In een C70-buckybal passen precies twee watermoleculen. Dat schept een unieke gelegenheid om metingen aan één enkele waterstofbrug te doen, schrijven Japanse onderzoekers in Nature Chemistry.

Voor zover Yasujiro Murata en collega’s weten is hun ‘waterdimeer’, (H₂O)₂ dus, een wereldprimeur. Het kan immers alleen bestaan zolang je de aanwezigheid van een derde watermolecuul kunt uitsluiten, en de buckybal is het eerste kooitje dat daar klein genoeg voor is.

De meeste tekeningen van zulke koolstofbolletjes suggereren dat er veel meer watermoleculen in moeten kunnen. Maar dat lijkt maar zo, omdat die tekeningen het werkelijke volume van de koolstofatomen niet weergeven. Hou je daar wél rekening mee dan is de binnendiameter van een C60-buckyball slechts 3,7 angstrom, net voldoende voor één realistisch getekende H₂O. C70 is een beetje langwerpig, met 4,6 angstrom als grootste diameter, en daar passen er dus twee in.

De Japanners krijgen ze er in door tijdelijk een aantal C-C bindingen te verbreken, door behandeling met 3,6-di(6-tert-butylpyridin-2-yl)-pyridazine. Zo creëren ze een gat dat door maximaal 16 koolstofatomen wordt omringd en net groot genoeg is om een watermolecuul te laten passeren.

Het proces verloopt in tolueen als oplosmiddel. Als je daar een beetje water aan toevoegt en het mengsel vervolgens 40 uur laat sudderen bij 120 graden Celsius en 9.000 bar, blijken de meeste C70’s inderdaad te worden gevuld.

Na afloop brei je het gat weer dicht in twee stappen, met achtereenvolgens een isopropoxide (P(OⁱPr)₃) en N-fenylmaleïmide.

Met röntgendiffractie is achteraf aangetoond dat de buckyballs inderdaad één of twee watermoleculen binnen hadden gekregen. NMR-metingen bevestigden dat in het laatste geval één waterstofbrug wordt gevormd tussen de O van het ene molecuul en een H van het andere, en dat die twee daarbij in hoog tempo van rol wisselen.

bron: Nature Chemistry