화석연료 사용 시 발생하는 '안트라센'...대기오염·발암 유발 물질
전자 전달 반응 원리, 마커스 이론 통해 분석
(내외방송=정지원 과학전문 기자) 화석연료 등을 사용할 때 발생하는 유독물질을 친환경적으로 분해할 수 있는 방법이 개발돼 환경과 산업 분야에 큰 도움이 될 것으로 보인다.
UNIST(울산과학기술대학교)는 28일 '내외방송'에 보낸 자료에서 "조재흥 화학과 교수 연구팀이 금속-활성산소 종의 하나인 '망간-하이드록소 종'이 유독성의 방향족(고리 모양으로 형성된 화합물) 탄화수소인 '안트라센'을 분해한다는 것과 이 반응이 전자 전달 원리에 따른 것이라는 점을 규명했다"고 밝혔다.
사람 몸에 존재하는 금속 효소와 활성산소가 만나 이뤄진 '금속-활성산소 종'을 이용하기 때문에 친환경적이다.
이 방법은 인체나 환경에 해로운 유기 물질(탄소 화합물)을 분해하는 금속 촉매(반응 속도를 증가시켜 주는 물질) 개발에 도움이 될 전망이다.
안트라센은 석탄이나 타르 같은 연료를 사용하는 산업시설이나 화석연료를 사용하는 자동차 배출가스에서 많이 발생하며, 공기 중에 섞이면 대기오염을 유발한다.
생체 내에서도 유전자 독성을 갖고 돌연변이를 유발한다는 발암 물질로 알려졌다.
안트라센은 벤젠(6개 탄소가 정육각형 평면을 이루며 각 탄소에는 하나의 수소가 결합) 고리 3개로 이뤄진 다환(1분자 속에 2개 이상의 고리 함유하는 화합물) 방향족 탄화수소로 용해도(용매 100g에 녹을 수 있는 물질 g 수)가 낮고 화학적으로 안정적이다.
이를 분해하려면 높은 온도와 압력이 필요한데, 연구팀은 저온에서 안트라센을 분해할 수 있는 촉매를 설계하는 데 성공했다.
제1저자인 이유정 박사과정은 "방향족 탄화수소 중 탈취제로 쓰이는 나프탈렌은 매우 안정적인데, 자연계의 금속 효소인 '나프탈렌 이산화효소'가 작용하면 쉽게 분해된다"고 설명했다.
이를 모방해 다환 방향족 탄화수소를 분해할 수 있는 촉매 물질을 설계해 높은 온도와 압력 조건이 아니어도 분해할 방법을 찾은 것이다.
금속 효소는 산소와 전자를 이용해 '금속-활성산소 중간체'를 형성하고, 이 중간체가 분해 반응에 직접 관여한다.
연구팀은 요오도소 벤젠을 통해 망간-하이드록소 종을 합성하고, 이 물질이 전자 전달 반응으로 안트라센의 분해 반응에 관여하는 과정을 규명했다.
조 교수는 "생체 모방 화학을 통해 합성한 망간-하이드록소 종의 높은 환원 전위 특성을 통해 환경오염물질인 안트라센을 저온에서 분해하고, 전자 전달 반응 원리를 마커스 이론(전자 전달 반응 속도를 설명하는 화학 물리학적 이론)을 통해 처음 분석했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.
이 연구는 한국연구재단 등의 지원으로 수행됐으며 화학 분야 국제학술지인 '미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)'에 최근 발표됐다(논문명: Aliphatic and Aromatic C-H Bond Oxidation by High-Valent Manganese(Ⅳ)-Hydroxo Species).
