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 "ingeniero de sonido profesional", como él mismo lo define, le interesa no solo las reacciones que surgen en su interior, sino también provocar otras nuevas.
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 diseñaron un catalizador para dirigir la reacción deseada, y así sucedió. 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 profesor de Kong, el enfoque de Kong encaja a la perfección con el enfoque "orientado al descubrimiento" del laboratorio de Lancaster. "Richard tuvo la idea de usar el estaño para mejorar su química, algo que nunca estuvo en mi guion", dijo Lancaster. "Es un catalizador para la conversión selectiva del dióxido de carbono en algo más valioso, y el dióxido de carbono recibe mucha mala prensa".
Kong y sus colaboradores descubrieron recientemente un sistema que, bajo determinadas condiciones, puede convertir el dióxido de carbono en ácido fórmico.
“Si bien actualmente no estamos cerca de la reactividad de vanguardia, nuestro sistema es altamente configurable”, dijo Kong. “Así, podemos comenzar a comprender mejor por qué algunos catalizadores funcionan más rápido que otros, por qué algunos catalizadores son inherentemente mejores. Podemos ajustar los parámetros de los catalizadores e intentar comprender qué los hace funcionar más rápido, porque cuanto más rápido funcionen, mejor: se pueden crear moléculas más rápido”.
Como becario Klarman, Kong también está trabajando para convertir los nitratos, fertilizantes comunes que se filtran tóxicamente en los cursos de agua, del medio ambiente en algo inofensivo, dice.
Kong experimentó con metales comunes de 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 descubriendo cómo crear catalizadores donde dos de estos metales interactúen entre sí", dijo Kong. "Al usar dos metales en el marco, ¿qué tipo de reacciones y preguntas interesantes podemos obtener de los sistemas bimetálicos?" "¿Reacción química?"
Según Kong, el andamiaje es el entorno químico en el que residen estos metales.
Durante los últimos 70 años, la norma ha sido utilizar un solo centro metálico para lograr transformaciones químicas, pero en la última década, aproximadamente, los químicos en el campo han comenzado a explorar interacciones sinérgicas entre dos metales químicamente unidos o contiguos. Kong dijo: "Te da 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. "Están empezando a surgir reacciones realmente únicas y maravillosas en el campo de la catálisis bimetálica".
Kong afirmó que aún existe mucha incertidumbre sobre cómo se unen los metales en sus formas moleculares. Estaba tan entusiasmado con la belleza de la química en sí como con los resultados. Kong fue contratado por el laboratorio de Lancaster por su experiencia en espectroscopia de rayos X.
“Es una simbiosis”, dijo Lancaster. “La espectroscopia de rayos X ayudó a Richard a comprender qué había tras el estaño y qué hacía que este fuera especialmente reactivo y capaz de esta reacción química. Nos beneficiamos de su amplio conocimiento de la química de grupos principales, lo que nos ha abierto un nuevo campo”.
Todo se reduce a la química básica y la investigación, un enfoque que es posible gracias a la Open Klarman Fellowship, dijo Kong.
“Normalmente puedo ejecutar la reacción en el laboratorio o sentarme frente a la computadora simulando la molécula”, dijo. “Intentamos obtener una imagen lo más completa posible de la actividad química”.