Ang mga reaksiyong kemikal ay palaging nangyayari sa ating paligid—halata naman kung iisipin mo, pero ilan sa atin ang gumagawa nito kapag nagpapaandar tayo ng kotse, nagpapakulo ng itlog, o naglalagay ng pataba sa ating damuhan?
Ang eksperto sa chemical catalysis na si Richard Kong ay matagal nang nag-iisip tungkol sa mga reaksiyong kemikal. Sa kanyang trabaho bilang isang "propesyonal na sound engineer," gaya ng sinabi niya mismo, interesado siya hindi lamang sa mga reaksiyong lumilitaw sa kanyang sarili, kundi pati na rin sa pag-udyok ng mga bago.
Bilang isang Klarman Fellow sa Chemistry at Chemical Biology sa College of Arts and Sciences, nagsusumikap si Kong na bumuo ng mga katalista na nagtutulak ng mga reaksiyong kemikal patungo sa ninanais na mga resulta, na lumilikha ng ligtas at maging mga produktong may dagdag na halaga, kabilang ang mga maaaring magkaroon ng positibong epekto sa kalusugan ng tao. Miyerkules.
"Maraming reaksiyong kemikal ang nagaganap nang walang tulong," sabi ni Kong, na tumutukoy sa paglabas ng carbon dioxide kapag ang mga sasakyan ay nagsusunog ng mga fossil fuel. "Ngunit ang mas kumplikado at masalimuot na reaksiyong kemikal ay hindi awtomatikong nangyayari. Dito pumapasok ang katalisis ng kemikal."
Nagdisenyo si Kong at ang kanyang mga kasamahan ng isang katalista upang idirekta ang reaksyong gusto nila, at nangyari ito. Halimbawa, ang carbon dioxide ay maaaring ma-convert sa formic acid, methanol, o formaldehyde sa pamamagitan ng pagpili ng tamang katalista at pag-eksperimento sa mga kondisyon ng reaksyon.
Ayon kay Kyle Lancaster, propesor ng kimika at kemikal na biyolohiya (A&S) at propesor ng Kong, ang pamamaraan ni Kong ay akma sa pamamaraang "nakatuon sa pagtuklas" ng laboratoryo ni Lancaster. "Si Richard ang may ideya na gamitin ang lata upang mapabuti ang kanyang kimika, na hindi kailanman nasulat sa aking plano," sabi ni Lancaster. "Ito ay isang katalista para sa piling pagbabago ng carbon dioxide tungo sa isang bagay na mas mahalaga, at ang carbon dioxide ay nakakakuha ng maraming negatibong puna."
Kamakailan lamang ay natuklasan ni Kong at ng kanyang mga kasamahan ang isang sistema na, sa ilalim ng ilang partikular na kondisyon, ay maaaring mag-convert ng carbon dioxide sa formic acid.
"Bagama't hindi pa tayo malapit sa makabagong reaktibiti sa kasalukuyan, ang aming sistema ay lubos na maaaring i-configure," sabi ni Kong. "Kaya maaari nating simulan ang pag-unawa nang mas malalim kung bakit mas mabilis gumana ang ilang katalista kaysa sa iba, kung bakit ang ilang katalista ay likas na mas mahusay. Maaari nating ibagay ang mga parameter ng mga katalista at subukang unawain kung bakit mas mabilis gumana ang mga bagay na ito, dahil mas mabilis silang gumana, mas mabuti - mas mabilis kang makakalikha ng mga molekula."
Bilang isang Klarman Fellow, nagsusumikap din si Kong na gawing hindi nakakapinsala ang mga nitrate, mga karaniwang pataba na nakakalason na tumatagos sa mga daluyan ng tubig, mula sa kapaligiran, aniya.
Nag-eksperimento si Kong gamit ang mga karaniwang metal na lupa tulad ng aluminyo at lata bilang mga katalista. Mura ang mga metal na ito, hindi nakalalason, at sagana sa crust ng lupa, kaya ang paggamit ng mga ito ay hindi magdudulot ng mga isyu sa pagpapanatili, aniya.
“Iniisip din namin kung paano gumawa ng mga katalista kung saan ang dalawa sa mga metal na ito ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa,” sabi ni Kong. “Sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang metal sa balangkas, anong uri ng mga reaksyon at mga kawili-wiling tanong ang makukuha namin mula sa mga sistemang bimetallic?” “kemikal na reaksyon?”
Ayon kay Kong, ang scaffolding ay ang kemikal na kapaligiran kung saan naninirahan ang mga metal na ito.
Sa nakalipas na 70 taon, ang nakagawian ay ang paggamit ng iisang sentro ng metal upang makamit ang mga pagbabagong kemikal, ngunit sa nakalipas na dekada o higit pa, sinimulan ng mga chemist sa larangan na tuklasin ang mga synergistic na interaksyon sa pagitan ng dalawang metal na magkadikit o magkadikit. , sabi ni Kong, "Nagbibigay ito sa iyo ng mas maraming antas ng kalayaan."
Ang mga bimetallic catalyst na ito ay nagbibigay sa mga chemist ng kakayahang pagsamahin ang mga metal catalyst batay sa kanilang mga kalakasan at kahinaan, sabi ni Kong. Halimbawa, ang isang metal center na hindi gaanong nakakabit sa mga substrate ngunit mahusay na napuputol ang mga bono ay maaaring gumana kasama ng isa pang metal center na hindi gaanong nakakaputol ng mga bono ngunit mahusay na nakakabit sa mga substrate. Ang presensya ng pangalawang metal ay nakakaapekto rin sa mga katangian ng unang metal.
"Maaari mong simulan ang tinatawag nating synergistic effect sa pagitan ng dalawang metal center," sabi ni Kong. "May ilang talagang kakaiba at kahanga-hangang reaksyon na nagsisimulang lumitaw sa larangan ng bimetallic catalysis."
Sinabi ni Kong na marami pa ring kawalan ng katiyakan kung paano nagdidikit ang mga metal sa isa't isa sa mga anyong molekular. Tuwang-tuwa siya sa kagandahan ng mismong kimika gaya ng kanyang pagkasabik sa mga resulta. Dinala si Kong sa laboratoryo ng Lancaster para sa kanilang kadalubhasaan sa X-ray spectroscopy.
“Isa itong simbiyos,” sabi ni Lancaster. “Natulungan ng X-ray spectroscopy si Richard na maunawaan kung ano ang nasa ilalim ng hood at kung ano ang dahilan kung bakit partikular na reaktibo at may kakayahang magsagawa ng ganitong reaksiyong kemikal ang lata. Nakikinabang tayo sa kanyang malawak na kaalaman sa pangunahing kimika ng grupo, na nagbukas sa isang bagong larangan.”
Ang lahat ay bumababa sa pangunahing kimika at pananaliksik, isang pamamaraang naging posible sa pamamagitan ng Open Klarman Fellowship, ani Kong.
“Karaniwan ay maaari kong patakbuhin ang reaksyon sa laboratoryo o umupo sa computer na ginagaya ang molekula,” aniya. “Sinusubukan naming makakuha ng kumpletong larawan ng aktibidad ng kemikal hangga't maaari.”