Geschiedenis van de wetenschappen in België. 1815-2000

[p. 169]

11 De organische scheikunde
Jacques Nasielski

▪ Inleiding: de middelen

Sinds de creatie van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek en vooral na de Tweede Wereldoorlog is de organische scheikunde in België geweldig gegroeid. Het aantal chemiestudenten is spectaculair gestegen. Toen professor Georges Chavanne in 1929 eiste dat de nieuwe lokalen van de Université libre de Bruxelles een onderwijslaboratorium voor organische chemie met 12 plaatsen zouden krijgen, vond men dat megalomaan. In 1950 moest het laboratorium plaats bieden aan 60 studenten uit eerste licentie; in 1970 was hun aantal opgelopen tot 120. De onderzoeksteams zijn steeds groter, de onderzoeksthema's steeds gevarieerder geworden. Nieuwe technieken, moderne denkwijzen en originele, doeltreffende methoden hebben het actieveld van de organische scheikunde verruimd in richtingen die vijftig jaar geleden ondenkbaar waren.

Deze uitbreiding en de onvermijdelijke daarmee gepaard gaande specialisatie gebeurden vooral na 1945. Voordien spreken we eerder van algemene organische scheikunde. In de hoop een samenhangende tekst aan te bieden, beginnen we dit hoofdstuk met de periode 1927-1945, onder de titel algemene organische scheikunde, waarna secties volgen gewijd aan de natuurstoffen, de organische synthese, de fysische organische scheikunde en de macromoleculaire organische scheikunde. De grenzen tussen deze domeinen zijn uiteraard wazig en de gehanteerde indeling zal enigszins willekeurig lijken. We willen doen opmerken dat sinds enkele jaren de interdisciplinariteit van het onderzoek zorgt voor een wederzijdse beïnvloeding tussen de diverse specialisaties en samenwerking vereist tussen meerdere laboratoria, soms in meerdere landen. De gebruikte onderverdeling zal binnen enkele jaren verouderd of zelfs kunstmatig lijken.

Maar vooraleer we de wetenschappelijke ontwikkelingen van de organische scheikunde analyseren, staan we stil bij de rol van de overheid in de uitbouw van deze discipline in ons land.

Het NFWO heeft met de vorming van eerst tijdelijke maar daarna ook definitieve onderzoeksposten talentvolle jongeren de kans gegeven zich te bewijzen en in degelijke omstandigheden een academische loopbaan te beginnen. De NFWO-steun aan de laboratoria heeft er sterk toe bijgedragen dat ons onderzoek en onderwijs zonder onderbreking op een internationaal niveau zijn gebleven. Talloze onderzoekers en docenten van onze universiteiten hebben op een of ander moment in hun loopbaan een mandaat of subsidies gekregen van het NFWO. De kandidaten voor een post of de promotors van een onderzoek die een krediet willen, dienen een aanvraag in die steunt op een uitgewerkt rapport dat wordt voorgelegd aan de bevoegde wetenschappelijke commissie. In dit hoofdstuk gaat het om de wetenschappelijke commissie ‘Minerale en organische scheikunde’. Aanvankelijk was ze de derde in rij; maar na de oprichting van de wetenschappelijke commissie voor natuurkunde verschoof ze naar de vierde plaats.

Anderzijds dachten de Belgische politici die in Londen de naoorlogse wederopbouw planden aan de creatie van een instelling die een impuls zou geven aan de industrie en de landbouw door middel van subsidies voor innoverend onderzoek in de ondernemingen. Zo ontstond het Instituut tot Aanmoediging van het Wetenschappelijk Onderzoek in Nijverheid en Landbouw (IWONL).

Bovendien was het onmiddellijk duidelijk dat het onderzoek moest worden gerealiseerd door mannen en vrouwen met een degelijke opleiding die

[p. 170]

Studenten aan het werk in een scheikundelaboratorium aan de Université libre de Bruxelles, jaren '50. Brussel, Archives de l'Université libre de Bruxelles ▪

hun kennis, nieuwsgierigheid en creativiteit ontwikkelde, maar die hen ook gehard maakte tegen mislukkingen, het dagelijks lot van elke onderzoeker. Het IWONL gaf specialisatiebeurzen aan licentiaten in de wetenschappen, agronomen, ingenieurs, farmaceuten om hen een doctoraatsthesis te laten maken. Deze subsidiebron heeft meer dan 50 jaar bestaan. In die tijdspanne hebben ca. 1000 jongeren een proefschrift in de organische chemie verdedigd. De meesten hebben nu een prachtige carrière in de industrie. Ze houden het toegepast onderzoek op niveau en zorgen voor de instandhouding van onze nijverheden, die grote concurrentie krijgen uit het buitenland.

Recenter hebben internationale organisaties zoals de Europese Unie en in mindere mate de Wereldgezondheidsorganisatie steun verleend aan projecten die door Belgische onderzoekers werden ingeleid, maar uiteraard is de wedijver op internationaal niveau nog groter dan in eigen land.

▪ De uitrusting

In 1945 geleken de apparaten en technieken in een laboratorium voor organische chemie nog sterk op 19de-eeuwse instrumenten: de kolvens, bekers, erlenmeyers, filters, destilleerkolommen, enz. waren nog niet veel veranderd.

De vloeistoffen werden gezuiverd door meerdere zorgvuldig uitgevoerde destillaties met efficiënte kolommen die weliswaar verlies veroorzaakten. Er was dus een grote hoeveelheid materie nodig, in de grootteorde van meerdere milliliters. De identificatie berustte op de kleur, de bepaling van het kook-

[p. 171]

De assistenten Yvonne Désirant (links) en Jeanne Revis (rechts) in het laboratorium voor fysische scheikunde van de Gentse universiteit. 1929. Gent, Archief Universiteit Gent ▪

punt, de brekingsindex, de viscositeit, de elementanalyse, de moleculaire massa door meting van het molair volume van de verdamping, de geur en zelfs op de smaak.

De vaste stoffen werden gezuiverd door achtereenvolgende kristallisaties tot een constant smeltpunt werd bereikt. De overeenkomst met een authentiek monster werd gecontroleerd door de meting van het gemengd smeltpunt. Ook hier waren in het begin grote hoeveelheden nodig.

De bepaling van de structuur van een nieuwe stof was een lange en complexe operatie, die begon met een afbraak door middel van krachtige reagentia, gevolgd door een scheiding van de verschillende brokken die daarna moesten worden vergeleken met de gekende stoffen. Er werden slechts enkele specifieke reacties gebruikt, zoals de hydrolyse van esters, de ozonolyse van dubbele en drievoudige koolstof-koolstofbindingen of de katalytische hydrogenering.

Dit landschap is na de Tweede Wereldoorlog snel en ingrijpend veranderd door de opkomst van efficiënte scheidings- en zuiveringsmethoden, zelfs voor kleine hoeveelheden, en door het toenemend gebruik van fysische methoden die de bepaling mogelijk maakten van de moleculaire structuur, zowel de wijze waarop de atomen met elkaar zijn verbonden als hun positie in de ruimte.

De kolomchromatografie was de eerste doorbraak in het domein van de scheiding en de zuivering. Door een complex mengsel aan de top van een met aluminiumoxide gevulde glaskolom te plaatsen en er met een goed gekozen oplosmiddel uit te wassen, maakte de onderzoeker gebruik van

[p. 172]

de affiniteitverschillen van de diverse bestanddelen voor de vaste fase en verzamelde hij achtereenvolgende fracties die, in de gunstige gevallen, slechts één enkele stof bevatten. Vanaf het einde van de jaren '40 werd de techniek systematisch gebruikt in de laboratoria. Hij liet toe te isoleren en te zuiveren, maar toonde ook onverwacht aan dat bepaalde stoffen die in de literatuur beschreven stonden als elementen in feite mengsels waren. Wat later ging men naast aluminiumoxide ook siliciumdioxide gebruiken. Beide stoffen worden nog steeds gebruikt.

Het was een heroïsch begin: de onderzoeker ging met zijn aluminiumoxide naar het laboratorium voor industriële chemie, verpulverde het in een kogelmolen en ziftte vervolgens het poeder om uiteindelijk slechts een fractie met de geschikte korrelgrootte over te houden; hetzelfde deed hij voor het siliciumdioxide. Rekening houdend met het werk dat de bereiding van de media vergde, stelden de laboratoria methodes op punt om vervuild siliciumdioxide te recupereren en wisselenden zij efficiënte methodes uit. De leveranciers van chemische producten kregen pas veel later interesse voor dit nieuwe afzetgebied en brachten reproduceerbaar aluminiumoxide en siliciumdioxide van goede kwaliteit op de markt.

Omstreeks deze periode ontwikkelde Craig de Counter Current Distribution (CCD) methode. Die bestond erin extracties uit te voeren tussen twee niet-mengbare fasen en deze transfers automatisch te realiseren. In deze machine bevatte een eerste buis een zware fase waarin het te scheiden mengsel was opgelost en voegde men er de lichte fase bij. Men regelde de duur van het schudden en van de klaring; vervolgens transfereerde men de hogere fase naar een nieuwe buis die reeds het veel zwaardere oplosmiddel bevatte, terwijl de eerste vers oplosmiddel ontving. De operatie werd een aantal keer herhaald in een machine met 20 tot 30 buizen die door de laboratoria kon worden gebouwd.

Vervolgens kwam de zgn. gaschromatografie (GC) waar de mobiele fase een gas was zoals stikstof of waterstof, eerder dan een vloeistof. De respons van de detectoren, die reageerden op de warmtegeleiding van het uitstromende gas of op de ionisatie van zijn vlam, was erg gevoelig en liet toe uiterst kleine hoeveelheden te detecteren. Een belangrijke

Gaschromatografie in het Gentse laboratorium voor organische scheikunde. Gent, Archief Universiteit Gent ▪

[p. 173]

Toestel voor chromatografische scheiding in het laboratorium voor organische scheikunde te Gent. Gent. Archief Universiteit Gent ▪

vooruitgang in dit domein was de opkomst van de zgn. (GC)2 (Glass Capillary Gas Chromatography) waarbij een capillair van meerdere meters lang aan de binnenkant bedekt was met een uiterst dunne laag vloeibare fase en die, eenmaal opgerold, maar heel weinig plaats innam. Het deponeren van deze film vormde een onoplosbaar probleem tot de dag dat één van onze laboratoria (RUG), gesubsidieerd door een Amerikaanse fabrikant, een betrouwbare en herbruikbare techniek op punt stelde die sindsdien door alle leveranciers van capillaire kolommen wordt gebruikt.

De chromatografie is sindsdien de methode bij uitstek voor alle scheidingen; varianten maakten toepassingen mogelijk die anders ondenkbaar waren, in het bijzonder het gebruik van zgn. inverse fases die een siliciumdioxide gebruiken, chemisch gemodificeerd door middel van lange alifatische ketens die het niet-polair maken, terwijl de uitwassing gebeurt met een polair oplosmiddel. Een andere versie is de erg doeltreffende vloeistofchromatografie (HPLC) die, na te zijn gebruikt op zeer kleine hoeveelheden voor analytische doeleinden, zich heeft ontwikkeld tot een preparatietechniek.

Eens de onbekende stof was geïsoleerd en gezuiverd, kwam het er op aan de structuur ervan te bepalen; de situatie veranderde totaal met de introductie van de spectroscopische methoden.

Reeds voor de oorlog beschikten enkele laboratoria over zichtbaar-UV-spectrofotometers. Hun gebruik vereiste een manuele opname van golflengte tot golflengte door de apparaatrespons aan te passen in verhouding tot een cel met oplosmiddel. Bovendien geeft het UV- zichtbaar spectrum slechts inlichtingen over de chromoforen van de stof en biedt het dus geen hulp wat betreft het alifatische deel van de moleculen, en vandaar is het onbruikbaar in het geval van verzadigde aminozuren, terpenoïden en steroïden. Hoewel er steeds betere automatische apparaten met dubbele bundel op de markt kwamen, blijft deze methode een toepassing die vooral is voorbehouden voor aromatische verbindingen en complexen van transitiemetalen. In theoretisch opzicht waren de elektronische transities van moleculen met meerdere atomen al vroeg het onderwerp van berekeningen in de kwantummechanica.

Een variant van de absorptiespectroscopie is de fluorescentieanalyse. Deze uiterst gevoelige methode laat toe in gunstige gevallen sporen van stoffen in complexe mengsels te detecteren.

De situatie is anders wat betreft de infrarood-(IR) of trillingsspectroscopie, die informatie verstrekt over atoomgroepen; zo detecteert men bijvoorbeeld de C-H-bindingen en kan men methylgroepen onderscheiden van methyleengroepen. De carbonylgroep is veruit de meest bestudeerde; niet alleen is de absorptie van de koolstof-zuurstof dubbele binding zeer intens, ook is de frequentie van deze band zeer gevoelig voor de moleculaire

[p. 174]

omgeving. Men kan trouwens met zekerheid zeggen of de beschouwde carbonylgroep die van een amide, een keton of een ester is; men onderscheidt zelfs zeer goed de cycloalkanonen, cyclobutanon, cyclopentanon en cyclohexanon, die op verschillende frequenties trillen. Aan het effect van het oplosmiddel op deze trilling zijn talrijke degelijke studies gewijd. Ook de CC dubbele bindingen tonen hun substitutiegraad en in gunstige gevallen is het mogelijk de E- en Z-isomeren te onderscheiden; de substitutie van benzeenderivaten kan eveneens worden afgeleid.

De rijke resultaten die de chemici uit het infrarood hebben leren trekken, hebben ertoe geleid dat naast de toestellen geconstrueerd door onderzoekers, commerciële spectrometers beschikbaar werden die een veralgemeend gebruik van deze methode toelieten. Ze waren helaas niet zo praktisch; vooral de prisma's in natriumchloride, die absoluut bewaard moesten worden in zeer droge omstandigheden, baarden heel wat zorgen en konden enkel door gekwalificeerde mensen worden gemanipuleerd. De huidige toestellen, uitgerust met roosters in plaats van prisma's, maken gebruik van Fouriertransformen en leveren zeer snel uitstekende spectra vanuit zeer kleine hoeveelheden.

