Luca Turin over de wetenschap van geur

Het parfum dat je zult ruiken, zul je nooit meer op deze manier kunnen ruiken. Het parfum heet Beyond Paradise en is te vinden in elke winkel van het land. Maar hier is het in stukken opgesplitst door Estée Lauder en door de parfumeur, Calice Becker, en daar ben ik hen erg dankbaar voor. Het is opgedeeld in opeenvolgende deeltjes en een akkoord.

Wat je nu ruikt, is de hoofdgeur. Daarna komt de zogenaamde weelderige hartgeur. Ik zal het even laten zien. De Eden-hoofdgeur is genoemd naar het Eden Project in het Verenigd Koninkrijk.

De weelderige hartgeur, geur van de melaleuca-schors, waar helemaal geen schors in zit, want dat is verboden.

En daarna de volledige geur. Wat je nu ruikt, is een combinatie van -- Ik vroeg hoeveel moleculen hierin zaten, maar niemand wou het me zeggen. Dus haalde ik het door een GC, een gaschromatograaf in mijn kantoor, en het zijn er ongeveer 400. Wat je nu ruikt, zijn een paar honderd moleculen die door de lucht vliegen en in je neus terechtkomen.

En denk niet dat het heel subjectief is. Jullie ruiken nu allemaal ongeveer hetzelfde. Van geur wordt gezegd dat die bij iedereen een beetje anders overkomt. Dat is niet echt waar. Een parfumerie bewijst dat dat niet waar is, anders zou het geen kunst zijn.

Terwijl de geur over jullie heen zweeft, zal ik de geschiedenis van een idee vertellen. Alles wat je hier ruikt, bestaat uit atomen afkomstig van wat ik de Upper East Side van het periodiek systeem noem: een veilige buurt. (Gelach) Die wil je echt niet verlaten als je een carrière in de parfumerie wilt. Sommigen hebben in de jaren '20 geprobeerd om er dingen van de slechte kant bij te doen, maar dat ging echt niet.

Dit zijn de 5 atomen waaruit alles wat je in het dagelijkse leven ruikt, van koffie tot parfum, gemaakt is. De hoofdgeur die je in het begin rook, gemaaid gras zoals we dat noemen -- gekke termen hier -- en dit heet dan een groene geur, omdat het ruikt naar iets groens, zoals gemaaid gras.

Dit is cis-3-hexenol. Ik heb de afgelopen 3 jaar in een sneltempo chemie moeten leren. Een heel dure chemieles van de middelbare school. Deze heeft 6 koolstofatomen, dus 'hex': hexenol. Het heeft een dubbele binding en achteraan een alcohol, 'ol' dus, en daarom heet het cis-3-hexenol. Eens je het doorhebt, kun je op feestjes echt indruk maken op mensen.

Dit ruikt naar gemaaid gras. Dit is het skelet van de molecule. Als je er waterstofatomen aanhangt, ziet het er zo uit op je computer, maar eigenlijk ziet het er zo uit, de atomen hebben een soort bol waarin je niet kunt doordringen, ze stoten af.

Waarom ruikt dit nu naar gras? Waarom ruikt het niet naar aardappelen of viooltjes? Wel, er zijn 2 theorieën. Volgens de eerste theorie ligt het aan de vorm. Die theorie is heel aannemelijk omdat bijna al de rest van de biologie met vorm werkt. Enzymen die dingen opeten, antilichamen, het in elkaar passen van proteïne en iets anders, hier bijvoorbeeld een geur. Ik zal proberen uit te leggen wat er mis is met deze opvatting.

Volgens de andere theorie ruiken we moleculaire vibraties. Dat is echt een waanzinnig idee. Toen ik er begin jaren '90 voor het eerst van hoorde, dacht ik dat mijn voorgangers, Malcolm Dyson en Bob Wright, helemaal gek geworden waren, en ik zal proberen uit te leggen waarom. Maar stilaan begon ik te denken dat ze toch gelijk kunnen hebben en ik ben nu bezig al mijn collega's te overtuigen dat dat zo is.

