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。彼自身が言うように「プロのサウンドエンジニア」としての仕事において、彼は自身の体内で生じる反応だけでなく、新たな反応を引き起こすことにも関心を持っています。
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。」
コング氏と彼の同僚たちは、彼らが望む反応を誘導する触媒を設計し、それが実現しました。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、コングの教授でもあるカイル・ランカスター氏によると、コングのアプローチはランカスター研究室の「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語る。「スズは二酸化炭素をより価値の高いものへと選択的に変換する触媒であり、二酸化炭素は多くの悪評を浴びています。」
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。
「現時点では最先端の反応性には程遠いですが、私たちのシステムは高度に設定可能です」とコング氏は述べた。「そのため、ある触媒が他の触媒よりも速く作用する理由、ある触媒が本質的に優れている理由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調整し、これらの触媒がなぜ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、触媒が速く作用するほど、より良い結果が得られるからです。つまり、より速く分子を生成できるのです。」
クラーマンフェローとして、コング氏はまた、水路に有毒に浸透する一般的な肥料である硝酸塩を環境から無害なものに変換する作業にも取り組んでいる、と彼は言う。
コング氏は、アルミニウムやスズといったありふれた地球上の金属を触媒として実験した。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と彼は述べた。
「これらの金属2種類が相互作用する触媒の作り方も研究しています」とコング氏は述べた。「こ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疑問が得られるのでしょうか？」「化学反応でしょうか？」
コング氏によれば、足場とはこれらの金属が存在する化学環境のことである。
過去70年間、化学変換を達成するには単一の金属中心を使用するのが標準でしたが、ここ10年ほどで、この分野の化学者は、化学的に結合した、または隣接する2つの金属間の相乗的な相互作用を研究し始めました。コング氏は、「これにより、より多くの自由度が得られます」と述べました。
これらの二金属触媒により、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、基質へ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への結合は優れた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、実にユニークで素晴らしい反応が生まれ始めています。」
コング氏は、金属が分子状でどのように互いに結合するのかについては、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。コング氏はランカスター大学の研究室に招聘されたのは、同大学のX線分光法の専門知識を得るためだった。
「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、リチャードは内部構造を理解し、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。私たちは、彼の主要族化学に関する豊富な知識から恩恵を受けており、それが新たな分野を開拓したのです。」
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・クラーマン・フェローシップによって可能になったとコング氏は語った。
「通常は、実験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ます」と彼は言った。「私たちは、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。」