금속-리간드 협동성 활용해 반응 촉진
독성가스인 포스겐을 사용하지 않고 폴리우레탄의 전구체를 합성하는 방법이 제시됐다.
한국과학기술원(KAIST) 연구팀이 이소시아네이트를 합성하는 새로운 촉매법을 개발했다고 한국연구재단dl 1일 밝혔다.
폴리우레탄은 플라스틱의 일종으로, 합성섬유, 페인트 등 산업적 활용 범위가 넓다. 폴리우레탄의 전구체로 쓰이는 이소시아네이트 역시 연간 소비량이 많다. 그러나 이를 생산하기 위한 기존 산업공정에서 독성가스인 포스겐을 활용하기 때문에 그 유해성이 문제시되었다.
연구팀은 금속-리간드*의 협동성을 발견하고, 이를 이용해 포스겐 사용을 대체할 수 있는 이소시아네이트 합성법을 보고했다.
'리간드'는 착물에서 중심원자를 둘러싸 결합되어 있는 이온 또는 분자의 총칭이다.
금속-리간드 협동성은 3개의 인 원자로 구성된 PPP 리간드가 금속 물질의 화학반응에 직접 참여하는 것이다. 연구팀은 이를 적용해 금속인 니켈과 리간드인 아마이드를 반응시켰다. 여기에 일산화탄소 반응을 더하면 이소시아네이트가 형성된다.
금속-리간드 협동성에서 금속의 산화 상태가 변화함에 따라 인 화합물(phosphide) 기반의 라디칼이 형성되고, 이들이 P-P 결합을 형성한다. 이렇게 형성된 이종핵 금속 착물은 결합력이 약한 것이 특징이다. 균일 분해되어 또 다른 라디칼 종을 형성하는데, 이를 촉매로 이용하면 다양한 화학종의 결합 활성 및 절단이 가능하다.
라디칼은 짝지어지지 않은 하나의 전자(홀전자)를 갖는 화학종. 전자가 짝을 이루지 않은 상태로 존재하여 반응성이 매우 높다.
이윤호 교수는 “우리 연구실에서 규명한 금속-리간드 협동성을 활용해, 저온·저압 조건에서 이소시아네이트를 합성할 수 있는 새로운 촉매법을 개발했다”면서 ”추후 이소시아네이트 기반 산업 및 일산화탄소 기반의 반응 공정 및 촉매 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다“고 연구의의를 설명했다.
이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 C1가스리파이너리사업 지원으로 수행되었으며, 화학분야 국제학술지 앙게반테 케미(Angewandte Chemie) 9월 7일자 논문으로 게재됐다.
seokjang@fnnews.com 조석장 기자
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