Kort na de Tweede Wereldoorlog volgde een grote omwenteling. Félix Bloch (1905-1983) kon met stukken van gedemilitariseerde radars het eerste kernmagnetische resonantietoestel bouwen (NMR). Wat later bracht hij het verschijnsel chemische verschuiving aan het licht dat wordt vertoond door een proton wanneer het deel uitmaakt van een molecule met meerdere atomen. De organici hadden plots een niet-destructieve methode die hun de moleculaire omgeving van elk proton leverde, tegelijk door de chemische verschuiving (die afhangt van de elektronegativiteit van de groep waaraan het is verbonden, maar ook van het geheel van magnetische eigenschappen van de molecule) én door de koppelingen met de naburige kernen die een spin hebben die niet gelijk is aan nul. De eerste toestellen hadden als basisfrequentie 25 MHz. Wat later verschenen apparaten van 60 MHz. De eerste spectrometer van deze soort die vrij beschikbaar werd, was die van de Expo 58 te Brussel. De jonge Belgische onderzoekers oefenden ermee. De methode werd al gauw een onmisbaar hulpmiddel in de organische chemie. In alle domeinen werd geweldige vooruitgang gemaakt, vooral bij de bepaling van de structuur van de natuurstoffen. Een student kon nu binnen de termijn van zijn licentiaatsverhandeling met minder dan één gram de structuur van een stof bepalen. Vroeger nam dat jaren in beslag en had men meerdere grammen nodig. De kwaliteit van het NMR-spectrum varieert met het kwadraat van de basisfrequentie en dus met het kwadraat van het toegepast magnetisch veld. Er volgde dus een wedren naar de hogere velden. Onze laboratoria werden vlug uitgerust met sterkere apparaten, vooral dankzij subsidies van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek. Momenteel kan men spectra opnemen aan 600 MHz voor het proton. Sinds kort is voor iets meer dan 5 miljoen euro een 900 MHz-spectrometer te koop. Met deze apparaten kan men ook spectra opnemen van het koolstof 13-isotoop (aanwezig in 1% van natuurlijk koolstof), van fluor, van fosfor, van tin en van vele andere stoffen. Bovendien biedt de introductie van de impulsspectroscopie door Fourier-transformen de mogelijkheid snel spectra van grote kwaliteit op te nemen op zeer kleine hoeveelheden materie.

Een opmerkelijke doorbraak in het NMR-domein werd gerealiseerd door een Belgisch onderzoeksteam (ULB). Door uitbreiding van de impulstechnieken ontwierp en realiseerde het team de zgn. tweedimensionale NMR of 2D NMR. In één enkele operatie verkrijgt men bv. een proton-koolstof-correlatiespectrum waarmee men kan preciseren welk proton met welk koolstofatoom is verbonden, waardoor men heel de molecule stap voor stap kan reconstrueren. Deze opmerkelijke methode ging snel de wereld rond en sindsdien zijn 2D-spectra een onmisbaar onderdeel van de NMR-spectroscopie. Dit zorgde voor belangrijke vorderingen die leidden tot multidimensionale methoden. Met een impulstechniek van de Vrije Universiteit Brussel kan men bv. alleen waterstofatomen detecteren die gekoppeld zijn aan het tinatoom van een organotinderivaat, wat de structuurbepaling vergemakkelijkt.

[p. 175]

De kracht van NMR in de structuuranalyse komt ook tot uiting in de mogelijkheden die zij biedt voor de bepaling van de relatieve stereochemie van de moleculen dankzij het systematisch gebruik van de waarde van de koppelconstanten die bv. afhangt van de diëderhoek H-C-C-H. Bovendien is het de enige methode waarmee men de snelheid kan meten van bepaalde snelle transformaties zoals de stoel-omgekeerde stoel-interconversie van cyclohexaanverbindingen of hun analogen, en meer algemeen, van talrijke conformatieveranderingen die van kapitaal belang zijn voor het begrijpen van de werking van de enzymen.

NMR is ook de enige spectroscopische methode waarmee men twee waterstofatomen kan onderscheiden die, gebonden aan hetzelfde koolstofatoom, identiek lijken maar toch verschillend zijn omwille van hun plaats in de ruimte.

Eveneens kort na de oorlog durfden onderzoekers organische verbindingen onderwerpen aan massaspectrometrie. De moleculen, in gasfase, worden onderworpen aan een elektronenbombardement (70 eV), transformeren in positieve ionen met hoge energie en vallen uiteen in neutrale fragmenten, die verloren gaan, en cationische fragmenten die worden versneld door een elektrisch veld E en afgebogen door een magnetisch veld B. Een detector aan de uitgang van het magnetisch veld registreert het aantal ionen van elke massa om een totaalbeeld te geven van de fragmentatie van de molecule. Systematische studies over de hele wereld hebben het mogelijk gemaakt het verband te systematiseren tussen de structuur en de fragmentatietypen die ontstaan volgens een vrij beperkt aantal gekende en opgetekende mechanismen. Het laboratorium van de RUG heeft snel een internationale reputatie gekregen met analyses van de massaspectra van natuurstoffen. Bovendien kan men met de exacte massametingen moleculen onderscheiden die schijnbaar dezelfde massa hebben, zoals koolstofmonoxide en etheen, waarvan de massa in de buurt ligt van atoommassa 28, maar die verschillen vanaf het derde decimaal na de komma. Dit zorgde voor heel wat verduidelijking. Op vraag en volgens de plannen van het laboratorium van de UMH heeft een fabrikant van massaspectrometers een revolutionair toestel gebouwd. Het bevat achtereenvolgens: een elektrische sector, een magnetische sector, twee elektrische sectoren, een magnetische sector en tenslotte een elektrische sector (EBEEBE); met deze opstelling kunnen neutrale of geïoniseerde moleculaire entiteiten worden geproduceerd die men onmogelijk zou kunnen bestuderen met de klassieke methodes van de chemie in gecondenseerde fase.

Het werk van de onderzoekers kwam in een stroomversnelling door de introductie van zgn. GCMS-installaties waarin de uitgang van een gaschromatograaf (GC) is gekoppeld aan de ingang van een massaspectrometer. Een mengsel van natuurlijke of synthetische stoffen wordt zo zeer snel geanalyseerd; men verkrijgt informatie over de aard van de verschillende bestanddelen en hun respectievelijke hoeveelheden.

Dit overzicht van de diverse fysisch-scheikundige methodes die het uitzicht van de organische scheikunde totaal hebben veranderd, wordt afgesloten met een onderdeel over de röntgendiffractie. Een monokristal van een stof dat wordt onderworpen aan een monochromatische röntgenbundel geeft een diffractiediagram met vlekken waarvan de schikking en de intensiteit na lange berekeningen de exacte structuur van een molecule kunnen opleveren. In het begin was deze methode ontzettend arbeidsintensief omdat men er honderden uren rekenwerk in stak. Ze was ook niet zo nauwkeurig omwille van de gebrekkige uitrusting en het benaderend karakter van de fotografische techniek die voor de detectie gebruikt werd. De situatie veranderde op slag toen professor Maurice Van Meersche aan de Katholieke Universiteit Leuven originele technieken introduceerde met een moderne uitrusting, en een beroep deed op computers voor de berekening. Het laboratorium kreeg dadelijk een wereldreputatie. Er zijn sindsdien ontelbaar veel structuren bepaald. Problemen die ondanks de kracht van de spectroscopische methoden geen analyse toelieten, konden met precisie worden opgelost. Deze aanpak is dus een erg doeltreffend hulpmiddel. Helaas moeten de monokristallen van goede kwaliteit zijn. Daarom kan de techniek niet altijd worden toegepast.

[p. 176]

Een andere belangrijke vooruitgang in het domein van de moderne organische chemie houdt niet zozeer verband met de evolutie van de instrumenten als wel met de ontwikkeling van de computer. In 1945 waren de toepassingen van de kwantummechanica hoofdzakelijk beperkt tot aromatische moleculen. De berekeningen gebeurden met de hand of met trage, luidruchtige elektromechanische rekenmachines. Grote computers zorgden voor ingrijpende veranderingen. Steeds meer structuurof reactiviteitsproblemen worden onderworpen aan doorgedreven berekeningen waarbij een beroep wordt gedaan op golffuncties van het Slater-type in plaats van de gaussiaanse golffuncties (UCL, ULB, VUB). De methoden van de kwantummechanica vinden ook een toepassing in de studie van periodische macromoleculaire systemen (UCL, UMH).

De vooruitgang op het vlak van instrumenten en technieken had ook gevolgen op gerechtelijk niveau. Reeds in 1850 leverde Jean-Servais Stas (1813-1891) een essentiële bijdrage in het kader van een moordzaak in de streek van Mons. Hij toonde aan dat een slachtoffer vermoord was door middel van nicotine. Deze affaire vormde de start van de wetenschappelijke opsporing in België. Onze laboratoria werden vaak in minder dramatische omstandigheden te hulp geroepen, bij geval van fraude of vervalsing. Zo kon zonder moeite worden aangetoond hoe varkensvet met boter werd vermengd. Een tuinier die ordinaire rozen verkoopt onder een bekende naam kan worden ontmaskerd met een simpele chromatografische analyse van de pigmenten uit slechts één bloemblad (RUG). Met de analyse van het fluorescentiespectrum met een laserstraal is het mogelijk de aanwezigheid aan te tonen van vreemde plantaardige vetten in cacao, zodat men de ‘echte’ chocolade kan onderscheiden van de andere. De aanwezigheid van dioxine in de voeding kan worden aangetoond door gaschromatografie gekoppeld aan massaspectrometrie.

In 1945 brak een artistieke, wetenschappelijke en politieke zaak uit die nog altijd niet is beëindigd. De Nederlandse schilder Han Van Meegeren (1889-1947) werd vervolgd omdat hij een meesterwerk van Vermeer voor een prik aan Goering had verkocht. Hij pleitte zich gemakkelijk vrij met de verklaring dat hij slechts een zelfgeschilderde imitatie had verkocht; de collaborateur werd onmiddellijk een nationale held. Dat zou zo gebleven zijn mocht hij niet kort daarna hebben verklaard dat nog twee andere schilderijen van Vermeer vervalsingen van zijn hand waren. De zaak kreeg een snelle wending. Het museum was uiteraard zeer ontstemd, temeer omdat Het Laatste Avondmaal en de Emmaüsgangers werden beschouwd als authentieke werken van de Hollandse meester. Daarop vroeg men aan Paul Coremans, de stichter en eerste directeur van het Instituut voor het Kunstpatrimonium, de schilderijen te onderzoeken. Hij besloot dat het wel degelijk vervalsingen waren. Het aangetroffen vernis was immers een fenolformaldehydehars en de blauwe kleur was op basis van kobalt, twee moderne ingrediënten. Men vroeg een contra-expertise, onder meer aan de fysisch scheikundigen Mund, van de Katholieke Universiteit Leuven, en Coekelbergh, van de Koninklijke Militaire School, en aan de organisch scheikundige Martin, van de Université libre de Bruxelles. Ze verklaarden dat Coremans' besluiten niet goed ondersteund waren en ze dus niet als bewijs konden dienen. Kunstminnaars en experts waren het eens: de twee verdachte schilderijen waren oud en van de Vermeers hand. Men begon een proces, de zaak bleef aanslepen en verzuurde met wederzijdse beschuldigingen van vervalsing, kwader trouw en leugens. De zaak werd in de pers breed uitgesmeerd. Het is bijvoorbeeld opmerkelijk dat de micro-opnamen van dezelfde barstjes voor de ene partij het bewijs zijn dat ze voortkomen uit een recente vervalsing en voor de andere partij een bewijs van ouderdom. Sommigen suggereerden zelfs dat de monsters met modern hars niet afkomstig waren van de betreffende schilderijen maar vervalsingen waren van Van Meegeren. Met het overlijden van de hoofdrolspelers, Van Meegeren in 1947 en Coremans in 1965, verdween de zaak naar de achtergrond. De twee schilderijen hadden volgens de Nederlandse wet vernietigd moeten worden als het om vervalsingen ging, maar ze worden nog steeds tentoongesteld als ‘toegeschreven aan Vermeer’. Vijftig jaar na datum blijven de opvolgers en vrienden van de protagonisten

[p. 177]

Frédéric Swarts in zijn, laboratorium te Gent. Gent. Archief of Universiteit Gent ▪

bij hun standpunt. De emoties zijn nog niet verdwenen, al blijven ze binnenskamers. De studie zal misschien ooit worden hervat met de moderne methoden van de microchemie en de spectroscopische structuuranalyse, op voorwaarde uiteraard dat het museum instemt met het risico.

▪ De algemene organische chemie

De wetenschappelijke loopbaan van Frédéric Swarts (1866-1940) liep opzijn eind toen het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek werd opgericht. Hij was de eerste voorzitter van de derde wetenschappelijke commissie, gewijd aan de organische en minerale scheikunde. Hij was de grondlegger van de organische fluorchemie en deed onderzoek tot aan zijn pensioen in 1936. Hij legde de basis van de bereiding, reactiviteit en studie van de fysische constanten van fluoralkanen en fluorarenen. De industriële toepassing van zijn ontdekkingen werd verwezenlijkt in de Verenigde Staten door zijn leerling Albert Henne.

De loopbaan van Henri Wuyts (1872-1966) begon in 1906 met een opdracht als hoogleraar organische chemie aan de faculteit Wetenschappen van de Université libre de Bruxelles. Hij onderwees ook de farmaceutische chemie aan de faculteit Geneeskunde vanaf 1907.

[p. 178]

In 1927 redigeerde hij samen met andere professoren van Belgische universiteiten een Note sur l'action du Comité national de Chimie dans la question de la collaboration de la Science et de l'Industrie; dat document zou belangrijk worden na de beroemde redevoering van Koning Albert I op 1 oktober 1927 te Seraing, die de aanzet gaf tot de stichting van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek. Uiteraard was hij vanaf de oprichting lid van de derde wetenschappelijke commissie van het NFWO.

Wuyts was onvermoeibaar en sprong zijn universiteit bij wanneer dat nodig was. In 1944, op het einde van de bezetting en drie jaar na de sluiting, zat de universiteit zonder hoogleraar organische chemie; ze richtte zich tot Henri Wuyts, toen reeds 72 jaar oud, om de taak op zich te nemen. In plaats van zich te verschuilen achter een verdiend pensioen aanvaardde hij de opdracht zonder aarzelen. Hij bleef lesgeven tot zijn opvolger Richard-Henri Martin in februari 1947 in functie trad.

Als eerbetoon boden zijn collega's hem het erevoorzitterschap aan van het colloquium over zwavelchemie dat in 1962 werd georganiseerd door de Société chimique de Belgique. Amper enkele maanden voor zijn dood woonde hij nog trouw de zittingen bij van de Classe des Sciences van de Académie royale de Belgique.

De chemie van de organische zwavelverbindingen vormde de kern van zijn werk. Hij bestudeerde de vorming en de eigenschappen van de carbodithiozuren die veel reactiever zijn dan hun zuurstofhoudende analogen. Deze verbindingen leveren gemakkelijk aldehyden die via andere weg moeilijk verkrijgbaar zijn, en geven snel toegang tot corresponderende nitrillen onder invloed van hydroxylamine. Hij ontdekte tevens dat de hydraziden, verkregen vanuit dithiozuren gemakkelijk reageren met de aldehyden en profiteerde ervan om een elegante en snelle methode op punt te zetten om de aldosen te karakteriseren: deze suikers geven glucothiazolines die, in tegenstelling tot andere derivaten van koolhydraten, goed kristalliseren en bovendien een groot draaivermogen hebben.

