LASERPULSEN SNIJDEN BEPAALDE MOLECULAIRE BINDING DOORMIDDEN

Het is de droom van elke scheikundige om ooit reacties uit te voeren met behulp van een soort moleculaire scalpel. Daarmee zou je specifiek één binding tussen atomen door kunnen snijden, om daar vervolgens weer andere moleculen aan vast te hechten. Groene chemie: een opbrengst van 100 procent en geen afval.

Lang leek de laser dat ideaal waar te kunnen maken. Moleculen absorberen immers licht van allerlei kleuren. Door met een laser een heel nauwkeurig bepaalde golflengte in te stralen, zou één

bepaalde binding zozeer in trilling kunnen worden gebracht, dat die wel moet breken. Helaas bleek dat in de praktijk wat tegen te vallen. De atoombindingen in een molecuul zijn niets anders dan een verzameling gekoppelde veren: als je er eentje in trilling brengt, doen ze heel snel

daarna allemaal mee. En heel snel op moleculaire schaal is binnen een picoseconde (een miljoenste van een miljoenste seconde). Het is daarna bijna een kwestie van statistiek geworden welke binding het eerst breekt.

Chemici uit de groep van Ahmed Zewail aan het California Institute of Technology hebben laten zien dat het soms wel degelijk mogelijk is de moleculaire trillingen te snel af te zijn (Science, 6 februari). Daartoe

stelden ze een serie ringvormige moleculen - zogenoemde ketonen met vier, vijf, zes en tien koolstofatomen - bloot aan ultrakorte laserpulsen. Na absorptie van laserlicht brak eerst de koolstofring open, waarna uiteindelijk een koolmonoxide-molecuul werd afgestoten. Het

verloop van de reacties kon onder andere met behulp van laserpulsen worden gevolgd, die op verschillende tijdstippen de identiteit en toestand van de reactieproducten beproefden.

De theoretische beschrijving van dit soort chemische reacties werd in de

jaren dertig gelegd, en daarna nog eens aangevuld tot wat tegenwoordig de RRKM-theorie heet. Een van de voorspellingen van deze theorie is dat de reactietijd sterk toeneemt naarmate het molecuul groter wordt. Hoe groter het aantal atomen, des te groter het aantal manieren waarop het molecuul kan trillen, en dus des te moeilijker de gewenste binding specifiek in trilling kan worden gebracht. Tot verrassing van de onderzoekers reageerden alle moleculen echter ongeveer even snel. Dat duidt erop dat de reactie zo snel verloopt, dat er geen tijd is om de trillingsenergie over het hele molecuul te verdelen. Daarmee is het alsnog mogelijk één specifieke binding met de laser door te snijden.