תגובות כימיות מתרחשות סביבנו כל הזמן - ברור מאליו כשחושבים על זה, אבל כמה מאיתנו עושים את זה כשאנחנו מניעים מכונית, מרתיחים ביצה או מדשנים את הדשא שלנו?
מומחה הקטליזה הכימית ריצ'רד קונג חשב על תגובות כימיות. בעבודתו כ"מהנדס סאונד מקצועי", כפי שהוא עצמו מגדיר זאת, הוא מתעניין לא רק בתגובות שמתעוררות בו, אלא גם ביצירת תגובות חדשות.
כעמית קלרמן בכימיה וביולוגיה כימית במכללה לאמנויות ומדעים, קונג עובד על פיתוח זרזים המניעים תגובות כימיות להשגת התוצאות הרצויות, ויוצר מוצרים בטוחים ואף בעלי ערך מוסף, כולל כאלה שיכולים להשפיע לטובה על בריאות האדם. יום רביעי.
"כמות משמעותית של תגובות כימיות מתרחשות ללא עזרה", אמר קונג, בהתייחסו לשחרור פחמן דו-חמצני כאשר מכוניות שורפות דלקים מאובנים. "אבל תגובות כימיות מורכבות ומורכבות יותר אינן מתרחשות באופן אוטומטי. כאן נכנסת לתמונה קטליזה כימית."
קונג ועמיתיו תכננו זרז שיכוון את התגובה שרצו, וזה קרה. לדוגמה, ניתן להמיר פחמן דו-חמצני לחומצה פורמית, מתנול או פורמלדהיד על ידי בחירת הזרז הנכון וניסויים בתנאי התגובה.
לדברי קייל לנקסטר, פרופסור לכימיה וביולוגיה כימית (A&S) ופרופסור בקונג, גישתו של קונג משתלבת היטב עם הגישה "מונעת הגילוי" של המעבדה של לנקסטר. "לריצ'רד היה רעיון להשתמש בפח כדי לשפר את הכימיה שלו, דבר שמעולם לא היה בתסריט שלי", אמר לנקסטר. "זהו זרז להמרה סלקטיבית של פחמן דו-חמצני למשהו בעל ערך רב יותר, ופחמן דו-חמצני מקבל הרבה ביקורת שלילית".
קונג ועמיתיו גילו לאחרונה מערכת שיכולה, בתנאים מסוימים, להמיר פחמן דו-חמצני לחומצה פורמית.
"בעוד שאנחנו לא קרובים כרגע לרמת הריאקטיביות המתקדמת ביותר, המערכת שלנו ניתנת להגדרה רבה", אמר קונג. "כך שנוכל להתחיל להבין לעומק מדוע זרזים מסוימים פועלים מהר יותר מאחרים, מדוע זרזים מסוימים טובים יותר מטבעם. אנחנו יכולים לכוונן את הפרמטרים של הזרזים ולנסות להבין מה גורם לדברים האלה לעבוד מהר יותר, כי ככל שהם פועלים מהר יותר, כך ייטב - אפשר ליצור מולקולות מהר יותר."
כעמית קלרמן, קונג עובד גם על המרת ניטרטים, דשנים נפוצים המחלחלים בצורה רעילה לנתיבי מים, מהסביבה למשהו לא מזיק, הוא אומר.
קונג ערך ניסויים עם מתכות אדמה נפוצות כמו אלומיניום ובדיל כזרזים. המתכות זולות, אינן רעילות ונמצאות בשפע בקרום כדור הארץ, כך שהשימוש בהן לא יהווה בעיות קיימות, הוא אמר.
"אנחנו גם חוקרים כיצד לייצר זרזים שבהם שתיים מהמתכות הללו מקיימות אינטראקציה זו עם זו", אמר קונג. "באמצעות שתי מתכות במסגרת, אילו סוגי תגובות ושאלות מעניינות נוכל לקבל ממערכות דו-מתכתיות?" "תגובה כימית"?
לדברי קונג, פיגומים הם הסביבה הכימית שבה שוכנות מתכות אלו.
במשך 70 השנים האחרונות, הנורמה הייתה להשתמש במרכז מתכת יחיד כדי להשיג טרנספורמציות כימיות, אך בעשור האחרון בערך, כימאים בתחום החלו לחקור אינטראקציות סינרגטיות בין שתי מתכות הקשורות כימית או רציפות. קונג אמר, "זה נותן לך יותר דרגות חופש."
קונג אומר כי הזרזים הבי-מתכתיים הללו מעניקים לכימאים את היכולת לשלב זרזים מתכתיים על סמך נקודות החוזק והחולשה שלהם. לדוגמה, מרכז מתכת שנקשר בצורה גרועה למצעים אך שובר קשרים היטב יכול לעבוד עם מרכז מתכת אחר ששובר קשרים בצורה גרועה אך נקשר היטב למצעים. נוכחות המתכת השנייה משפיעה גם על תכונות המתכת הראשונה.
"אפשר להתחיל לקבל את מה שאנחנו מכנים אפקט סינרגטי בין שני מרכזי המתכת", אמר קונג. "כמה תגובות ייחודיות ונפלאות באמת מתחילות לצוץ בתחום הקטליזה הבי-מתכתית."
קונג אמר שעדיין קיימת אי ודאות רבה לגבי האופן שבו מתכות נקשרות זו לזו בצורות מולקולריות. הוא התרגש מיופייה של הכימיה עצמה לא פחות מהתוצאות. קונג הובא למעבדה של לנקסטר בשל המומחיות שלהם בספקטרוסקופיית קרני רנטגן.
"זוהי סימביוזה", אמר לנקסטר. "ספקטרוסקופיית קרני רנטגן עזרה לריצ'רד להבין מה מסתתר מתחת למכסה המנוע ומה הפך את הבדיל לראקטיבי במיוחד ומסוגל לתגובה כימית זו. אנו נהנים מהידע הנרחב שלו בכימיה של קבוצות עיקריות, שנפתח בפנינו תחום חדש."
הכל מסתכם בכימיה בסיסית ומחקר, גישה שהתאפשרה הודות למלגת קלרמן הפתוחה, אמר קונג.
"בדרך כלל אני יכול להריץ את התגובה במעבדה או לשבת מול המחשב ולדמות את המולקולה", הוא אמר. "אנחנו מנסים לקבל תמונה מלאה ככל האפשר של הפעילות הכימית".