Dit artikel is onderdeel van een serie portetten van onderzoeksfadelingen.

 

 

Zacht zoemend tilt Robin de Robot zijn arm op. Of wat in dit geval een ‘arm’ genoemd wordt. Robin is namelijk niet het soort apparaat waar je aan denkt bij het woord ‘robot’. Het is een bak met een glazen kap eroverheen waarin volautomatisch chemische verbindingen kunnen worden gemaakt. Robins arm kan stofjes injecteren in kleine reageerbuisjes, en deze buisjes optillen en er handelingen mee verrichten. ‘Dankzij Robin kunnen we tot wel 64 reacties tegelijk laten plaatsvinden.’, vertelt Joost Reek trots. Reek is hoofd van de groep homogene en supramoleculaire katalyse van het Van ’t Hoff Institute for Molecular Sciences.

 

In de chemie is een katalysator een stof die ervoor zorgt dat een scheikundige reactie makkelijker of sneller kan plaatsvinden, zonder dat de katalysator in het eindproduct eindigt. Het is dus een hulpmiddel. Reek: ‘Bij homogene katalyse zit de katalysator in dezelfde fase als de substantie die je wilt laten reageren. Met fase wordt bedoeld of de stof een vloeistof is, een gas, of dat het een vaste vorm heeft. Dit in tegenstelling tot een heterogene katalysator, zoals een autokatalysator. Die zit in een andere fase dan de stof die je wilt laten reageren. Meestal is dat een vaste stof.’

De groep homogene katalyse ontwerpt en onderzoekt nieuwe types katalysatoren. Dit doen ze vooral voor de zogeheten fijnchemische industrie, die draait om het produceren van stoffen op relatief kleine schaal zoals medicijnen of geur- en smaakstoffen. De katalysatoren die de groep ontwikkelt zijn ingewikkelde moleculen met als basis een metaalcomplex, waaraan verschillende zijgroepen worden bevestigd. Bij het ontwerpen van een katalysator is niet alleen het soort zijgroep dat je toevoegt belangrijk, maar ook hoe je dit doet. De plaats waar de zijgroep komt, kan de precieze reactie die met behulp van de katalysator plaatsvindt of de efficiëntie van deze reactie beïnvloeden.

Een belangrijke techniek die door Reeks groep is ontwikkeld, is een manier waarop je makkelijker een groot aantal varianten van een bepaalde katalysator kunt maken. Voorheen moesten de zijgroepen van een katalysator als een vast complex aan het metaal worden bevestigd. Maar de groep bedacht een manier om losse zijgroepen op het metaal te kunnen brengen en deze vervolgens met een soort chemisch ‘klitteband’ aan elkaar te plakken. Reek: ‘Deze techniek stelt ons in staat om bijvoorbeeld honderd varianten van de ene zijgroep te maken, en honderd van de ander, en door deze te combineren in totaal 10.000 verschillende katalysatorcomplexen te maken. En dankzij robot Robin zijn we ook in staat om inderdaad zo veel complexen te maken. De volgende uitdaging is nu: hoe gaan we al die katalysatoren evalueren?’

Sommige ontdekkingen die bij homogene katalyse worden gedaan leiden tot spinoff-bedrijfjes. Medewerkers van de groep richten dan zelf een bedrijfje op om de ontdekking commercieel te exploiteren. Zo is er met behulp van de ontwikkelde klitteband-techniek ook een ander bekend probleem uit de wereld van de homogene katalyse opgelost. Reek: ‘Een kenmerk van homogene katalyse is dat zowel de katalysator als de reactanten in een vloeistof opgelost zijn, met als voordeel dat ze goed mengen en de reactie daardoor goed verloopt. Maar: hoe krijg je na afloop je katalysator weer uit dit vloeistofmengsel? Wat wij hebben bedacht is om de ene helft van een ‘klittebandje’ vast te maken aan de katalysator en de andere helft aan korreltjes zand. Na de reactie kun je de katalysator er eenvoudig met het klittebandje uitvissen, en door gebruik te maken van een ander oplosmiddel kan je dit klittebandje weer los maken om zo de doorgaans dure katalysator te hergebruiken.’

