私たちの周りでは化学反応が常に起こっています。考えてみれば明らかなことですが、車を始動したり、卵を茹でたり、芝生に肥料を与えたりするときに化学反応を行っている人はどれくらいいるでしょうか。
化学触媒の専門家、リチャード・コング氏は化学反応について考え続けています。「プロのチューナー」と自ら語るコング氏は、自然に生じる反応だけでなく、新たな反応の発見にも関心を寄せています。
文理学部化学・化学生物学科のクラーマンフェローであるコング氏は、化学反応を望ましい結果に導く触媒の開発に取り組んでおり、人の健康にプラスの影響を与えるものも含め、安全で付加価値のある製品を生み出しています。水曜日。
「かなりの量の化学反応は、人為的な介入なしに進行します」とコング氏は述べ、自動車が化石燃料を燃焼させる際に発生する二酸化炭素について言及した。「しかし、より複雑で複雑な化学反応は自動的には起こりません。そこで化学触媒が作用するのです。」
コング氏とその同僚たちは、意図した反応を誘導する触媒を開発しました。例えば、適切な触媒を選択し、反応条件を実験することで、二酸化炭素をギ酸、メタノール、またはホルムアルデヒドに変換することができます。
化学・化学生物学科（A&S）の教授であり、コング氏のモデレーターを務めたカイル・ランカスター氏によると、コング氏のアプローチはランカスター氏の研究室の「発見主導型」アプローチによく合致するという。「リチャードはスズを使って化学反応を改善するというアイデアを持っていましたが、それは私の計画には全くありませんでした」とランカスター氏は述べた。「彼は、報道でよく話題になる二酸化炭素を、より価値のあるものへと選択的に変換する触媒を持っています。」
コング氏とその協力者は最近、特定の条件下で二酸化炭素をギ酸に変換できるシステムを発見した。
「応答性に関してはまだ最先端ではありませんが、私たちのシステムは高度にカスタマイズ可能です」とコング氏は述べた。「これにより、なぜある触媒が他の触媒よりも速く作用するのか、なぜある触媒が本質的に優れているのかをより深く理解できるようになります。触媒のパラメータを微調整することで、これらの触媒がなぜより速く作用するのかを理解しようと試みることができます。なぜなら、触媒の作用が速ければ速いほど、より優れた作用が得られ、分子をより速く生成できるからです。」
クラーマンフェローとして、コング氏はまた、水路に有毒に染み出す一般的な肥料である硝酸塩を環境から除去し、より無害な物質に変える活動も行っている、と彼は語った。
コング氏は、アルミニウムやスズといった地球に存在する金属を触媒として利用する実験を行った。これらの金属は安価で無毒であり、地殻に豊富に存在するため、持続可能性の問題は生じないと彼は述べた。
「私たちは、2種類の金属が相互作用する触媒の作製方法にも取り組んでいます」とコング氏は述べた。「2種類の金属を1つのフレームワークに用いることで、二金属系からどのような反応や興味深い化学プロセスが得られるのでしょうか？」
森林はこれらの金属を保持する化学的環境であり、適切な天候に適切な衣服が必要であるのと同じように、これらの金属の潜在能力を引き出してその役割を果たすために非常に重要であるとコング氏は述べた。
過去70年間、化学遷移を達成するには単一の金属中心を用いるのが標準でしたが、ここ10年ほどで、この分野の化学者たちは、化学的に、あるいは近接した状態で、2つの金属の結合を研究し始めました。まず、コング氏は「より自由度の高い反応が可能になる」と述べています。
これらの二元金属触媒により、化学者は金属触媒の長所と短所に基づいて複数の金属触媒を組み合わせることができるとコング氏は言います。例えば、基質との結合は弱いが結合を切断する能力に優れた金属中心は、結合を切断する能力に劣るが基質との結合は強い別の金属中心と組み合わせることができます。2つ目の金属の存在は、1つ目の金属の特性にも影響を与えます。
「2つの金属中心の間に、いわゆる相乗効果が現れ始めるでしょう」とコング氏は述べた。「二金属触媒の分野では、すでに非常にユニークで素晴らしい反応性が示され始めています。」
コング氏は、分子化合物中の金属同士がどのように結合するかについては、まだ多くの不明点があると述べた。彼は結果だけでなく、化学反応そのものの美しさにも興奮した。コング氏は、X線分光法の専門知識を求めてランカスター研究所に招かれた。
「これは共生関係です」とランカスター氏は述べた。「X線分光法のおかげで、リチャードは舞台裏で何が起こっているのか、そしてスズがなぜ特に反応性が高く、この化学反応を起こすことができるのかを理解することができました。彼の主要族化学に関する豊富な知識は私たちの研究に役立ち、私たちの研究グループに新たな分野への扉を開いてくれました。」
すべては基礎化学と研究にかかっているとコング氏は語り、このアプローチはオープン・クラーマン奨学金によって可能になったとしている。
「普段は、研究室で反応を実行したり、コンピューターの前に座って分子のシミュレーションを行ったりしています」と彼は言った。「化学反応の全体像を可能な限り把握しようとしています。」