반응성 높아 원자 전자 뺏고, 다른 화합물로 전환 가능
환경·산업 분야에서 요긴한 촉매 기술 될 것
(내외방송=정지원 기자) 유독성 물질의 독성을 약하게 만드는 등 산업계에서 멀티플레이어로 활약할 수 있는 물질이 개발됐다.
강하게 겹합(결합)된 원자를 분해해서 다른 화합물로 전환이 가능하면 다양한 산업 공정에서 무궁무진하게 사용될 수 있다고 알려졌다. 이를 가능하게 하려면 화합물에서 전자를 뺏어오는 능력인 '산화력'이 우수한 물질이 필요한데, UNIST(울산과학기술원) 연구팀이 해결책을 제시했다.
최근 조재흥 화학과 교수 연구팀은 12각의 고리로 이뤄진 거대고리 '피리디노판'의 배위(공유결합에 참여하지 못하는 비공유 전자쌍이 제공하는 결합) 시스템을 활용해 새로운 '망간(Mn)-플루오린(F) 촉매' 합성에 성공했다.
'망간-플루오린 촉매'를 활용하면 유독성 물질인 '톨루엔 유도체'가 전자를 쉽게 잃도록 만들어 산화 반응을 유도할 수 있다. 톨루엔은 강한 탄소-수소 결합을 하고 있으며 무색의 휘발성 액체로 악취가 나는 특징이 있다.
이에 따라 톨루엔 유도체(유사한 화합물)가 고농도로 노출되면 건강에 부정적인 영향을 미치는데, 새로 개발된 촉매로 독성을 약화시킬 수 있는 것이다.
망간-플루오린 촉매가 독성을 약화할 수 있는 결정적인 요인은 환원 전위(어떤 물질이 전자를 받고 환원되려는 경향)가 높기 때문이다.
독성 위험에도 불구하고 탄소-수소 결합 물질을 활용하는 것은 다양한 금속효소를 모방해 경제적인 금속 촉매를 만들기 위한 생체 모사 연구가 활발히 진행되고 있어서다.
지금까지 보고된 겹합 원자들을 분해해 다른 화합물로 전환시키는 반응성이 높은 물질은 '금속-할라이드(할로젠 원자) 종'이다.
연구팀은 금속 물질인 망간과 할로젠 원자인 플루오린을 새롭게 합성했으며 개발된 촉매로 각종 화합물의 전자적 환경을 조절해 변화된 반응 속도를 확인했다. 확인 결과, 이 촉매는 높은 효율로 톨루엔 유도체를 산화시킬 수 있었으며 기존 금속-할라이드 종에서는 관찰할 수 없었던 최초 반응이다.
(아랫줄 오른쪽부터)정동현, 이유정 연구원.(사진=UNIST)
조 교수는 "합성 화학뿐만 아니라 환경과 산업 분야에서도 중요한 금속 촉매 개발이 될 수 있을 것"이라고 말했다.
정동현, 이유정 연구원이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 '미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Synthesis, Characterization, and Reactivity of a Highly Oxidative Mononuclear Manganese(Ⅳ)-Bis(Fluoro) Complex).
