Van spiegelsymmetrie tot stereochemie en verder…

Bron: #Dwars door de buurt – editie 217

Geleerden en straatnamen in de Watergraafsmeer – deel 16

De Van ‘t Hofflaan is de zijstraat van de Middenweg tegenover het Christiaan Huygensplein. Daar staan enkele gevels met spiegelsymmetrie: nummers 11-13 en 13-15. In de Watergraafsmeer is dit kenmerk veelvuldig in woningbouw te vinden. Hier echter heeft spiegelsymmetrie een bijzondere betekenis.

Driedimensionaal
Jacobus Henricus van ‘t Hoff (1852-1911) werd tot chemicus opgeleid aan de Polytechnische School te Delft, de voorganger van de huidige Technische Universiteit Delft. Vanuit deze opleiding was hij een overtuigd aanhanger van de atoomtheorie – de gedachte dat materie uit deeltjes opgebouwd is. Deze gedachte was destijds in wetenschappelijke kring nog omstreden. Albert Einstein – wie anders? – publiceerde een overtuigend bewijs daarvoor in zijn wonderjaar 1905.
Van ‘t Hoff verwierf als 22-jarige, pas afgestudeerde chemicus het baanbrekende inzicht dat moleculen ruimtelijk zijn in hun opbouw uit verschillende atomen zoals de elementen koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof, fluor, broom en chloor… Moleculen hebben dus een driedimensionale structuur, net zoals een woning, een hand of welk voorwerp dan ook. Deze ruimtelijkheid brengt met zich mee dat uit dezelfde elementen opgebouwde structuren minstens in twee verschillende vormen voorkomen die elkaars spiegelbeeld zijn en die niet in elkaar over kunnen gaan zonder de structuur te verbreken.

Van ‘t Hoff stelde vast dat, afhankelijk van welke van de twee vormen getest wordt, de invloed op doorvallend licht tegengesteld is; wetenschappelijk vertaald: ‘het polarisatievlak van doorvallend licht draait bij de ene vorm met de klok mee en bij de andere vorm tegen de klok in’. Denk om dit te begrijpen aan de tegengestelde draairichting van de trap in spiegelsymmetrisch ontworpen buurwoningen.

Gaandeweg is gebleken dat in de biologie en bij geneesmiddelen het bestaan van verschillende vormen van qua samenstellende atomen hetzelfde molecuul grote betekenis kan hebben op de werkzaamheid en – eventueel – de giftigheid. Het vakgebied dat Van ‘t Hoff met de Franse chemicus Le Bel ontsloot heet ‘stereochemie’. Spiegelsymmetrie werd zo stereochemie!
Van ‘t Hoff publiceerde in 1874 zijn inzichten in het Nederlands onder de alles omvattende titel: ‘Voorstel tot Uitbreiding der Tegenwoordige in de Scheikunde gebruikte Structuurformules in de Ruimte, benevens een daarmee samenhangende Opmerking omtrent het Verband tusschen Optisch Actief Vermogen en Chemische Constitutie van Organische Verbindingen’.

Het duurde enkele jaren voordat Van ‘t Hoff’s inzicht algemeen opgepikt werd in wetenschappelijke kringen, maar toen dit eenmaal gedeeld werd, was hij een beroemdheid. Als 26-jarige werd hij hoogleraar in de chemie, mineralogie en geologie aan de Gemeente Universiteit van Amsterdam. Hij vervolgde zijn carrière twaalf jaar later in Berlijn aan de Pruisische Academie van Wetenschappen. In Rotterdam-Centrum aan de ‘s-Gravendijkwal (het Maastunneltracé), staat voor het monumentale schoolgebouw van de voormalige HBS een groots standbeeld, een in brons gegoten zittende Van ‘t Hoff geflankeerd door twee uit steen gehouwen vrouwen die de Verbeeldingskracht en de Rede symboliseren. In 1915 werd het opgericht kort nadat de beroemde leerling uit het eerste jaargang van deze school op 58-jarige leeftijd aan longtuberculose was overleden.

In 1901 was Van ‘t Hoff de allereerste winnaar van de Nobelprijs voor de scheikunde. Deze prijs betrof niet de ontdekking van de stereochemie, waarmee hij zijn roem vestigde, maar zijn onderzoek naar osmose.
Van ‘t Hoff ‘s verrassende voorstellingsvermogen bleek opnieuw, nu in zijn analyse van osmose. Hij gebruikte regels die hij ontleende aan berekeningen over het gedrag van gassen bij verschillende temperaturen. Daarbij is het aantal deeltjes bepalend en niet het soort deeltjes. Van ‘t Hoff introduceerde het begrip osmotische druk en vandaaruit kon hij molecuulgewichten en moleculaire massa’s berekenen van opgeloste stoffen. Hij maakte zo vriespuntverlaging door een toevoeging aan water begrijpelijk – denk aan antivries – evenals kookpuntverhoging. Van ‘t Hoff was hiermee opnieuw grondlegger, nu van de fysische chemie/natuurkundige scheikunde.

