Химиялық реакциялар біздің айналамызда үнемі болып тұрады — ойлап қарасаңыз, бұл анық, бірақ көлікті оталдырғанда, жұмыртқа қайнатқанда немесе көгалға тыңайтқыш себу кезінде қаншамыз осылай жасаймыз?
Химиялық катализ бойынша сарапшы Ричард Конг химиялық реакциялар туралы ойланып келеді. Өзінің айтуынша, «кәсіби дыбыс инженері» ретіндегі жұмысында ол тек өзінде пайда болатын реакцияларға ғана емес, сонымен қатар жаңа реакцияларды тудыруға да қызығушылық танытады.
Өнер және ғылым колледжінде химия және химиялық биология бойынша Кларман стипендиаты ретінде Конг химиялық реакцияларды қажетті нәтижелерге жеткізетін катализаторларды әзірлеумен айналысады, қауіпсіз және тіпті құнды өнімдерді, соның ішінде адам денсаулығына оң әсер ете алатын өнімдерді жасайды. Сәрсенбі.
«Химиялық реакциялардың айтарлықтай мөлшері көмексіз жүреді», - деді Конг, көліктер қазба отынын жаққан кезде көмірқышқыл газының бөлінуіне сілтеме жасай отырып. «Бірақ күрделірек және күрделі химиялық реакциялар автоматты түрде жүрмейді. Бұл жерде химиялық катализ рөл атқарады».
Конг және оның әріптестері өздері қалаған реакцияны басқару үшін катализатор жасап шығарды, және ол орындалды. Мысалы, көмірқышқыл газын дұрыс катализаторды таңдау және реакция жағдайларымен тәжірибе жасау арқылы құмырсқа қышқылына, метанолға немесе формальдегидке айналдыруға болады.
Химия және химиялық биология (A&S) профессоры және Конг профессоры Кайл Ланкастердің айтуынша, Конгтың тәсілі Ланкастердің зертханасының «жаңалықтарға негізделген» тәсіліне жақсы сәйкес келеді. «Ричардта химиясын жақсарту үшін қалайыны пайдалану идеясы болды, бұл менің сценарийімде ешқашан болмаған», - деді Ланкастер. «Бұл көмірқышқыл газын құндырақ нәрсеге селективті түрлендірудің катализаторы, ал көмірқышқыл газы көптеген жаман пікірлерге ие болады».
Конг және оның әріптестері жақында белгілі бір жағдайларда көмірқышқыл газын құмырсқа қышқылына айналдыра алатын жүйені ашты.
«Қазіргі уақытта біз реактивтіліктің заманауи деңгейіне жақындамағанымызбен, біздің жүйемізді конфигурациялау өте оңай», - деді Конг. «Осылайша біз кейбір катализаторлардың басқаларына қарағанда жылдам жұмыс істейтінін, кейбір катализаторлардың неге жақсырақ екенін тереңірек түсіне бастаймыз. Біз катализаторлардың параметрлерін реттеп, бұл заттардың неліктен жылдам жұмыс істейтінін түсінуге тырыса аламыз, себебі олар неғұрлым жылдам жұмыс істесе, соғұрлым жақсы - сіз молекулаларды тезірек жасай аласыз».
Кларман стипендиаты ретінде Конг қоршаған ортадан су жолдарына улы түрде сіңетін нитраттарды, яғни қарапайым тыңайтқыштарды зиянсыз затқа айналдыру үшін де жұмыс істеп жатыр, дейді ол.
Конг алюминий және қалайы сияқты кең таралған жер металдарымен катализатор ретінде тәжірибе жүргізді. Металлдар арзан, улы емес және жер қыртысында мол, сондықтан оларды пайдалану тұрақтылыққа қатысты мәселелер тудырмайды, деді ол.
«Біз сондай-ақ осы екі металдың бір-бірімен әрекеттесетін катализаторларды қалай жасау керектігін анықтап жатырмыз», - деді Конг. «Құрылымда екі металды пайдалану арқылы биметаллдық жүйелерден қандай реакциялар мен қызықты сұрақтар туындауы мүмкін?» «Химиялық реакция?»
Конгтың айтуынша, құрылыс құрылыстары - бұл металдар мекендейтін химиялық орта.
Соңғы 70 жылда химиялық түрлендірулерге қол жеткізу үшін бір ғана металл орталығын пайдалану қалыпты жағдай болды, бірақ соңғы онжылдықта осы саладағы химиктер химиялық байланысқан немесе іргелес екі металдың синергетикалық өзара әрекеттесуін зерттей бастады. Конг: «Бұл сізге көбірек еркіндік дәрежесін береді», - деді.
Конгтың айтуынша, бұл биметалл катализаторлары химиктерге металл катализаторларын олардың күшті және әлсіз жақтарына қарай біріктіру мүмкіндігін береді. Мысалы, субстраттармен нашар байланысатын, бірақ байланыстарды жақсы үзетін металл орталығы байланыстарды нашар үзетін, бірақ субстраттармен жақсы байланысатын басқа металл орталығымен жұмыс істей алады. Екінші металдың болуы бірінші металдың қасиеттеріне де әсер етеді.
«Екі металл орталығы арасындағы синергетикалық әсерді байқай бастай аласыз», - деді Конг. «Биметалл катализі саласында шынымен де ерекше және керемет реакциялар пайда бола бастады».
Конг металдардың молекулалық формада бір-бірімен қалай байланысатыны туралы әлі де көптеген белгісіздік бар екенін айтты. Ол химияның өзінің сұлулығына да, нәтижелерге де қатты қуанды. Конгты рентген спектроскопиясы саласындағы тәжірибесі үшін Ланкастер зертханасына алып келді.
«Бұл симбиоз», - деді Ланкастер. «Рентген спектроскопиясы Ричардқа сорғыштың астында не бар екенін және қалайының ерекше реактивті және осы химиялық реакцияға қабілетті екенін түсінуге көмектесті. Біз оның жаңа салада ашылған негізгі топтық химия туралы кең білімінен пайда көреміз».
Конгтың айтуынша, бәрі негізгі химия мен зерттеулерге байланысты, бұл тәсіл Open Klarman Fellowship арқылы мүмкін болды.
«Әдетте мен реакцияны зертханада жүргізе аламын немесе молекуланы модельдейтін компьютерде отыра аламын», - деді ол. «Біз химиялық белсенділіктің мүмкіндігінше толық көрінісін алуға тырысып жатырмыз».