Zo effende hij het pad voor onverwachte ontwikkelingen; het betreft het gebruik van para-tolueensulfonzuur als dehydrateringsmiddel van de alcoholen. Hij zette zijn werk voort met de bereiding van ethers, ketalen, acetalen, esters door een beroep te doen op deze katalysator die veel handiger in gebruik is dan zwavelzuur. Vandaag gebruiken nog steeds honderden organici para-tolueensulfonzuur

Georges Chavanne Brussel, Archives l'Université libre de Bruxelles ▪

[p. 179]

met succes zonder zich te realiseren dat Henri Wuyts een pionier in dit domein is geweest.

Wuyts was een bescheiden man, die eerder ten dienste stond van zijn universiteit, zijn studenten, zijn vaderland, dan eigen roem na te streven; hij genoot een internationale reputatie. Op 76-jarige leeftijd werd hem nog gevraagd twee hoofdstukken te schrijven voor het prestigieuze Traité de Chimie organique de V. Grignard.

Georges Chavanne (1875-1941) was afkomstig uit de Doubs en studeerde aan de Ecole normale supérieure. Hij was een leerling van Ferdinand-Frédéric-Henri Moissan (1852-1907) en Jean-Baptiste Perrin (1870-1942). In 1904 werd hij doctor in de natuurkundige wetenschappen. Een jaar later kwam de leerstoel algemene scheikunde aan de Université libre de Bruxelles vrij. Op aanbeveling van Moissan en Marcellin Berthelot (1827-1907) werd hij aangeboden aan Chavanne nadat die een opmerkelijk exposé had gemaakt over de metaalhydriden. Hij onderwees algemene scheikunde aan de kandidatuurstudenten in de wetenschappen van de faculteit Toegepaste Wetenschappen en de handelsschool, en fysische scheikunde aan de doctoraatstudenten in de scheikundige wetenschappen.

Zijn belangrijkste onderzoek deed hij vóór 1927. Zijn eerste werken handelden over de structuur van complexe moleculen en over de verbetering van een methode om halogenen te doseren in de organische stoffen. Hij bewees dat de eliminatie van HI uit dijoodetheen onder invloed van kaliumhydroxide in trans plaatsvindt. Daarna veralgemeende hij deze observatie tot andere eliminaties.

Het einde van zijn loopbaan was gewijd aan de studie van de oxidatie van koolwaterstoffen: in een afgesloten buis met 1,3-dimethylcyclopentaan in aanwezigheid van lucht constateerde hij de geleidelijke verdwijning van zuurstof in 150 dagen, en de vorming van een onstabiel peroxide dat gecarbonyleerde derivaten leverde. Hij bewees ook dat de spontane oxidatie van verzadigde koolwaterstoffen begint door de aanval van tertiaire en secundaire CH-groepen eerder dan van methylgroepen. Zijn werken liggen aan de basis van het gebruik van brandstoffen ‘met een hoog octaangehalte’. Hoe meer vertakt ze zijn, hoe performanter ze zijn.

Pierre Bruylants (1885-1950) was de zoon van Gustave Bruylants (1850-1925), hoogleraar aan de faculteit Geneeskunde van de Katholieke Universiteit Leuven. Zijn wetenschappelijke belangstelling paste in de familietraditie. Hij werd belast met het onderwijs van de fysische scheikunde in 1911 en van de algemene scheikunde in 1913 aan de studenten van meerdere faculteiten van de Leuvense universiteit. Hij was vanaf de oprichting lid van de derde wetenschappelijke commissie van het Nationaal Fonds voorwetenschappelijk Onderzoek.

Hij spitste zijn onderzoek al snel toe op de organische scheikunde, waarin hij echt uitblonk. Hij maakte vooral vorderingen in het domein van de nitrillen. Onder de ontdekkingen in zijn laboratorium vermelden we: het zuurkarakter van de protonen gesitueerd in a van de nitrilgroep en die bijgevolg gemakkelijk te onttrekken zijn door een organomagnesiumreagens. Hij heeft ook aangetoond dat kopercyanide, samen met zgn. allylbromiden, resultaten geven die verschillen van die welke worden verkregen met kaliumcyanide dat wijzigingen in de koolstofketen aanbrengt. Hij wilde α-cyaanketonen synthetiseren en liet een alkalicyanide inwerken op α-halogeenketonen. Hij ontdekte dat de reactie op volstrekt onverwachte wijze verloopt: er vormt zich immers een ring met drie atomen, waaronder een zuurstofatoom.

Deze werken hebben de basis gelegd van de chemie van de nitrillen en hun derivaten. Zowel in België als in het buitenland bezorgden ze Bruylants een groot prestige. In 1923 werd hij corresponderend en in 1935 gewoon lid van de Académie royale de Belgique. In 1943 was hij voorzitter. Hij mocht tevens een hoofdstuk opstellen voor het Traité de Chimie organique de V. Grignard. Het verscheen in 1942 onder de titel: ‘Les Nitriles, Carbylamines et Amidines’.

Hij dacht ook toekomstgericht na over de synthesepolymeren, zowel op industrieel als fundamenteel niveau. Dankzij Bruylants werd aan de universiteit van Leuven een leerstoel macromoleculaire scheikunde opgericht, die werd toegewezen aan zijn leerling Georges Smets.

Naast zijn academische activiteiten was Pierre Bruylants bedrijvig in de industrie. Hij werd

[p. 180]

benoemd tot directeur van het onderzoekslaboratorium van Gevaert en droeg met zijn verbeelding, kennis en advies bij tot de creatie van emulsies die de kleurenfotografie mogelijk maakten. Zijn leerling André Van Dormael volgde hem op in deze functie.

▪ De natuurstoffen

De chemische studie van de natuurstoffen ligt aan de oorsprong zelf van de organische chemie, wat de benaming ervan verklaart. Dit domein heeft in ons land een belangrijke ontwikkeling gekend, enerzijds omdat de onderzoekers de landbouw wilden voorthelpen en anderzijds omwille van de bevoorrechte relatie met de kolonie, die de laboratoria voorzag van amper geanalyseerde stoffen die een echte uitdaging vormden.

Gaston Goethals (1908-1979) specialiseerde zich al heel vroeg in dit domein. Zijn vader, een vertegenwoordiger van een Frans parfumeur, had de loopbaan van zijn twee zonen vooraf bepaald. Omdat hij een familiaal parfumbedrijf wilde oprichten moest de ene scheikundige en de andere boekhouder worden. Gaston deed zijn hogere studies aan de universiteit van Gent. In 1941 verdedigde hij zijn proefschrift over de etherische oliën uit Congolese planten. Hij ontdekte daarin onder meer geraniol en citronellaolie. In 1942 werd hij verbonden aan het NFWO en vanaf 1946 doceerde hij te Gent de cursus organische scheikunde aan de faculteit Wetenschappen. Vervolgens richtte hij zich op de verbetering van de scheidingsmethoden, in het bijzonder de eerste en tweede destillatie. Op basis daarvan werd hij opgenomen in de wetenschappelijke raad van de Fédération européenne du Génie chimique. Hij beëindigde zijn loopbaan met onderzoek over de cellulosechemie. Zijn verbeterde synthese van carboxylmethylcellulose kende talrijke industriële toepassingen.

Jacques Pecher (1924-1989) deed zijn lagere en middelbare studies te Antwerpen en schreef zich daarna in aan de universiteit van Leuven. Na een korte legerdienst in Engeland na de bevrijding werd hij licentiaat in de scheikundige wetenschappen aan de Université libre de Bruxelles, waar hij een proefschrift verdedigde over de filaricides. Hij koos dit onderwerp omdat hij mee de filariose wilde bestrijden, een wijdverbreide ziekte in Midden-Afrika. Na een verblijf van zes maanden te Londen bij professor Derek H.R. Barton (1918-1998) keerde hij terug naar België met de bedoeling alkaloïden te gaan onderzoeken. Dankzij het Instituut voor Tropische Geneeskunde kreeg hij monsters van planten uit Congo. Aldus begon hij samen met zijn medewerkers te werken op Voacanga chalotiana, waaruit hij door middel van een Craig-machine met 200 buizen (zeer groot voor die tijd, maar wat later ingehaald door een Gents toestel met 430 buizen) een nieuw indolalkaloïde kon extraheren dat voachalotine werd genoemd. Het NMR-spectrum, opgenomen in Gent, was één van de eerste opnames in België op een molecule van deze omvang en bewees de aanwezigheid van een ethylideengroep en een N-methylindool, structurele kenmerken die hij maar heel moeizaam verkregen zou hebben met de traditionele chemische methoden. Het was één van de eerste alkaloïden dat aan massaspectrometrie werd blootgesteld, eerst in Glasgow en vervolgens te Mons bij Doehaerd. Als geassocieerd hoogleraar zette hij zijn onderzoek voort en isoleerde hij als eerste dubbele alkaloïden waarvan de structuur kon worden bepaald.

Het domein van de alkaloïden kende nog andere ontwikkelingen. De traditionele geneeskunde in Midden-Afrika doet vaak een beroep op slecht gedefinieerde plantenextracten. Het isoleren en zuiveren van één van deze extracten aan de RUG heeft geleid tot een stof waarvan men de structuur kon bepalen. De extractiemethode werd op punt gesteld met de hulp van de Wereldgezondheids-organisatie. De methode zal ter plaatse worden toegepast en zou volgens de statistieken 300 miljoen mensen gered hebben van de leishmaniose, een ziekte veroorzaakt door protozoa. De Afrikanen gebruikten ook extracten van de Holarrhena congolensis om gifpijlen te maken. Het actief bestanddeel, holarrhenine, bleek een steroïde alkaloïde te zijn (VUB) waarvan men de structuur heeft kunnen bepalen.

Een onderzoeksteam van de ULB wierp zich op Europese planten, aangezien Afrikaanse planten

[p. 181]

moeilijker verkrijgbaar waren na de verdwijning van het NILCO. Men analyseerde lycopoden alsook Sedum acre, dat talrijke piperidinesystemen bevat. Hoewel het een echte uitdaging betekende, was men er toch in geslaagd de structuur en de stereochemie ervan te bepalen.

Wat zou België zijn zonder bier? Of beter, wat zou bier zijn zonder België, en meer bepaald zonder de Belgische organische chemie? Een grote brouwerij vroeg een Gents onderzoeksteam wat nu juist een goede hop is. Aldus werd het pad geëffend voor succesvol onderzoek. Tientallen thesissen werden gewijd aan de isolatie, de structuurbepaling en het gedrag van de bestanddelen van hop. Met de moderne scheidingsmethoden was het mogelijk zgn. a-zure verbindingen te extraheren: humulon, verantwoordelijk voor de bittere smaak, werd onderworpen aan gewone omstandigheden zoals in een brouwerij. Zo kon men preciseren wat oorzaak was van de isomerisatie in iso-humulon, wat veel bitterder is en de kwaliteit in het gedrang brengt. De aanwezigheid van meerdere ketonfuncties en CC dubbele bindingen in humulon maakt het bier erg gevoelig voor licht. Een fotochemische additie van butylmercaptan op een van de onverzadigingen, waarvan het mechanisme in detail is geanalyseerd, geeft het bier een onuitstaanbare smaak. Om de vorming te verhinderen van lichtbier zijn alle bierflesjes bruin of groen van kleur.

Na het plantenrijk volgt nu het dierenrijk. De insecten vormen de grootste dierlijke biomassa op aarde en werden succesvol bestudeerd aan de ULB. Belangrijke thema's zijn hun communicatie en hun aanvals- en verdedigingsmiddelen, gebaseerd op specifieke stoffen. De coccinellen scheiden een zeer bittere stof af die hun belagers definitief afschrikt; een veertigtal alkaloïden, waaronder coccinelline en derivaten, werden geïsoleerd en de structuur ervan bepaald. De chrysomela, waaronder de beroemde doryphora, bezitten gespecialiseerde klieren die stoffen produceren die analoog zijn aan de suikers maar een nitrogroep bezitten, wat zeldzaam is bij natuurstoffen; men vindt ook hartglycosiden met steroïde skelet die vogels afschrikken (of doden), maar ook mieren, ook al hebben die geen duidelijk lokaliseerbaar hart. Bovendien scheiden ze heel speciale aminozuren af die de enzymen blokkeren. Dit hele arsenaal is volledig geïdentificeerd.

Een van de meest ‘brandende’ problemen is dat van de Solenopsis of ‘vuurmier’. Dit insect is oorspronkelijk afkomstig uit Mexico maar verspreidt zich over het zuiden van de Verenigde Staten, waar het alle andere miervariëteiten uitroeit en aanzienlijke schade berokkent aan de landbouw. Meerdere personen die door een zwerm vuurmieren werden aangevallen, zijn overleden aan de brandende pijn waaraan het diertje zijn naam ontleent. De solenopsines die deze mieren injecteren zijn alkaloïden die uiterst vervelende allergieën veroorzaken en het zenuwstelsel aantasten. Ze werden geïdentificeerd en gesynthetiseerd met de correcte stereochemie. Deze studies hebben geleid tot het op punt stellen van specifiek toxisch lokaas waarmee men hoopt de plaag onder controle te krijgen.

Ook in de mariene wereld ging de aandacht van de onderzoeker naar de communicatie en de verdedigings- en aanvalsmiddelen. Bepaalde vissen communiceren door middel van lichtflitsen en doen daarvoor een beroep op chemiluminescentie (UCL), veroorzaakt door heterocyclische verbindingen. Maar nog veel andere zeeorganismen (ULB) doen een beroep op stoffen als signaal of wapen. De holothuries of zeekomkommers bevatten diterpenen (met twintig koolstofatomen), sesquiterpenen (met vijftien koolstofatomen) en triterpenen (met dertig koolstofatomen); octocorallia (gorgonia, doomansduim,...) uit tropische wateren hebben sesquiterpenen waarvan de biologische rol amper is bestudeerd maar die ongetwijfeld defensieve stoffen zijn. De sponzen vertonen een grote diversiteit inzake synthetisch potentieel en hebben al meer dan honderd nieuwe stoffen opgeleverd. Het farmacologisch potentieel geraakt stilaan bekend, in het bijzonder in het domein van de schildklierinsufficiëntie.

▪ De organische synthesechemie

We onderscheiden in de organische synthese vier motivaties, ook al zijn ze in het denken complementair. We bespreken ze één voor één.

