Kemiske reaktioner sker overalt omkring os hele tiden – indlysende, når man tænker over det, men hvor mange af os gør det, når vi starter en bil, koger et æg eller gøder vores græsplæne?
Richard Kong, ekspert i kemisk katalyse, har tænkt over kemiske reaktioner. I sit arbejde som "professionel lydtekniker", som han selv udtrykker det, er han ikke kun interesseret i de reaktioner, der opstår i ham selv, men også i at fremprovokere nye.
Som Klarman Fellow i kemi og kemisk biologi på College of Arts and Sciences arbejder Kong på at udvikle katalysatorer, der driver kemiske reaktioner til ønskede resultater og skaber sikre og endda værdiskabende produkter, herunder dem, der kan have en positiv indvirkning på menneskers sundhed. onsdag.
"En betydelig mængde kemiske reaktioner finder sted uden hjælp," sagde Kong med henvisning til frigivelsen af ​​kuldioxid, når biler forbrænder fossile brændstoffer. "Men mere komplekse og komplekse kemiske reaktioner sker ikke automatisk. Det er her, kemisk katalyse kommer i spil."
Kong og hans kolleger designede en katalysator til at styre den reaktion, de ønskede, og det skete. For eksempel kan kuldioxid omdannes til myresyre, methanol eller formaldehyd ved at vælge den rigtige katalysator og eksperimentere med reaktionsbetingelserne.
Ifølge Kyle Lancaster, professor i kemi og kemisk biologi (A&S) og professor ved Kong, passer Kongs tilgang godt til den "opdagelsesdrevne" tilgang i Lancasters laboratorium. "Richard havde ideen om at bruge tin til at forbedre sin kemi, hvilket aldrig var en del af mit manuskript," sagde Lancaster. "Det er en katalysator for den selektive omdannelse af kuldioxid til noget mere værdifuldt, og kuldioxid får en masse dårlig omtale."
Kong og hans samarbejdspartnere opdagede for nylig et system, der under visse betingelser kan omdanne kuldioxid til myresyre.
"Selvom vi i øjeblikket ikke er tæt på den nyeste reaktivitet, er vores system meget konfigurerbart," sagde Kong. "Så vi kan begynde at forstå dybere, hvorfor nogle katalysatorer virker hurtigere end andre, og hvorfor nogle katalysatorer i sagens natur er bedre. Vi kan justere katalysatorernes parametre og forsøge at forstå, hvad der får disse ting til at virke hurtigere, for jo hurtigere de virker, jo bedre – man kan skabe molekyler hurtigere."
Som Klarman Fellow arbejder Kong også på at omdanne nitrater, almindelige gødningsstoffer, der siver giftigt ud i vandløb, fra miljøet til noget harmløst, siger han.
Kong eksperimenterede med almindelige jordmetaller som aluminium og tin som katalysatorer. Metallerne er billige, giftfri og findes i rigelige mængder i jordskorpen, så brugen af ​​dem vil ikke medføre bæredygtighedsproblemer, sagde han.
"Vi er også ved at finde ud af, hvordan man kan lave katalysatorer, hvor to af disse metaller interagerer med hinanden," sagde Kong. "Ved at bruge to metaller i strukturen, hvilke slags reaktioner og interessante spørgsmål kan vi få fra bimetalliske systemer?" "Kemisk reaktion?"
Ifølge Kong er stilladser det kemiske miljø, hvor disse metaller befinder sig.
I de sidste 70 år har normen været at bruge et enkelt metalcenter til at opnå kemiske transformationer, men i det sidste årti eller deromkring er kemikere inden for feltet begyndt at udforske synergistiske interaktioner mellem to kemisk bundne eller sammenhængende metaller. Kong sagde: "Det giver dig flere frihedsgrader."
Disse bimetalliske katalysatorer giver kemikere mulighed for at kombinere metalkatalysatorer baseret på deres styrker og svagheder, siger Kong. For eksempel kan et metalcenter, der binder dårligt til substrater, men bryder bindinger godt, fungere sammen med et andet metalcenter, der bryder bindinger dårligt, men binder godt til substrater. Tilstedeværelsen af ​​det andet metal påvirker også egenskaberne af det første metal.
"Man kan begynde at se, hvad vi kalder en synergistisk effekt mellem de to metalcentre," sagde Kong. "Nogle virkelig unikke og vidunderlige reaktioner begynder at dukke op inden for bimetallisk katalyse."
Kong sagde, at der stadig er stor usikkerhed om, hvordan metaller binder sig til hinanden i molekylære former. Han var lige så begejstret for selve kemiens skønhed, som han var for resultaterne. Kong blev hentet til Lancasters laboratorium på grund af deres ekspertise inden for røntgenspektroskopi.
"Det er en symbiose," sagde Lancaster. "Røntgenspektroskopi hjalp Richard med at forstå, hvad der var under motorhjelmen, og hvad der gjorde tin særligt reaktivt og i stand til at udføre denne kemiske reaktion. Vi drager fordel af hans omfattende viden om hovedgruppekemi, som har åbnet op for et nyt felt."
Det hele handler om grundlæggende kemi og forskning, en tilgang der er muliggjort af Open Klarman Fellowship, sagde Kong.
"Normalt kan jeg køre reaktionen i laboratoriet eller sidde ved computeren og simulere molekylet," sagde han. "Vi forsøger at få et så fuldstændigt billede af den kemiske aktivitet som muligt."