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、化学反応について長年考えを巡らせてきた。彼自身が言うところの「プロの音響エンジニア」としての仕事において、彼は自身の体内で起こる反応だけでなく、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。」
コング氏らは、目的とする反応を誘導する触媒を設計し、実際に反応が起こった。例えば、適切な触媒を選び、反応条件を調整することで、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、コング氏の指導教官でもあるカイル・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しているという。「リチャードは、化学反応を改良するためにスズを使うというアイデアを持っていたが、それは私の計画にはなかったことだ」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あるものへと選択的に変換する触媒であり、二酸化炭素はとかく悪評がつきまとうものだからね。」
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。
「現時点では最先端の反応性には遠く及ばないものの、当社のシステムは高度に構成変更可能です」とコング氏は述べた。「そのため、なぜ触媒によって反応速度が異なるのか、なぜ本質的に優れた触媒が存在す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良いからです。つまり、より速く分子を生成できるのです。」
コング氏はクラルマン・フェローとして、水路に有毒な形で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取り組みも行っていると述べている。
コン氏は、アルミニウムやスズといった一般的な地質金属を触媒として用いる実験を行った。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、これらの金属のうち2つが相互作用する触媒を作る方法も研究しています」とコング氏は述べた。「フレームワークに2つの金属を使用することで、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でしょうか？」「化学反応？」
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的環境のことである。
過去 70 年間、化学変換を実現するには単一の金属中心を使用するのが一般的でしたが、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探求し始めました。 Kong 氏は、「それはより多くの自由度を与えてくれます」と述べています。
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現れ始めるのです」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いくつか現れ始めています。」
コング氏は、金属が分子の形で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、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大学の研究室に招かれた。
「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、リチャードは内部構造を理解し、スズがなぜ特に反応性が高く、このような化学反応を起こしやすいのかを把握することができました。私たちは、彼が持つ主要元素化学に関する幅広い知識から恩恵を受けており、それが新たな分野を開拓することにつながりました。」
コング氏によると、すべては基礎化学と研究に帰着し、オープン・クラルマン・フェローシップによってそれが可能になったのだという。
「通常は実験室で反応を再現するか、コンピューターで分子のシミュレーションを行うかのどちらかです」と彼は述べた。「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ます。」