Le reazioni chimiche avvengono continuamente intorno a noi: è ovvio se ci pensiamo, ma quanti di noi le compiono quando accendiamo un'auto, lessiamo un uovo o concimiamo il prato?
Richard Kong, esperto di catalisi chimica, ha riflettuto a lungo sulle reazioni chimiche. Nel suo lavoro di "ingegnere del suono professionista", come lui stesso si definisce, non si interessa solo delle reazioni che avvengono in lui, ma anche di provocarne di nuove.
In qualità di borsista Klarman in Chimica e Biologia Chimica presso il College of Arts and Sciences, Kong lavora allo sviluppo di catalizzatori che indirizzano le reazioni chimiche verso i 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 affermato Kong, riferendosi al rilascio di anidride carbonica quando le automobili bruciano combustibili fossili. "Ma le reazioni chimiche più complesse non avvengono automaticamente. È qui che entra in gioco la catalisi chimica."
Kong e i suoi colleghi hanno progettato un catalizzatore per dirigere la reazione desiderata, e ci sono riusciti. Ad esempio, l'anidride carbonica può essere convertita in acido formico, metanolo o formaldeide scegliendo il catalizzatore giusto e sperimentando con le condizioni di reazione.
Secondo Kyle Lancaster, professore di chimica e biologia chimica (A&S) e mentore di Kong, l'approccio di Kong si sposa bene con l'approccio "orientato alla scoperta" del laboratorio di Lancaster. "Richard ha avuto l'idea di usare lo stagno per migliorare la sua chimica, cosa che non era affatto prevista nel mio piano", ha affermato Lancaster. "È un catalizzatore per la conversione selettiva dell'anidride carbonica in qualcosa di più prezioso, e l'anidride carbonica ha una pessima reputazione."
Kong e i suoi collaboratori hanno recentemente scoperto un sistema in grado di convertire l'anidride carbonica in acido formico, in determinate condizioni.
"Sebbene al momento non siamo vicini alla reattività all'avanguardia, il nostro sistema è altamente configurabile", ha affermato Kong. "Questo ci permette di 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 efficienti, perché più sono veloci, meglio è: si possono creare molecole più rapidamente."
Come borsista Klarman, Kong sta anche lavorando per convertire i nitrati, fertilizzanti comuni che si infiltrano in modo tossico nei corsi d'acqua, in qualcosa di innocuo per l'ambiente, afferma.
Kong ha sperimentato l'utilizzo di metalli comuni presenti sulla Terra, 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 realizzare 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. "Questo offre maggiori gradi di libertà", ha affermato Kong.
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 debolmente ai substrati ma rompe bene i legami può funzionare con un altro centro metallico che rompe debolmente 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 emergendo reazioni davvero uniche e straordinarie."
Kong ha affermato che c'è ancora molta incertezza su come i metalli si leghino tra loro in forma molecolare. 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 affermato Lancaster. "La spettroscopia a raggi X ha aiutato Richard a capire cosa si nascondeva dietro le quinte e cosa rendeva lo stagno particolarmente reattivo e capace di questa reazione chimica. Noi beneficiamo della sua vasta conoscenza della chimica dei principali gruppi, che ha aperto la strada a un nuovo campo di ricerca."
Tutto si riduce alla chimica di base e alla ricerca, un approccio reso possibile dalla Open Klarman Fellowship, ha affermato Kong.
"Di solito posso eseguire la reazione in laboratorio o sedermi al computer simulando la molecola", ha detto. "Stiamo cercando di ottenere un quadro quanto più completo possibile dell'attività chimica."