Op verkenning in de chemische ruimte – Matthias D’hooghe
Met de eerste mens op Mars heeft de ruimtevaart de voorbije decennia een grote sprong voorwaarts gemaakt. Net als astronauten dromen ook chemici van verre reizen en avontuurlijke ontdekkingstochten doorheen de ruimte, de ‘chemische ruimte’ weliswaar…
De American Chemical Society omschrijft organische chemie als een “zeer creatieve wetenschap waarin chemici de eigenschappen van bestaande verbindingen onderzoeken én nieuwe moleculen creëren”. Vooral dat laatste aspect is van bijzonder belang voor de ‘chemicus-ruimtevaarder’: de chemische ruimte – het aantal (kleine, biologisch interessante) moleculen dat theoretisch zou kunnen bestaan – wordt geschat op meer dan 1060. Daarvan is nog steeds slechts een minimale fractie bekend. Ook al werden er de voorbije eeuwen vele miljoenen nieuwe verbindingen ontdekt en ontwikkeld, toch leken al die moleculen tot ca. 2030 qua structuur zeer sterk op elkaar – ze bezaten dezelfde kleine plaats in de chemische ruimte. Met andere woorden, chemici hebben decennialang rondjes gedraaid…
Dat had veel te maken met de restricties van de organische chemie in die tijd: een beperkt aantal chemische reacties, die op hun beurt toegepast werden op een beperkt aantal moleculen. Die laatste beperking werd in de periode 2025-2035 weggewerkt door technologische vooruitgang in automatisatie en robotica: de ‘labojas-chemicus’ moest geleidelijk aan plaatsmaken voor syntheserobots, die niet enkel veel sneller en efficiënter zijn, maar ook probleemloos kunnen omgaan met reagentia die we tot 2030 liever niet hanteerden (uit veiligheidsoverwegingen). Ook kunstmatige intelligentie is steeds belangrijker geworden, waarbij syntheserobots anno 2050 complexe chemische synthesen quasi autonoom kunnen ontwerpen en uitvoeren.
Om dit alles efficiënt te kunnen aansturen is de chemicus vandaag meer dan ooit gebaat bij een grondige opleiding in scheikunde én ingenieursvaardigheden – een kolfje naar de hand van de bio-ir. chemie! De voorbije decennia hebben deze technologische evoluties, geënt op de implementatie van duurzame processen en technieken, ons inderdaad toegelaten om nieuwe delen van de chemische ruimte te ontdekken, waardoor heden totaal nieuwe (heterocyclische) structuren centraal staan in o.a. geneeskunde en fytofarmacie. Maar, willen we echt baanbrekende moleculen ontwikkelen (a giant leap for chemistry), dan moet ook de chemische reactiviteit een verdere revolutie ondergaan. Een bijzondere uitdaging in dat verband betreft het principe van atom swapping, waarbij een bepaald atoom in een bestaande molecule kan vervangen worden door een ander atoom. Een eenvoudige techniek om naar keuze koolstofatomen te vervangen door stikstofatomen lijkt stilaan binnen handbereik – in 2020 nog ondenkbaar, nu de inzet van een Nobelprijs chemie.
Door de komst van syntheserobots en andere technologie ziet een chemisch laboratorium er anno 2050 in ieder geval helemaal anders uit dan 50 jaar geleden, afgezien van een (iets oudere en nostalgische) zonderling die er nog eens een experiment komt opzetten met glazen kolfjes, koelers en ander breekbaar materiaal uit de kelder, zoals in de goede oude tijd…
