Wetenschappers in de supramoleculaire chemie komen vaak verrassende resultaten tegen. Een gebroken verzegeling van een laboratoriumcuvette leidde een Amerikaanse onderzoeker van de Technische Universiteit Eindhoven naar de oorsprong van deze onverklaarbare resultaten:het weer. Of de vochtigheid, om preciezer te zijn, omdat dit de waterconcentratie bepaalt in oliën die als oplosmiddel worden gebruikt, die voorheen als verwaarloosbaar werd beschouwd. Onderzoek toont nu aan dat de eenzame watermoleculen in olie niet alleen toeschouwers zijn, ze sturen supramoleculaire processen stevig aan. Deze uitkomst betekent dat veel eerder onderzoek opnieuw moet worden bekeken, maar ook dat scheikundigen een nieuwe, goedkope en krachtige tool. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuur .

In september 2016 verbleef postdoctoraal onderzoeker Nathan van Zee een week bij zijn ouders in Florida. Maar zijn gedachten leidden hem vaak terug naar zijn lab in Nederland, omdat hij al geruime tijd worstelde met grillige uitkomsten die hij niet begreep. De moleculaire helices die hij aan het synthetiseren was, hadden soms een structuur met de klok mee en soms een structuur tegen de klok in. Dit is een belangrijk verschil, bijvoorbeeld het kan het verschil maken tussen een medicijn dat werkt en een medicijn dat niet werkt. Van Zee had al van alles geprobeerd, maar kwam niet dichter bij antwoorden.

Na zijn vlucht terug uit de VS ging hij meteen naar zijn laboratorium om een ​​nieuw experiment te starten, waarna hij een dutje wilde doen. Maar zijn jetlag zorgde ervoor dat hij de verkeerde instellingen voor het instrument gebruikte, en hij heeft zich verslapen. Zijn eureka-moment, wat uiteindelijk zou leiden tot een Natuur publicatie, kwam de volgende dag. Terug in het lab zag hij vreemde resultaten. Maar hij zag ook dat de verzegeling van zijn labcuvet verbroken was, en de ultradroge lucht van de omsluitende monsterhouder was erin gekomen. Dit gaf hem een ​​belangrijke aanwijzing:zijn monster was droger geworden, wat suggereert dat het watergehalte van de oplosmiddelolie een drijvende kracht is.

Van Zee en zijn promotor professor Bert Meijer wisten meteen dat ze iets belangrijks op het spoor waren, en ze besloten het tot op de bodem uit te zoeken. Ze ontdekten dat het inderdaad de waterconcentratie in het monster was die het verschil maakte, ook al was het maar een paar ppm (parts per million). Zelfs bij extreem kleine schommelingen in de waterconcentratie, ze merkten op dat de rotatie van de helix verandert van met de klok mee naar tegen de klok in.

Dit resultaat zorgde ervoor dat de onderzoekers een deel van hun eerdere werk, dat onverklaarbare resultaten had, nader bekeken. Ook bij deze testen bleek de waterconcentratie de uitkomst te bepalen. De voorheen onverklaarbare veranderingen in de resultaten werden veroorzaakt door fluctuaties in het watergehalte van het op olie gebaseerde oplosmiddel. Want dat gehalte fluctueert met de luchtvochtigheid. En de luchtvochtigheid - binnen en buiten - verandert voortdurend door het weer. Het gevolg is dat een testrun op dag A totaal andere resultaten kan hebben dan exact dezelfde testrun op dag B.

Van Zee en zijn collega's onthulden ook hoe de kleine waterconcentratie zo'n grote impact kan hebben. Watermoleculen zijn polair:de ene kant is negatief geladen en de andere kant positief. Daarom hechten ze graag aan via zogenaamde waterstofbruggen. Maar olie is hydrofoob:het stoot water af. Deze afstoting laat te weinig ruimte voor de watermoleculen in olie om zich te binden met andere watermoleculen; ze zijn geïsoleerd. Dat betekent dat hun potentiële energie om nieuwe waterstofbruggen te vormen beschikbaar is voor ander gebruik. De Eindhovense onderzoekers hebben aangetoond dat deze energie van water een cruciale rol speelt bij de vorming van supramoleculaire structuren. Dit zijn moleculaire aggregaten op basis van omkeerbare bindingen, bijvoorbeeld waterstofbruggen.

Hun bevindingen leggen een behoorlijke last op hun eigen wetenschapsgebied, maar ook op aangrenzende. Veel chemie wordt gedaan in olie, dus veel eerder onderzoek zal opnieuw moeten worden geëvalueerd om het effect van water te beoordelen. De onderzoekers vermoeden dat veel eerdere meldingen van onverklaarde verschijnselen, of het nu van structuur verandert, grootte of verwerking, zijn fundamenteel te wijten aan interacties met water.

Anderzijds voorziet het Eindhovense onderzoeksteam chemici wereldwijd van een geweldig nieuw instrument, Van Zee legt uit. "De waterconcentratie blijkt een zeer sterke invloed te hebben. En die is gemakkelijk te beheersen, door de vochtigheid te manipuleren, wat vrij eenvoudig is in een gesloten omgeving. We denken dat er ook veel vervolgonderzoek zal komen op andere gebieden van de chemie."