Bij de meeste mensen roept het woord zout alleen associaties op met zeewater of culinaire additieven. Voor een scheikundige gaat echter veel meer schuil achter dit korte woordje. Elke chemische verbinding bestaande uit positief en negatief geladen ionen mag zichzelf een zout noemen. We kennen zouten in opgeloste toestand (in zeewater) of als vaste stof (in het zoutvaatje). Maar er zijn meer smaken: sommige zouten zijn namelijk vloeibaar bij kamertemperatuur. En dat maakt ze geschikt als oplosmiddel.

De Duitser Patrick Bäuerlein (30) heeft zich de afgelopen vier jaar verdiept in vloeibare zouten, of -met een duurdere naam- ionische vloeistoffen. Hij deed dat in de groep Homogene Katalyse en Coördinatiechemie van prof.dr. Dieter Vogt. “Daar werken we aan chemische reacties die in een oplossing plaatsvinden onder invloed van een katalysator (een hulpstof die de reactie doet verlopen, maar zelf niet wordt verbruikt, red.). We zoeken de optimale omstandigheden voor de reactie, zoals temperatuur, druk, type katalysator en ook het soort oplosmiddel. Dat laatste was mijn taak.”

Als oplosmiddel hebben vloeibare zouten veel voordelen, volgens de chemicus: “Ze verdampen niet en zijn ook niet of nauwelijks brandbaar. Dat is een groot voordeel boven veel organische oplosmiddelen, met name boven zeer vluchtige stoffen als ether. Daarnaast kun je ontzettend veel verschillende vloeibare zouten maken. Er zijn misschien ruim duizend organische oplosmiddelen, terwijl je minstens een miljoen vloeibare zouten kunt bedenken.”

Met andere woorden: heb je een stof die je wilt oplossen, dan is er vrijwel altijd een vloeibaar zout te bedenken waarin dat lukt. “Ze worden dan ook wel ‘designer solvents’ genoemd; je kunt ze voor een speciale toepassing ontwerpen. Je verandert iets aan één van de ionen van vloeistof en dan doet het opeens wat je wilt.” Dat wil overigens niet zeggen dat elke poging meteen raak is, geeft Bäuerlein toe: “Voor elke twintig zouten die je maakt, werkt er misschien één zoals je in gedachten had. Maar je kunt op basis van de theorie wel een goede schatting maken van de eigenschappen van vloeibare zouten met een bepaalde samenstelling. Daarover is inmiddels ontzettend veel literatuur beschikbaar.”

Bäuerlein werkte tijdens zijn promotie aan een aantal projecten waarin verschillende aspecten van vloeibare zouten aan bod kwamen. Zo paste hij enkele katalysatoren aan, zodat ze oplosbaar werden in de ionische vloeistof. Dat deed hij door een ionische groep -een elektrisch geladen molecuul- te koppelen aan de katalysator. “Bij sommige chemische processen hebben de reactieproducten en de katalysator ongeveer dezelfde eigenschappen. Dat maakt het heel moeilijk om die producten aan het einde van de reactie te scheiden van de katalysator. Wij hebben een reactie waarbij palladium fungeerde als katalysator in een ionische vloeistof laten verlopen. Het reactieproduct konden we toen in ether oplossen en zo eenvoudig scheiden van de katalysator.”

Een andere onderzoekslijn draait om biologische processen, waarbij enzymen de rol van katalysator op zich nemen. Die biologische reacties vinden plaats in water, de natuurlijke omgeving van biomoleculen, terwijl de benodigde ingrediënten vaak opgelost worden in organische oplosmiddelen. In het algemeen gaat dat prima, maar als je met enzymen of zelfs hele cellen werkt, loop je wel het risico dat deze door de oplosmiddelen worden aangetast. Vloeibare zouten kunnen in dat geval wellicht een goed alternatief vormen.

Bäuerlein: “Er zijn ook vloeibare zouten die niet met water mengen; dat betekent dat je een twee-fasensysteem kunt maken, waarbij de biologische reactie plaatsvindt in het water, terwijl de hulpstoffen en reactieproducten worden uitgewisseld tussen het water en de ionische vloeistof. Het is gebleken dat enzymen ook in de buurt van de ionische vloeistof werkzaam blijven. Maar we hebben het hier wel over heel ingewikkelde systemen, waarin alles met alles samenhangt.”

Nog een stapje ingewikkelder is het maken van zogeheten chirale stoffen, bekend van de links- en rechtsdraaiende yoghurt. Veel biologische stoffen zijn alleen werkzaam als ze de juiste chiraliteit hebben, als ze bijvoorbeeld rechtsdraaiend zijn. Bäuerlein maakte een ionisch oplosmiddel waarin die chiraliteit besloten ligt, zodat de reactieproducten automatisch de juiste draairichting hebben. “We weten nu dat het principe werkt, maar we zijn nog niet zover dat we producten met een honderd procent zuivere chiraliteit kunnen maken. Je moet eerder denken aan verhoudingen als tachtig-twintig of zeventig-dertig.”

Omdat ze niet verdampen en daardoor geschikt zijn voor hergebruik, worden vloeibare zouten vaak gezien als ‘groene’, milieuvriendelijke oplosmiddelen. Bäuerlein vindt dat een beetje kort door de bocht: “Er zijn gewoon heel veel soorten ionische vloeistoffen, waaronder ook heel giftige, die absoluut niet in het milieu terecht moeten komen. Zoals met alle chemicaliën moet je ze niet zomaar weggooien. Maar een deel van de ionische vloeistoffen is zeker groener dan de conventionele oplosmiddelen. En in mijn nieuwe werk voor waterbedrijf KWR wil ik vloeibare zouten gebruiken om drinkwater te ontdoen van medicijnresten.” Dat kun je in ieder geval een groene toepassing noemen. (TJ)/.

Een artistieke voorstelling van een vloeibaar zout siert de cover van Bäuerleins proefschrift.