[p. 182]

Richard-Henri Martin. Brussel, Archives de l'Université libre de Bruxelles ▪

▫ De uitdagingen

De uitdagingen hebben te maken met het verlangen moleculen te synthetiseren omwille van de schoonheid van hun structuur. Richard-Henri Martin is een typisch voorbeeld.

Toen Richard-Henri Martin (1914-1995) zijn hogere studies begon, twijfelde hij tussen een artistieke en een wetenschappelijke loopbaan. Hij koos uiteindelijk voor het diploma van scheikundig ingenieur, dat hij behaalde in zijn geboortestad Genève. Hij werkte in het laboratorium van Cook in Londen toen de Blitz hem verraste; hij hield, met de helm op, wacht op het dak van het hospitaal waar hij zijn proefschrift voorbereidde; uiteindelijk moest hij verhuizen naar Oxford om er een andere doctoraatsthesis te beginnen onder de leiding van Robert Robinson (1886-1975). Sir Robert leerde de jonge Zwitserse onderzoeker de moderne methoden en aanpakken van de organische chemie, met nadruk op de reactie-elektronentheorieën. Na de oorlog keerde hij terug naar Genève. Op dat moment kwam aan de Université libre de Bruxelles de leerstoel organische chemie vrij. De ULB zocht een jonge, dynamische, beloftevolle buitenlandse scheikundige. Professor Jean Timmermans (1882-1971), die fysische scheikunde doceerde, dacht aan de jonge Zwitserse chemicus die hij in Londen had ontmoet en die hem had geholpen correspondentie vanuit Engeland via Zwitserland naar België te sturen. In februari 1947 maakte Richard-Henri Martin op 33-jarige leeftijd zijn debuut aan de ULB.

De aanvoer van vers bloed werd dadelijk vertaald in een reeks ingrijpende veranderingen, vooreerst in het onderwijs van de organische chemie. Martin volgde de ideeën van de Engelse school en werd sterk beïnvloed door Robinson. Als eerste in België structureerde hij zijn cursus rond reactie-intermediairen zoals de carbanionen, in plaats van de toen traditionele opsomming van de eigenschappen van elke verbinding. Hij maakte van de reactiemechanismen een vast onderdeel van de organische chemie; zo verkoos hij een beroep te doen op algemene principes eerder dan op het geheugen. Deze vernieuwende benadering van de organische chemie werd uiteindelijk door alle Belgische universiteiten overgenomen.

Martin gaf ook een sterke impuls aan de organische synthese. Zij die onder zijn leiding hebben gewerkt, weten met welk enthousiasme hij een syntheseschema bedacht, hoe vernuftig hij was, hoe hij

[p. 183]

Model van het 13-heliceenmolecule. in de vorm van een wenteltrap met dertien aan elkaar gehachte benzeenringen. Brussel, Université libre de Bruxelles ▪

zijn medewerkers stimuleerde, hoe gevarieerd de domeinen waren die hij aanroerde.

Zijn eigen voorkeur ging uit naar de synthese en de studie van de eigenschappen van nieuwe polycyclische aromatische verbindingen. Aanvankelijk kaderde dit in onderzoek naar kankerverwekking. Het was immers bekend dat kanker kan veroorzaakt worden door de bestanddelen van teer. Zijn belangstelling breidde zich al gauw uit. Van zodra commerciële kernmagnetische resonantietoestellen beschikbaar werden, schafte hij zich als eerste in Franstalig België een spectrometer aan waarmee zowel zijn onderzoek als zijn cursussen een nieuwe dimensie kregen. Dankzij zijn baanbrekend onderzoek in samenwerking met zijn werkleider Nicole Defay (1923-1986) over de spectra van de aromatische verbindingen werd hij overal ter wereld uitgenodigd om seminaries te organiseren of plenaire lezingen te geven.

In 1967 zorgde hij voor een doorbraak die hem een internationale reputatie bezorgde. Samen met zijn medewerkers ontwikkelde hij een snelle en efficiënte methode voor de synthese van helicenen. Terwijl zijn werkleider Daisy Bogaert-Verhoogen (1900-1984) helicenen trachtte te vormen met thermische reacties, wierp Martin zich op het probleem langs fotochemische weg, wat uiteindelijk het efficiëntst bleek: door een oplossing van een diaryletheen in aanwezigheid van lucht en jodium te bestralen werden helicenen verkregen die een uitstekend rendement gaven. Helicenen zijn fascinerende verbindingen, bestaande uit benzeenringen die zo aan elkaar zijn gehecht dat ze een helix vormen die gelijkt op een wenteltrap. Andere laboratoria in de wereld hadden maar met veel moeite het eerste lid van de reeks, het zes ringen tellende hexaheliceen, gevormd; in korte tijd produceerde het laboratorium hogere homologen tot dertien ringen. Deze stoffen vertonen uitzonderlijke eigenschappen, in de eerste plaats omwille van hun enorm draaiingvermogen die nog door geen andere klasse verbindingen werd geëvenaard. De ontdekking bezorgde de Belgische organische chemie in haar geheel wereldwijde uitstraling.

Martin was lid van de Académie royale de Belgique, van de vierde wetenschappelijke commissie van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek en werd in 1975 doctor honoris causa van de universiteit van Genève.

De complexe structuur van de natuurstoffen was een uitdaging van een ander niveau. De totaalsynthese in overeenstemming met de stereochemie

[p. 184]

van antibiotica, hormonen, vitaminen vergt van de organisch scheikundige veel verbeelding en een groot doorzettingsvermogen.

Een onderzoeksteam van de RUG realiseerde als één van de eerste in de wereld de synthese van prostaglandines. Het gebruikte daarvoor een niet-courante reductiemethode. In het domein van de sesquiterpeenlactonen synthetiseerde het ook damsine, door de realisatie van een fotochemische cycloadditie van een cyclopenteen dat oordeelkundig gesubstitueerd was op een cyclopentanon. Een grote stap voorwaarts was het gebruik van furaan in een intramoleculaire Diels-Alderreactie, terwijl het als aromatische verbinding nooit zou moeten reageren als dieen; dit succes heeft het pad geëffend voor de synthese van in positie 11 zuurstofhoudende steroïden, wat leidde tot de cortisonen. Het microorganisme Gibberella fujikuroi scheidt het groeihormoon gibbereline af, waarmee landbouwers de groei van hun gewassen beter kunnen controleren; overmatig gebruik richt grote schade aan in rijstvelden. Met een strategie gebaseerd op furaan kon men gibbereline verkrijgen in 15 stappen, terwijl de Amerikaanse scheikundige en Nobelprijswinnaar Elias James Corey (^o1928) 30 stappen nodig had. Biotine, een andere stof van groot biologisch belang, heeft men op een bijzonder elegante wijze kunnen synthetiseren.

Een team van de ULB werkt aan de synthese van de Sedum Acre-alkaloïden. Het zijn 2,6-piperidinen, gedisubstitueerd door gefunctionaliseerde alkylketens. Door de elektrochemische oxidatie van zorgvuldig beschermde piperidinen op grafietelektroden kan men de gewenste ketens fixeren met uitstekende resultaten. Anderzijds heeft de additie van alkynen aan 1,3-dipolaire reagentia, nog maar zelden gebruikt in de wereld, intermediairen opgeleverd met goed gedefinieerde regiochemie en stereochemie die leiden tot andere interessante gesubstitueerde piperidinen.

▫ De nieuwsgierigheid

De organisch scheikundige heeft de mogelijkheid zijn studieonderwerp zelf te creëren, en hij laat die kans niet onbenut. Talrijke werken beschrijven de synthese van nieuwe stoffen waarvan het gedrag uitgebreid werd onderzocht. Het is ongetwijfeld nuttig er aan te herinneren dat de actuele vooruitgang van de organische chemie, zoals die van alle andere wetenschapsdomeinen, te danken is aan het werk van generaties onderzoekers die het onmiddellijk nut verwaarloosden maar resultaten bezorgden die als basis dienden voor spectaculaire vorderingen die oorspronkelijk niet waren voorzien. Laat ons beginnen met het werk van Maquestiau.

André Maquestiau (1936-1996), geboren te Vilvoorde, studeerde aan de Université libre de Bruxelles onder leiding van Grégoire Chiurdoglu. Hij werd er doctor met een proefschrift over de isomerisatie en de auto-oxidatie van de cyclanen en over de Ramanspectroscopie van cyclohexaanderivaten. Benoemd tot hoogleraar in de organische chemie aan de Faculté polytechnique de Mons startte hij een onderzoeksloopbaan gewijd aan de pentaatomische heterocycli. Zijn grote ervaring inzake organische synthese liet hem toe problemen te behandelen die gemakkelijk worden omschreven maar waarvoor veel vernuft nodig is om een bevredigend antwoord te vinden: wetende dat veel pentagonale moleculen stikstof en zuurstof bevatten, en één van de waterstofatomen veel verschillende plaatsen kan innemen, wat is dan de overheersende vorm? Deze vraag, op het eerste gezicht futiel, is belangrijk bij problemen betreffende de DNA-structuur. Daar de synthese van de verschillende geblokkeerde analogen kon worden gerealiseerd, heeft hij de ultravioletspectroscopie gebruikt om de isomere compositie van de basismolecule te preciseren. Later interesseerde hij zich voor de synthese van nieuwe pyridinederivaten, analogen van de dihydropyridinen die tussenkomen in de biologische oxidatie-reductieprocessen.

Zijn bijdragen tot de heterocyclische chemie bezorgden hem internationaal aanzien: hij werd belast met de organisatie van een internationaal congres over heterocyclische chemie dat plaatsvond te Brussel in 1983.

Hij realiseerde met de steun van zijn collega Doehaerd dat de massaspectrometrie een uitgelezen werkinstrument werd voor de studie van de heterocycli. In 1968 verwierf hij een spectrometer. In 1975 liet hij een nieuw type apparaat bouwen waarmee

[p. 185]

hij als eerste in Europa geïoniseerde moleculen onderwierp aan activering door botsing. Hij werd erkend als een pionier in het jonge domein van de chemie van ongewone moleculen in gasfase.

André Macquestiau zette zich zonder onderbreking in voor de creatie van een nieuwe rijksuniversiteit in Mons, de latere Université de Mons-Hainaut (UMH). Hij bouwde er ook een volwaardig laboratorium voor organische chemie. Bovendien nam hij het initiatief tot een contactgroep van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek, gewijd aan de massaspectrometrie.

Hij was tevens nauw betrokken bij de werking van de Société chimique de Belgique. Hij was secretaris van het redactiecomité van het Bulletin des Sociétés chimiques belges en werd daarna, van 1978 tot 1993, voorzitter.

Recent is aan de UMH onderzoek tot ontwikkeling gekomen in het kader van de productie van ongewone moleculen in een massaspectrometer. Door goed gekozen heterocyclische precursoren te pyroliseren onder vacuüm genereert men fragmenten die geïnjecteerd worden in de ionisatiekamer van het apparaat, waarna de geproduceerde ionen vervolgens dankzij een in België bedachte en op punt gestelde methode worden onderworpen aan botsingen met een gas zoals stikstof. Men heeft zo voordien onbekende moleculen kunnen genereren zoals propadienoniminen die een keten bevatten van drie koolstofatomen met een zuurstofatoom aan één uiteinde en een stikstofatoom aan het andere uiteinde, het geheel bijeengehouden door vier dubbele gecumuleerde bindingen. Het is ook mogelijk om vanuit energierijke (circa 8.000 eV) ionen door middel van een neutralisatie-re-ionisatie-vertraging sequens onstabiele isomeren te genereren van gekende stoffen waarvan de structuur ondubbelzinnig kan worden bepaald.

Maar de heterocyclische chemie heeft nog andere opmerkelijke ontwikkelingen gekend. Gerrit L'Abbé (1940-1996) had reeds op 15-jarige leeftijd veel belangstelling voor chemie. Hij volgde avondcursussen en had thuis een klein laboratorium ingericht. Hij werd in 1963 met grootste onderscheiding licentiaat aan de Katholieke Universiteit Leuven. In 1966 werd hij met dezelfde graad doctor na ver-

Gerrit L'Abbé Brussel. Koninklijke Vlaamse Academie van België voor Wetenschappen en Kunsten ▪

dediging van een proefschrift onder leiding van Georges Smets. Na twee postdoctoraten in Erlangen-Nürnberg en de universiteit van Colorado (Boulder) keerde hij terug naar Leuven, waar hij benoemd werd tot docent (1972) en vervolgens tot hoogleraar (1977).

Zijn wetenschappelijke loopbaan was helemaal gewijd aan de studie van de heterocyclische verbindingen, zowel de zuurstofhoudende, de zwavelhoudende, maar vooral de stifstofhoudende. Hoewel een deel van zijn werk de kleine ringen betrof, handelde het grootste deel over de transformaties die de π-overmatige stikstofhoudende heterocycli zoals pyrrol en de π-deficiënte systemen zoals pyridine ondergaan. De chemie van deze families leek goed gekend totdat Gerrit L'Abbé en zijn medewerkers volstrekt originele omleggingen ontdekten die maakten dat de zijketens van een ring zich transformeerden in een nieuwe ring terwijl de oude zich opende, dat alles aan een zeer grote snelheid. Hij had ook aandacht voor de chemie van hypervalente, zwavelhoudende verbindingen waarbij de zwavel een covalentie 3 of zelfs 4 vertoont terwijl

[p. 186]

in traditionele organische verbindingen de covalentie nooit de 2 overschrijdt. De doorgedreven analyse van deze reacties voltrok zich door stelselmatig gebruik te maken van de kernmagnetische resonantie.

Tot kort voor zijn dood was L'Abbé bezig met wat vandaag bekend staat als de supramoleculaire chemie, en meer precies met de synthese en studie van de eigenschappen van de dendrimeren. Zoals hun naam aangeeft, hebben deze moleculen een centrale kern van waaruit lange ketens vertrekken die zelf vertakt zijn, waardoor het geheel lijkt op een wijde boomkruin waarvan de uiteinden katalytische centra kunnen dragen. Hij heeft spijtig genoeg niet het geluk mogen beleven de vruchten van zijn werk te bewonderen.

L'Abbé schreef meer dan 200 publicaties en gaf talloze lezingen aan buitenlandse universiteiten en plenaire lezingen tijdens internationale congressen. Hij was lid van de Koninklijke Academie van België en voorzitter van de vierde BOSS-bijeenkomst in 1992. Zijn bijdrage tot de heterocyclische chemie blijft van fundamenteel belang.

