신기루처럼 사라지는 화학반응 중간체 순간포착
신기루처럼 사라지는 화학반응 중간체 순간포착
국내 연구진이 촉매 반응 중간체의 모습을 촬영하는 데 성공했다.
화학 반응 에너지를 줄여주는 촉매는 반응이 효율적으로 일어날 수 있는 중간체를 거쳐 필요한 물질을 더 저렴하게 만들도록 돕는다.
이번에 확인된 중간체를 분석하면 기존보다 효율적인 촉매를 개발할 수 있을 것으로 기대를 모은다.
장석복 기초과학연구원(IBS) 분자활성 촉매반응 연구단 단장이 이끄는 연구진은 탄화수소를 질소화합물로 바꾸는 화학반응에서
빠른 시간에 사라지는 중간체를 포착했다고 21일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스’에 공개됐다.
질소화합물은 의약품의 90% 가량에 들어 있을 정도로 생리 활성을 촉진하는 데 중요한 물질이다.
제약뿐 아니라 소재, 재료 분야에서도 중요한 재료로 활용된다.
질소화합물을 만들 때는 탄화수소를 이용한 질소화 반응(아민화 반응)을 사용한다.
이 반응의 효율을 높이는 촉매는 최근 화학자들의 주요 관심사 중 하나다.
IBS 연구진은 2018년 다이옥사졸론과 이리듐 촉매를 활용해 탄화수소로 락탐을 합성하는 촉매를 개발했다.
락탐은 의약품의 생산에 사용되는 물질이다. 아민화 반응을 유도하는 핵심 중간체가 ‘전이 금속-나이트렌’이라는 분석도 내놨다.
중간체의 구조를 정확히 파악하면 효율성이 높은 촉매를 만들 수 있는 만큼 전 세계 120여개 연구진이 전이금속-나이트렌 중간체 연구를 시작했다.
그러나 계산화학적으로 구조를 파악할 수 있을 뿐 실제 그 모습을 관찰하지는 못하는 상황이다.
대부분 촉매반응은 용액 상태에서 일어난다
용액의 분자들은 끊임없이 다른 분자와 상호작용하기 때문에 전이금속-나이트렌과 같이 빠르게 반응하고 사라지는 중간체를 규명하는 일은 매우 어렵다.
연구진은 이 한계를 극복하기 위해 고체 상태에서 분자 구조의 변화를 추적하는 방법을 사용했다.
전이금속인 로듐을 기반으로 촉매를 만들고 분자 구조를 단결정 엑스선(X-ray) 광 결정학 분석법으로 관측했다.
관측 결과 로듐-아실나이트렌 중간체의 구조와 성질은 물론 다른 분자와 반응하는 과정을 확인했다.
마치 카메라로 순간적인 변화 장면을 포착하듯 화학 반응의 순간을 촬영한 것이다.
장석복 단장은 “그간 입증된 적 없는 아민화 반응의 핵심 중간체의 모습을 처음으로 공개했다”며
“로듐-아실나이트렌 중간체의 구조와 친전자성 반응성을 바탕으로 여러 산업에서 쓰이는 차세대 촉매 반응을 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.
일본 미쓰비시(三菱)조선과 중국 다롄(大連)선박중공업그룹도 LCO₂ 운반선 건조를 시작했다.
다만 미쓰비스조선의 LCO₂ 운반선은 크기가 1450㎥급으로 초소형인 데다가 시험용이다.
다롄선박중공업그룹의 LCO₂ 운반선 역시 크기가 7500㎥급 소형이고, 연구 목적이다.
HD한국조선해양 관계자는 “이번에 수주한 LCO₂ 운반선은 지금까지 발주가 이뤄진 것 중에 가장 크고, 첫 상업용이라는 데 의미가 있다”고 말했다.
LCO₂ 운반선은 탄소중립의 한 축인 CCS(Carbon Capture & Storage, 탄소 포집·저장)와 맞물려 주목받고 있다.
CCS는 육상에서 포집한 탄소를 해상에 채굴이 끝난 유정이나 가스전에 주입하는 것이다.
CCS 규모가 커질수록 탄소를 옮길 LCO₂ 운반선의 수요도 늘어난다.