Zo werkt de vorm bij normale receptoren. Er komt een molecule in de proteïne, hier schematisch voorgesteld, en daardoor gaat die draaien of bewegen door bepaalde delen te verbinden. De aantrekkingskracht, de krachten tussen de molecule en de proteïne zorgen voor de beweging. Dit idee is gebaseerd op vorm.

Hier zie je opgesomd wat er mis is met vorm. Ik verwacht dat iedereen deze stoffen van buiten leert. Dit is één bladzijde uit een werkboek van een chemicus. Hij werkt voor een parfumbedrijf. Hij maakt 45 moleculen en hij zoekt sandelhout, iets wat ruikt naar sandelhout. Want er valt veel geld te verdienen met sandelhout. Van deze 45 moleculen ruikt alleen nummer 4629 naar sandelhout. Met een uitroepteken. Dat is echt verschrikkelijk veel werk. In manjaren uitgedrukt zou dat ruwweg uitkomen op 200.000 dollar, als je ze een laag salaris en geen voordelen geeft. Het is dus een erg inefficiënt proces. Een theorie is volgens mij niet alleen maar iets wat je kunt onderwijzen, ze moet arbeidsbesparend zijn. Een theorie moet voor minder werk zorgen. Ik hou van minder werk. Ik zal jullie een heel eenvoudig feit vertellen waardoor duidelijk wordt dat deze vormtheorie echt niet goed werkt.

Dit is cis-3-hexenol. Het ruikt naar gemaaid gras. Dit is cis-3-hexeenthiol en ruikt naar rotte eieren. Je hebt misschien al gemerkt dat wodka nooit naar rotte eieren ruikt. Als dat wel zo is: zet je glas neer en ga naar een andere bar. We kunnen met andere woorden nooit de O-H per ongeluk voor een S-H aanzien. Zelfs ongeconcentreerd en puur ruikt zuivere ethanol niet naar rotte eieren. Omgekeerd bestaat er geen concentratie waarbij de zwavelverbinding naar wodka zal ruiken. Met moleculaire herkenning is dit heel moeilijk te verklaren. Ik liet dit aan een vriend zien die fysicus is en een grondige hekel heeft aan biologie, en hij zei: "Dat is makkelijk! Ze hebben een verschillende kleur!" (Gelach)

Het gaat dus wel iets verder dan dat. Ik zal nu uitleggen waarom de vibratietheorie wel interessant is. Zoals je in het begin zag, zijn deze moleculen, deze bouwstenen, met elkaar verbonden. Moleculen kunnen vibreren op verschillende frequenties die heel specifiek zijn voor elke molecule en voor hun verbindingen.

Dit is het geluid van de O-H-verbinding, omgezet naar een hoorbaar bereik. S-H heeft een heel andere frequentie. Dat is wel interessant, want daardoor weet je dat niets in de hele wereld ruikt naar rotte eieren, behalve S-H.

Ten tweede heeft niets anders in de wereld deze frequentie, behalve S-H. Stel je voor dat dit de toetsen van een piano zijn. Het S-H-stuk zit midden in een deel van het klavier dat zogezegd stuk is, en er zijn geen aangrenzende noten, niets komt in de buurt. Het is een unieke geur, een unieke vibratie.

Toen ik met dit alles begon, ging ik op onderzoek om mezelf ervan te overtuigen dat heel dit gekke verhaal misschien toch waar kon zijn. Ik zocht naar een soort molecule, eender welke molecule, die dezelfde vibratie had. De voor de hand liggende voorspelling was dat het zeker naar zwavel zou ruiken. Zo niet, lag het hele idee aan diggelen en kon ik me met andere dingen bezighouden.

