Химичните реакции се случват навсякъде около нас през цялото време - очевидно е, когато се замислите, но колко от нас го правят, когато пали кола, сваря яйце или торят моравата си?
Експертът по химичен катализ Ричард Конг е размишлявал върху химичните реакции. В работата си като „професионален настройчик“, както той се изразява, той не се интересува само от реакциите, които възникват сами, но и от идентифицирането на нови реакции.
Като стипендиант на Klarman по химия и химическа биология в Колежа по изкуства и науки, Конг работи за разработването на катализатори, които задвижват химичните реакции до желаните резултати, създавайки безопасни и дори продукти с добавена стойност, включително такива, които могат да имат положителен ефект върху човешкото здраве. Сряда.
„Значително количество химични реакции протичат без чужда помощ“, каза Конг, визирайки отделянето на въглероден диоксид, когато автомобилите горят изкопаеми горива. „Но по-сложните и комплексни химични реакции не се случват автоматично. Тук влиза в действие химическата катализа.“
Конг и колегите му разработили катализатори, за да насочат реакциите, които искали да се случат. Например, въглеродният диоксид може да бъде превърнат в мравчена киселина, метанол или формалдехид, като се избере правилният катализатор и се експериментират с реакционните условия.
Според Кайл Ланкастър, професор по химия и химична биология (A&S) и модератор на Конг, подходът на Конг се вписва добре в подхода, „ориентиран към откритията“, на лабораторията на Ланкастър. „Ричард имаше идеята да използва калай, за да подобри химията си, което никога не беше в моя сценарий“, каза Ланкастър. „Той има катализатор, който може селективно да преобразува въглеродния диоксид, за който се говори много в пресата, в нещо по-ценно.“
Конг и неговите сътрудници наскоро откриха система, която при определени условия може да преобразува въглеродния диоксид в мравчена киселина.
„Въпреки че все още не сме на най-високо ниво по отношение на бързата реакция, нашата система е силно персонализируема“, каза Конг. „По този начин можем да започнем да разбираме по-задълбочено защо някои катализатори работят по-бързо от други, защо някои катализатори са по своята същност по-добри. Можем да настройваме параметрите на катализаторите и да се опитаме да разберем какво кара тези неща да работят по-бързо, защото колкото по-бързо работят, толкова по-добре работят, толкова по-бързо можете да създавате молекули.“
Като стипендиант на Klarman, Конг работи и за премахването на нитратите, често срещан тор, който прониква токсично във водните пътища, от околната среда и превръщането им в по-безвредни вещества, каза той.
Конг експериментирал с използването на метали, открити в земята, като алуминий и калай, като катализатори. Металите са евтини, нетоксични и се срещат в изобилие в земната кора, така че използването им няма да създаде проблеми с устойчивостта, каза той.
„Работим и върху това как да създаваме катализатори, при които два метала взаимодействат помежду си“, каза Конг. „Какви реакции и интересни химични процеси можем да получим от биметални системи, използвайки два метала в една рамка?“
Горите са химическата среда, която задържа тези метали – те са от решаващо значение за отключването на потенциала на тези метали да изпълняват своята функция, точно както ви трябват правилните дрехи за подходящото време, каза Конг.
През последните 70 години стандартът е бил използването на един метален център за постигане на химични преходи, но през последното десетилетие химиците в областта започнаха да изследват съединението на два метала, химически или в непосредствена близост. Първо, казва Конг, „Това ви дава повече степени на свобода“.
Тези биметални катализатори дават възможност на химиците да комбинират метални катализатори въз основа на техните силни и слаби страни, казва Конг. Например, метален център, който се свързва слабо със субстратите, но разкъсва добре връзките, може да работи с друг метален център, който разкъсва слабо връзките, но се свързва добре със субстратите. Наличието на втория метал също влияе върху свойствата на първия метал.
„Можете да започнете да получавате това, което наричаме синергичен ефект между двата метални центъра“, каза Конг. „Областта на биметалната катализа вече започва да показва наистина уникална и прекрасна реактивност.“
Конг каза, че все още има много неясноти относно това как металите се свързват помежду си в молекулярните съединения. Той бил също толкова развълнуван от красотата на самата химия, колкото и от резултатите. Конг бил доведен в лабораториите „Ланкастър“ заради експертизата им в рентгеновата спектроскопия.
„Това е симбиоза“, каза Ланкастър. „Рентгеновата спектроскопия помогна на Ричард да разбере какво се случва зад кулисите и какво прави калая особено реактивен и способен на тази химическа реакция. Възползвахме се от обширните му познания за химията на главните групи, което отвори вратата за групата към нова област.“
Всичко се свежда до основна химия и изследвания, казва Конг, и този подход е възможен благодарение на стипендията на Open Klarman.
„В един типичен ден мога да провеждам реакции в лабораторията или да седя пред компютър, симулирайки молекули“, каза той. „Опитваме се да получим възможно най-пълна картина на химическата активност.“