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 өзүнүн "кесипкөй үн инженери" катары өзүндө пайда болгон реакцияларга гана эмес, жаңы реакцияларды козгоого 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 реакцияны башкаруу үчүн катализатор иштеп чыгышкан жана ал ишке ашкан. Мисалы, көмүр кычкыл газын туура катализаторду тандап, реакция шарттары менен эксперимент жүргүзүү аркылуу кумурска кислотасына, метанолго же формальдегидге айландырууга болот.
Химия жана химиялык биология (A&S) профессору жана Конг профессору Кайл Ланкастэрдин 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. "Бул көмүр кычкыл газын баалуураак нерсеге тандап айландыруунун катализатору жана көмүр кычкыл газы көп жаман баага ээ болот".
Конг жана анын кесиптештери жакында эле белгилүү бир шарттарда көмүр кычкыл газын кумурска кислотасына айландыра турган системаны ачышкан.
«Учурда биз заманбап реактивдүүлүккө жакындай элек болсок да, биздин системабыз абдан конфигурацияланат», - деди Конг. «Ошентип, биз эмне үчүн кээ бир катализаторлор башкаларга караганда тезирээк иштей турганын, эмне үчүн кээ бир катализаторлор табиятынан жакшыраак экенин тереңирээк түшүнө баштай алабыз. Биз катализаторлордун параметрлерин тууралап, бул нерселердин эмне үчүн тезирээк иштешин түшүнүүгө аракет кыла алабыз, анткени алар канчалык тезирээк иштесе, ошончолук жакшы - сиз молекулаларды тезирээк түзө аласыз».
Кларман стипендиаты катары Конг ошондой эле суу жолдоруна уулуу түрдө сиңип кеткен нитраттарды, кадимки жер семирткичтерди айлана-чөйрөдөн зыянсыз нерсеге айландыруу үстүндө иштеп жатат, дейт ал.
Конг катализатор катары алюминий жана калай сыяктуу кеңири таралган жер металлдары 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 бул эки металл бири-бири менен өз ара аракеттенген катализаторлорду кантип жасоону ойлонуп жатабыз», - деди Конг. «Алкактын ичинде эки металлды колдонуу менен, биметалдык системалардан кандай реакцияларды жана кызыктуу суроолорду ала алабыз?», «химиялык реакциябы?»
Конгдун айтымында, каркас – бул металлдар жайгашкан химиялык чөйрө.
Акыркы 70 жылдан бери химиялык трансформацияларга жетүү үчүн бир гана металл борборун колдонуу норма болуп келген, бирок акыркы он жылдыкта же андан көп убакыттын ичинде бул тармактагы химиктер химиялык жактан байланышкан же чектеш эки металлдын ортосундагы синергетикалык өз ара аракеттенүүнү изилдей башташты. Конг: "Бул сизге көбүрөөк эркиндик даражаларын берет", - деди.
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 турган башка металл борбору менен иштей алат. 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 жаатында чындап уникалдуу жана сонун реакциялар пайда боло баштады».
Конг металлдардын молекулярдык формада бири-бири менен кантип байланышаары боюнча дагы эле көптөгөн белгисиздиктер бар экенин айтты. Ал химиянын өзүнүн кооздугуна, ошондой эле натыйжаларына да кубанды. Конгду рентген спектроскопиясы боюнча тажрыйбасы үчүн Ланкастердин лабораториясына алып келишкен.
«Бул симбиоз», - деди Ланкастер. «Рентген спектроскопиясы Ричардга капоттун астында эмне бар экенин жана калайды өзгөчө реактивдүү жана бул химиялык реакцияга жөндөмдүү кылган нерсени түшүнүүгө жардам берди. Биз анын жаңы тармакта ачылган негизги топтордун химиясы боюнча кеңири билиминен пайда алабыз».
Мунун баары химиянын негизги принциптерине жана изилдөөгө байланыштуу, бул ыкма Open Klarman Fellowship тарабынан мүмкүн болду, деди Конг.
«Адатта мен лабораторияда реакцияны жүргүзө алам же молекуланы симуляциялап жаткан компьютердин жанында отура алам», - деди ал. «Биз химиялык активдүүлүктүн мүмкүн болушунча толук сүрөтүн алууга аракет кылып жатабыз».