Chemické reakce probíhají všude kolem nás neustále – je to zřejmé, když se nad tím zamyslíte, ale kolik z nás to dělá, když startuje auto, vaří vejce nebo hnojí trávník?
Odborník na chemickou katalýzu Richard Kong se zamýšlí nad chemickými reakcemi. Ve své práci „profesionálního ladička“, jak sám říká, se nezajímá jen o reakce, které vznikají samy o sobě, ale také o identifikaci nových reakcí.
Jakožto Klarmanův stipendista v oboru chemie a chemické biologie na College of Arts and Sciences pracuje Kong na vývoji katalyzátorů, které řídí chemické reakce k požadovaným výsledkům, a vytváří tak bezpečné a dokonce i hodnotné produkty, včetně těch, které mohou mít pozitivní vliv na lidské zdraví. Středa.
„Významné množství chemických reakcí probíhá bez cizí pomoci,“ řekl Kong s odkazem na uvolňování oxidu uhličitého při spalování fosilních paliv v autech. „Ale stále složitější chemické reakce neprobíhají automaticky. A právě zde přichází na řadu chemická katalýza.“
Kong a jeho kolegové vyvinuli katalyzátory pro řízení reakcí, které chtěli provést. Například oxid uhličitý lze přeměnit na kyselinu mravenčí, methanol nebo formaldehyd výběrem správného katalyzátoru a experimentováním s reakčními podmínkami.
Podle Kylea Lancastera, profesora chemie a chemické biologie (A&S) a Kongova moderátora, Kongov přístup dobře zapadá do přístupu Lancasterovy laboratoře „zaměřeného na objevy“. „Richard měl nápad použít cín ke zlepšení své chemie, což nikdy nebylo v mém scénáři,“ řekl Lancaster. „Má katalyzátor, který dokáže selektivně přeměnit oxid uhličitý, o kterém se v tisku hodně mluví, na něco hodnotnějšího.“
Kong a jeho spolupracovníci nedávno objevili systém, který za určitých podmínek dokáže přeměnit oxid uhličitý na kyselinu mravenčí.
„I když ještě nejsme na špici techniky, co se týče reaktivnosti, náš systém je vysoce přizpůsobitelný,“ řekl Kong. „Tímto způsobem můžeme začít hlouběji chápat, proč některé katalyzátory fungují rychleji než jiné, proč jsou některé katalyzátory ze své podstaty lepší. Můžeme upravit parametry katalyzátorů a pokusit se pochopit, co způsobuje, že tyto věci fungují rychleji, protože čím rychleji fungují, tím lépe fungují a tím rychleji můžete vytvářet molekuly.“
Jakožto člen Klarmanovy organizace se Kong také věnuje odstraňování dusičnanů, běžného hnojiva, které se toxicky uvolňuje do vodních toků, z životního prostředí a jejich přeměně na neškodnější látky, uvedl.
Kong experimentoval s použitím kovů nacházejících se v zemi, jako je hliník a cín, jako katalyzátorů. Tyto kovy jsou levné, netoxické a hojně se vyskytují v zemské kůře, takže jejich použití nepředstavuje problémy s udržitelností, řekl.
„Pracujeme také na tom, jak vyrobit katalyzátory, kde spolu interagují dva kovy,“ řekl Kong. „Jaké reakce a zajímavé chemické procesy můžeme dosáhnout z bimetalických systémů použitím dvou kovů v jedné konstrukci?“
Lesy jsou chemickým prostředím, které tyto kovy uchovává – jsou klíčové pro uvolnění potenciálu těchto kovů k plnění jejich úkolů, stejně jako potřebujete správné oblečení do správného počasí, řekl Kong.
Posledních 70 let bylo standardem použití jediného kovového centra k dosažení chemických přechodů, ale v posledním desetiletí začali chemici v oboru zkoumat spojení dvou kovů, ať už chemicky nebo v těsné blízkosti. Zaprvé, říká Kong, „to vám dává více stupňů volnosti.“
Tyto bimetalové katalyzátory dávají chemikům možnost kombinovat kovové katalyzátory na základě jejich silných a slabých stránek, říká Kong. Například kovové centrum, které se špatně váže k substrátům, ale dobře štěpí vazby, může fungovat s jiným kovovým centrem, které špatně štěpí vazby, ale dobře se váže k substrátům. Přítomnost druhého kovu také ovlivňuje vlastnosti prvního kovu.
„Mezi těmito dvěma kovovými centry se začíná projevovat to, čemu říkáme synergický efekt,“ řekl Kong. „Oblast bimetalické katalýzy již začíná vykazovat skutečně jedinečnou a úžasnou reaktivitu.“
Kong uvedl, že stále existuje mnoho nejasností ohledně toho, jak se kovy vážou v molekulárních sloučeninách. Krása samotné chemie ho nadchla stejně jako výsledky. Kong byl přiveden do Lancaster Laboratories kvůli jejich odborným znalostem v rentgenové spektroskopii.
„Je to symbióza,“ řekl Lancaster. „Rentgenová spektroskopie pomohla Richardovi pochopit, co se děje v zákulisí a co dělá cín obzvláště reaktivním a schopným této chemické reakce. Využili jsme jeho rozsáhlé znalosti chemie hlavních skupin, které skupině otevřely dveře do nové oblasti.“
Všechno se točí kolem základní chemie a výzkumu, říká Kong, a tento přístup je umožněn díky stipendiu Open Klarman.
„V typický den můžu v laboratoři provádět reakce nebo sedět u počítače a simulovat molekuly,“ řekl. „Snažíme se získat co nejúplnější obraz chemické aktivity.“