Nadat ik een aantal maanden overal gezocht had, ontdekte ik een soort molecule, een boraan en die had exact dezelfde vibratie. Het goede nieuws is dat boranen te verkrijgen zijn. Het slechte nieuws is dat het raketbrandstof is. Meestal exploderen ze vanzelf als ze in contact komen met lucht, en bedrijven verkopen ze alleen maar aan een minimum van 10 ton. (Gelach) Dit was dus geen kleinschalig experiment en dat zouden ze op mijn universiteit niet graag hebben.

Toch kon ik eindelijk een boraan bemachtigen, en hier zie je hem. Als je de vibratiefrequenties meet en berekent, zijn die hetzelfde als bij S-H.

En ruikt dat nu naar zwavel? Als je even in de literatuur duikt, zul je een man vinden die meer over boranen wist dan iedereen, toen of later. Alfred Stock synthetiseerde ze allemaal. In een gigantisch artikel van 40 pagina's in het Duits zegt hij -- mijn vrouw is Duits en zij heeft het voor me vertaald -- op een bepaald moment zegt hij: "ganz widerlich Geruch", een "volkomen weerzinwekkende geur", en dat is goed. Dat lijkt wel waterstofsulfide. Het feit dat boranen naar zwavel ruiken, was al gekend sinds 1910, maar volkomen vergeten tegen 1997, 1998.

Er is wel een kleine kink in de kabel: als we moleculaire vibraties kunnen ruiken, moet er een spectroscoop in onze neus zitten. Dit is een spectroscoop, op mijn werkbank. Als je nu in iemands neus kijkt, is de kans klein dat je daar zoiets vindt. En dit is het grootste tegenargument van deze theorie.

Oké, we ruiken vibraties. Maar hoe? Als mensen deze soort vraag stellen, vergeten ze iets, namelijk dat fysici heel slim zijn, in tegenstelling tot biologen. (Gelach) Grapje. Ik ben bioloog. Het is dus een grap in mijn nadeel.

Bob Jacklovich en John Lamb van de Ford Motor Company ontdekten, in de tijd dat Ford enorme bedragen uitgaf aan wetenschappelijk onderzoek, een manier om een spectroscoop te bouwen die intrinsiek op nanoschaal was. Met andere woorden: geen spiegels, geen lasers, geen prisma's, geen gedoe, slechts een klein apparaat. En dat apparaat werkt met het tunneleffect. Ik zou het tunneleffect kunnen voordoen, maar met een filmpje wordt het veel interessanter. Hier zie je hoe het werkt.

Elektronen zijn rare dingen, ze kunnen over gaten springen, maar alleen bij een gelijk energieniveau. Als de energie verschilt, kunnen ze niet springen. Ze vallen niet naar beneden, zoals wij. Als er iets is wat de energie absorbeert, kan het elektron verder. Dit systeem zorgt ervoor -- en dat komt veel voor in de biologie -- dat een stof een elektron geeft en het elektron springt, maar alleen als het elektron de juiste vibratie heeft heeft de reactie plaats. Dat is de basis voor het apparaat van die 2 mannen van Ford.

En elk onderdeel van dit mechanisme komt echt voor in de biologie. Met andere woorden, met kant-en-klare onderdelen kan ik een spectroscoop maken. Het leuke van dit idee is dat je, als je een beetje filosofisch aangelegd bent, dat je dan begrijpt dat de neus, het oor en het oog met vibraties werken. Eigenlijk maakt het niet uit, want het kan ook niet waar zijn natuurlijk. Maar het klinkt wel -- (Gelach) -- het klinkt wel leuk, wat het aantrekkelijk maakt voor mensen die te veel 19de-eeuwse Duitse literatuur lezen.

