Het `klikt` tussen onderzoekers van Universiteit Gent Een jarenlange

Het 'klikt' tussen onderzoekers van Universiteit Gent
Een jarenlange samenwerking tussen drie onderzoeksgroepen van de universiteit Gent heeft
geleid tot de ontwikkeling van een nieuwe strategie om op een zeer efficiënte manier kleine of
grote chemische bouwstenen, zoals deze vaak gebruikt worden in kunststofmaterialen, aan elkaar
te koppelen of te ’klikken’. De technologie laat toe om functionele materialen en grote moleculen
eenvoudig op te bouwen, en om tegelijk zowel hun chemische structuur als hun eigenschappen te
beïnvloeden door de temperatuur te controleren. Dat werd op 10 augustus gemeld in het
prestigieuze vaktijdschrift 'Nature Chemistry'. Het onderzoek opent mogelijkheden om stevige
maar lichte kunststofmaterialen voor duurzame toepassingen zoals windturbinewieken of autoonderdelen eenvoudig op te bouwen en vorm te geven maar simultaan ook te herstellen of te
recycleren.
De UGent onderzoekers ontwikkelden een nieuwe manier om stoffen op te bouwen met moleculaire precisie.
Het aan elkaar koppelen of chemisch 'linken' van twee moleculen tot één grotere is op zich niets spectaculair.
Professor Johan Winne, docent chemische reactiviteit aan de vakgroep organische en macromoleculaire chemie,
verklaart zich nader: "er zijn letterlijk duizenden manieren om met opzet een nieuwe chemische binding te
vormen, maar één van de sleutelinzichten die wij onze studenten trachten bij te brengen, is dat bij organische
chemie niets vanzelfsprekend is, en dat de manier waarop moleculen met elkaar reageren zeer sterk afhangt van
de context, en dus normaal slechts met de grootste moeite kan gecontroleerd worden." Dit gegeven zorgt er voor
dat organische chemie normaal werk is voor hyper-specialisten of toch alleen binnen heel nauw omschreven
randvoorwaarden kan toegepast worden. Sinds het begin van de 21e eeuw proberen wetenschappers echter iets
aan dit gegeven te veranderen door chemische reacties te ontwikkelen die zo robuust en betrouwbaar zijn dat in
principe iedereen ze kan uitvoeren, in om het even welke situatie of toepassing. Men spreekt in deze context over
'klikchemie': chemie die twee bouwstenen aan elkaar 'linkt' en als het ware even eenvoudig uit te voeren is als
het openen van een internet-link met een ‘klik’ van een PC-muis.
De 'democratisering' van chemische koppelingsreacties is vandaag geen utopie meer. Professor Filip Du Prez,
hoogleraar in de polymeerchemie en trekker van een grote onderzoeksgroep binnen de vakgroep organische en
macromoleculaire chemie (www.PCR.UGent.be), verduidelijkt: 'in het begin was het concept van de klikchemie
eerder gericht op biologische toepassingen zoals geneesmiddelenontwikkeling, maar deze technologie heeft ook
snel zijn ingang gevonden in een heel groot aantal niet-gerelateerde onderzoeksgebieden, ook buiten de chemie.
De mogelijkheid om ook chemisch in te grijpen in complexe en diverse systemen is voor veel
onderzoeksprojecten immers een heel aantrekkelijk gegeven. Mijn onderzoeksgroep heeft zich de laatste jaren
dan ook sterk toegespitst op het gebruik van klikchemie voor het ontwerpen van nieuwe, functionele
polymeermaterialen, waarbij we specifiek op zoek zijn gegaan naar de werkelijk 'ideale' klikchemie voor onze
materialen en toepassingen.’
In hun zoektocht naar dit ideaal chemisch systeem werden de experimentatoren bijgestaan door onderzoekers
van het Centrum voor Moleculaire Modellering (http://molmod.ugent.be) onder leiding van Professor Veronique
Van Speybroeck, hoogleraar in de Moleculaire Modellering. Complexe berekeningen gebaseerd op
kwantummechanische basisprincipes laten toe om op moleculaire schaal reactieroutes te bestuderen.
Uiteindelijk werden twee bouwstenen gevonden die makkelijk ingebouwd kunnen worden in materialen en
precursoren. Vrij uniek aan deze bouwstenen is hun gedrag in klikreacties: ze blijken zeer snel en bijna
moeiteloos een nieuwe chemische binding aan te gaan wanneer ze elkaar ontmoeten bij kamertemperatuur, ook
blootgesteld aan lucht en vocht, zonder verder ingrijpen. De geselecteerde bouwstenen blijken in staat te zijn
een binding aan te gaan met een andere partner : eerst moet er warmte worden toegevoegd waardoor de eerder
gevonden chemische binding wordt verbroken en nadien zijn ze terug vrij voor een andere, alternatieve partner.
Zo kunnen heel stevige materialen bekomen worden die toch nog vervormbaar zijn bij hogere temperatuur,
waardoor lichte kunststofharsen voor bepaalde toepassingen, waarvoor nu nog metalen ingezet worden, kunnen
gebruikt worden.
Momenteel wordt samengewerkt met verschillende bedrijven om deze ultrasnelle klikchemie te gebruiken voor
het produceren van materialen met bijzondere ‘dynamische’ eigenschappen die hun verwerkbaarheid, herstel en
recyclage moeten bevorderen.
Referentie: S. Billiet, K. De Bruycker, F. Driessen, H. Goossens, V. Van Speybroeck, J.M. Winne,
F.E. Du Prez, Nat. Chem., 2014, 6 (vol. 9), 815-821.