Le reazioni chimiche avvengono costantemente intorno a noi: è ovvio, se ci pensiamo, ma quanti di noi le mettono in atto quando accendiamo un'auto, facciamo bollire un uovo o fertilizziamo il prato?
L'esperto di catalisi chimica Richard Kong ha riflettuto sulle reazioni chimiche. Nel suo lavoro di "accordatore professionista", come lui stesso lo definisce, non è interessato solo alle risposte che si presentano spontaneamente, ma anche a identificarne di nuove.
In qualità di Klarman Fellow in Chimica e Biologia Chimica presso la Facoltà di Arti e Scienze, Kong lavora allo sviluppo di catalizzatori che portino le reazioni chimiche ai risultati desiderati, creando prodotti sicuri e persino a valore aggiunto, compresi quelli che possono avere un impatto positivo sulla salute delle persone. Mercoledì.
"Un numero significativo di reazioni chimiche avviene spontaneamente", ha detto Kong, riferendosi al rilascio di anidride carbonica quando le auto bruciano combustibili fossili. "Ma reazioni chimiche sempre più complesse non avvengono automaticamente. È qui che entra in gioco la catalisi chimica".
Kong e i suoi colleghi hanno sviluppato catalizzatori per indirizzare le reazioni che desideravano. Ad esempio, l'anidride carbonica può essere convertita in acido formico, metanolo o formaldeide scegliendo il catalizzatore giusto e sperimentando le condizioni di reazione.
Secondo Kyle Lancaster, Professore di Chimica e Biologia Chimica (A&S) e moderatore di Kong, l'approccio di Kong si sposa bene con l'approccio "guidato dalla scoperta" del laboratorio di Lancaster. "Richard ha avuto l'idea di usare lo stagno per migliorare la sua chimica, cosa che non è mai stata nel mio programma", ha detto Lancaster. "Ha un catalizzatore in grado di convertire selettivamente l'anidride carbonica, di cui si parla molto sulla stampa, in qualcosa di più prezioso".
Kong e i suoi collaboratori hanno recentemente scoperto un sistema che, in determinate condizioni, è in grado di convertire l'anidride carbonica in acido formico.
"Sebbene non siamo ancora all'avanguardia in termini di reattività, il nostro sistema è altamente personalizzabile", ha affermato Kong. "In questo modo, possiamo iniziare a comprendere più a fondo perché alcuni catalizzatori funzionano più velocemente di altri, perché alcuni catalizzatori sono intrinsecamente migliori. Possiamo modificare i parametri dei catalizzatori e cercare di capire cosa li rende più veloci, perché più velocemente funzionano, meglio funzionano, più velocemente si possono creare molecole".
In qualità di Klarman Fellow, Kong sta anche lavorando per rimuovere dall'ambiente i nitrati, un fertilizzante comune che si infiltra in modo tossico nei corsi d'acqua, e trasformarli in sostanze più innocue, ha affermato.
Kong ha sperimentato l'utilizzo di metalli presenti nella terra, come alluminio e stagno, come catalizzatori. Questi metalli sono economici, non tossici e abbondanti nella crosta terrestre, quindi il loro utilizzo non porrà problemi di sostenibilità, ha affermato.
"Stiamo anche lavorando su come realizzare catalizzatori in cui due metalli interagiscono tra loro", ha detto Kong. "Utilizzando due metalli in un unico sistema, quali reazioni e processi chimici interessanti possiamo ottenere dai sistemi bimetallici?"
Le foreste sono l'ambiente chimico che contiene questi metalli e sono fondamentali per liberare il potenziale di questi metalli affinché svolgano il loro compito, proprio come hai bisogno dei vestiti giusti per il clima giusto, ha affermato Kong.
Negli ultimi 70 anni, lo standard è stato quello di utilizzare un singolo centro metallico per ottenere transizioni chimiche, ma nell'ultimo decennio circa, i chimici del settore hanno iniziato a studiare l'unione di due metalli, sia chimicamente che in stretta prossimità. Innanzitutto, afferma Kong, "offre più gradi di libertà".
Questi catalizzatori bimetallici offrono ai chimici la possibilità di combinare catalizzatori metallici in base ai loro punti di forza e di debolezza, afferma Kong. Ad esempio, un centro metallico che si lega male ai substrati ma rompe bene i legami può funzionare con un altro centro metallico che rompe male i legami ma si lega bene ai substrati. La presenza del secondo metallo influenza anche le proprietà del primo metallo.
"Si può iniziare a ottenere quello che chiamiamo un effetto sinergico tra i due centri metallici", ha affermato Kong. "Il campo della catalisi bimetallica sta già iniziando a mostrare una reattività davvero unica e meravigliosa".
Kong ha affermato che ci sono ancora molte ambiguità su come i metalli si legano tra loro nei composti molecolari. Era entusiasta tanto della bellezza della chimica in sé quanto dei risultati. Kong è stato contattato dai Laboratori Lancaster per la loro competenza nella spettroscopia a raggi X.
"È una simbiosi", ha detto Lancaster. "La spettroscopia a raggi X ha aiutato Richard a capire cosa succedeva dietro le quinte e cosa rende lo stagno particolarmente reattivo e capace di questa reazione chimica. Abbiamo beneficiato della sua vasta conoscenza della chimica dei gruppi principali, che ha aperto le porte del gruppo a un nuovo ambito."
Tutto si riduce alla chimica di base e alla ricerca, afferma Kong, e questo approccio è reso possibile da una borsa di studio Open Klarman.
"In una giornata tipo, posso eseguire reazioni in laboratorio o sedermi al computer simulando le molecole", ha detto. "Stiamo cercando di ottenere un quadro il più completo possibile dell'attività chimica".