As reaccións químicas ocorren ao noso redor todo o tempo; é obvio cando o pensas ben, pero cantos de nós o facemos cando arrancamos un coche, cocemos un ovo ou fertilizamos o noso céspede?
O experto en catálise química Richard Kong leva tempo reflexionando sobre as reaccións químicas. No seu traballo como "enxeñeiro de son profesional", como el mesmo di, interésalle non só as reaccións que xorden en si mesmo, senón tamén provocar outras novas.
Como bolseiro Klarman en Química e Bioloxía Química na Facultade de Artes e Ciencias, Kong traballa no desenvolvemento de catalizadores que impulsen as reaccións químicas aos resultados desexados, creando produtos seguros e mesmo de valor engadido, incluídos aqueles que poden ter un impacto positivo na saúde das persoas. mércores.
«Unha cantidade significativa de reaccións químicas teñen lugar sen axuda», dixo Kong, referíndose á liberación de dióxido de carbono cando os coches queiman combustibles fósiles. «Pero as reaccións químicas máis complexas non ocorren automaticamente. Aquí é onde entra en xogo a catálise química».
Kong e os seus colegas deseñaron un catalizador para dirixir a reacción que desexaban, e así foi. Por exemplo, o dióxido de carbono pódese converter en ácido fórmico, metanol ou formaldehido escollendo o catalizador axeitado e experimentando coas condicións de reacción.
O enfoque de Kong encaixa ben co enfoque "orientado ao descubrimento" de Lancaster, dixo Kyle Lancaster, profesor de química e bioloxía química (A&S) e profesor de Kong. "Richard tivo a idea de usar o estaño para mellorar a súa química, o que nunca estivo no meu guión", dixo Lancaster. "É un catalizador para a conversión selectiva do dióxido de carbono en algo máis valioso, e o dióxido de carbono ten moita mala prensa".
Kong e os seus colaboradores descubriron recentemente un sistema que, baixo certas condicións, pode converter o dióxido de carbono en ácido fórmico.
«Aínda que actualmente non estamos preto da reactividade máis avanzada, o noso sistema é altamente configurable», dixo Kong. «Así podemos comezar a comprender máis profundamente por que algúns catalizadores funcionan máis rápido que outros, por que algúns catalizadores son inherentemente mellores. Podemos axustar os parámetros dos catalizadores e tentar comprender que fai que estas cousas funcionen máis rápido, porque canto máis rápido funcionen, mellor: pódense crear moléculas máis rápido».
Como bolseiro de Klarman, Kong tamén está a traballar para converter os nitratos, velenos comúns que se filtran nas vías fluviais, do medio ambiente nunha substancia inofensiva, di.
Kong experimentou con metais terrestres comúns como o aluminio e o estaño como catalizadores. Os metais son baratos, non tóxicos e abundantes na codia terrestre, polo que o seu uso non supoñerá problemas de sustentabilidade, dixo.
«Tamén estamos a descubrir como fabricar catalizadores onde dous destes metais interactúen entre si», dixo Kong. «Ao usar dous metais na estrutura, que tipo de reaccións e preguntas interesantes podemos obter a partir de sistemas bimetálicos?», «reacción química?».
Segundo Kong, os andamios son o ambiente químico no que residen estes metais.
Durante os últimos 70 anos, a norma foi usar un único centro metálico para lograr transformacións químicas, pero na última década, máis ou menos, os químicos neste campo comezaron a explorar as interaccións sinérxicas entre dous metais con enlaces quimicos ou contiguos. Kong dixo: «Isto dá máis graos de liberdade».
Estes catalizadores bimetálicos danlles aos químicos a capacidade de combinar catalizadores metálicos en función dos seus puntos fortes e débiles, di Kong. Por exemplo, un centro metálico que se une mal a un substrato pero rompe ben os enlaces pode funcionar con outro centro metálico que rompe mal os enlaces pero se une ben ao substrato. A presenza do segundo metal tamén afecta ás propiedades do primeiro metal.
«Pódese comezar a obter o que chamamos un efecto sinérxico entre os dous centros metálicos», dixo Kong. «Están a comezar a xurdir algunhas reaccións realmente únicas e marabillosas no campo da catálise bimetálica».
Kong dixo que aínda hai moita incerteza sobre como se unen os metais entre si en formas moleculares. Estaba tan entusiasmado coa beleza da propia química como cos resultados. Kong foi levado ao laboratorio de Lancaster pola súa experiencia en espectroscopia de raios X.
«É unha simbiose», dixo Lancaster. «A espectroscopia de raios X axudou a Richard a comprender o que había debaixo do capó e o que facía que o estaño fose especialmente reactivo e capaz desta reacción química. Beneficiámonos do seu amplo coñecemento da química dos grupos principais, que abriu camiño nun novo campo».
Todo se reduce á química básica e á investigación, unha estratexia posible grazas á bolsa Open Klarman, dixo Kong.
«Normalmente podo executar a reacción no laboratorio ou sentarme fronte ao ordenador simulando a molécula», dixo. «Estamos a tentar obter unha imaxe o máis completa posible da actividade química».