Mae adweithiau cemegol yn digwydd o'n cwmpas drwy'r amser—yn amlwg pan fyddwch chi'n meddwl amdano, ond faint ohonom sy'n ei wneud pan fyddwn ni'n cychwyn car, yn berwi wy, neu'n ffrwythloni ein lawnt?
Mae'r arbenigwr catalysis cemegol Richard Kong wedi bod yn meddwl am adweithiau cemegol. Yn ei waith fel "peiriannydd sain proffesiynol", fel y mae ef ei hun yn ei ddweud, mae ganddo ddiddordeb nid yn unig yn yr adweithiau sy'n codi ynddo'i hun, ond hefyd mewn ysgogi rhai newydd.
Fel Cymrawd Klarman mewn Cemeg a Bioleg Gemegol yng Ngholeg y Celfyddydau a'r Gwyddorau, mae Kong yn gweithio i ddatblygu catalyddion sy'n gyrru adweithiau cemegol i ganlyniadau dymunol, gan greu cynhyrchion diogel a hyd yn oed â gwerth ychwanegol, gan gynnwys y rhai a all gael effaith gadarnhaol ar iechyd person. Dydd Mercher.
“Mae nifer sylweddol o adweithiau cemegol yn digwydd heb gymorth,” meddai Kong, gan gyfeirio at ryddhau carbon deuocsid pan fydd ceir yn llosgi tanwyddau ffosil. “Ond nid yw adweithiau cemegol mwy cymhleth yn digwydd yn awtomatig. Dyma lle mae catalysis cemegol yn dod i rym.”
Cynlluniodd Kong a'i gydweithwyr gatalydd i gyfeirio'r adwaith yr oeddent ei eisiau, ac fe ddigwyddodd. Er enghraifft, gellir trosi carbon deuocsid yn asid fformig, methanol, neu fformaldehyd trwy ddewis y catalydd cywir ac arbrofi gyda'r amodau adwaith.
Yn ôl Kyle Lancaster, athro cemeg a bioleg gemegol (A&S) ac athro Kong, mae dull Kong yn cyd-fynd yn dda â dull “darganfyddiadau-arweiniol” labordy Lancaster. “Cafodd Richard y syniad o ddefnyddio tun i wella ei gemeg, nad oedd erioed yn fy sgript i,” meddai Lancaster. “Mae’n gatalydd ar gyfer trosi carbon deuocsid yn ddetholus yn rhywbeth mwy gwerthfawr, ac mae carbon deuocsid yn cael llawer o sylw drwg yn y wasg.”
Yn ddiweddar, darganfu Kong a'i gydweithwyr system a all, o dan rai amodau, drosi carbon deuocsid yn asid fformig.
“Er nad ydym yn agos at adweithedd o’r radd flaenaf ar hyn o bryd, mae ein system yn hawdd ei ffurfweddu,” meddai Kong. “Felly gallwn ddechrau deall yn ddyfnach pam mae rhai catalyddion yn gweithio’n gyflymach nag eraill, pam mae rhai catalyddion yn gynhenid ​​well. Gallwn addasu paramedrau’r catalyddion a cheisio deall beth sy’n gwneud i’r pethau hyn weithio’n gyflymach, oherwydd po gyflymaf y maent yn gweithio, y gorau – gallwch greu moleciwlau’n gyflymach.”
Fel Cymrawd Klarman, mae Kong hefyd yn gweithio i drosi nitradau, gwrteithiau cyffredin sy'n treiddio'n wenwynig i ddyfrffyrdd, o'r amgylchedd yn rhywbeth diniwed, meddai.
Arbrofodd Kong gyda metelau cyffredin fel alwminiwm a thun fel catalyddion. Mae'r metelau'n rhad, yn ddiwenwyn ac yn doreithiog yng nghramen y ddaear, felly ni fydd eu defnyddio'n peri problemau cynaliadwyedd, meddai.
“Rydym hefyd yn darganfod sut i wneud catalyddion lle mae dau o’r metelau hyn yn rhyngweithio â’i gilydd,” meddai Kong. “Drwy ddefnyddio dau fetel yn y fframwaith, pa fath o adweithiau a chwestiynau diddorol allwn ni eu cael o systemau bimetallig?” “adwaith cemegol?”
Yn ôl Kong, sgaffaldiau yw'r amgylchedd cemegol lle mae'r metelau hyn yn byw.
Am y 70 mlynedd diwethaf, y norm fu defnyddio un ganolfan fetel i gyflawni trawsnewidiadau cemegol, ond yn ystod y degawd diwethaf neu fwy, mae cemegwyr yn y maes wedi dechrau archwilio rhyngweithiadau synergaidd rhwng dau fetel sydd wedi'u bondio'n gemegol neu'n gyfagos. , meddai Kong, “Mae'n rhoi mwy o raddau o ryddid i chi.”
Mae'r catalyddion bimetallig hyn yn rhoi'r gallu i gemegwyr gyfuno catalyddion metel yn seiliedig ar eu cryfderau a'u gwendidau, meddai Kong. Er enghraifft, gall canol metel sy'n rhwymo'n wael i swbstradau ond sy'n torri bondiau'n dda weithio gyda chanol metel arall sy'n torri bondiau'n wael ond sy'n rhwymo'n dda i swbstradau. Mae presenoldeb yr ail fetel hefyd yn effeithio ar briodweddau'r metel cyntaf.
“Gallwch chi ddechrau cael yr hyn rydyn ni’n ei alw’n effaith synergaidd rhwng y ddau ganolfan fetel,” meddai Kong. “Mae rhai adweithiau gwirioneddol unigryw a rhyfeddol yn dechrau dod i’r amlwg ym maes catalysis bimetallig.”
Dywedodd Kong fod llawer o ansicrwydd o hyd ynghylch sut mae metelau'n bondio i'w gilydd mewn ffurfiau moleciwlaidd. Roedd yr un mor gyffrous gan harddwch y gemeg ei hun ag yr oedd gan y canlyniadau. Daethpwyd â Kong i labordy Lancaster oherwydd eu harbenigedd mewn sbectrosgopeg pelydr-X.
“Mae’n symbiosis,” meddai Lancaster. “Helpodd sbectrosgopeg pelydr-X Richard i ddeall beth oedd o dan y cwfl a beth a wnaeth tun yn arbennig o adweithiol ac yn gallu gwneud yr adwaith cemegol hwn. Rydym yn elwa o’i wybodaeth helaeth am gemeg grwpiau mawr, sydd wedi agor mewn maes newydd.”
Mae'r cyfan yn dibynnu ar gemeg ac ymchwil sylfaenol, dull a wnaed yn bosibl gan Gymrodoriaeth Klarman Agored, meddai Kong.
“Fel arfer, gallaf redeg yr adwaith yn y labordy neu eistedd wrth y cyfrifiadur yn efelychu’r moleciwl,” meddai. “Rydym yn ceisio cael darlun mor gyflawn â phosibl o weithgarwch cemegol.”