Spiraalvormige vormen zijn zeer vertrouwd in de natuurlijke wereld en, op moleculair niveau, van DNA, de blauwdruk van het leven zelf.

Wetenschappers van de Universiteit van Bristol hebben nu ontdekt dat koolstofketens ook spiraalvormige vormen kunnen aannemen, maar, in tegenstelling tot DNA, de vorm is afhankelijk van het aantal atomen in de keten, met kettingen met even aantallen koolstofatomen die spiraalvormig zijn, fusilli-achtige vormen en kettingen met oneven aantallen koolstofatomen die floppy aannemen, spaghetti-achtige vormen.

Het verschil, zegt het onderzoeksteam, tussen orde en chaos is een enkel koolstofatoom. Hun studie is vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Natuurchemie .

Koolstofketens zijn als spaghetti:ze zijn nogal slap en nemen een reeks willekeurige en voortdurend veranderende vormen aan.

Het Bristol-team, van de School of Chemistry van de universiteit, toonde aan dat ze door oordeelkundige insertie van methylsubstituenten langs koolstofketens hun vorm konden beheersen, zodat ze goed gedefinieerde lineaire (penne) of spiraalvormige (fusilli) conformaties aannamen.

De spiraalvormige conformaties kunnen zowel rechts- als linkshandige helices aannemen en het team was geïnteresseerd om te weten wat welke helix werd gevormd.

Hoofdauteur, Professor Varinder Aggarwal, zei:"We waren verbaasd toen we ontdekten dat de lengte van de koolstofketen (aantal koolstofatomen) bepaalt of de rechts- of linkshandige helix wordt gevormd.

"Nog verrassender was dat koolstofketens met even aantallen atomen goed gedefinieerde spiraalvormige structuren (fusilli) vormden, maar oneven koolstofketens waren veel slapper en meer willekeurig van vorm (spaghetti).

"De verandering in eigenschappen van een homologe reeks moleculen veroorzaakt door de enkele toevoeging van een extra koolstofatoom is uiterst zeldzaam - hier resulteert het in het verschil tussen orde en chaos."

Dit soort oneven-even effect is waargenomen in sommige bulkeigenschappen, zoals in tapijten van alkaanthiolen op een gouden ondergrond, maar dergelijk gedrag in oplossing wordt niet goed herkend of begrepen.

Door berekening en meting van moleculaire eigenschappen, Professor Aggarwal en zijn team hebben de oorsprong van dit oneven-even effect, dat wordt gecontroleerd door de eindgroepen, volledig kunnen begrijpen.

Wanneer de eindgroepen beide hetzelfde gevoel van heliciteit bevorderen, een geordende structuur wordt verkregen, maar wanneer elk uiteinde een tegengestelde helix bevordert, chaotische structuren ontstaan.

Voor toekomstige technologische toepassingen, deze fundamentele bevindingen zullen het ontwerp van moleculen met gewenste conformationele, en fysieke eigenschappen.

Koolstofketens met een even aantal atomen zullen leiden tot moleculen met goed gedefinieerde spiraalvormen voor hun toepassing als niet-schakelbare stijve materialen of als steigers voor de presentatie van moleculaire herkenningselementen.

Helices zijn een fundamentele structuur in biologische moleculen (DNA, eiwitten) en het is intrigerend om de analogieën voor te stellen met moleculen van het soort dat in het onderzoek wordt beschreven.

Professor Aggarwal voegde toe:"Koolstofketens met een oneven aantal atomen bleken slapper en meer willekeurige vorm aan te nemen.

"We onderzoeken nu of de vorm van deze kettingen inderdaad te controleren is door de groepen aan de uiteinden van de ketting te manipuleren. Dit kan ons in staat stellen om van de ene screw-sense naar de andere over te schakelen voor toepassingen in responsieve materialen."