Reakcje chemiczne zachodzą wokół nas cały czas – to oczywiste, gdy się nad tym zastanowić – ale ilu z nas bierze w nich udział, gdy uruchamiamy samochód, gotujemy jajko lub nawozimy trawnik?
Ekspert w dziedzinie katalizy chemicznej, Richard Kong, rozważał reakcje chemiczne. W swojej pracy, jako „profesjonalny tuner”, jak sam to określa, interesuje się nie tylko reakcjami, które pojawiają się same z siebie, ale także identyfikacją nowych reakcji.
Jako stypendysta Klarmana w dziedzinie chemii i biologii chemicznej na Wydziale Sztuk Pięknych i Nauk Ścisłych, Kong pracuje nad rozwojem katalizatorów, które napędzają reakcje chemiczne do pożądanych rezultatów, tworząc bezpieczne i produkty o wartości dodanej, w tym takie, które mogą mieć pozytywny wpływ na zdrowie człowieka. Środa.
„Znaczna liczba reakcji chemicznych zachodzi bez udziału człowieka” – powiedział Kong, odnosząc się do emisji dwutlenku węgla podczas spalania paliw kopalnych przez samochody. „Jednak bardziej złożone reakcje chemiczne nie zachodzą automatycznie. Właśnie tutaj w grę wchodzi kataliza chemiczna”.
Kong i jego współpracownicy opracowali katalizatory, aby sterować reakcjami, które chcieli zajść. Na przykład, dwutlenek węgla można przekształcić w kwas mrówkowy, metanol lub formaldehyd, wybierając odpowiedni katalizator i eksperymentując z warunkami reakcji.
Według Kyle'a Lancastera, profesora chemii i biologii chemicznej (A&S) oraz moderatora Konga, podejście Konga dobrze wpisuje się w „napędzane odkryciami” podejście laboratorium Lancastera. „Richard wpadł na pomysł wykorzystania cyny do ulepszenia swojej chemii, co nigdy nie było w moim scenariuszu” – powiedział Lancaster. „Ma katalizator, który może selektywnie przekształcać dwutlenek węgla, o którym dużo się mówi w prasie, w coś bardziej wartościowego”.
Kong i jego współpracownicy niedawno odkryli system, który w pewnych warunkach może przekształcać dwutlenek węgla w kwas mrówkowy.
„Chociaż nie jesteśmy jeszcze najnowocześniejsi pod względem responsywności, nasz system jest wysoce konfigurowalny” – powiedział Kong. „W ten sposób możemy lepiej zrozumieć, dlaczego niektóre katalizatory działają szybciej niż inne, dlaczego niektóre są z natury lepsze. Możemy modyfikować parametry katalizatorów i próbować zrozumieć, co sprawia, że ​​działają szybciej, ponieważ im szybciej działają, tym lepiej działają, tym szybciej można tworzyć cząsteczki”.
Jako stypendysta fundacji Klarman, Kong pracuje również nad usunięciem ze środowiska azotanów – powszechnie stosowanego nawozu, który toksycznie przedostaje się do wód – i nad przekształceniem ich w substancje mniej szkodliwe – dodał.
Kong eksperymentował z wykorzystaniem metali występujących w ziemi, takich jak aluminium i cyna, jako katalizatorów. Metale te są tanie, nietoksyczne i występują obficie w skorupie ziemskiej, więc ich stosowanie nie będzie stanowiło problemu dla zrównoważonego rozwoju, powiedział.
„Pracujemy również nad tym, jak stworzyć katalizatory, w których dwa metale oddziałują ze sobą” – powiedział Kong. „Jakie reakcje i interesujące procesy chemiczne możemy uzyskać z układów bimetalicznych, wykorzystując dwa metale w jednym układzie?”
Lasy stanowią środowisko chemiczne, w którym znajdują się te metale. Są one niezbędne do wykorzystania ich potencjału i umożliwienia im wykonywania swojego zadania, tak jak my potrzebujemy odpowiednich ubrań na odpowiednią pogodę – powiedział Kong.
Przez ostatnie 70 lat standardem było wykorzystanie pojedynczego centrum metalicznego do uzyskania przemian chemicznych, ale w ciągu ostatniej dekady chemicy z tej dziedziny zaczęli badać łączenie dwóch metali, zarówno chemicznie, jak i w bliskim sąsiedztwie. Po pierwsze, mówi Kong, „daje to więcej stopni swobody”.
Te bimetaliczne katalizatory dają chemikom możliwość łączenia katalizatorów metalicznych w oparciu o ich mocne i słabe strony, mówi Kong. Na przykład, centrum metaliczne, które słabo wiąże się z substratami, ale dobrze rozrywa wiązania, może działać z innym centrum metalicznym, które słabo rozrywa wiązania, ale dobrze wiąże się z substratami. Obecność drugiego metalu wpływa również na właściwości pierwszego metalu.
„Można zacząć dostrzegać to, co nazywamy efektem synergii między dwoma centrami metalicznymi” – powiedział Kong. „Dziedzina katalizy bimetalicznej już zaczyna wykazywać naprawdę wyjątkową i niezwykłą reaktywność”.
Kong powiedział, że wciąż istnieje wiele niejasności dotyczących łączenia się metali w związkach molekularnych. Był równie zachwycony pięknem samej chemii, co uzyskanymi wynikami. Kong został sprowadzony do Lancaster Laboratories ze względu na ich specjalistyczną wiedzę w dziedzinie spektroskopii rentgenowskiej.
„To symbioza” – powiedział Lancaster. „Spektroskopia rentgenowska pomogła Richardowi zrozumieć, co dzieje się za kulisami i co sprawia, że ​​cyna jest szczególnie reaktywna i zdolna do zachodzenia tej reakcji chemicznej. Skorzystaliśmy z jego rozległej wiedzy na temat chemii dużych grup, co otworzyło nam drzwi do nowego obszaru”.
Wszystko sprowadza się do podstawowej chemii i badań, mówi Kong, a takie podejście jest możliwe dzięki stypendium Open Klarman.
„W typowy dzień mogę przeprowadzać reakcje w laboratorium lub siedzieć przy komputerze i symulować cząsteczki” – powiedział. „Staramy się uzyskać jak najpełniejszy obraz aktywności chemicznej”.