Het bedrijfje dat deze techniek aanbiedt heet Cat-Fix. Reek: ‘Het leuke van het hebben van dit soort bedrijfjes, is dat het je werk heel realistisch maakt. Pas als je fundamenteel onderzoek gaat implementeren in een toepassing, wordt je geconfronteerd met beperkingen van je uitvindingen en laat de praktijk zien dat er meer belangrijke issues zijn. Dat kunnen we dan weer terugkoppelen naar ons fundamentele onderzoek, maar ook implementeren in het onderwijs dat we geven.’

De ongeveer 35 groepsleden (studenten, aio’s, postdocs en vaste medewerkers) van supramoleculaire katalyse brengen het grootste deel van hun tijd door in het laboratorium. De groep heeft in totaal zes grote labruimtes, op de zevende en de negende verdieping van gebouwdeel B van het Roeterseilandcomplex. De gangen waaraan de ruimtes liggen zijn grauw en hebben geen direct daglicht. Vanuit de labzalen zelf heb je een geweldig uitzicht over de stad; maar op veel plekken zit in verband met veiligheid de luxaflex voor de ramen half of helemaal dicht. De laboratoria zijn vooral vol. Er lopen talloze leidingen, staan overal zoemende analyseapparaten, en de werktafels liggen vol met potjes, flesjes, buisjes, pipetten en ander werkmateriaal.

Het chemische werk gebeurt niet aan standaard labtafels maar in zogenoemde zuurkasten, die overal langs de wanden staan opgesteld. Dit zijn een soort werkkasten met een glazen schuifwand ervoor die een goede luchtafvoer hebben. Hierin kunnen de chemici veilig werken. Er is bovendien apparatuur aanwezig om in de kasten onder hoge druk te kunnen werken, of onder zuurstofvrije omstandigheden. Net als de rest van de labruimtes staan de meeste zuurkasten bomvol met allerhande flesjes en buisjes met oplossingen en andere werkopstellingen. De onderzoekers van de afdeling hebben allemaal een eigen zuurkast, zodat hun opstelling efficiënt gebruikt kan worden. De glazen schuifwanden worden ook benut: bij de meeste kasten staan deze volgeschreven met allerhande scheikundige symbolen en ingewikkeld uitziende formules. Op ééntje zien we twee Nederlandse zinnetjes staan: ‘Hoe gaat het?’ en ‘Hoe laat is het?’. ‘Ongeveer de helft van onze medewerkers komt uit het buitenland.’, vertelt Reek. ‘Zij oefenen zo hun Nederlands met Nederlandse medewerkers.’ Waarschijnlijk zijn deze twee zinnetjes voor hen moeilijker dan al die formules.

Tussen twee labzalen in komen we een middelgrote, vierkante ruimte tegen vol bureaus: een van de zeven aiokamers. Reek en de twee ud’s hebben een eigen kamer, maar de promovendi delen een kamer met vijf tot zeven mensen. Als de groep in 2010 verhuist naar de nieuwbouw op het Science Park zal er het een en ander gaan veranderen aan de kamerruimtes. ‘Mijn eigen kamer wordt straks gehalveerd.’, zegt Reek. ‘Er komen alleen een bureau, een boekenkast, en een enkele ladekast in. Ik vraag me af waar ik dan al mijn boeken en archiefspullen moet laten.’ De aio’s krijgen ook minder ruimte: ‘Voor hen is er geloof ik rekening gehouden met vier vierkante meter per persoon. Dat is bijna niks. We krijgen straks hele mooie nieuwe labruimtes, maar met de kleine werkkamers wordt het echt behelpen.’