Chemické reakcie prebiehajú všade okolo nás neustále – je to zrejmé, keď sa nad tým zamyslíte, ale koľkí z nás to robia, keď štartujú auto, varia vajíčko alebo hnojia trávnik?
Odborník na chemickú katalýzu Richard Kong sa zamýšľa nad chemickými reakciami. Vo svojej práci „profesionálneho zvukového inžiniera“, ako sám hovorí, sa zaujíma nielen o reakcie, ktoré v ňom samotnom vznikajú, ale aj o vyvolávanie nových.
Ako Klarmanov štipendista v odbore chémia a chemická biológia na Fakulte umení a vied pracuje Kong na vývoji katalyzátorov, ktoré riadia chemické reakcie k požadovaným výsledkom, čím vytvára bezpečné a dokonca aj hodnotné produkty vrátane tých, ktoré môžu mať pozitívny vplyv na zdravie človeka. Streda.
„Významné množstvo chemických reakcií prebieha bez pomoci,“ povedal Kong s odkazom na uvoľňovanie oxidu uhličitého pri spaľovaní fosílnych palív v autách. „Ale zložitejšie a komplexnejšie chemické reakcie neprebiehajú automaticky. Tu prichádza na rad chemická katalýza.“
Kong a jeho kolegovia navrhli katalyzátor na riadenie požadovanej reakcie a tá sa aj stala. Napríklad oxid uhličitý sa dá premeniť na kyselinu mravčiu, metanol alebo formaldehyd výberom správneho katalyzátora a experimentovaním s reakčnými podmienkami.
Kongov prístup sa dobre hodí k Lancasterovmu prístupu „zameranému na objavy“, povedal Kyle Lancaster, profesor chémie a chemickej biológie (A&S) a člen fakulty Kong. „Richard mal nápad použiť cín na zlepšenie svojej chémie, čo nikdy nebolo v mojom scenári,“ povedal Lancaster. „Je to katalyzátor selektívnej premeny oxidu uhličitého na niečo hodnotnejšie a oxid uhličitý má veľa negatívnej publicity.“
Kong a jeho spolupracovníci nedávno objavili systém, ktorý za určitých podmienok dokáže premeniť oxid uhličitý na kyselinu mravčiu.
„Hoci momentálne nie sme blízko k najmodernejšej reaktivite, náš systém je vysoko konfigurovateľný,“ povedal Kong. „Môžeme teda začať hlbšie chápať, prečo niektoré katalyzátory fungujú rýchlejšie ako iné, prečo sú niektoré katalyzátory inherentne lepšie. Môžeme upraviť parametre katalyzátorov a pokúsiť sa pochopiť, čo spôsobuje, že tieto veci fungujú rýchlejšie, pretože čím rýchlejšie fungujú, tým lepšie – molekuly sa dajú vytvárať rýchlejšie.“
Ako člen Klarmanovej organizácie Kong pracuje aj na premene dusičnanov, bežných jedov, ktoré prenikajú do vodných tokov, z prostredia na neškodnú látku, hovorí.
Kong experimentoval s bežnými kovmi zemín, ako je hliník a cín, ako katalyzátormi. Tieto kovy sú lacné, netoxické a hojne sa vyskytujú v zemskej kôre, takže ich použitie nebude predstavovať problémy s udržateľnosťou, povedal.
„Tiež zisťujeme, ako vyrobiť katalyzátory, kde dva z týchto kovov navzájom interagujú,“ povedal Kong. „Aké reakcie a zaujímavé otázky môžeme získať použitím dvoch kovov v rámci bimetalických systémov?“ „chemickú reakciu?“
Podľa Konga je lešenie chemické prostredie, v ktorom sa tieto kovy nachádzajú.
Počas uplynulých 70 rokov bolo normou používať na dosiahnutie chemických transformácií jedno kovové centrum, ale v poslednom desaťročí začali chemici v tejto oblasti skúmať synergické interakcie medzi dvoma chemicky viazanými alebo susediacimi kovmi. Kong povedal: „Dáva vám to viac stupňov voľnosti.“
Tieto bimetalové katalyzátory umožňujú chemikom kombinovať kovové katalyzátory na základe ich silných a slabých stránok, hovorí Kong. Napríklad kovové centrum, ktoré sa zle viaže na substrát, ale dobre štiepi väzby, môže fungovať s iným kovovým centrom, ktoré zle štiepi väzby, ale dobre sa viaže na substrát. Prítomnosť druhého kovu tiež ovplyvňuje vlastnosti prvého kovu.
„Medzi týmito dvoma kovovými centrami sa začína prejavovať to, čo nazývame synergický efekt,“ povedal Kong. „V oblasti bimetalickej katalýzy sa začínajú objavovať skutočne jedinečné a úžasné reakcie.“
Kong povedal, že stále existuje veľa neistoty o tom, ako sa kovy viažu v molekulárnych formách. Krása samotnej chémie ho nadchla rovnako ako výsledky. Konga priviedli do Lancasterovho laboratória kvôli ich odborným znalostiam v oblasti röntgenovej spektroskopie.
„Je to symbióza,“ povedal Lancaster. „Röntgenová spektroskopia pomohla Richardovi pochopiť, čo sa skrýva pod kapotou a čo robí cín obzvlášť reaktívnym a schopným tejto chemickej reakcie. Ťažíme z jeho rozsiahlych znalostí chémie hlavných skupín, ktoré nám otvorili nové pole.“
Všetko sa točí okolo základnej chémie a výskumu, čo je prístup, ktorý umožňuje Open Klarman Fellowship, povedal Kong.
„Zvyčajne môžem reakciu spustiť v laboratóriu alebo sedieť pri počítači a simulovať molekulu,“ povedal. „Snažíme sa získať čo najúplnejší obraz chemickej aktivity.“