Veel werd verwacht van het gebruik van gemodificeerde nucleïnebasen om een kankerbestrijdings-therapie te vinden. De essentiële bestanddelen van het DNA kunnen in principe de celdeling blokkeren. In dat kader verrichtte men aan de ULB de synthese van analogen van purine- en pyrimidinebasen waarin een van de koolstofatomen van de pyrimidinering vervangen zou zijn door een stikstofatoom, wat een s-triazine geeft. Ook al gaf deze aanpak niet het verhoopte resultaat, toch werden enkele interessante ontdekkingen gedaan, zoals de synthese van alloxantaïdine, oxidatieproduct van urinezuur. Een pyrimidinering met een drievoudige binding, een zeer reactief intermediair en nog lange tijd ontoegankelijk, werd bereid en gebruikt in reacties die leidden tot nieuwe heterocycli.

Nadat Raymonde Hinkens (1935-1988), werkleider bij Richard-Henri Martin, had deelgenomen aan de synthese van s-triazines (ULB), ging zij zich toeleggen op de chemie van quinoxaline en onthulde zij de grote variëteit van de reacties alsook de vele anomalieën waartoe deze molecule aanleiding geeft. Zij realiseerde ook als eerste de synthese van hexa-azatrifenyleen waarvan de zes stikstofatomen op een ideale manier zijn geschikt om de transitiemetalen te complexeren; de mogelijkheden van deze molecule, gebruikt in laboratoria over de hele wereld, zijn nog lang niet uitgeput.

Acetyleen is een van de eenvoudigste moleculen uit de organische chemie: twee koolstofatomen verenigd door een drievoudige binding en een waterstofatoom aan elk uiteinde suggereren een beperkte chemie. Niets is minder waar (UCL): met volstrekt bijzondere voorzorgsmaatregelen en dankzij zeer lange temperaturen is het mogelijk geweest acetylenen te bereiden die een nitrogroep dragen en, nog beter, een halogeenatoom op een van de koolstofatomen en een metaalatoom op het andere te dragen. Deze laatste verbindingen lijken dus op een mineraal zout waarvan de bestanddelen op afstand worden gehouden door twee koolstofatomen; het is dus denkbaar dat ze onstabiel zijn vermits het mineraal zout niets anders vraagt dan opnieuw gevormd te worden. De onderzoekers die deze verrassende systemen hebben bestudeerd, herinneren zich ongetwijfeld het effect van enkele gedenkwaardige explosies die gelukkig alleen materiële schade hebben aangericht. De bereiding van deze bijzonder reactieve stoffen is momenteel gelukkig onder controle. Ze zijn beschikbaar voor al wie uitgewerkte syntheses wil realiseren.

Hoewel de α-chloorketonen al lang gekend zijn, hebben hun stikstofanalogen, de α-chlooriminen lange tijd weerstand geboden aan de pogingen van de chemici tot wanneer het idee is ontstaan (RUG) om de chlorering uit te voeren in aanwezigheid van titaantetrachloride en er de laatste sporen van water uit te verwijderen. Na deze doorbraak kon men deze onuitputtelijke bron gaan benutten, wat talrijke nieuwe heterocycli heeft opgeleverd. Ook was het mogelijk snel en efficiënt toegang te krijgen tot reeds gekende structuren: ringen met drie, vier, vijf, zes of zeven atomen liggen voortaan binnen het bereik van de organisch scheikundige. Men hoopt stoffen te vinden die belangrijk zijn voor de landbouwchemie en de landbouwfarmacie zoals feromonen, insecticiden, fungiciden of acariciden.

Recent heeft een laboratorium van de FUNDP de productie van nanotuben op punt gezet. Deze

[p. 187]

vreemde moleculen bevatten alleen koolstofatomen en hebben de vorm van een buis waarin men kleine moleculen kan inbrengen. In het professioneel jargon noemt men ze ‘Belgian tubes’.

▫ Zichzelf nuttig maken

De organisch scheikundige wordt ook vaak aangesproken door de industriële wereld. Een goed voorbeeld is de loopbaan van André Van Dormael in het domein van de fotografie.

André Van Dormael (1915-1993) werd geboren in Oxford, studeerde aan de Katholieke Universiteit Leuven en behaalde er de doctorstitel onder leiding van Pierre Bruylants. Hij werd de opvolger van zijn promotor. Er wachtte hem de zware en delicate taak naast de industriële activiteiten ook de leiding van de onderzoeksdienst van Gevaert over te nemen.

Hij toonde al vroeg belangstelling voor het verband tussen de structuur en de spectraal- en reactie-eigenschappen van de moleculen, en stelde een reeks regels op waarmee nieuwe kleurstoffen werden gemaakt die konden dienen als fotografische sensibilisator. Het lijkt paradoxaal dat volstrekt kleurloos zilverchloride en het gelige zilverbromide de twee zouten zijn die dienen om foto's te maken in zichtbaar licht dat niet is geabsorbeerd door de emulsie. De fotografie is slechts mogelijk wanneer de zilverzoutkorrels bedekt zijn met een zeer dunne laag kleurstof waarvan de elektrochemische en spectraaleigenschappen toelaten een elektron te injecteren naar het zilverchloorbromide onder inwerking van het licht. De gebruikelijke kleurstoffen waren de oxonolen, die een geconjugeerd systeem van koolstof-koolstof-dubbele bindingen bezitten, aan één uiteinde afgesloten door een carbonylgroep, aan het andere door een enolaat oxanion. De cyaninen hebben een gelijkaardig koolstofskelet maar worden afgesloten door twee stikstofatomen. Van Dormael bedacht, synthetiseerde en gebruikte nieuwe structuren die uitstekende sensibilisators doch minder goede kleurstoffen bleken te zijn. Het waren merocyaninen met een stikstofatoom aan het ene uiterste en een zuurstofatoom aan het andere. Deze uitstekende proefnemer onderzocht eveneens het effect van een volumineuze groep die is gefixeerd op het midden van de koolstofketen, in het bijzonder de fosforhoudende substituenten. Hij was steeds bereid zijn resultaten te analyseren met behulp van de meest recente theorieën en aarzelde niet het werk van anderen maar ook het zijne aan de nodige kritiek te onderwerpen. Zijn oeuvre omvat meer dan 200 publicaties en talrijke brevetten.

André Van Dormael was ook een uitstekend spreker, die zijn ideeën wilde delen met zijn entourage. Hij stond in hoog aanzien bij zijn collega's, wat op verschillende manieren tot uiting kwam: nog geen 40 jaar oud, behaalde hij reeds de Chavanne-Pinkus Prijs; hij werd verkozen tot voorzitter van de Société chimique de Belgique en aangesteld als docent aan de Katholieke Universiteit Leuven. Reeds in 1945 redigeerde hij samen met Pierre Bruylants de syllabi van de cursussen Constitution et coloration en Les cyanines. Op het einde van zijn loopbaan werd hij nog uitgenodigd om lessen en seminaries te geven in het kader van de internationale postuniversitaire cursussen die in België werden georganiseerd.

De microlithografie, veel gebruikt bij de vervaardiging van chips en van het groot belang in onze sterk geïnformatiseerde samenleving, doet een beroep op zuiver silicium. Veel mag worden verwacht van toepassingen met organische verbindingen (FUNDP), en meer bepaald van moleculen met lange ketens bestaande uit siliciumatomen, de zgn. polysilanen.

▫ Organische synthese en gezondheid

Met het onderzoek van stoffen die bijdragen tot de volksgezondheid slaan we een heel andere richting in.

Vitamine D werpt interessante vragen op die van groot medisch belang zouden kunnen zijn. Deze vitamine is onmisbaar voor de fixatie van calcium in de beenderen en heeft ook de eigenschap de celwoekering te blokkeren, waardoor ze misschien kan worden gebruikt in de kankerbestrijding. Helaas is haar therapeutische coëfficiënt slecht aangezien de noodzakelijke doses voor kankerbehandeling zo groot zijn dat hypercalcemie (te veel calcium in het bloed) optreedt, wat dodelijk kan zijn. Aanpassingen aan de structuur van vitamine D hebben

[p. 188]

Voorstelling van Vitamine D door organische scheikundigen ▪

toegelaten het toxisch effect te verzachten met behoud van de gunstige eigenschappen (RUG); industriële proeven worden momenteel uitgevoerd. In dezelfde lijn werpt het team van de RUG zich op de synthese van stoffen die een steroïdemotief combineren met een geheel van twee CC-dubbele bindingen aan weerszijden van een drievoudige binding; het gaat om de enedyinegroep, die zich gedraagt als een sterk explosief op celniveau en het DNA van kankercellen selectief zou kunnen vernietigen.

Een andere aanpak van de chemotherapie (VUB) maakt gebruik van gefunctionaliseerde organotinnen. Een eerste reeks wordt verkregen door carbonzuren, soms steroïdale zuren, te laten inwerken op oxides van dialkyl-, diaryl-, trialkyl- of triaryltin om toegang te krijgen tot de corresponderende tincarboxylaten. Een andere reeks werd verkregen door op het tinatoom ketens te fixeren met een of meer carboxylgroepen of ketens met meerdere zuurstofatomen. Al deze benaderingen hebben tot doel de oplosbaarheid van deze verbindingen in water te vergroten. De in vitro-pogingen, eerst op cellen van muizen maar momenteel ook op strookjes van menselijke tumoren, hebben inderdaad aangetoond dat de werking van deze organotinnen veel groter is wanneer ze oplosbaar zijn in water. De verbindingen lijken zich te richten naar de fosfaatgroepen of andere zuurstofatomen van het DNA, d.w.z. naar elders dan cis-platina; dit buitengewoon interessant resultaat zou kunnen leiden tot een efficiënte therapie voor gevallen waar cis-platina niet, of nog erger, niet meer werkt.

Eveneens in de hoop kankercellen te bestrijden, werden aan de ULB rutheniumcomplexen met polystikstofhoudende moleculen gesynthetiseerd, zoals hexa-azatrifenyleen en derivaten. Deze moleculen hebben de eigenschap zich te intercaleren aan het DNA. Onder belichting veroorzaken ze door selectieve oxidatie ter hoogte van een guanine een breuk in een van de stringen. Ook hier is een van de doelstellingen het op punt stellen van een strategie om het MDR-gen (multidrug resistant), verantwoordelijk voor het niet meer werken van cis-platina, af te remmen. Modificaties aan het polystikstofhoudend molecule laten toe de oxiderende eigenschappen en de affiniteit voor het DNA te moduleren.

Men bestudeert momenteel bepaalde gemodificeerde steroïden die worden gebruikt bij bestrijding van borstkanker, maar hun synthese in nog steeds buitensporig lang. Door het enorme versnellingseffect te benutten (UCL), dat een drukverhoging (veertienduizend tot twintigduizend atmosfeer) veroorzaakt op een vloeibaar milieu waarin een reactie plaatsvindt, is het mogelijk deze synthese in vier in plaats van in twintig stappen uit te voeren.

Psoriasis is een huidaandoening die kan worden behandeld met psoralenen, moleculen uit de familie der furocoumarinen, die helaas ernstige neveneffecten veroorzaken op DNA-niveau, waardoor intensief gebruik onmogelijk is. Een onderzoeksteam van de ULg deed langdurig onderzoek over de organische chemie van coumarine en synthetiseerde ontelbare heterocycli die tot deze familie behoren maar zwavel, selenium of telluur bevatten. Zo werd thiopsoraleen bereid, waarin het fenolisch zuurstofatoom van de coumarinering is vervangen door een zwavelatoom: dat nieuwe product blijkt even actief tegen psoriasis als psoraleen, maar is duizend maal minder toxisch.

Het onderzoek op stoffen die een anticonceptieeffect kunnen hebben (implantaatremmers) is voortgezet in de gemodificeerde steroïdale reeks, d.w.z. van de moleculen die schijnbaar identiek zijn

[p. 189]

aan een natuurlijk sterol maar die er van verschillen door de aanwezigheid van een stikstofatoom op de plaats van een koolstofatoom in een ring of desnoods op het verbindingspunt van twee ringen. Dit leidde tot langdurige onderzoekingen (VUB) over de quinolizidinen, die precies één stikstofatoom hebben op de verbinding tussen twee ringen, en tot de ontdekking van een zeer belangrijk effect van de stereochemie op de chemische verschuivingen in NMR van koolstof 13 van de piperidinen en quinolizidinen. Een uitbreiding van deze werken was de synthese van gemodificeerde polypeptiden. Immers, talrijke proteïnen met een therapeutisch effect zijn helaas erg fragiel en ondergaan in een fysiologisch omgeving in enkele minuten tijd breuken; één enkele breuk volstaat echter om de genezende eigenschappen te vernietigen. Het is dus heel normaal dat men heeft geprobeerd de gevoelige plek inert te maken voor hydrolyse, wat is gelukt door het NH of het zuurstofatoom van het carbonyl van de amide groep te vervangen door een methyleen. Deze strategie vereiste de ontwikkeling van originele synthesemethoden, wat een succes werd.

Een van de grootste bedreigingen voor de volksgezondheid is de verspreiding van bacteriën die resistent zijn voor de gekende antibiotica. Een bekend geval is penicilline: deze molecule bevat een b-lactamgroep, de site die de celwand van de bacteriën vernietigt. Nadat het antibioticum meer dan een halve eeuw intensief werd gebruikt, verschenen bacteriën met een specifiek enzym dat deze site ontbindt. Een efficiënte strategie is dus gericht (UCL) op het bedenken en synthetiseren van nieuwe penicillinevormen met sterk gehinderde zijketens, waardoor de activiteit van de blactamasen wordt geremd maar met behoud van de bacteriedodende werking. Dat vereiste de ontwikkeling van originele synthetische benaderingen van analogen met de gepaste stereochemie. Daarvoor is met succes een chiraal hulpmiddel ontwikkeld, d.w.z. een voorwerp dat niet identiek is met zijn spiegelbeeldvorm en in staat is een overwicht van een stereo-isomeer te induceren: prolinol, een derivaat dat gemakkelijk te bereiden is vanuit een natuurlijk aminozuur, gaf zeer goede resultaten en wees de weg naar andere verbindingen. Deze methodologie werd uitgebreid tot de synthese van andere natuurstoffen zoals de polyalcoholen, waarvan de stereochemie rigoureus gerespecteerd dient te worden.

Virginiamycine is een veelgebruikt antibioticum in kippen- en varkenskwekerijen, maar is intussen verboden. Het wordt nog wel intens gebruikt in de menselijke oogheelkunde. Hoewel minder beroemd dan penicilline, vormt het middel een fascinerend probleem: eigenlijk gaat het om een mengsel van twee verschillende stoffen, nl. S, een onstabiel polypeptide, en M, een grote ring gevormd door koolstofatomen met enkele stikstofatomen aan de buitenkant. Het is zo dat M geen enkel therapeutisch effect heeft en S bijna inactief is; het mengsel van de twee daarentegen is duizend maal actiever dan S alleen. De synthese (RUG) van S-analogen waarvan sommige chemische functies gemodificeerd zouden zijn, laat het beste verhopen.

