국내 연구진이 루테늄카르보닐 전이금속촉매를 사용해 분자내 탄소와 수소결합을 활성화하고 석유화학에서 대량으로 얻을 수 있는 불포화합물에 선택적으로 결합시키는 새로운 반응을 개발했다. 한국과학기술원 화학과 장석복 교수팀은 다양한 석유산업 생성물의 탄소와 수소결합을 활성화시키고 이를 고부가가치의 유용한 화합물로 변환시켜 대량으로 얻을 수 있는 연구를 주도하고 있다. 장석복 교수팀이 개발한 반응은 분자내의 기본결합인 탄소와 수소간의 결합을 소량의 전이금속화합물을 촉매로 사용해 활성화시킨 후 이를 불포화 화합물에 매우 높은 선택성을 부여하며 첨가시키는 반응이다. 효율적인 탄소와 수소 결합의 활성화 촉매계를 개발하고 이를 이용해 선택적인 탄소-탄소 결합형성반응을 개발하기 위해 대표적인 탄소 수소 결합을 다양한 촉매를 스크리닝해 루테니움(Ru)이 주어진 조건에서 실험한 결과, 매우 뛰어난 활성도를 가지고 있음을 발견했다. 루테니움의 활성도가 높아 반응기질에 대해 5%미만만 사용해도 원하는 반응을 100% 수행할 수 있음을 알 수 있었으며 ,생성물의 분포가 매우 높은 선택성을 보임을 확인했다. 연구에 따라 지금까지 독성이 매우 높은 일산화탄소를 이용해 고압상태에서만 도출이 가능했던 유기반응을 일산화탄소를 사용하지 않고 수율 90% 이상에 도달할 수 있으며, 선택적 반응률도 현재까지 50%에 머물렀던 것을 99% 이상 거의 완벽한 수준으로 향상시키는 등 획기적인 것으로 인정받고 있다. 탄소와 수소사이의 결합을 활성화시켜 끊고 이것에 새로운 결합을 도입해 고부가가치를 지닌 화합물을 얻을 수 있도록 하는 프로세스의 개발은 대단히 중요하며 경제적인 창출효과가 뛰어난 분야이기 때문이다. 전세계 수많은 유기화학자 및 무기화학자 들에 의해 오랫동안 시도돼 왔으나 반응을 탄소-수소결합 활성화 및 새로운 결합형성방법을 이용해 공업적으로 적용하지는 못하고 있다. 따라서 가장 기본적인 탄소와 수소결합의 촉매적인 활성화 및 이를 이용한 고부가가치의 탄소-탄소 결합생성반응은 학문적인 호기심 뿐만 아니라 산업적인 응용성을 가질 수 있는 화학의 핵심적인 기술로 발전될 가능성이 매우 큰 것으로 평가되고 있다. 따라서 앞으로 이 반응을 이용해 석유화학산업에 적용하면 저렴하게 얻을 수 있는 대량의 화합물이 고부가가치를 주는 물질로 변환될 수도 있어 엄청난 부가가치를 창출할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 화학결합의 가장 기본적인 것이 탄소와 수소간의 결합이므로 이를 효율적이며 촉매적으로 활성화시킬 수 있는 방법은 매우 중요하며 경제적으로도 부가가치가 높은 화합물울 생산할 수 있는 기초적인 기술로 발전시킬 수 있다. 따라서 개발된 탄소와 수소 결합의 촉매적 활성화 및 이를 이용한 선택적인 탄소의 결합형성반응은 산업적인 프로세스로 개발 될 수 있는 가능성을 지니고 있다. 불포화화합물은 석유산업에서 저렴하게 대량으로 얻을 수 있기 때문에 이러한 분자의 선택이며 효율적인 변환은 고부가가치의 생성물을 얻기 위해 매우 중요한데 본 연구에서 개발된 촉매 시스템은 이러한 반응을 이끌어 낼 수 있는 가능성을 지닌다는 점에서 매우 획기적이며 따라서 전 세계적으로 많은 응용 예가 곧 제시될 것으로 예상된다. 연구성과는 미국, 일본, 유럽등 선진국의 화학자들에 의해 독점됐던 촉매 개발분야가 국내 과학자에 의해 더 월등한 결과를 얻었다는 점에서 학문적인 진보를 촉진시켰을 뿐만 아니라 석유산업 및 관련 분야의 응용성을 보다 넓혔다는 데 그 의의가 있다. 한편, 연구결과는 2002년 2월 미국화학회에서 발간하는 세계 최정상 학술지 JACS(Journal of the American Chemical Society)에서 연구의 새로운 장을 추가할 수 있는 뛰어난 과학적 업적이라는 평가와 함께 발표돼 국내외 관련학계의 이목을 집중시키고 있다. <Chemical Daily News 2002/03/18> |
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