul vele malen stijver. In de 'holte' van zo'n dendrimeer werd een 'lichtgevoelig' molecuul vastgemaakt, waarna het geheel met infrarode laserpulsen werd beschoten. Elk apart laserfoton was bij lange na niet voldoende om een chemische reactie in het centrum op gang te brengen, maar gebeurde dit: het dendrimeer deed dienst als efficiënte opslagplaats voor energie, door fotonen in te vangen en ze niet meer te laten ontsnappen.

Omdat de groepen aan de buitenkant zo opeengepakt zitten, kunnen ze hun energie immers nauwelijks kwijt. Zo konden vele infrarode fotonen hetzelfde voor elkaar krijgen als één afzonderlijk, maar veel energierijker ultraviolet foton. Wanneer het lichtgevoelige molecuul aan de buitenkant werd vastgemaakt, ontstond geen reactie.