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 zvukaře“, jak sám říká, se zajímá nejen o reakce, které v něm samotném vznikají, ale také o vyvolání nových.
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 navrhli katalyzátor pro řízení požadované reakce a ta se stala. Například oxid uhličitý lze přeměnit na kyselinu mravenčí, methanol nebo formaldehyd výběrem správného katalyzátoru a experimentováním s reakčními podmínkami.
Kongův přístup se dobře hodí k Lancasterovu přístupu „zaměřenému na objevy“, uvedl Kyle Lancaster, profesor chemie a chemické biologie (A&S) a člen Kongova fakulty. „Richard dostal nápad použít cín ke zlepšení své chemie, což nikdy nebylo v mém scénáři,“ řekl Lancaster. „Je to katalyzátor pro selektivní přeměnu oxidu uhličitého na něco hodnotnějšího a oxid uhličitý se dostává do negativní publicity.“
Kong a jeho spolupracovníci nedávno objevili systém, který za určitých podmínek dokáže přeměnit oxid uhličitý na kyselinu mravenčí.
„I když se v současné době neblížíme nejmodernější reaktivitě, náš systém je vysoce konfigurovatelný,“ řekl Kong. „Můžeme tedy 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 – můžete vytvářet molekuly rychleji.“
Kong, jakožto člen Klarmanovy organizace, také pracuje na přeměně dusičnanů, běžných jedů, které pronikají do vodních toků, z prostředí na neškodnou látku, říká.
Kong experimentoval s běžnými kovy zemin, jako je hliník a cín, jako katalyzátory. Tyto kovy jsou levné, netoxické a hojně se vyskytují v zemské kůře, takže jejich použití nepředstavuje problémy s udržitelností, řekl.
„Také zjišťujeme, jak vyrobit katalyzátory, kde dva z těchto kovů vzájemně interagují,“ řekl Kong. „Jaké reakce a zajímavé otázky můžeme získat použitím dvou kovů v rámci bimetalických systémů?“ „Chemické reakce?“
Podle Konga je lešení chemické prostředí, ve kterém se tyto kovy nacházejí.
Posledních 70 let bylo normou používat k dosažení chemických transformací jediné kovové centrum, ale v posledním desetiletí začali chemici v oboru zkoumat synergické interakce mezi dvěma chemicky vázanými nebo sousedícími kovy, řekl Kong. „Dává vám to 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 na substrát, ale dobře štěpí vazby, může fungovat s jiným kovovým centrem, které špatně štěpí vazby, ale dobře se váže na substrát. Přítomnost druhého kovu také ovlivňuje vlastnosti prvního kovu.
„Mezi oběma kovovými centry se začíná projevovat to, čemu říkáme synergický efekt,“ řekl Kong. „V oblasti bimetalické katalýzy se začínají objevovat některé skutečně unikátní a úžasné reakce.“
Kong uvedl, že stále panuje mnoho nejistot ohledně toho, jak se kovy vzájemně vážou v molekulárních formách. Krása samotné chemie ho nadchla stejně jako výsledky. Konga přivedli do Lancasterovy laboratoře kvůli jejich odborným znalostem v rentgenové spektroskopii.
„Je to symbióza,“ řekl Lancaster. „Rentgenová spektroskopie pomohla Richardovi pochopit, co se skrývá pod kapotou a co dělá cín obzvláště reaktivním a schopným této chemické reakce. Těžíme z jeho rozsáhlých znalostí chemie hlavních skupin, které nám otevřely nové pole.“
Všechno se točí kolem základní chemie a výzkumu, což je přístup, který umožňuje Open Klarman Fellowship, řekl Kong.
„Obvykle můžu reakci spustit v laboratoři nebo sedět u počítače a simulovat molekulu,“ řekl. „Snažíme se získat co nejúplnější obraz chemické aktivity.“