De zwaartekracht blijkt een rol te spelen bij de vorming van moleculen en heeft – samen met een beetje roeren – invloed op de draairichting van het molecuul. Dat blijkt uit experimenten in de Nijmeegse supermagneet HFML. De resultaten verschenen op 12 februari in Nature Chemistry.

 Bij het maken van veel (bio)chemische stoffen ontstaat een mengsel van de links- en rechtsdraaiende variant van dezelfde stof. ‘Chiraliteit’, noemen chemici het als stoffen twee precies spiegelbeeldige varianten hebben, die echter niet op elkaar te passen zijn. Zoals een rechterhand en een linker.

Gif of medicijn
Chiraliteit is bepaald niet triviaal: zoals een linkerhand niet in een rechterhandschoen past, zo kan het zijn dat een linksdraaiend molecuul in het lichaam iets heel anders doet dan zijn rechtsdraaiende spiegelbeeld. Het beruchte medicijn Softenon had in de ene variant de gewenste eigenschap tegen zwangerschapsmisselijkheid; de andere veroorzaakte mismaakte baby’s. Geen wonder dat medicijnen sindsdien in hun verschillende chirale varianten getoetst moeten worden.
Opmerkelijk is verder dat als je dergelijke stoffen in de reageerbuis maakt, beide varianten ontstaan, terwijl als ze door de natuur gebouwd worden, ze altijd één draairichting hebben. De eiwitten in je lijf zijn bijvoorbeeld allemaal linksdraaiend – de suikers rechts.
Maar niemand weet precies te verklaren hoe die spiegelbeelden ooit zijn ontstaan. Zwaartekracht in combinatie met ronddraaien lijkt nu een rol te kunnen spelen, blijkt uit een experiment in het Nijmeegse High Field Magnet Laboratory (HFML),  waarbij links- en rechtsdraaiende ‘wokkels’ ontstonden.

 

Omgedraaide zwaartekracht
De supermagneten uit het lab zijn zo sterk dat ze niet-magnetische materialen kunnen laten zweven. In feite wordt dan de zwaartekracht tegengewerkt. Denk aan de beroemde zwevende kikker, waarvoor ooit de igNobelprijs werd uitgereikt.
Het is ook mogelijk om de zwaartekracht om te keren en te variëren. Peter Christianen, natuurkundige van het HFML legt uit: ‘We hebben een hele stapel potjes in de magneet geschoven. Niet overal in de magneet is de kracht even groot. Hierdoor was in één potje de zwaartekracht gewoon normaal, in een ander potje juist groter dan normaal, terwijl er ook potjes waren met kleinere of zelfs een omgekeerde zwaartekracht. Kijk, op deze foto zie je dan dat de vloeistof bovenin het potje gaat zitten.’

Roeren in een potje
In de potjes zaten platte moleculen, die, als je niks speciaals doet, aan elkaar clusteren tot niet-chirale structuren. Maar toen de onderzoekers de potjes ronddraaiden ontstonden er een soort ‘wokkels’.  ‘Hoewel we de potjes allemaal op precies dezelfde manier naar rechts draaiden, is bij die tegengestelde zwaartekracht de beweging omgekeerd ten opzichte van de g-kracht en dus eigenlijk linksom.’
Tot hun grote verrassing groeiden de wokkels linksom als er naar links was gedraaid en vice versa.
‘Opmerkelijk is dat we helemaal niet zo lang hoefden te roeren,’ zegt chemicus Hans Engelkamp. ‘Een uurtje in het begin van het proces was voldoende om de richting van de chiraliteit te bepalen. Wel lieten we daarna de clusters nog verder groeien om tot een meetbare hoeveelheid te komen.’

Chiraliteit op bestelling
De onderzoekers zijn nu druk bezig uit te vogelen hoe het mechanisme achter deze vondst precies werkt. Ze hopen dan ook andersoortige chirale structuren op bestelling te kunnen maken in hun magneet. En dat is iets waar de farmaceutische industrie al lang naar op zoek is vanwege de risico’s van verkeerd gedraaide kristallen in hun medicijnen./ Iris Roggema

Er is ook een filmpje uit het midden van de magneet

Lees ook
Nieuwe scheidingsmethode kristallen even simpel als briljant
Sterrenkindertjes van kristal
FOM en Radboud Universiteit beheren voortaan samen magnetenlab HFML