En toen gebeurde er iets fantastisch: ik verliet de academische wereld en stapte in de echte zakenwereld, en er ontstond een bedrijf rond mijn ideeën om nieuwe moleculen te maken met mijn methode, op basis van: 'Laat iemand anders het maar betalen'. Een van de eerste dingen die we deden, was langsgaan bij parfumbedrijven en vragen wat ze nodig hadden, want als je geur kunt berekenen, heb je geen scheikundigen meer nodig. Je hebt een computer nodig, een Mac bijvoorbeeld, als je er tenminste mee kunt werken. Dan kun je duizend moleculen proberen, zelfs tienduizend moleculen in een weekend, en moet je enkel tegen de scheikundige zeggen welke hij nu moet maken. Op die manier kun je snel nieuwe geuren maken.

Het eerste wat er gebeurde toen we naar parfumeurs in Frankrijk gingen -- nu komt mijn Charles Fleischer-imitatie -- en één van hen zei: "Je kunt geen coumarine maken." Hij zei: "Ik wed dat je geen coumarine kunt maken."

Coumarine is een heel gebruikelijke stof in parfums. Het is afgeleid van bonen die uit Zuid-Amerika komen. Het is echt een klassieker onder de synthetische chemische aroma's. Het is de molecule waardoor mannenparfums ruiken zoals ze al sinds 1881 ruiken, om precies te zijn.

Het probleem is dat het kankerverwekkend is. En niemand heeft graag een kankerverwekkende aftershave. (Gelach) Sommigen zijn roekelozer dan anderen, maar dat is het niet waard.

Ze vroegen dus een nieuwe coumarine, en we begonnen te rekenen. Eerst bereken je het vibratiespectrum van coumarine, en dan vlak je het uit zodat je een mooi beeld hebt van dit akkoord, zeg maar, van coumarine. Dan laat je de computer andere moleculen vinden die al dan niet verwant zijn en dezelfde vibratie hebben.

In dit geval, ik vind het erg om te zeggen, het was echt puur toeval. Ik kreeg een telefoontje van de hoofdchemicus en hij zei: "Kijk, ik vind dit zo'n prachtige reactie, zelfs als het niet ruikt naar coumarine wil ik het proberen, het is zo handig, één stap -- scheikundigen hebben rare kronkels -- één stap, 90 percent opbrengst, en dan krijg je een prachtige kristallijne stof. Laten we het proberen."

En ik zei: "Laat me dan eerst die stof berekenen, rechts onderaan." De stof is verwant met coumarine, maar heeft een extra vijfhoek binnenin de molecule. De vibraties berekenen, het paarse spectrum is dat van de nieuwe stof, het witte is dat van de vorige. Normaal gezien zou het naar coumarine moeten ruiken. Ze hebben het gemaakt... en het rook exact als coumarine. Dit is de nieuwe stof, tonkeen. Als wetenschapper ben je altijd ideeën aan het verkopen. Mensen houden niet zo van ideeën, en terecht: waarom zouden we nieuwe ideeën aannemen? Maar als je een flesje aan een parfumeur geeft en het ruikt naar coumarine, maar het is geen coumarine, en je hebt het in 3 weken tijd gevonden, dan is iedereen meteen bij de les. (Gelach) (Applaus)

Mensen vragen me vaak of mijn theorie geaccepteerd wordt. Ik zeg dan: "Door wie?" Meestal zijn er 3 standpunten: "Je hebt gelijk maar ik weet niet waarom." Dat is hier de meest logische kijk. "Je hebt gelijk en het kan me niet schelen hoe je het klaarspeelt, jij geeft me toch mijn moleculen." En: "Je bent helemaal verkeerd, en ik ben er absoluut zeker van."

Het gaat hier om mensen die alleen maar resultaten willen zien, en dit is de commerciële wereld. Zelfs als we met astrologie werken, is dat goed voor hen. We werken natuurlijk niet met astrologie. De afgelopen 3 jaar had ik, vond ik toch, de beste job ter wereld, want ik kon mijn hobby, parfums en al die geweldige dingen, plus een beetje biofysica en wat autodidactische chemie, ten dienste stellen van iets wat echt werkt.

Heel erg bedankt. (Applaus)