Las reacciones químicas ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo; es obvio si lo pensamos, pero ¿cuántos de nosotros las experimentamos cuando arrancamos un coche, hervimos un huevo o abonamos 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 se define, no solo le interesan las reacciones que surgen en su interior, sino también provocar otras nuevas.
Como becaria Klarman en Química y Biología Química en la Facultad de Artes y Ciencias, Kong trabaja en el desarrollo de catalizadores que impulsan las reacciones químicas hacia los resultados deseados, creando productos seguros e incluso de valor añadido, incluidos aquellos que pueden tener un impacto positivo en la salud de las personas. Miércoles.
“Una cantidad significativa de reacciones químicas se producen de forma natural”, 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 lo consiguieron. 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 bien con la metodología de investigación del laboratorio de Lancaster. «Richard tuvo la idea de usar estaño para mejorar su química, algo que nunca había contemplado», dijo Lancaster. «Es un catalizador para la conversión selectiva de dióxido de carbono en algo más valioso, y el dióxido de carbono tiene muy mala fama».
Kong y sus colaboradores descubrieron recientemente un sistema que, bajo ciertas condiciones, puede convertir el dióxido de carbono en ácido fórmico.
“Si bien aún no contamos con la reactividad más avanzada, nuestro sistema es altamente configurable”, afirmó Kong. “Esto nos permite comprender mejor por qué algunos catalizadores funcionan más rápido que otros y por qué algunos son intrínsecamente mejores. Podemos ajustar los parámetros de los catalizadores e intentar comprender qué los hace funcionar más rápido, porque cuanto más rápido funcionan, mejor: se pueden crear moléculas con mayor rapidez”.
Como becario Klarman, Kong también trabaja para convertir los nitratos, fertilizantes comunes que se filtran tóxicamente en los cursos de agua, del medio ambiente en algo inofensivo, según afirma.
Kong experimentó con metales comunes como el aluminio y el estaño como catalizadores. Según él, estos metales son baratos, no tóxicos y abundantes en la corteza terrestre, por lo que su uso no planteará problemas de sostenibilidad.
“También estamos investigando cómo crear catalizadores donde dos de estos metales interactúan entre sí”, dijo Kong. “Al usar dos metales en la estructura, ¿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 único centro metálico para lograr transformaciones químicas, pero en la última década, los químicos del sector han comenzado a explorar interacciones sinérgicas entre dos metales unidos químicamente o contiguos. Kong afirmó: «Esto ofrece más grados de libertad».
Según Kong, estos catalizadores bimetálicos permiten a los químicos combinar catalizadores metálicos en función de sus fortalezas y debilidades. Por ejemplo, un centro metálico que se une débilmente a los sustratos pero rompe bien los enlaces puede funcionar con otro centro metálico que rompe mal los enlaces pero se une bien a los sustratos. La presencia del segundo metal también afecta las propiedades del primero.
“Se puede empezar a obtener lo que llamamos un efecto sinérgico entre los dos centros metálicos”, dijo Kong. “Están surgiendo 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 entre sí a nivel molecular. Le entusiasmaba tanto la belleza de la química en sí como los resultados. Kong fue invitado al 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 en el fondo del asunto y qué hacía que el estaño fuera especialmente reactivo y capaz de esta reacción química. Nos beneficiamos de su amplio conocimiento de la química de los elementos del grupo principal, lo que nos ha abierto un nuevo campo”.
Según Kong, todo se reduce a la química básica y la investigación, un enfoque que ha sido posible gracias a la beca Open Klarman.
“Normalmente puedo realizar la reacción en el laboratorio o sentarme frente a la computadora a simular la molécula”, dijo. “Estamos tratando de obtener una imagen lo más completa posible de la actividad química”.