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부양증발응축법으로 제조된 Ni과 NiC의 자성특성 및 Biginelli 합성 촉매 적용연구
Magnetic Properties and Application of Caltalysts in Biginelli Reaction for the Ni and NiC Synthesized by Levitational Gas Condensation (LGC) 원문보기

韓國磁氣學會誌 = Journal of the Korean Magnetics Society, v.27 no.3, 2017년, pp.87 - 91  

엄영랑 (한국원자력연구원 동위원소연구부)

초록
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물리적 기상합성법인 부양증발가스응축법을 이용하여 분말 제조 장치 내 아르곤(Ar)가스와 메탄($CH_4$)의 비를 조정하여 니켈(Ni) 금속분말과 탄소가 니켈(Ni) 금속 표면에 코팅 된 Ni@C 나노분말을 제조하였다. 제조된 금속분말은 약 20 nm의 평균입도를 가지는 반면, 탄소막이 코팅된 경우 10 nm 정도의 평균 입도를 가지며, 2~3 nm 두께의 그라파이트 다층막(multi-shell graphite)이 표면에 코팅된 분말이 제조되었다. Ni@C는 1 T 가해준 상태에서도 자화값이 포화되지 못하였다. Ni의 경우 표면에 부동태 산화피막(NiO)이 존재한다. 제조된 나노입자심혈관 질환 치료제인 디하이드로미리미딘(3,4-dihydropyrimidine)의 제조시 촉매제로 반응시켰으며, 자성분말 특성을 이용하여 촉매제를 회수하였다. Ni의 경우 S-이성질체(en-antiomer)가 ${\Delta}{\sim}7.4%$ 더 생성 되었으며, Ni@C의 경우 ${\Delta}{\sim}19.6%$였다. 탄소막이 코팅 된 Ni은 재활용 시에도 3,4-DHPM 수득율(yield)이 68 %로 양호하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Carbon-encapsulated Ni and metal Ni nanoparticles were synthesized by levitational gas condensation (LGC). Methane ($CH_4$) gas was used to coat the surface of the Ni nanoparticles. The Ni particles had a core diameter of 10 nm, and were covered by 2~3 nm thin carbon layers with multi-she...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 촉매제는 Lproline과 Ni 그리고 Ni@C 분말을 사용하였다. Urea와 benzaldehyde를 에탄올(EtOH) 용매에 넣고 0.1 g의 Ni 혹은 Ni@C 촉매 분말과 키랄(chiral) 유도체 L-proline를 0.025 mmol 수준으로 함께 넣고 70 oC에서 2시간 일차 반응 시킨 후 ethyl acetoacetate를 넣고 다시 3시간 마이크로웨이브 (microwave)로 반응 하여 dihydropyrimidine(DHPM)을 제조 하였다. 제조 된 물질은 HPLC 컬럼(Chiralcel OD-H)을 사용하여 R-과 S-이성질체를 분리하였다.
  • 부양증발가스응축법을 이용하여 아르곤(Ar)가스와 메탄(CH4 )의 비를 조정하여 니켈(Ni)과 탄소가 코팅 된 Ni@C 나노분 말을 제조하였다. 분말 제조 시 모재의 주입양, 전력, 가스 분압 등의 제조 조건이 일치 한다면, 자화 값 및 보자력이 일정한 값을 얻기 때문에 자성 분말의 제조방법은 최적화가되어 있음을 확인할 수 있었다.
  • 025 mmol 수준으로 함께 넣고 70 oC에서 2시간 일차 반응 시킨 후 ethyl acetoacetate를 넣고 다시 3시간 마이크로웨이브 (microwave)로 반응 하여 dihydropyrimidine(DHPM)을 제조 하였다. 제조 된 물질은 HPLC 컬럼(Chiralcel OD-H)을 사용하여 R-과 S-이성질체를 분리하였다. 사용된 촉매 분말은 전량 회수하여 다시 촉매제로 활용하였다.
  • 분말 제조 시 모재의 주입양, 전력, 가스 분압 등의 제조 조건이 일치 한다면, 자화 값 및 보자력이 일정한 값을 얻기 때문에 자성 분말의 제조방법은 최적화가되어 있음을 확인할 수 있었다. 제조된 나노입자를 심혈관 질환 치료제인 3,4-dihydropyrimidine의 제조시 촉매제로 반응시켰으며, 자성분말 특성을 이용하여 촉매제를 회수하였다. Ni@C의 경우 S-enantiomer가 Δ~19.
  • 본 연구에서는 DHPM을 합성하는데 Ni과 탄소가 표면 코팅된 Ni@C 자성 나노 분말을 촉매제로 이용하였다. 촉매 반응 이후의 나노입자를 전량 회수할 수 있었으며, 재사용 후의 촉매 활성도를 확인하였다.

