Kemijske reakcije se dogajajo ves čas okoli nas – očitno, če pomislimo, toda koliko nas to počne, ko zaženemo avto, skuhamo jajce ali pognojimo trato?
Strokovnjak za kemijsko katalizo Richard Kong razmišlja o kemijskih reakcijah. Pri svojem delu kot »profesionalni tonski inženir«, kot sam pravi, ga ne zanimajo le reakcije, ki nastanejo v njem samem, temveč tudi izzivanje novih.
Kot Klarmanov štipendist za kemijo in kemijsko biologijo na Fakulteti za umetnost in znanost Kong razvija katalizatorje, ki spodbujajo kemijske reakcije do želenih rezultatov, s čimer ustvarja varne in celo izdelke z dodano vrednostjo, vključno s tistimi, ki lahko pozitivno vplivajo na zdravje ljudi. Sreda.
»Precejšnja količina kemičnih reakcij poteka brez pomoči,« je dejal Kong, misleč na sproščanje ogljikovega dioksida, ko avtomobili kurijo fosilna goriva. »Vendar se vedno bolj zapletene kemične reakcije ne zgodijo samodejno. Tukaj pride v poštev kemična kataliza.«
Kong in njegovi kolegi so zasnovali katalizator za usmerjanje želene reakcije in to se je zgodilo. Na primer, ogljikov dioksid se lahko pretvori v mravljinčno kislino, metanol ali formaldehid z izbiro pravega katalizatorja in eksperimentiranjem z reakcijskimi pogoji.
Kongov pristop se dobro ujema z Lancasterjevim pristopom, ki je "usmerjen v odkritja", je dejal Kyle Lancaster, profesor kemije in kemijske biologije (A&S) in član fakultete Kong. "Richard je imel idejo, da bi uporabil kositer za izboljšanje svoje kemije, kar pa ni bilo nikoli v mojem scenariju," je dejal Lancaster. "Je katalizator za selektivno pretvorbo ogljikovega dioksida v nekaj bolj dragocenega, ogljikov dioksid pa je deležen veliko slabih kritik."
Kong in njegovi sodelavci so nedavno odkrili sistem, ki lahko pod določenimi pogoji pretvori ogljikov dioksid v mravljinčno kislino.
»Čeprav trenutno nismo blizu najsodobnejše reaktivnosti, je naš sistem zelo prilagodljiv,« je dejal Kong. »Tako lahko začnemo globlje razumevati, zakaj nekateri katalizatorji delujejo hitreje kot drugi, zakaj so nekateri katalizatorji sami po sebi boljši. Lahko prilagodimo parametre katalizatorjev in poskušamo razumeti, kaj te stvari naredi hitrejše, saj hitreje ko delujejo, bolje je – molekule lahko ustvarimo hitreje.«
Kot Klarmanov sodelavec si Kong prizadeva tudi za pretvorbo nitratov, običajnih strupov, ki pronicajo v vodne poti, iz okolja v neškodljivo snov, pravi.
Kong je eksperimentiral z običajnimi zemeljskimi kovinami, kot sta aluminij in kositer, kot katalizatorji. Kovine so poceni, nestrupene in jih je v zemeljski skorji veliko, zato njihova uporaba ne bo predstavljala težav s trajnostjo, je dejal.
»Ugotavljamo tudi, kako narediti katalizatorje, kjer dve od teh kovin medsebojno delujeta,« je dejal Kong. »Kakšne reakcije in zanimiva vprašanja lahko dobimo z uporabo dveh kovin v ogrodju iz bimetalnih sistemov?« »Kemijsko reakcijo?«
Po Kongovem mnenju je oder kemično okolje, v katerem se te kovine nahajajo.
Zadnjih 70 let je bila norma uporaba enega samega kovinskega centra za doseganje kemijskih transformacij, vendar so kemiki na tem področju v zadnjem desetletju ali približno tako začeli raziskovati sinergistične interakcije med dvema kemično vezanima ali sosednjima kovinama. Kong je dejal: »To vam daje več stopenj svobode.«
Kong pravi, da ti bimetalni katalizatorji kemikom omogočajo kombiniranje kovinskih katalizatorjev na podlagi njihovih prednosti in slabosti. Na primer, kovinsko središče, ki se slabo veže na substrat, vendar dobro prekinja vezi, lahko deluje z drugim kovinskim središčem, ki slabo prekinja vezi, vendar se dobro veže na substrat. Prisotnost druge kovine vpliva tudi na lastnosti prve kovine.
»Začne se pojavljati tako imenovani sinergijski učinek med obema kovinskima središčema,« je dejal Kong. »Na področju bimetalne katalize se začenjajo pojavljati nekatere resnično edinstvene in čudovite reakcije.«
Kong je dejal, da je še vedno veliko negotovosti glede tega, kako se kovine vežejo med seboj v molekularnih oblikah. Lepota same kemije ga je navdušila prav toliko kot rezultati. Konga so v Lancasterjev laboratorij pripeljali zaradi njihovega strokovnega znanja na področju rentgenske spektroskopije.
»To je simbioza,« je dejal Lancaster. »Rentgenska spektroskopija je Richardu pomagala razumeti, kaj se skriva pod pokrovom in kaj je kositer naredilo še posebej reaktivnega in sposobnega te kemične reakcije. Koristi nam njegovo obsežno znanje kemije glavnih skupin, ki nam je odprlo novo področje.«
Vse se vrti okoli osnovne kemije in raziskav, pristopa, ki ga omogoča Open Klarman Fellowship, je dejal Kong.
»Običajno lahko reakcijo izvedem v laboratoriju ali pa sedim za računalnikom in simuliram molekulo,« je dejal. »Trudimo se dobiti čim bolj popolno sliko kemijske aktivnosti.«