研究探索化学变化的内部运作

对于未经训练的人来说，催化几乎就像炼金术：通过引入一种试剂——催化剂——化学键被重塑，将一种物质变成其他东西。

催化作用广泛，从工业到药物制造。但它究竟是如何工作的仍然知之甚少。

这就是宾厄姆顿大学化学助理教授 Jennifer Hirschi 正在努力解开的谜团。她最近从国家普通医学科学研究所获得了 193 万美元的最大化研究者研究奖 (MIRA R35)，以研究催化反应所涉及的机制。

“具体来说，我关心化学转化中化学键是如何形成和断裂的。如果我们真的能理解这一点，那么我们就可以学习如何开发新的转化和催化剂以及改变化学选择性，”她说。

Hirschi 于 2020 年通过 SUNY 的促进招聘、机会、多样性、包容性和增长 (PRODiG)计划加入大学，该计划旨在到 2030 年从代表性不足的群体中聘请 1,000 名教授。这些历史上代表性不足的群体包括黑人、拉丁裔、美洲原住民、所有领域的阿拉斯加原住民和太平洋岛屿社区，以及科学、技术、工程和数学领域的所有种族和民族的女性。

去年，Hirschi 与加州理工学院的诺贝尔奖获得者化学工程师 Frances Arnold 发表了两篇关于生物催化的学术论文。在博士后研究助理 Sharath Chandra-Mallojjala 的帮助下，MIRA R35 资助将允许她继续研究生物催化和光氧化还原催化。

化学与可持续性

作为动力学同位素效应方面的专家，Hirschi 的研究将化学的实验和计算两端结合在一起，以了解催化过程如何在原子水平上工作以及如何改进它。

“在制药行业，他们能够采用常见的原料化学品并将其转化为高价值的药物，”她解释道。

Hirschi 实验室的研究特别关注两种类型的催化：光氧化还原催化，其中化学变化是通过使用蓝光激发的，以及生物催化，这是由工程酶促进的。事实证明，蓝光会发出适量的能量来激活化学键。

两者都是传统催化剂的更可持续替代品，传统催化剂通常由钯和铂等重金属组成。只有一个问题：没有人真正了解这些新型催化剂的工作机制。

事实上，基础有机化学背后的机理仍在积极研究中。两年前，当 Hirschi 开始研究光氧化还原催化和生物催化背后的机制时，它在很大程度上是一个开放的领域。

了解这些反应背后的机制可能使未来的研究人员能够更好地塑造化学，并将其应用于药物开发和工业。由于它们依赖于光和酶，这些新形式的催化也可能有益于环境，这是化学界日益关注的一个领域。

“工业的主要过程涉及重金属催化，但重金属总有一天会耗尽;我们没有无限量的钯，”Hirschi 解释说。“我们必须弄清楚如何以其他方式做到这一点。”