Las reacciones químicas ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo. Es obvio cuando lo pensamos, pero ¿cuántos de nosotros lo hacemos cuando arrancamos un automóvil, hervimos un huevo o fertilizamos el césped?
El experto en catálisis química Richard Kong ha estado reflexionando sobre las reacciones químicas. En su trabajo como "afinador profesional", como él mismo lo define, no solo le interesan las respuestas espontáneas, sino también identificar nuevas respuestas.
Como becario Klarman en química y biología química en la Facultad de Artes y Ciencias, Kong trabaja para desarrollar catalizadores que impulsen las reacciones químicas hacia los resultados deseados, creando productos seguros e incluso de valor agregado, incluidos aquellos que pueden tener un impacto positivo en la salud de las personas. Miércoles.
“Una cantidad significativa de reacciones químicas ocurren sin intervención”, dijo Kong, refiriéndose a la liberación de dióxido de carbono cuando los automóviles queman combustibles fósiles. “Pero las reacciones químicas más complejas no ocurren automáticamente. Aquí es donde entra en juego la catálisis química”.
Kong y sus colegas desarrollaron catalizadores para dirigir las reacciones que buscaban. Por ejemplo, el dióxido de carbono puede convertirse en ácido fórmico, metanol o formaldehído eligiendo el catalizador adecuado y experimentando con las condiciones de reacción.
Según Kyle Lancaster, profesor de Química y Biología Química (A&S) y moderador de Kong, el enfoque de este último encaja a la perfección con el enfoque "basado en el descubrimiento" del laboratorio de Lancaster. "Richard tuvo la idea de usar estaño para mejorar su química, algo que nunca estuvo en mi guion", dijo Lancaster. "Tiene un catalizador que puede convertir selectivamente el dióxido de carbono, del que se habla mucho en la prensa, en algo más valioso".
Kong y sus colaboradores descubrieron recientemente un sistema que, bajo determinadas condiciones, puede convertir el dióxido de carbono en ácido fórmico.
“Si bien aún no estamos a la vanguardia en cuanto a capacidad de respuesta, nuestro sistema es altamente personalizable”, afirmó Kong. “De esta manera, podemos comenzar a comprender mejor por qué algunos catalizadores funcionan más rápido que otros y por qué algunos son inherentemente mejores. Podemos ajustar los parámetros de los catalizadores e intentar comprender qué los hace funcionar más rápido, porque cuanto más rápido funcionan, mejor funcionan y más rápido se pueden crear moléculas”.
Como becario Klarman, Kong también está trabajando para eliminar los nitratos, un fertilizante común que se filtra de forma tóxica en los cursos de agua, del medio ambiente y convertirlos en sustancias más inofensivas, dijo.
Kong experimentó con el uso de metales presentes en la tierra, como el aluminio y el estaño, como catalizadores. Estos metales son económicos, no tóxicos y abundantes en la corteza terrestre, por lo que su uso no planteará problemas de sostenibilidad, afirmó.
“También estamos trabajando en la creación de catalizadores donde dos metales interactúan entre sí”, dijo Kong. “Al usar dos metales en una misma estructura, ¿qué reacciones y procesos químicos interesantes podemos obtener de los sistemas bimetálicos?”
Los bosques son el entorno químico que contiene estos metales: son fundamentales para liberar el potencial de estos metales para hacer su trabajo, al igual que necesitamos la ropa adecuada para el clima adecuado, dijo Kong.
Durante los últimos 70 años, la norma ha sido utilizar un solo centro metálico para lograr transiciones químicas, pero en la última década, aproximadamente, los químicos en este campo han comenzado a investigar la unión de dos metales, ya sea químicamente o en estrecha proximidad. En primer lugar, dice Kong, «ofrece más grados de libertad».
Estos catalizadores bimetálicos permiten a los químicos combinar catalizadores metálicos según sus fortalezas y debilidades, afirma Kong. Por ejemplo, un centro metálico que se une mal a los sustratos, pero rompe enlaces con eficacia, puede funcionar con otro centro metálico que rompe enlaces con dificultad, pero se une bien a los sustratos. La presencia del segundo metal también afecta las propiedades del primero.
"Se puede empezar a observar lo que llamamos un efecto sinérgico entre los dos centros metálicos", dijo Kong. "El campo de la catálisis bimetálica ya está empezando a mostrar una reactividad realmente única y maravillosa".
Kong afirmó que aún existen muchas ambigüedades sobre cómo se unen los metales en los compuestos moleculares. Estaba tan entusiasmado con la belleza de la química en sí como con los resultados. Kong fue contratado por los Laboratorios Lancaster por su experiencia en espectroscopia de rayos X.
“Es una simbiosis”, dijo Lancaster. “La espectroscopia de rayos X ayudó a Richard a comprender lo que ocurría tras bastidores y qué hace que el estaño sea particularmente reactivo y capaz de esta reacción química. Nos beneficiamos de su amplio conocimiento de la química de grupos principales, lo que abrió las puertas al grupo a una nueva área”.
Todo se reduce a química básica e investigación, dice Kong, y este enfoque es posible gracias a una beca Open Klarman.
“En un día típico, puedo realizar reacciones en el laboratorio o sentarme frente a una computadora simulando moléculas”, dijo. “Intentamos obtener una imagen lo más completa posible de la actividad química”.