De noodzaak de ruimtelijke schikking van de atomen rigoureus te respecteren, werd op dramatische wijze duidelijk door de teratogenese onder invloed van Softenon, dat onder twee enantiomeren (elkaars spiegelbeeld) bestaat, één vorm die wel degelijk misselijkheid tegengaat, maar een andere die misvormingen toebrengt aan de foetus. Een manier om het stereochemisch verloop van een reactie te controleren bestaat erin gebruik te maken van de natuur (RUCA) in plaats van haar te imiteren: het enzym alcohol dehydrogenase uit paardenlever (in het Engels HLAD, Horse Liver Alcohol Dehydrogenase) heeft de eigenschap de ketonen in alcoholen te reduceren in bepaalde omstandigheden. 2-methylcyclohexanon bestaat onder vorm van twee enantiomeren waarvan één wordt gereduceerd door HLAD terwijl de andere volstrekt intact blijft; bovendien wordt van de twee mogelijke alcoholen slechts één verkregen en dat met een kwantitatief rendement; dat opmerkelijk resultaat heeft men kunnen uitbreiden tot veel andere ketonen.

De organische chemie is er ook in geslaagd technieken op punt te stellen die een versnelde evolutie van de enzymen in een laboratorium veroorzaken (UCL), wat heeft geleid tot de creatie van

[p. 190]

mutantbanken. Over hun therapeutische rol is nog niet veel bekend.

De ziekte van Parkinson en schizofrenie zijn twee voorbeelden van zenuwaandoeningen die verband houden met het disfunctioneren van neurotransmitters; dopamine en serotonine zijn natuurlijke moleculen die op dit niveau als regulatoren fungeren maar, zoals vaak, onaangename neveneffecten hebben. Men moet dus proberen structuren te synthetiseren waarvan de ruimtelijke vorm en de flexibiliteit gelijken op die van de natuurstoffen. Een werkwijze bestaat er bijvoorbeeld in een koolstofatoom van een gekend product te vervangen door een stikstofatoom. Dit werd gerealiseerd (KULeuven) door gebruik te maken van 2-azadieen i.p.v. butadieen, d.w.z. een butadieen waarvan het tweede koolstofatoom is vervangen door een stikstofatoom, in condensatiereacties met een reeks diënofielen. Toegepast op suikers, leidt een analoge strategie tot het vervangen van één van de zuurstofatomen door een koolstofatoom, wat zeer stabiele verbindingen geeft waarvan het tumor- en virusbestrijdend potentieel momenteel wordt onderzocht.

De organici dragen ook zorg voor het respecteren van het milieu. Decennialang bestreken scheepvaartmaatschappijen de boeg van hun schepen met een verf die organotinderivaten bevatte, die loskwam tijdens het varen. Het doel was de fixatie vermijden van mosselen, algen en andere zeeorganismen (‘fouling’). De accumulatie van deze biomassa remt immers het schip en zorgt voor een groter brandstofverbruik en meer bezoeken aan het droogdok om de ongewenste aanhechtingen te verwijderen. Recent is gebleken dat deze organotinderivaten te lang in het zeewater blijven en een toxisch effect veroorzaken. Een nieuwe klasse antifouling verbindingen die niet in het water blijven werd ontdekt aan de ULB, wat leidde tot systematische studies.

Een veelgebruikte reactie in de organische scheikunde is de oxidatie van alcoholen en ketonen, meestal door middel van kaliumpermanganaat of kaliumbichromaat. Helaas zijn de nevenproducten van deze reacties, mangaan- of chroomoxides, giftig; als ze worden geloosd, vervuilen ze het milieu terwijl het opslaan ervan hoge kosten meebrengt. Men heeft zich dus de vraag gesteld (UCL) of het mogelijk is zuurstof uit de lucht te gebruiken als oxiderend reagens. Het is niet alleen gratis, maar het reactieproduct is bovendien gewoon water. De arthropoden (garnalen, rivierkreeften, kreeften,...) en mollusken (mosselen, slakken, oesters,...) bieden een interessante piste. Hun bloed is gebaseerd op koper (in plaats van het ijzer bij de zoogdieren). Dat speelt dezelfde rol als het hemoglobine, d.w.z. het dient om het zuurstof te transporteren. Het volstaat dan ook het koper te complexeren met phenanthroline om een katalysator te verkrijgen die, reeds in kleine hoeveelheden, buitengewoon sterk is en de gewenste oxidatie vrijwel zonder nevenproducten realiseert.

De incorporatie van ijzernitraat in klei levert eveneens een reagens, het zgn. clayfen (ULg), dat nitreringen mogelijk maakt in zeer milieuvriendelijke omstandigheden.

De bestrijding van ondraaglijke geurhinder in de omgeving van kwekerijen is op wetenschappelijke wijze (RUG) aangevat met behulp van moderne gasanalysemethoden.

Insecticiden zijn onmisbaar voor de landbouw. In India had DDT tientallen miljoenen mensen van de hongerdood gered tot men vaststelde dat het product op lange termijn een nefast effect had voor het milieu, waardoor het werd verboden. Efficiënte insecticiden afgeleid van chrysanteemzuur zijn in zeer kleine hoeveelheden aanwezig in bepaalde chrysanten; tien milligram van deze verbindingen geeft hetzelfde effect als tien kilogram DDT. Om hoeveelheden te verkrijgen die groot genoeg zijn om te voldoen aan de grote vraag (miljardenomzet) is het noodzakelijk een doeltreffende synthese te realiseren en daarnaast analoge vormen te exploreren. De chrysanteemzuren vertonen het voor natuurstoffen uiterst zeldzame kenmerk dat ze een ring van drie koolstofatomen bevatten. Door twee goed gekozen substituenten (FUNDP) boven het vlak van dit cyclopropaan te plaatsen, verkrijgt men een verbinding waarvan slechts twaalf milligram volstaat om een champagnewijngaard van één hectare te bestrooien, in plaats van enkele honderden kilogram. Bovendien is dit product volledig biologisch afbreekbaar. Indien men de twee substi-

[p. 191]

tuenten daarentegen aan weerszijden van het vlak van de ring plaatst, verkrijgt men een insecticide dat zich nog sneller ontbindt en geschikt is voor huishoudelijk gebruikt.

▫ De creativiteit in de organische chemie

De bovenvermelde werken zouden nooit tot stand zijn gekomen indien hun bedenkers niet zo creatief waren geweest in het op punt stellen van nieuwe methoden en efficiënte denkwijzen. België heeft op dit vlak een solide reputatie opgebouwd.

Een zeer opmerkelijke klasse reagentia werd gecreëerd en ontwikkeld aan de UCL. Het gaat om de immoniumzouten, waarin een koolstofatoom een dubbele binding heeft met een tetravalent positief geladen stikstofatoom. Deze vaak weinig stabiele verbindingen, met als bekendste fosgeen-immonium, maken cyclo-additiereacties mogelijk die de weg openden naar talrijke stoffen die uiterst moeilijk te verkrijgen waren met de eerder gekende methoden.

De synthese van verbindingen met een ring gevormd door vier koolstofatomen is lange tijd een uitdaging geweest voor de organische scheikundigen, omdat zij niet beschikten over een goede methode die deze structuren gaf met aanvaardbare rendementen. Sinds het mogelijk werd (UCL) gemakkelijk en in grote hoeveelheden dichloorketeen te produceren, is de situatie volledig veranderd. Het volstaat deze verbinding, waarin twee koolstofatomen verbonden door een dubbele binding aan de ene kant twee chlooratomen en aan de andere kant een zuurstofatoom dragen, tegenover een alkeen te plaatsen dat de gewenste substituenten draagt om, door middel van deze cyclo-additie, snel en met excellente resultaten cyclobutaanderivaten te verkrijgen. Men heeft ontelbare structuren van dit type verkregen. Al naargelang de aard van de op de ring gefixeerde groepen, kunnen ze leiden tot meer uitgewerkte structuren of de weg wijzen naar ringopeningen die toegang geven tot nieuwe reagentia met meerdere toepassingen. De denkwijze die aan de basis ligt van deze methodologie is reeds ver ontwikkeld en leidde tot talrijke varianten van deze cyclo-addities. In het bijzonder de pyridinederivaten, analogen van die welke van belang zijn in oxidaties en enzymreducties, werden gesynthetiseerd met een rijke waaier substituenten, dankzij originele variaties die geïntroduceerd werden in de reactiepartners. De uitzonderlijk hoge rendementen van deze synthesen maken dit tot een ideaal hulpmiddel in laboratoria voor fundamenteel en industrieel onderzoek. De pyrimidinen, die behoren tot de fundamentele bestanddelen van het DNA, worden toegankelijk met een grote keuze aan structurele variaties.

Deze methodologie, die een beroep doet op moleculen met eigenschappen die op maat zijn gemaakt in functie van later gebruik - door professionals synthons genoemd - vereist soms de introductie van een siliciumatoom op een zuurstofatoom van het substraat. De klassieke methoden gebruiken verbindingen met een silicium-chloor-binding, wat problemen kan geven in verband met de vorming van chloorwaterstofzuur in het milieu; een nieuw reactief, gekenmerkt door een silicium-stikstofbinding (UCL), laat toe deze problemen te vermijden mét de garantie op betere resultaten.

Een spectaculair resultaat van de zeer hoge rendementen van deze reacties is de mogelijkheid ze uit te voeren (UCL) in zgn. ‘one-pot’-omstandigheden. Wanneer een reactie een laag rendement levert, bevat het milieu noodzakelijkerwijs andere substanties en is het noodzakelijk het gewenste product te isoleren, wat vaak veel tijd vergt en duur is. Tijdens een ‘one-pot’-operatie worden de reagentia één na één in een recipiënt geïntroduceerd op welbepaalde tijdsintervallen; op het einde isoleert men het gewenste product, dat wordt gescheiden en gezuiverd. Aldus kan een synthese die in klassieke omstandigheden een week in beslag neemt, in enkele uren worden uitgevoerd met besparing van oplosmiddelen en energie en met inperking van de milieuaantasting.

Een van de drijfveren van de organisch scheikundige is een nieuw reagens te creëren met meerdere toepassingen, in de lijn van het werk van Victor Grignard (1871-1935), die in het begin van de 20ste eeuw de Nobelprijs won voor zijn ontdekking van organische magnesiumverbindingen met talloze toepassingen. In bepaalde gevallen geven ze aanleiding tot nevenreacties, zoals die welke werden geidentificeerd door Pierre Bruylants. Vooral de zeer

[p. 192]

gehinderde ketonen en zgn. enoliseerbare ketonen geven niet het gewenste resultaat. Door lithium te laten ageren op een seleenacetaal, d.w.z. een verbinding met twee seleniumatomen op eenzelfde koolstofatoom, bekomt men een a-seleenlithium (FUNDP) dat als Grignard-reagens ageert en dat uitstekende rendementen geeft, zelfs met gehinderde of enoliseerbare ketonen.

De reeds vermelde ketonen en a-gechloreerde aldehyden, die zeer belangrijke intermediairen zijn in de organische synthese, worden verkregen door de actie van chloorgas op de beginketonen en -aldehyden. Deze reactie gaat evenwel gepaard met ongewenste nevenproducten. Een eenvoudige methode (RUG), de katalyse van de reactie door magnesiumchloride, werd op punt gezet waardoor talrijke problemen konden worden opgelost.

De grote ambitie van de organische scheikunde was altijd en is nog steeds, zoals in andere domeinen van de wetenschap, de introductie van nieuwe, vruchtbare concepten. In het midden van de 20ste eeuw had de Angelsaksische school de elektronentheorieën van de organische chemie aangereikt. Zij hechtte veel belang aan trivalent koolstof als reactie-intermediair. Wanneer zo'n atoom twee niet-bindende elektronen heeft en een negatieve lading, en dus een carbanion heet, is het erg goed gestabiliseerd, en vandaar gemakkelijk opwekbaar, vermits het twee elektronenontvangende substituenten draagt. Als de trivalente koolstof geen enkel niet-bindend elektron en een positieve lading draagt, is het carbocation zeer goed gestabiliseerd door twee elektronengevende groepen; deze rol kan worden gespeeld door zuurstof of zwavel, wat men al lang weet, maar ook door selenium (FUNDP).

Wanneer de trivalente koolstof neutraal is, en dus geen niet-bindend elektron draagt, gaat het om een vrij radicaal. De vrije radicalen, waarvan het fysiologisch belang langzaam erkend wordt en die eveneens een cruciale rol spelen in de productie van synthesepolymeren, moeten ook gestabiliseerd zijn als men ze wil genereren in milde omstandigheden; omgekeerd is het nuttig te beschikken over een gepaste en snelle diagnose indien men de substanties wenst te identificeren waarvan men kan vermoeden dat ze gemakkelijk vrije radicalen leveren. Zo is een eenvoudige hypothese tot stand gekomen (UCL): zou het, om een vrij radicaal te stabiliseren, volstaan dat het een elektronenontvangende groep en een elektronengevende groep draagt? Het model van dit capto-datief radicaal, dat gemakkelijk te gebruiken is, is blijkbaar algemeen geldig en werd op verschillende congressen besproken. Het was tevens de aanzet tot theoretisch onderzoek met doorgedreven methoden uit de kwantumchemie. De Belgische organische chemie liet zich dit internationale succes welgevallen. Zdenek Janousek (1943-1996), werkleider aan de Université catholique de Louvain, nam actief deel aan de ontwikkeling van dit model.

▪ De fysische organische scheikunde

De benaming ‘fysische organische scheikunde’ werd geïntroduceerd door Louis P. Hammett (1894-1987) in 1940 als verzamelnaam voor de studie van het verband tussen de structuur van de organische moleculen en hun reactiviteit. Momenteel omvat dit domein alle fysische studies op moleculaire schaal en meer in het bijzonder werk waarvoor men een beroep doet op de spectroscopie.

In België was Grégoire Chiurdoglu (1904-1987) ontegensprekelijk een van de pioniers in dit domein. Hij werd geboren in Tatarbunar (Roemenië), maar studeerde aan de Université libre de Bruxelles, waar hij in 1931 doctor werd onder leiding van Chavanne; hij was een van de eerste aspiranten van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek. Hij promoveerde in 1940 tot geaggregeerde voor het hoger onderwijs. Op gevaar van eigen leven was hij assistent tijdens geheime cursussen in de organische scheikunde die plaatsvonden in de kelders van de kliniek Antoine Depage tijdens de periode van de sluiting van de ULB tussen 1941 en 1944. Hij doorliep alle academische echelons. In 1962 werd hij benoemd tot gewoon hoogleraar voor de cursus organische scheikunde aan de faculteit Toegepaste Wetenschappen van de ULB.