Andere Nederlanders die Nobelprijzen Scheikunde toegekend kregen zijn: in 1936 de natuurkundige Peter Debye (1884-1966): ‘voor zijn bijdragen aan de structuur van moleculen’ en recent, in 2016, de Groningse hoogleraar scheikunde Bernard Lucas Feringa (1951-….), die de prijs deelde met twee medewinnaars: ‘voor hun onderzoek naar moleculaire nanomachines’.

Debye heeft geen straatvernoeming in de Watergraafsmeer. In zijn geboortestad Maastricht is hij wel vernoemd met de P. Debyestraat en het P. Debyeplein. In Utrecht draagt een wetenschappelijk instituut zijn naam. In 1911 volgde Debye kort Einstein op als hoogleraar in Zurich. Vervolgens was hij uiterst kort hoogleraar theoretische natuurkunde te Utrecht van 1912-1913 met daarna snel achtereen posities aan Duitse universiteiten en onderzoekinstituten. Onder het Naziregime was hij enerzijds als voorzitter van het Deutsche Physicalische Gesellschaft betrokken bij een anti-Joodse oproep aan collega’s en anderzijds raakte hij in de aanloop naar de Tweede Wereldoorlog vanwege dit regime en de militaire ambities daarvan zijn verantwoordelijkheden en de toegang tot zijn Kaiser Wilhelm Instituut kwijt. Kort na het uitbreken van Wereldoorlog II bezocht hij op uitnodiging de USA. Hij bleef toen daar en werd hoogleraar aan Cornell University te Ithaca.

Tweede gouden eeuw
In 1914 werd Leonard Samuel Ornstein (1880-1941) opvolger van Debye als hoogleraar theoretische natuurkunde te Utrecht. Hij wordt geëerd met een straatvernoeming in de Watergraafsmeer. De Ornsteinstraat opzij van de Kamerlingh Onneslaan is een rustig woonstraatje in de onlangs ingrijpend gerenoveerde wijk met éénsgezinswoningen uit de jaren vijftig van de vorige eeuw. Van alle vernoemingen in deze wijk vertegenwoordigt Ornstein veruit de meest recente periode. Hij stond midden tussen zijn vakgenoten in wat wel de tweede gouden eeuw van de Nederlandse natuurwetenschap genoemd wordt, de periode met de Nobelprijswinnaars Van ‘t Hof, Röntgen, Van der Waals, Lorenz, Zeeman, Kamerlingh Onnes, Debye en Zernike. De laatst genoemde is de in 1953 bekroonde uitvinder van de fasecontrastmicroscoop.

Osmose is de verplaatsing/diffusie van water (of ander oplosmiddel) door een halfdoorlaatbaar membraam; de in het oplosmiddel opgeloste stof kan de membraam niet passeren. Bij verschillende concentraties opgeloste stof aan weerszijden van de membraam leidt osmose tot verschil in hoogte van de vochtspiegel over de membraam. In planten, mensen en dieren is osmose een alom tegenwoordig proces.

Maar ook Georg Uhlenbeck en Samuel Goudsmit moeten hier genoemd worden. Zij liepen een Nobelprijs en een straatvernoeming mis als ontdekkers van de kernspin, het principe achter de MRI-scanners in ziekenhuizen. Hun ontdekking heeft verwantschap aan die van de jonge Van ‘t Hoff maar dan op subatomaire schaal.

Laboratorium verboden
Ornstein onderscheidde zich door zich geleidelijk te ontwikkelen van een zeer wiskundig georiënteerd theoretisch natuurkundige tot initiator van experimenteel natuurkundig onderzoek naar lichtspectra als uiting van de elektronenschil van atomen. Hij was de stuwende kracht achter een zeer groot aantal promovendi (94). Tussen de wereldoorlogen vond in zijn laboratorium ook toegepast en industrieel natuurkundig onderzoek plaats. Hij publiceerde onder andere samen met Zernicke en Uhlenbeck.
Leonard Samuel Ornstein was van Nederlands-Joodse afkomst.
Hij was een overtuigd zionist en zijn organisatorisch talent kwam op jonge leeftijd binnen de Nederlandse Zionisten Bond tot uitdrukking. Tegen Joden gekeerde maatregelen kort na de Duitse bezetting leidden november 1940 tot zijn ontslag als hoogleraar en tot een verbod op het betreden van zijn laboratorium. Een half jaar later overleed hij. #

Robert van Andel