대상 데이터

  • 43 mm의 Ni 금속 와이어(wire)를 모재로 사용하였다. Ni 분말은 아르곤(Ar) 분위기에서, 탄소가 표면 코팅된 분말 Ni@C는 아르곤(Ar)가스에 10 % 수준의 메탄(CH4 )을 혼합하여 제조하였다. Ar 가스 유속을 2 l/min로 CH4 의 유속은 0.
  • 본 연구에서는 DHPM을 합성하는데 Ni과 탄소가 표면 코팅된 Ni@C 자성 나노 분말을 촉매제로 이용하였다. 촉매 반응 이후의 나노입자를 전량 회수할 수 있었으며, 재사용 후의 촉매 활성도를 확인하였다.
  • 증발-응축법의 일종인 부양증발가스응축법(Levitational Gas Condensation, LGC)은 서로 반대 방향으로 감겨진 두 대의 유도 코일에 전류를 걸어주게 되면 각각의 코일에 서로 다른 방향으로 유도 전류가 생성되고 이로 인해 하부코일 내부에 중력에 대항하는 자기 모멘트를 생성시켜 용융된 seed로 사용된 금속 구를 공중에 부양시킨 상태에서 지속적으로 금속구 표면애서 금속을 증발 응축시켜 분말을 제조하는 방법이다[6, 7]. 분말시료는 0.43 mm의 Ni 금속 와이어(wire)를 모재로 사용하였다. Ni 분말은 아르곤(Ar) 분위기에서, 탄소가 표면 코팅된 분말 Ni@C는 아르곤(Ar)가스에 10 % 수준의 메탄(CH4 )을 혼합하여 제조하였다.
  • 3 mmol)를 시작물질로 사용한다. 촉매제는 Lproline과 Ni 그리고 Ni@C 분말을 사용하였다. Urea와 benzaldehyde를 에탄올(EtOH) 용매에 넣고 0.

이론/모형

  • 시료제조는 비지넬리 반응법을 이용하였다. 비지넬리 반응법은 ethyl acetoacetate(0.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
디하이드로피리미딘이란? 디하이드로피리미딘(dihydropyrimidine, DHPM)은 칼슘 (calcium, Ca) 길항제(channel blocker)의 효능과 박테리아제거, antihypertensive activity 등의 약리학적 특징을 가진물질이다. Biginelli에 의해 알려진 이 합성법은 β-ketoester, aldehyde 그리고 urea 세가지 물질들이 강한 산성에서 응축하여 새로이 하나의 DHPM이라는 물질을 생성하게 되는데 이런 제조과정을 비지넬리(Biginelli)[1] 반응이라 한다.
Biginelli 합성법으로 디하이드로피리미딘을 제조할 경우 생기는 문제점은? Biginelli 합성법으로 DHPM을 제조할 경우. 초기 사용되었던 세 가지 물질들의 양에 비해 새로이 생성되는 양이 매우 적다는 문제가 있다. 때문에 합성 양을 늘리고자 하는 여러 시도가 있었으나 대부분 비싼 시약과 긴 반응시간, 높은 반응온도 그리고 많은 양의 화학양론적인 촉매가 필요하다.
DHPM물질이 생성되는 원리는? 디하이드로피리미딘(dihydropyrimidine, DHPM)은 칼슘 (calcium, Ca) 길항제(channel blocker)의 효능과 박테리아제거, antihypertensive activity 등의 약리학적 특징을 가진물질이다. Biginelli에 의해 알려진 이 합성법은 β-ketoester, aldehyde 그리고 urea 세가지 물질들이 강한 산성에서 응축하여 새로이 하나의 DHPM이라는 물질을 생성하게 되는데 이런 제조과정을 비지넬리(Biginelli)[1] 반응이라 한다. 이와 유사한 합성법으로 디하이드로피리딘(dihydropyridine, DHP)을 생성하는 한젠(Hantzsch)[2] 반응도 있다.
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참고문헌 (13)

  1. J. Barluenga, M. Tomas, A. Ballesteros, and L. A. Lopez, Tetrahedron Lett. 30, 4573 (1989). 

  2. M. C. Wang, C. L. Xu, Y. X. Zou, H. M. Liu, and D. K. Wang, Tetrahedron Lett. 46, 5413 (2005). 

  3. P. Harris and S. C. Tsang, Chem. Phys. Lett. 293, 53 (1998). 

  4. C. O. Kappe, Eur. J. Med. Chem. 35, 1043 (2000). 

  5. L. Qian-rong, X. Song, and Y. Hao, Chem. Res. Chinese U. 22, 40 (2006). 

  6. Y. R. Uhm, C. K. Rhee, J. J. Park, and S.-H. Jun, Res. Chem. Intermed. 39, 3387 (2013). 

  7. Y. Lu, Z. P. Zhu, and Z. Y. Liu, Carbon 43, 367 (2005). 

  8. Y. R. Uhm, H. M. Lee, and C. K. Rhee, IEEE Trans. Magn. 45, 2453 (2009). 

  9. B. S. Han, C. K. Rhee, M. K. Lee, and Y. R. Uhm, IEEE Trans. Magn. 42, 3779 (2000). 

  10. Y. R. Uhm and C. K. Rhee, J. Nanomater. 2013, 1 (2013). 

  11. Y. R. Uhm, H. M. Lee, O. Fedorova, I. Ovchinnikov, M. Valova, G. Rusinov, V. Charushin, and C. K. Rhee, Res. Chem. Intermed. 36, 867 (2010). 

  12. Y. R. Uhm, M. K. Lee, and C. K. Rhee, J. Korean Powder Metall. Inst. 12, 441 (2005). 

  13. Y. R. Uhm, B. S. Han, M. K. Lee, and C. K. Rhee, Sol. Stat. Phenom. 118, 635 (2006). 

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