Zijn werk had vanaf het begin betrekking op de chemie en de eigenschappen van ringvormige moleculen. Hij zette zijn eerste stappen in de chemie en stereochemie van cyclopentaan en cyclo-

[p. 193]

Albert Bruylants. Louvain-la-Neuve, Archives de l'UCL, Collections photographiques ▪

hexaan. Vervolgens ging hij in Parijs bij professor Lecomte de infraroodspectra opnemen van de stoffen die hij had bereid. Zijn bijdragen tot de stereochemie van de gesubstitueerde cyclanen omvatten het onderzoek van het effect van deze stereochemie op de reactiesnelheden, in het bijzonder de isomerisatie onder inwerking van aluminiumchloride, en op de factoren die het thermodynamisch evenwicht beïnvloeden. Hij bestudeerde talrijke derivaten van cyclohexaan, cyclopentaan en decalaan, en groeide uit tot een wereldvermaard specialist op het vlak van de conformatie-analyse. Hij heeft eveneens een opmerkelijke bijdrage gemaakt over de stereochemie van de halogeenderivaten van cyclohexaan en cyclohexanon, door infrarood maar ook door systematisch gebruik te maken van de Raman-spectroscopie. Daarvoor werkte hij nauw samen met professor Doehaerd van de universiteit van Mons.

Hij waagde zich spontaan op het terrein van de terpenen, en meer in het bijzonder dat van de sesquiterpenen, verbindingen die vijftien koolstofatomen bevatten, zoals cedrelanol of extracten van rozenolie. Deze moleculen hebben middelgrote ringen waarvan hij de chemie perfect beheerste; hij bepaalde er de structuur van en gaf een gedetailleerde analyse van hun chemie.

Hij was voorzitter van de wetenschappelijke raad van het Centre de Recherches pour l'Etude des Substances naturelles (CRESNA) en voorzitter van het symposium ‘Perspectives et limites actuelles de l'analyse conformationelle’ in 1969.

Albert Bruylants (1915-1990) promoveerde in 1938 tot doctor in de wetenschappen aan de universiteit van Leuven en won in 1939 de Empain Prijs; in 1942 volgde hij zijn vader Pierre op in de leerstoel algemene scheikunde te Leuven. Hij zetelde in de vierde wetenschappelijke commissie van het NFWO en werd in 1977 verkozen tot lid van de Académie royale de Belgique, waar hij in 1983 directeur was van de Classe des Sciences. Hij nam het initiatief tot de stichting van de contactgroep fysische organische scheikunde, die onder de bescherming stond van het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek.

Na een verblijf aan de universiteit van Groningen en aangemoedigd door zijn collega Jungers, oriënteerde Bruylants zijn onderzoek al vroeg op de studie van het verband tussen structuur en reactiviteit in de organische scheikunde, en meer in het bijzonder in de reeks van de amiden en nitrilen. Ook zijn vader, die een indrukwekkende verzameling verbindingen behorende tot deze familie naliet, was daarin gespecialiseerd. Hij wijdde meerdere publicaties aan de kinetiek van de hydrolyse van de amiden, zowel de alifatische als de aromatische. Daarnaast verrichtte hij diepgaand onderzoek naar de inwerking van salpeterigzuur op amiden. De snelheidsconstanten werden gecorreleerd aan de structuurkenmerken door middel van de Taft-vergelijking (in de alifatische reeks) of de Hammett-vergelijking (in de benzeenreeks), eventueel door middel van vergelijkingen met meerdere parameters.

In een aanverwant domein, en ondanks de experimentele moeilijkheden die verband houden met de extreme gevoeligheid van de reagentia voor lucht en licht, wierp Bruylants zich op het onderzoek van een reeds door zijn vader bestudeerde reactie,

[p. 194]

maar ditmaal op een kwantitatieve manier: de meting van de snelheidsconstanten van de additie van de organomagnesia op nitrilen.

Deze onderzoeken bewezen het zuur karakter van de in a gebonden waterstofatomen van een alifatisch nitril. Hij stelde een spectrofotometrische methode op punt om de corresponderende carbanionen te detecteren, waardoor eenvoudige regels konden worden opgesteld die het mogelijk maakten te voorspellen of een bepaald nitril kon leiden tot de klassieke condensatiereacties in base milieu om bijvoorbeeld cyaanstilbenen te leveren. Deze techniek was tegelijk eenvoudig en snel, waardoor de beoefenaars van de organische synthese niet langer lange, dure en ontmoedigende experimenten moesten uitvoeren.

Maar Bruylants ontwikkelde snel een andere onderzoeksrichting. Hij had immers de gelegenheid gehad om een broomreagens, broomsuccinimide, te laten ageren op verbindingen met een labiel waterstofatoom en begon zich vragen te stellen over de factoren die de aanval van een vrij radicaal op een gefunctionaliseerde alifatische keten bepalen. Deze vraag mondde uit in een indrukwekkend aantal publicaties die ondanks de algemene titel ‘Essais de chloration dirigée’ telkens andere substraten of reagentia beschreven. Meer precies toonde hij aan dat het chlooratoom, verkregen door de fotolyse van elementair chloor, een vrij radicaal is dat een zekere selectiviteit vertoont en in tegenstelling tot de gangbare mening in de radicaalscheikunde moet worden beschouwd als een elektrofiel reagens dat er de voorkeur aan geeft een waterstofatoom te onttrekken dat zo ver mogelijk gelegen is van de nitril- of carboxylgroep van de alifatische ketens.

Er werden enkele studies gerealiseerd over de zgn. ladingsoverdracht-complexen, gevormd tussen aromatische moleculen met elektronenontvangende groepen en nucleofiele reagentia zoals de aminen.

Bruylants verwierf voor zijn hele oeuvre internationale erkenning. Hij was de Belgische afgevaardigde bij IUPAC, laureaat van de Lavoisier Medaille en erelid van de Société chimique de France. Hij werd doctor honoris causa van de universiteiten van Rennes en Aix-Marseille. Daarnaast was hij nog benoemd tot geassocieerd hoogleraar van de Université de Paris VII.

Maar Albert Bruylants was niet alleen een gereputeerd docent en onderzoeker. Een groot deel van zijn tijd besteedde hij aan de algemene geschiedenis, de geschiedenis van de scheikunde, en meer in het bijzonder de geschiedenis van de Belgische scheikunde.

De kinetische studies zijn in België sterk ontwikkeld. De nucleofiele substitutie, die bijvoorbeeld toelaat een halogeenatoom van een molecule te vervangen door een ander halogeen, een hydroxide-ion, een amine of een zwavel- of fosforgroep, heeft de aandacht getrokken van meerdere onderzoekers, en ligt aan de basis van het inzicht in het verband tussen structuur en reactiviteit. Een groot aantal broomcycloalkanen, chloormethylcyclanen en gechloreerde nitro-aromatische verbindingen is onderworpen aan de actie van het jodide-ion (ULB). Door meting van de reactiesnelheid met een conductometrische methode heeft men eerdere inzichten kunnen veralgemenen, en in tegenstelling tot de beweringen in de literatuur, vond men niet-lineaire Hammett-correlaties, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van een meer globale visie die rekening houdt met het simultaan belang van de vorming van de nieuwe binding én de verbreking van de oude.

Een van de varianten van de elektrofiele substitutie bestaat in het vervangen van een metaalatoom, gebonden op een koolstofatoom, door een broom- of jodiumatoom. Een diepgaande kinetische studie (ULB) over organotinverbindingen waarbij het tinatoom vier groepen draagt, zowel aromatische als alifatische, toont het effect van het oplosmiddel op de selectiviteit van de verbrekingen. Immers, jodium opgelost in methanol verwijdert bij voorkeur de minst volumineuze groep, terwijl bij jodium opgelost in koolstoftetrachloride de verbrekingen haast toevallig gebeuren. Deze vaststelling leidde tot een interessant resultaat; sinds meer dan vijftig jaar trachtten onderzoekers uit de hele wereld zonder succes een verbinding te synthetiseren waarin het tinatoom vier verschillende groepen zou dragen. Door gebruik te maken van het effect van het oplosmiddel, kon Stéphane Boué (1939-1999), werkleider bij Richard-Henri Martin, deze syn-

[p. 195]

these in één week realiseren. De impact was enorm en vormde het onderwerp van opmerkelijke lezingen tijdens internationale congressen.

De Friedel-Craftsreactie vormde eveneens het onderwerp van kinetische studies (KULeuven). Ze suggereerden een nieuwe toepassing, de reactie tussen een zuurchloride en een acetyleen, wat de deur opende naar een volstrekt originele klasse van verbindingen.

Het tijdsverloop van de reacties is vaak vrij eenvoudig in het geval waar het systeem maar een gering aantal reagentia bevat; eens het systeem complex wordt en veel reagentia bevat die op meerdere wijzen kunnen interageren, zoals in biologische systemen, kan de evolutie van het systeem niet langer wiskundig worden geanalyseerd. Enkel een benadering met simulatie op computer laat een gedetailleerde studie toe. Een programma voor zo'n benadering werd op punt gesteld aan de ULB. Daarmee kon men een coherent mechanisme voorstellen voor bepaalde biologische reacties.

De organische fotochemie wordt veel gebruikt voor de uitvoering van bijzondere syntheses; ze vormt tevens het onderwerp van doorgedreven studies die tot doel hebben het gedrag van moleculen die onderworpen zijn aan de inwerking van het licht beter te begrijpen.

Wanneer een molecule een foton absorbeert, verspringt één van haar elektronen naar een hoger niveau. De resulterende geëxciteerde molecule met een erg korte levensduur is uiterst reactief omdat ze nu twee niet-gepaarde elektronen heeft die een antiparallelle spin (men spreekt dan van een singulettoestand) of parallelle spin (men spreekt dan van triplet) kunnen hebben. Het is mogelijk de zuurkracht van deze toestanden te meten, en aan de ULB is aangetoond dat die van een geëxciteerde triplettoestand steeds het midden houdt tussen die van de fundamentele toestand en die van de geëxciteerde singulettoestand. De geëxciteerde toestanden hebben een bijkomende eigenschap: ze worden tegelijk sterkere oxidanten én reductoren dan in de fundamentele toestand. Een treffend voorbeeld wordt ons gegeven door chlorofyl, dat onder belichting in staat is kooldioxide te reduceren en uiteindelijk glucose en vervolgens cellulose levert.

Deze exaltatie van de elektronenoverdrachten in de fotogeëxciteerde moleculen manifesteert zich in het bijzonder in moleculen die bekend staan als bichromoforen (KULeuven), waarin één deel (het eerste chromofoor) van het molecule het licht absorbeert maar een ander deel (het tweede chromofoor) nieuwe eigenschappen vertoont. Deze overdracht van elektronenenergie gebeurt aan een snelheid die afhangt van de lengte en de starheid van de separator waaraan deze twee chromoforen zijn gefixeerd, maar ook van de ruimtelijke schikking in verhouding tot het moleculair skelet. Door een beroep te doen op technieken die de analyse toelaten van deze overdrachten op een tijdsschaal van een miljardste seconde, of zelfs nog duizend maal korter, is het mogelijk het verloop van deze elektronensprongen precies te beschrijven. Deze werken hebben een weerslag op de voorspelling van de stabiliteit van de polymeren in het licht.

Recenter werd het mogelijk de analyse uit te breiden tot de verste grenzen van de tijdresolutie door een installatie te bedenken en te realiseren (KULeuven) die het mogelijk maakt af te dalen tot een femtoseconde (miljoenste van het miljardste van een seconde). Het is zelfs mogelijk, dankzij een in België ontwikkelde software, met de microscopische methoden door te dringen tot op moleculaire schaal, waardoor men de cis-trans-isomerisatie van moleculen van diverse op grafiet geadsorbeerde azobenzenen kan ‘zien’.

De problemen van nu en in de toekomst inzake energiebevoorrading stimuleerden de onderzoekers om zich te wenden tot de organische fotochemie teneinde zonlicht direct in elektriciteit om te zetten. Net zoals het silicium in elektronische chips, kan de organische halfgeleider polyacetyleen positief geladen ‘p-gedopeerde’ of negatief geladen ‘n-gedopeerde’ dragers hebben. Men verkrijgt (ULB) een p-polyacetyleen door introductie van jodium, of n-polyacetyleen door toevoeging van een metaalhydride, en in dat laatste geval komt men tot de introductie bij een elektron door een koolstofatoom. Andere fotovoltaïsche cellen die gebruikmaken van organische kleuroplossingen (ULB) werden eveneens onderzocht. In die context werden de foto-elektrische eigenschappen geanalyseerd van

[p. 196]

kleurstoffen die geadsorbeerd zijn in een dunne laag op een geleidend glasplaatje (KULeuven).

De zuivering van door PCB's (polychloorbifenylen) vervuild milieu is een van de problemen waarmee de samenleving vandaag te kampen heeft. De afbraak van deze PCB's onder invloed van licht is vergaand onderzocht (UCL), zowel door veroorzaking van hun dissociatie als door veroorzaking van elektronenoverdrachten tussen een reducerend reagens, zoals het naftolaat-ion, en de geëxciteerde toestand van de vervuilende stof. Deze aanpak leidde tot een variant waarin een sensibiliserende stof op siliciumdioxide is geadsorbeerd alsook tot het op punt stellen van chemische sensoren en fluorescente sondes voor het kalium-ion.

Een cyclohexaanmolecule, met een zeshoekige structuur en gevormd door zes koolstofatomen, is niet vlak: de atomen bevinden zich beurtelings boven en onder een middenvlak, wat aan deze geometrie de naam stoelconformatie heeft gegeven. Bovendien is deze molecule niet strak; zij is onderhevig aan een snelle beweging die de hogere atomen naar beneden en de lagere atomen naar boven doet kantelen, wat een omgekeerde stoel oplevert. De NMR-spectroscopie blijkt de enige methode waarmee deze beweging kan worden bestudeerd. Dankzij de analyse van de vorm van de lijnen in functie van de temperatuur heeft men voor de eerste keer (ULB) de inversiebarrière stoel-omgekeerde stoel van broomcyclohexaan kunnen bepalen. Dat werk dient als basis voor alle conformatiestudies van mobiele moleculen. Bovendien laat het toe vraagstukken te behandelen die voortvloeien uit de interactie tussen een enzym en een substraat. Deze benadering toont aan dat er een duidelijke behoefte is aan kwantitatieve metingen in de organische chemie. In België is men daaraan steeds tegemoet gekomen.

