Fosfor in een doosje

Het is een gevaarlijk goedje, witte fosfor. Stel het bloot aan lucht en het vliegt in de fik. Doop het brandend in water en het smeult gewoon door, dankzij dezelfde zuurstof waar ook vissen van ademen. Maar Britse en Finse geleerden hebben nu een moleculair potje geconstrueerd waarin je witte fosfor brandveilig kunt opbergen. Elk individueel molecuul in zijn eigen potje – in die vorm zou witte fosfor veilig te vervoeren zijn, bijvoorbeeld na het opruimen van munitie.

De moleculaire opbergdoos die aan de universiteit van Cambridge is geconstrueerd heeft de vorm van een tetraëder, oftewel een piramide met een driehoekige bodem. Moleculen witte fosfor bestaan uit vier fosforatomen en hebben net zo’n tetraëdervorm, maar dan kleiner. Ze laten zich volgaarne in de gelijkvormige doos opsluiten. Het gemakkelijkst gebeurt dat in aanwezigheid van aceton, zo rapporteren de onderzoekers in Science.

Dit gekooide fosfor wil niet meer branden. De zuurstof uit de lucht kan er nog wel bij, maar er is een tussenstadium in de verbranding dat meer ruimte nodig heeft dan in de doos beschikbaar is. De fosfor zit niet definitief opgesloten. Is de stof weer in zijn pure vorm nodig, dan kan een scheut benzeen daarvoor zorgen. Benzeen wil nóg sterker in die tetraëders kruipen en verdringt de fosfor, die daarop vrijkomt.

De moleculaire dozen zijn op allerlei manieren te manipuleren. Zo kun je er ook moleculen cyclohexaan instoppen, een aan benzeen verwante stof, schrijft een van de leden van hetzelfde team in Angewandte Chemie. Zuur maakt de doosjes voorzichtig open, terwijl het toevoegen van base (het tegenovergestelde van zuur) het deksel er weer op doet. Een meer exotische chemische behandeling met tris(ethylamino)amine scheurt de verpakking destructief open.

De onderzoekers denken een generatie van kooivormige moleculen op het spoor te zijn. Ze verwachten grotere constructies te kunnen maken en ook andere vormen, zoals kubussen en dodecaëders (twaalfhoeken). De website van de onderzoeksgroep toont gedetailleerde molecuulmodellen hiervan, maar onderzoeker Jonathan Nitschke laat weten dat het nog zoeken is naar de juiste formules. Het is zelfs zoeken naar geld voor vervolgonderzoek.

Anders gevormde verpakkingen bieden ruimte aan anders gevormde moleculen. Voorbeelden die de groep noemt zijn medicijnen, geurstoffen en schadelijke stoffen zoals bestrijdingsmiddelen uit de landbouw en gifstoffen uit chemische wapens.

Elke kooi zou zijn eigen chemische sleuteltje moeten hebben. Dat zou dan de mogelijkheid bieden de inhoud op het juiste moment weer los te laten. Nitschke noemt als voorbeeld dat de omgeving van een tumor vaak wat zuurder is dan elders. Dus een doosje dat door zuur wordt geopend kan heel goed geschikt zijn om een medicijn op de juiste plaats af te leveren.

Herbert Blankesteijn

Dit is een wekelijkse rubriek over technologie.