Vandaag de dag kennen we de moleculaire structuur van geneesmiddelen tot in detail, van de alledaagse aspirine tot de moderne medicijnen die ontworpen zijn om aids te bestrijden. Deze structurele informatie op atoomniveau heeft de mineralogie, de chemie, de farmacologie, de biochemie, de geneeskunde en de materiaalkunde voorgoed gerevolutioneerd. Dergelijke waardevolle informatie hebben we te danken aan de kristallografie.
De kracht van de nieuwe techniek van röntgendiffractie door kristallen om de structuur van mineralen te onthullen verbaasde de wetenschappelijke wereld. Het was enorm belangrijke informatie voor het begrijpen van de eigenschappen van mineralen, de reactiviteit van chemische verbindingen en uiteindelijk voor het relateren van de structuur van farmacologische verbindingen met hun therapeutische eigenschappen, en de structuur van biologische moleculen met de functie die ze uitvoeren in het organisme.
Röntgendiffractie werd zo de krachtigste "microscoop" die de wetenschap ter beschikking stond, de enige die in staat was om de moleculaire structuur van de kristallen te zien. Het was duidelijk dat het essentieel was om kristallen van de verbinding te hebben. De eerste mineralen werden gebruikt, de kristallen die door de natuur werden geleverd. Tegen het einde van de jaren 1920 was de structuur van sulfiden, granaten en silicaten vastgesteld, verbindingen met weinig verschillende atomen. En de structuren van belangrijke metaallegeringen werden ook ontdekt.
Al snel begonnen ze verbindingen te bestuderen die gekristalliseerd moesten worden. De eerste organische verbinding waarvan de structuur werd opgelost door röntgendiffractie was hexamethyleentetramine. Het was duidelijk een eenvoudige structuur met vier stikstofatomen (in blauw), zes koolstof (in zwart) en twaalf waterstof (in grijs).
Het oplossen van steeds complexere en interessantere molecuulstructuren vormt een onstuitbare uitdaging. Dorothy Hodking viel op bij het bepalen van de driedimensionale structuur van de eerste biochemische verbindingen, zoals cholesterol in 1937, penicilline in 1945, vitamine B12 in 1954 en insuline in 1969. In 1964 ontving ze de Nobelprijs voor haar onderzoek.
Model van de structuur van penicilline uitgevoerd door Dorothy Hodgkin.
De moleculaire structuur van penicilline.
Elke kleur staat voor een soort atoom: groen voor koolstof, rood voor zuurstof, wit voor waterstof, blauw voor stikstof en geel voor zwavel.
In 1925 ontving Louis de Broglie de Nobelprijs voor de Natuurkunde voor zijn ontdekking van de golfkarakteristieken van elektronen. Het idee om ze te gebruiken in de diffractie, als aanvulling op de röntgenstraling, kwam tot stand. Al snel werd ontdekt dat elektronenbundels ook door kristallen worden gediffundeerd. De fysica waarop deze diffractie is gebaseerd is anders dan die van de röntgenstraling, maar het patroon dat de gedifferentieerde stralen produceren is hetzelfde en wordt op dezelfde manier geïnterpreteerd. Clinton Joseph Davisson en George Paget Thomson ontvingen in 1937 de Nobelprijs voor de Natuurkunde vanwege deze ontdekking.
Altijd verder, altijd verder. Meer complexe structuren, groter en met een groter aantal verschillende atomen; maar er was een obstakel om alle informatie die die zwarte vlekken harmonieus verdeelde op de fotografische plaat bevatte en die onoverkomelijk leek, volledig te begrijpen. Het werd het faseprobleem genoemd.
De moleculaire informatie was er, op die plekken, uit wiens grootte en zwartheid we de intensiteit konden halen, dat is de amplitude, maar niet de andere informatie die een golf bevat, de fase. Het was als het hercomponeren van een symfonie uit een partituur waarin de staafnummering ontbreekt, dus het is onmogelijk om de piano te synchroniseren met de snaren, waarbinnen elk van de violen, altviolen en cello's ook "uit fase" zijn... We kunnen de symfonie alleen waarderen als we de partituren "in de tijd uitlijnen", met andere woorden, als we ze "in fase" zetten.
Lange tijd werd het probleem niet alleen als moeilijk beschouwd, maar ook als onoplosbaar. Herbert Hauptman en Jerome Karle zijn er echter in geslaagd de vergelijkingen te vinden die het ontrafelen en de methode om ze direct op te lossen.
En het was Isabella Karle die deze ideeën in een experimenteel protocol omzette. Zo stelden ze het instrument ter beschikking dat scheikundigen en biochemici in staat stelde te dromen van het begrijpen van reacties en leven op moleculair niveau: de bepaling van de werkelijke structuur van moleculen. Voor deze bewonderenswaardige bijdrage aan wat men de directe methoden van structuuroplossing noemt, ontvingen Herbert Hauptman en Jerome Karle in 1985 de Nobelprijs voor de Scheikunde.
Fluoxetine (bekend als Prozac, de eerste commerciële naam) is een antidepressivum dat wordt gebruikt voor de behandeling van grote depressieve stoornissen, bipolaire stoornis, obsessief-compulsieve stoornis en boulimia nervosa. In 2012 werd ontdekt dat het ook een krachtig antiviraal middel is.
Acetylsalicylzuur, in de volksmond bekend als aspirine, is een geneesmiddel uit de salicylaatfamilie, dat vaak wordt gebruikt als ontstekingsremmer en pijnstiller. Het wordt wereldwijd ongeveer 25 miljoen kilo per jaar geconsumeerd. Toch werd de ruimtelijke ordening, zoals de figuur laat zien, pas in 1964 ontdekt. De molecule wordt gevormd door negen koolstofatomen (in zwart), acht waterstof (in grijs) en vier zuurstof (in rood).
karaf, whiskykaraf, whiskey karaf, kristallen karaf, wijnkaraffen, wijnkaraf, kristal karaf, decanteer karaf, whiskey karaf kristal, kristal karaf, glazen karaf, karaf graveren, champagneglazen, whisky glazen, whiskey glazen.