De uitbreiding van deze studie naar talrijke acyclanen toont bovendien het belang aan van de entropische factor (ULB) in de conformatie-evenwichten, iets wat systematisch werd verwaarloosd in onderzoek dat elders plaatsvond. Deze studies handelen niet alleen over ringen die geheel uit koolstofatomen zijn opgebouwd, maar ook over ringen met vijf, zes of meer atomen waaronder één of meer zuurstof- (ULB, RUG), stikstof-, zwavel- of seleniumatomen (RUG).

De meting van de chemische verschuiving in NMR die xenon vertoont, dat opgelost in diverse oplosmiddelen dient als spinspion, heeft geleid tot een herziening van de ideeën over de intermoleculaire interacties. Terwijl de klassieke beschrijvingen van de manier waarop de oplosmiddelen interageren met de opgeloste stoffen slechts de Ionische en dipolaire effecten voorzagen, bleek dat de quadrupolaire term van groot belang kan zijn, precies omdat het gaat om interacties op zeer korte afstand. In gasfase is die term verwaarloosbaar.

▪ De macromoleculaire organische scheikunde

Om zichzelf te overtuigen van het belang van de macromoleculaire scheikunde, volstaat het te verwijzen naar de ontelbare kunststoffen die ons in het dagelijkse leven omringen. Het zijn macromoleculen die werden verkregen door polymerisatie van kleine moleculen en dus de naam polymeren dragen. De ontdekking van het eerste synthetische materiaal door de Belg Baekeland kreeg in ons land geen navolging. Bakeliet zou een opmerkelijke industriële opbloei beleven in de Verenigde Staten. De ganse situatie veranderde pas onder impuls van Pierre Bruylants.

Georges Smets (1915-1991) werd door Bruylants gestimuleerd om zijn onderzoek te richten op de macromoleculaire scheikunde. Hij studeerde aan de universiteit van Leuven, waar hij in 1940 zijn doctoraat behaalde. Daarna werd hij verbonden aan het NFWO. Na een kort intermezzo als onderzoeker bij Gevaert en een postdoctoraat in de Verenigde Staten werd hij in 1944 benoemd als docent te Leuven, waar hij een dienst voor macromoleculaire chemie oprichtte. In 1948 werd hij benoemd tot gewoon hoogleraar.

Met zijn gedegen kennis van de moderne organische scheikunde was Smets in staat een eenvoudig maar gewaagd en succesvol idee te formuleren: op macromoleculen reacties toepassen die traditioneel waren in de organische chemie van de kleine moleculen. Zo bedacht en realiseerde hij de geënte

[p. 197]

Georges Smets ▪

polymeren: een macromoleculaire keten met reactieve zijgroepen is onderworpen aan reacties zoals de vorming van zuurchloriden die, in aanwezigheid van een hydroperoxide, een polyperoxide geven. Opgelost in een monomeer en verwarmd, geeft dit peroxide een macropolyradicaal dat een nieuwe polymerisatie inleidt. Men verkrijgt zo een lange keten waarop andere lange ketens worden geënt. Het geheel lijkt op een kam. Een nadeel van deze methode is dat tijdens de vorming van het polyradicaal er ook kleine radicalen worden gevormd die eveneens een ketenpolymerisatie inleiden, wat een moeilijk te scheiden mengsel oplevert. Dat probleem werd pas veel later opgelost door een beroep te doen op anionpolymerisatie.

Een andere innovatie van Smets was de introductie van deze zeer reactieve functies aan de twee uiteinden van een keten, wat toeliet een nieuwe polymerisatie te starten met een monomeer dat verschilt van dat in de eerste keten. Door oordeelkundig de orde van de introductie van de diverse monomeren te alterneren, verkrijgt men zgn. blokpolymeren die, zoals de geënte polymeren, interessante eigenschappen vertonen.

Smets werkte zijn idee verder uit door toepassing van 1,3-dipolaire cycloadditiereacties - reacties van carbenen of aziden - op de polymeren, wat telkens nieuwe paden opende. Hij was een van de eersten die het belang benadrukte van de stereochemie in het chemisch gedrag van de polymeren.

Door de introductie van fotochrome groepen in de polymeren, in het algemeen van de klasse der spiropyranen, plaatste hij binnenin deze materialen een gevoelige sonde die inlichtingen verstrekte over de lokale mobiliteit.

Hij stond hoog aangeschreven in de wetenschappelijke wereld, wat zich vertaalde in talrijke onderscheidingen. Hij was lid van de Academie, doctor honoris causa van de universiteiten van Aberdeen en Mainz, laureaat van de Polymer Chemistry Prijs van de American Chemical Society, erelid van meerdere buitenlandse geleerde genootschappen, gastprofessor aan verschillende Belgische universiteiten, maar ook in de Verenigde Staten, China en Japan. De International Union for Pure and Applied Chemistry organiseerde in 1984 te zijner ere een bijeenkomst over macromoleculaire chemie te Leuven.

De uitstraling van deze innemende persoonlijkheid is tot op heden voelbaar in andere Belgische universiteiten.

Vooral de anionische polymerisatie heeft een belangrijke ontwikkeling gekend (KULeuven) in de studie van het effect van het geassocieerd kation - lithium, natrium of cesium - op de mogelijkheid toegang te geven tot goed gesequentieerde polymeren, wat een gunstige weerslag heeft op hun mechanische eigenschappen en hun veroudering. De invloed van het oplosmiddel is eveneens onderzocht. De apolaire oplosmiddelen remden de reactie terwijl de etheroplosmiddelen ze sterk versnelden. Deze studies vergden de bijzondere aanpassing van een kinetische techniek, de zgn. stop-flow, op polymerisatiereacties, wat toeliet met precisie

[p. 198]

de kinetische ontwikkeling te bepalen van reacties die minder dan een seconde duren. De biologische afbreking van de polymeren is eveneens in detail bestudeerd.

De kationische polymerisatie heeft in België een bijzonder interessante uitbreiding gekend; wanneer een kleine ring (met drie of vier schakels) een stikstof-, zuurstof-, of zwavelatoom bevat, is het mogelijk er de polymerisatie van op gang te brengen door middel van een zuur reagens (RUG), met als resultaat een macromolecule dat een groot aantal atomen van deze hetero-elementen bevat (wat ze nieuwe eigenschappen geeft) en een chemische functie draagt aan de twee uiteinden; ze worden ‘telechelische polymeren’ genoemd. Deze ontdekking leverde stof voor vier boeken waarvoor de uitgeverijen stonden aan te schuiven. De afbreking van de polymeren hangt sterk af van hun ruimtelijke structuur.

Een bijzonder spectaculaire vooruitgang werd recent geboekt doordat een beroep werd gedaan op complexen van overgangsmetalen (ULg) om nieuwe soorten polymerisaties uit te voeren. Een eerste voorbeeld bestaat erin een cycloalkeen tegenover de actie van rutheniumderivaten te stellen. De dubbele CC-binding opent zich om twee reactieve uiteinden te geven, en de uiteinden van twee moleculen verenigen zich om het begin van een keten te geven die zo twee actieve ‘uiteinden’ bezit. Dit proces, sinds lang gekend onder de algemene naam metathese onder inwerking van wolfram, wordt in dit geval een ROMP-reactie, een afkorting voor Ring Opening Metathesis Polymerization. Door het gebruik van ruthenium kon men metatheses realiseren op moleculen die zuurstof bevatten, wat niet realiseerbaar was met wolfram.

De traditionele polymerisaties worden voortgeplant door een neutraal (radicaal, oncontroleerbaar), positief (kationisch, weinig selectief) of negatief (anionisch, erg delicaat) geladen uiteinde. Een recente variant bestaat erin ruthenium te betrekken in een radicaalpolymerisatie; de verstrikking van het reactieve uiteinde maakt het radicaal veel minder agressief, wat interessante modulaties toelaat in de keuze van de monomeren en de stereochemie kan regelen van het verkregen polymeer. Dat kan interessante gevolgen hebben voor de mechanische en medische toepassingen.

Polymeren die de amidinefunctie bevatten (ULB) hebben een toepassing gevonden in de chemie van de celmembranen. In de landbouw worden andere polymeren gebruikt om de korrelgrootteverdeling van de bodem te verbeteren.

▪ Het plezier van elkaar te ontmoeten

Op initiatief van wat toen nog het Ministerie van Openbaar Onderwijs heette, werden omstreeks het midden van de jaren '50 bijeenkomsten georganiseerd van het Interuniversitair Centrum voor Organische Scheikunde. Eén keer per jaar kwamen de professoren, werkleiders, assistenten en doctorandi samen in één van de vier universiteiten voor een presentatie van het werk van de organiserende instelling. De meeste voordrachten werden gehouden door jongeren die zo leerden uiteenzetten en antwoorden op vragen en opmerkingen. Uiteraard sprak iedereen in zijn eigen taal, wat de bijeenkomsten een nationaal, unitair karakter gaf. Het was ook een gelegenheid voor de onderzoeksgroepen om zich op de hoogte te stellen van wat zich elders in het land afspeelde, mensen te ontmoeten, wederzijdse appreciatie en respect te tonen. Het Centrum had een bescheiden budget dat diende om de verplaatsingsonkosten van de deelnemers te betalen - de meerderheid kwam per trein - alsook het middagmaal dat in groep werd genuttigd. Ook kon men er een kleine uitrusting mee betalen. Al zou deze organisatie niet zo lang duren, toch vormt zij onbetwistbaar het vertrekpunt van een hele reeks ontmoetingen. Tot vandaag denken de wetenschappers die toen als jonge studenten aan deze memorabele studiedagen hebben deelgenomen met emotie terug aan de dynamische, stimulerende en vooral menselijke sfeer die er heerste.

Toen de interuniversitaire centra werden opgedoekt, creëerde het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek in 1971 contactgroepen die nationaal of regionaal konden zijn. De Belgische organische scheikundigen kozen voor een nationale contactgroep. Vervolgens hervatten de ontmoetingen. Het reglement van de contactgroepen voorzag

[p. 199]

een voorzitter wiens functie permanent kon zijn; voor de organische chemici was dat sowieso de organisator van de lopende bijeenkomst en men duidde er de verantwoordelijke aan voor de volgende vergadering. Een ander initiatief, eigen aan de contactgroep voor organische synthese, bestond erin jaarlijks niet twee zittingen van een dag maar één enkele jaarvergadering van twee dagen te organiseren. In plaats van dat de vergadering doorging aan één van onze universiteiten, vond zij plaats in een vakantiecentrum in de Ardennen of aan de Kust, al naar gelang de beschikbare plaats in de maand november. De zittingen vingen aan op vrijdagochtend en duurden tot zaterdagnamiddag. De deelnemers logeerden ter plaatse en namen de maaltijd in de cafetaria. De verplaatsingskosten werden niet meer terugbetaald maar het Nationaal Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek subsidieerde een buitenlandse gastspreker en kwam tussen in de kosten voor verblijf en maaltijden; met subsidies van de industrie werden de kosten voor de doctorandi beperkt. Deze formule oogstte een geweldig succes. Het was niet uitzonderlijk dat honderd tot tweehonderd deelnemers bijeenkwamen in Herbeumont, Hengelhoef of De Haan. De verdwijning van de contactgroepen liet een leegte achter die gelukkig ingevuld werd dankzij belangrijke medewerking uit de industrie. De bijeenkomsten zijn tot ieders tevredenheid hervat en verstevigen de nationale verbondenheid van de organisch scheikundigen.

De contactgroep voor moleculaire fotochemie nam eveneens de formule van residentiële seminaries over en vergaderde slechts één maal per jaar op het platteland om wetenschappelijke uitwisseling te bevorderen.

Niet tevreden met de vergaderingen in het kader van de contactgroepen, wilden de Belgische organische scheikundigen zich meer open stellen naar de internationale gemeenschap. Ons land heeft dan ook heel wat congressen en bijeenkomsten georganiseerd. Weinig bekend is dat één van de belangrijkste bijeenkomsten van de International Union for Pure and Applied Chemistry (IUPAC) in 1930 te Luik plaatsvond, met op de agenda de regelgeving voor de nomenclatuur. Bijna alle weerkerende internationale symposia zijn minstens één maal in ons land geweest; deelnemers uit de hele wereld spraken vol lof over de organisatie en stonden vol bewondering voor het niveau van ons onderzoek.

Het is dan ook normaal dat de idee werd gelanceerd om een tweejaarlijks symposium te organiseren dat volledig over organische synthese zou handelen. De eerste editie van BOSS (Belgian Organic Synthesis Symposium) was een groot succes. Het symposium week immers af van het klassieke model. Maandag was volledig gewijd aan een cursus door een specialist in één of ander domein van de organische chemie, zoals de organische chemie van palladium of de bijdrage van de kwantummechanica tot de kennis van de organolithium stoffen. Deze cursussen, vaak samengevat in een syllabus, leverden een opmerkelijke bijdrage tot de vorming van onze onderzoekers. De volgende dagen bestonden uit plenaire lezingen gegeven door eminente onderzoekers, geselecteerd door het wetenschappelijk comité, terwijl de klassieke congressen lezingen brachten ingediend door de auteurs. Hun werk werd uiteengezet tijdens postersessies. Het programma werd bewust licht gehouden om alle deelnemers de mogelijkheid te bieden de bijdragen van de laboratoria te consulteren. Het hoogtepunt van de BOSS was de conferentie van de laureaat van de Janssen Prijs, een onderscheiding die werd toegekend aan een organicus die zich heeft laten opmerken door zijn creativiteit en de kwaliteit van de resultaten die hij heeft behaald en die daarenboven nog geen vijftig jaar is.

De BOSS heeft al acht maal plaatsgevonden: te Namen in 1986 en 1994, te Gent in 1988, 1996 en 2000, te Louvain-la-Neuve in 1990 en 1998, en te Leuven in 1992. Het succes van deze symposia neemt nog steeds toe.

▪ Besluit

De vorige pagina's bespreken slechts een fractie van de activiteit van de universitaire organisch scheikundigen in België. Het was niet mogelijk al het werk dat bij ons werd gerealiseerd op te nemen in een overzicht dat enkel stilstaat bij de spectaculairste punten in het onderzoek en bij de belangrijkste

[p. 200]

bijdragen voor de samenleving. Het dynamisme van de Belgische organische scheikunde uit zich in duizenden artikels, gepubliceerd in hoogstaande en zeer selectieve tijdschriften, in de vorming van meer dan duizend doctors in de wetenschappen, die hun verbeelding, creativiteit en bekwaamheid te dienste stellen van de industrie en de openbare sector. Het hoofdstuk vertoont nog lacunes; het was onmogelijk, al was het maar kort, de evolutie van de ideeën, en de opmerkelijke onderzoekingen in de industrie te bespreken, evenmin als de uitstraling van studenten die in België hun vorming hebben gekregen en onze kennis en aanpak uitdragen in de geïndustrialiseerde wereld. Een exposé van die aard moet in teamverband worden samengesteld.