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 "ingegnere del suono professionista", come lui stesso si definisce, è interessato non solo alle reazioni che si verificano in lui, ma anche a provocarne 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 progettato un catalizzatore per indirizzare la reazione desiderata, e così è stato. 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 professore 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. "È un catalizzatore per la conversione selettiva dell'anidride carbonica in qualcosa di più prezioso, e l'anidride carbonica riceve molta cattiva pubblicità".
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 al momento non siamo vicini alla reattività allo stato dell'arte, il nostro sistema è altamente configurabile", ha affermato Kong. "Quindi possiamo iniziare a comprendere più a fondo perché alcuni catalizzatori funzionano più velocemente di altri, perché alcuni catalizzatori sono intrinsecamente migliori. Possiamo regolare i parametri dei catalizzatori e cercare di capire cosa li rende più veloci, perché più veloci funzionano, meglio è: si possono creare molecole più velocemente".
Come membro del Klarman Fellow, Kong sta anche lavorando per convertire i nitrati, fertilizzanti comuni che si infiltrano nei corsi d'acqua in modo tossico, dall'ambiente in qualcosa di innocuo, afferma.
Kong ha sperimentato l'utilizzo di metalli terrestri comuni come alluminio e stagno come catalizzatori. Questi metalli sono economici, non tossici e abbondanti nella crosta terrestre, quindi il loro utilizzo non comporterà problemi di sostenibilità, ha affermato.
"Stiamo anche cercando di capire come realizzare catalizzatori in cui due di questi metalli interagiscono tra loro", ha detto Kong. "Utilizzando due metalli nella struttura, che tipo di reazioni e domande interessanti possiamo ottenere dai sistemi bimetallici?" "reazione chimica?"
Secondo Kong, l'impalcatura è l'ambiente chimico in cui risiedono questi metalli.
Negli ultimi 70 anni, la norma è stata quella di utilizzare un singolo centro metallico per ottenere trasformazioni chimiche, ma nell'ultimo decennio circa, i chimici del settore hanno iniziato a esplorare le interazioni sinergiche tra due metalli legati chimicamente o contigui. , ha affermato Kong, "Ciò 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. "Nel campo della catalisi bimetallica stanno iniziando a emergere reazioni davvero uniche e meravigliose".
Kong ha affermato che c'è ancora molta incertezza su come i metalli si leghino tra loro in forme molecolari. Era entusiasta tanto della bellezza della chimica in sé quanto dei risultati. Kong è stato invitato al laboratorio di 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 c'era sotto il cofano e cosa rendeva lo stagno particolarmente reattivo e capace di questa reazione chimica. Traiamo vantaggio dalla sua vasta conoscenza della chimica dei gruppi principali, che ha aperto nuove prospettive in un campo completamente nuovo".
Tutto si riduce alla chimica di base e alla ricerca, un approccio reso possibile dall'Open Klarman Fellowship, ha affermato Kong.
"Di solito posso simulare la reazione in laboratorio o sedermi al computer simulando la molecola", ha detto. "Stiamo cercando di ottenere un quadro il più completo possibile dell'attività chimica".