Chemici maken Borromeaanse ringen op moleculaire schaal

Borromeaanse ringen, een vorm van drie subtiel vervlochten cirkels, bestaan nu ook op moleculaire schaal. Het molecuul is verkregen door de 18 onderdelen waaruit het is opgebouwd samen te voegen. Daarna namen de stukjes door onderlinge herkenning, chemische reacties en zelf-assemblage de gewenste vorm aan. Kelly S. Chichak c.s. van de Universiteit van Californië (Los Angeles) rapporteren deze week over het kunstmatige molecuul in Science (28 mei).

Bijzonder aan de Borromeaanse ringen is dat het niet mogelijk is ze uiteen te trekken zonder een van de ringen te verbreken, maar dat geen van de ringen als tweetal geschakeld is. Volgens Prof.dr. Ben Feringa van de Rijksuniversiteit Groningen hebben de Borromeaanse ringen een structuur die chemici al jarenlang probeerden te synthetiseren. Al sinds het begin van de jaren zestig ontwerpen en synthetiseren chemici moleculaire ringen. Het schakelen van twee ringen (catenanen) werd destijds beschouw als een hoogstandje.

Moleculen kunnen in vele opeenvolgende stappen worden gesynthetiseerd, maar met de structuren van in elkaar grijpende ringen is dat lastig. De Amerikaanse chemici kozen voor een andere aanpak. Ze combineerden twaalf moleculaire ringsegmenten (vier voor elke ring) met zes zinkatomen die dienden als een sjabloon waar de segmenten zich in de gewenste vorm omheen konden vouwen. De ringsegmenten waren voorbereid om – als puzzelstukjes – op de gewenste manier aan elkaar te binden. Zo werd in één elegante stap het gewenste molecuul gecreëerd. Feringa, die zelf in Groningen werkt aan moleculaire motors, beschouwt zelfassemblage als een belangrijke methode voor chemische synthese. In de afgelopen jaren zijn met deze techniek onder meer molculaire ketens, oppervlaktestructuren en doosjes gebouwd (die doosjes kunnen een specifieke chemische verbinding omsluiten). Vervlochten moleculaire structuren zoals genoemde catenanen en zogeheten rotoxanen (een soort haltertjes met in het midden een ring die op en neer kan bewegen) zijn ook interessant omdat ze kunnen functioneren als moleculaire schakelaars die toepassing zouden kunnen vinden in computers van de (verre) toekomst. De Borromeaanse ringen zijn een symbool dat is terug te voeren op Christelijke iconografie (als teken voor de drie-eenheid), maar ze hebben ook tal van andere culturen gefascineerd. Het werd gebruikt in de Noorse mythologie (als symbool voor het hart van de reus Hrungnir) en in oude Aziatische inscripties.