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 звукорежисьор“, както самият той се изразява, той се интересува не само от реакциите, които възникват в него самия, но и от провокирането на нови.
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 проектират катализатор, който да насочва желаната реакция, и това се случва. Например, въглеродният диоксид може да бъде превърнат в мравчена киселина, метанол или формалдехид, като се избере правилният катализатор и се експериментират с условията на реакцията.
Подходът на Конг се вписва добре в подхода на Ланкастър, „ориентиран към откритията“, каза Кайл Ланкастър, професор по химия и химическа биология (A&S) и преподавател в Конг. „Ричард имаше идеята да използва калай, за да подобри химията си, което никога не беше в моя сценарий“, каза Ланкастър. „Той е катализатор за селективното превръщане на въглеродния диоксид в нещо по-ценно, а въглеродният диоксид получава много лоши отзиви в пресата.“
Конг и неговите сътрудници наскоро откриха система, която при определени условия може да преобразува въглеродния диоксид в мравчена киселина.
„Въпреки че в момента не сме близо до най-съвременните технологии за реактивност, нашата система е силно конфигурируема“, каза Конг. „Така че 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 – можете да създавате молекули по-бързо.“
Като стипендиант на Klarman, Конг работи и за превръщането на нитратите, често срещани отрови, които проникват във водните пътища, от околната среда в безвредно вещество, казва той.
Конг експериментирал с често срещани земни метали 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.
„Също така разработваме как да правим катализатори, при които два от тези метали взаимодействат помежду си“, каза Конг. „Като използваме два метала в рамката, какви реакции и интересни въпроси можем да получим от биметални системи?“ „химична реакция?“
Според Конг, скелето е химическата среда, в която се намират тези метали.
През последните 70 години нормата е била да се използва един метален център за постигане на химични трансформации, но през последното десетилетие химиците в областта започнаха да изследват синергични взаимодействия между два химически свързани или съседни метала, каза 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 субстрат, но разкъсва добре връзките, може да работи с друг метален център, който разкъсва слабо връзките, но се свързва добре със субстрата. 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. „В областта на биметалната катализа започват да се появяват някои наистина уникални и прекрасни реакции.“
Конг каза, че все още има много неясноти относно това как металите се свързват помежду си в молекулярни форми. Той бил също толкова развълнуван от красотата на самата химия, колкото и от резултатите. Конг бил доведен в лабораторията на Ланкастър заради експертизата им в рентгеновата спектроскопия.
„Това е симбиоза“, каза Ланкастър. „Рентгеновата спектроскопия помогна на Ричард да разбере какво се крие „под капака“ и какво прави калая особено реактивен и способен на тази химическа реакция. Ние се възползваме от обширните му познания за химията на главните групи, които ни откриха нова област.“
Всичко се свежда до основна химия и изследвания, подход, осъществен благодарение на Open Klarman Fellowship, каза Конг.
„Обикновено мога да проведа реакцията в лабораторията или да седя пред компютъра, симулирайки молекулата“, каза той. „Опитваме се да получим възможно най-пълна картина на химическата активност.“