Химиялык реакциялар биздин айланабызда дайыма болуп турат — ойлонгондо айдан ачык, бирок канчабыз машинаны от алдырганда, жумуртка кайнатканда же газонубузга жер семирткич себүүдө ушундай реакцияларды жасайбыз?
Химиялык катализ боюнча эксперт Ричард Конг химиялык реакциялар жөнүндө ойлонуп келет. Ал "кесипкөй жөнгө салуучу" катары өз ишинде, өзү айткандай, өзүнөн өзү пайда болгон реакцияларга гана эмес, жаңы реакцияларды аныктоого да кызыкдар.
Кларман атындагы искусство жана илимдер колледжинин химия жана химиялык биология боюнча стипендиаты катары Конг химиялык реакцияларды каалаган натыйжаларга жеткирүүчү катализаторлорду иштеп чыгуунун үстүндө иштейт, коопсуз жана ал тургай кошумча баалуу продуктыларды, анын ичинде адамдын ден соолугуна оң таасирин тийгизе турган продуктыларды түзөт. Шаршемби.
«Химиялык реакциялардын олуттуу көлөмү жардамсыз жүрөт», - деди Конг, унаалар казылып алынган отунду күйгүзгөндө көмүр кычкыл газынын бөлүнүп чыгышына токтолуп. «Бирок татаалыраак жана татаалыраак химиялык реакциялар автоматтык түрдө жүрбөйт. Бул жерде химиялык катализ роль ойнойт».
Конг жана анын кесиптештери каалаган реакцияларды башкаруу үчүн катализаторлорду иштеп чыгышкан. Мисалы, көмүр кычкыл газын туура катализаторду тандап, реакция шарттары менен эксперимент жүргүзүү аркылуу кумурска кислотасына, метанолго же формальдегидге айландырууга болот.
Химия жана химиялык биология профессору (A&S) жана Конгдун модератору Кайл Ланкастердин айтымында, Конгдун ыкмасы Ланкастердин лабораториясынын "ачылыштарга негизделген" ыкмасына жакшы дал келет. "Ричардда химиясын жакшыртуу үчүн калайды колдонуу идеясы болгон, бул менин сценарийимде эч качан болгон эмес", - деди Ланкастер. "Анын басма сөздө көп айтылып жаткан көмүр кычкыл газын тандап, баалуураак нерсеге айландыра турган катализатору бар".
Конг жана анын кесиптештери жакында эле белгилүү бир шарттарда көмүр кычкыл газын кумурска кислотасына айландыра турган системаны ачышкан.
«Биз али заманбап жооп кайтаруу жөндөмдүүлүгүнө ээ боло элек болсок да, биздин система абдан ыңгайлаштырылган», - деди Конг. «Ушундай жол менен биз эмне үчүн кээ бир катализаторлор башкаларга караганда тезирээк иштээрин, эмне үчүн кээ бир катализаторлор табиятынан жакшыраак экенин тереңирээк түшүнө баштай алабыз. Биз катализаторлордун параметрлерин өзгөртүп, бул нерселердин эмне үчүн тезирээк иштээрин түшүнүүгө аракет кыла алабыз, анткени алар канчалык тезирээк иштесе, ошончолук жакшы иштейт, молекулаларды ошончолук тезирээк түзө аласыз».
Кларман стипендиаты катары Конг ошондой эле суу жолдоруна уулуу сиңип кетүүчү кеңири таралган жер семирткич болгон нитраттарды айлана-чөйрөдөн чыгарып, аларды зыянсыз заттарга айландыруу үстүндө иштеп жатканын айтты.
Конг жерде кездешкен алюминий жана калай сыяктуу металлдарды катализатор катары колдонуу менен эксперимент жүргүзгөн. Ал металлдар арзан, уулуу эмес жана жер кыртышында көп кездешет, ошондуктан аларды колдонуу туруктуулукка байланыштуу көйгөйлөрдү жаратпайт, деди ал.
«Ошондой эле, биз эки металл бири-бири менен өз ара аракеттенген катализаторлорду кантип жасоонун үстүндө иштеп жатабыз», - деди Конг. «Бир алкактагы эки металлды колдонуу менен, биметалдык системалардан кандай реакцияларды жана кызыктуу химиялык процесстерди ала алабыз?»
Конгдун айтымында, токойлор – бул металлдарды кармап турган химиялык чөйрө – алар бул металлдардын өз ишин аткаруу мүмкүнчүлүгүн ачууда абдан маанилүү, дал ошондой эле сизге туура аба ырайына туура кийим керек болгондой эле, - деди Конг.
Акыркы 70 жылдан бери химиялык өтүүлөргө жетүү үчүн бир металл борборун колдонуу стандарт болуп келген, бирок акыркы он жылдыкта же андан көп убакыттын ичинде бул тармактагы химиктер эки металлдын химиялык жол менен же жакын жерде биригүүсүн изилдей башташты. Биринчиден, Конгдун айтымында, "бул сизге көбүрөөк эркиндик даражаларын берет".
Конгдун айтымында, бул биметаллдык катализаторлор химиктерге металл катализаторлорун күчтүү жана алсыз жактарына жараша айкалыштырууга мүмкүнчүлүк берет. Мисалы, субстраттарга начар байланышып, бирок байланыштарды жакшы үзгөн металл борбору байланыштарды начар үзүп, бирок субстраттарга жакшы байланышып жаткан башка металл борбору менен иштеши мүмкүн. Экинчи металлдын болушу биринчи металлдын касиеттерине да таасир этет.
«Эки металл борборунун ортосунда синергетикалык эффект деп атаган нерсени сезе баштасаңыз болот», - деди Конг. «Биметаллдык катализ тармагы чындап эле уникалдуу жана сонун реактивдүүлүктү көрсөтө баштады».
Конгдун айтымында, металлдардын молекулярдык кошулмаларда бири-бири менен кантип байланышаары тууралуу дагы эле көптөгөн түшүнүксүз нерселер бар. Ал химиянын өзүнүн кооздугуна, натыйжаларына да толкунданган. Конгду рентген спектроскопиясы боюнча тажрыйбасы үчүн Ланкастер лабораторияларына алып келишкен.
«Бул симбиоз», - деди Ланкастер. «Рентген спектроскопиясы Ричардга көшөгө артында эмне болуп жатканын жана калайды өзгөчө реактивдүү жана бул химиялык реакцияга жөндөмдүү кылган нерсени түшүнүүгө жардам берди. Биз анын негизги топтордун химиясы боюнча кеңири билиминен пайда алдык, бул топ үчүн жаңы багытка жол ачты».
Конгдун айтымында, мунун баары химиянын негизги сабактарына жана изилдөөгө байланыштуу жана бул ыкма Open Klarman стипендиясынын аркасында мүмкүн болду.
«Кадимки күндөрү мен лабораторияда реакцияларды жүргүзө алам же молекулаларды симуляциялаган компьютердин жанында отура алам», - деди ал. «Биз химиялык активдүүлүктүн мүмкүн болушунча толук сүрөтүн алууга аракет кылып жатабыз».