化学反応は私たちの身の回りで常に起こっています。考えてみれば当たり前のことですが、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際に、どれだけの人がそれを意識しているでしょうか？
化学触媒の専門家であるリチャード・コングは、化学反応について深く考察してきた。彼自身が言うところの「プロのチューナー」として、彼は自然発生的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る。
芸術科学大学の化学および化学生物学のクラルマン・フェローとして、コングは化学反応を望ましい結果へと導く触媒の開発に取り組んでおり、安全で付加価値の高い製品、さらには人々の健康にプラスの影響を与える可能性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、触媒の助けなしに起こります」とコング氏は述べ、自動車が化石燃料を燃焼する際に二酸化炭素が放出されることを例に挙げた。「しかし、より複雑な化学反応は自動的には起こりません。そこで化学触媒の出番となるのです。」
コング氏とその同僚たちは、自分たちが望む反応を誘導するための触媒を開発した。例えば、適切な触媒を選び、反応条件を試行錯誤することで、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る。
化学・化学生物学（A&S）教授で、コング氏の講演の司会を務めたカイル・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」のアプローチによく合致しているという。「リチャードは、スズを使って化学反応を改良するというアイデアを持っていたが、それは私の想定外だった」とランカスター氏は語った。「彼は、マスコミでよく話題になっている二酸化炭素を選択的に、より価値のあるものに変換できる触媒を開発したのだ。」
コング氏とその共同研究者らは最近、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とは言えませんが、当社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。「このようにして、なぜ触媒によって反応速度が異なるのか、なぜ一部の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。触媒のパラメーターを調整し、何が反応速度を速めるのかを理解しようと試みることができます。なぜなら、反応速度が速ければ速いほど、性能も向上し、分子の生成速度も速くなるからです。」
コング氏はクラルマン・フェローとして、水路に有害な形で浸透する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換する取り組みも行っていると述べた。
コン氏は、アルミニウムやスズなど、地球上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、使用しても持続可能性の問題は生じないだろうと彼は述べた。
「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ついても研究しています」とコング氏は述べた。「1つのフレームワークに2種類の金属を用いることで、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かを模索しています。」
コング氏は、「森林はこれらの金属を保持する化学環境であり、適切な天候に適切な衣服が必要なのと同じように、これらの金属が本来の役割を果たすための潜在能力を引き出す上で非常に重要だ」と述べた。
過去70年間、化学遷移を実現するには単一の金属中心を用いるのが標準であったが、ここ10年ほどで、この分野の化学者たちは、化学的に、あるいは近接して2つの金属を結合させる研究を始めている。まず第一に、コング氏は「自由度が増える」と述べている。
コング氏によると、これらの二金属触媒を用いることで、化学者は金属触媒の長所と短所に基づいて触媒を組み合わせることができるようになるという。例えば、基質との結合力は低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は低いが基質との結合力に優れた別の金属中心と組み合わせることができる。また、2番目の金属の存在は、最初の金属の特性にも影響を与える。
「2つの金属中心の間で、いわゆる相乗効果が得られるようになるのです」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、分子化合物において金属同士がどのように結合するかについては、まだ多くの不明瞭な点があると述べた。彼は、化学そのものの美しさに、得られた結果と同じくらい興奮していた。コング氏は、X線分光法の専門知識を持つ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語った。「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、そしてなぜスズが特に反応性が高く、このような化学反応を起こしやすいのかを理解できました。私たちは彼の主要族元素化学に関する幅広い知識から恩恵を受け、それが研究グループにとって新たな分野への扉を開くことになりました。」
コング氏によれば、すべては基礎化学と研究にかかっており、このアプローチはオープン・クラルマン奨学金によって可能になったという。
「普段は、実験室で反応実験をしたり、コンピューターに向かって分子のシミュレーションを行ったりしています」と彼は語った。「私たちは、化学反応の全体像をできる限り完全に把握しようとしているのです。」