초록 ▼

본 연구에서는 다중 전자공급체를 포함하는 α-실릴전자공급체-프탈이미드 전자수용체와 α-실릴전자공급체-나프탈이미드 전자수용체 사이에서 일어나는 SET(전자전달; single elctron transfer)과정에 의해 유도되는 거대 광고리화 반응의 연구 범위와 제한성에 대하여 다방면으로의 접근을 통한 연구를 수행하였다. 그리고 이들 들뜬상태 반응의 수율과 양자 효율에 관련된 요인들에 관한 정보를 얻기 위해 이론적인 연구가 계획되었고 들뜬상태 분자들에서 경쟁적으로 일어나는 광물리적 과정과 전하 및 전자 이동과정을 조절하여 금속양이온, 암

본 연구에서는 다중 전자공급체를 포함하는 α-실릴전자공급체-프탈이미드 전자수용체와 α-실릴전자공급체-나프탈이미드 전자수용체 사이에서 일어나는 SET(전자전달; single elctron transfer)과정에 의해 유도되는 거대 광고리화 반응의 연구 범위와 제한성에 대하여 다방면으로의 접근을 통한 연구를 수행하였다. 그리고 이들 들뜬상태 반응의 수율과 양자 효율에 관련된 요인들에 관한 정보를 얻기 위해 이론적인 연구가 계획되었고 들뜬상태 분자들에서 경쟁적으로 일어나는 광물리적 과정과 전하 및 전자 이동과정을 조절하여 금속양이온, 암모니움 양이온을 검출할 수 있는 형광센서들을 개발하고 확장된 π-콘쥬게이트 계를 가진 아렌-티오펜올리고머 물질을 합성하여 새로운 유기태양전지 물질들로 개발하고자 하였다. 본 연구의 목적 달성을 위해 본 연구과제에서는 크게 네 가지 세부내용으로 나누어 연구를 수행하였다.

(1) α-실릴 다중전자공급체-나프탈이미드 전자수용체 계의 전자전달 광고리화반응을 이용하여 올가미형 아자티오크라운에테르화합물들을 합성하고 그들의 중금속 검출 화학형광센서로의 개발 가능성 연구를 수행하였다. 바닥상태에서 진행되는 전형적인 유기합성 반응과 달리 빛에 의해 야기되는 들뜬상태 분자들에서 일어나는 전자전달 유도 광고리화 반응법을 이용하여 나프탈이미드 형광 발색단을 가지는 올가미형 아자크라운에테르 화합물 4종을 성공적으로 합성하였다. 합성된 화합물들을 금속 양이온 검출 형광 센서로서의 가능성 검토를 위해, 금속양이온 존재 하에서의 형광 소멸 및 증강 실험들을 수행하였다. 성공적으로 합성한 나프탈렌 형광 발색단을 가지는 세 가지 올가미형 아자티오크라운에테르 화합물들을 이용한 형광 세기 실험에서 수은, 납, 은, 마그네슘 양이온의 존재 시에 상당한 형광증강을 관찰하였다. 특히 이들 화합물들 중 곁가지에 비스-에틸렌티오 기능기 (bis-ethylenethio group)를 가진 올가미형 아자티오크라운에테르 화합물은 장파장 영역에서 분자 간 엑시플렉스 (exiplex) 형성에 의한 형광 발광이 관찰되었으며 수은 양이온과 납 양이온에 대한 매우 큰 선택성을 보여주고 있어 이들 금속 양이온에 대한 새로운 형광센서 물질로서의 가능성을 보여주고 있다.
(2) 전자전달 광고리화반응을 이용하여 키랄성 이미노산 올가미를 가진 올가미형 아자크라운에테르화합물들을 합성하고 그들의 키랄성 암모니움 양이온 분리 및 인식 물질로의 개발 가능성을 연구하였다. 실릴다중에테르-프탈이미드계의 전자전달 광고리화 반응을 주반응으로 이용하여 곁가지에 di-t-butyl-dicarbonyl 기,(S)-N-t-Boc-L-alanyl 기 및 (S)-N-acetyl-L- leucinyl기를 포함하는 새로운 키랄성 거대아자크라운에테르 화합물 6종을 성공적으로 합성하였다. 합성된 키랄성 이미노산 올가미를 가진 올가미형 아자크라운에테르 화합물들은 키랄성 암모니움 양이온을 검출할 수 있는 형광센서 물질로서 응용 가능성을 보여주고 있다.
(3) 9,10-올리고티오펜 안트라센 물질들을 디자인, 합성하여 그들의 전자공급능력, 광 물리적 성질 및 광학적 특성등을 연구하여 새로운 유기태양전지 전자공급체 (electron donor material for organic photovoltaic device; OPVD) 물질로의 개발 가능성을 연구하고자 하였다. 초기 연구수행에서 계획한 아렌 유도체 물질들은 일반적으로 사용하는 유기용매에 낮은 용해도를 가져 반응, 분리 및 정제 과정에서 많은 난관을 만나게 되었다. 보다 효율적으로 합성하기위하여 당초 연구목적을 유지하는 범위 내에서 목적물질의 분자구조를 단순한 분자 구조로 변경하였으며 그들을 위한 합성 경로도 수정하는 등의 많은 노력을 기울였다. 이에 따라 매우 큰 분자흡광계수를 가지는 새로운 유기태양전지 전자공급체 후보 물질로서 티오펜 올리고머를 포함한 비대칭적 구조의 9,10-비스올리고티오펜 안트라센 물질 8종을 성공적으로 합성하였으며, 그들의 광 물리적 성질 및 광학적 특성 등을 측정하였다.
(4) 다중 전자공급체를 포함하는 α-실릴전자공급체-프탈이미드 (phthalimide) 전자수용체와 -나프탈이미드 (naphthalimide) 전자수용체 사이에서 일어나는 SET(전자전달; single elctron transfer)과정과 그에 의해 유도되는 거대 광고리화 반응의 가능 범위와 제한성에 대하여 다방면의 연구를 수행하였다. 그리고 이들 들뜬상태 반응의 수율과 양자 효율에 관련된 요인들에 관한 정보를 얻기 위해 이론적인 연구가 계획되었고 이는 화학선택성, 위치선택성, 그리고 효율을 예측할 수 있는 기초를 제공하였다. 이러한 연구를 통한 결과는, α-실릴 전자공급체가 연결된 phthalimide/naphthalimide 수용체들의 SET에 의해 유도되는 반응들의 효율은 길이, 수, 종류, 위치, 그리고 initial SET나 intrasite SET에 의해 형성되는 이온라디칼 중심의 반응성에 의존한다는 것을 보여 주고 있다. 이들 전자전달 광고리화반응의 특징은 새로운 고리 펩타이드 유사체(mimetics), 크라운 에테르(crownethers)유도체, 그리고 그들의 올가미형(lariat-type) 또는 두 고리 형(bis-type)의 크라운 에테르 유도체들을 합성하는데 유용한 전략으로 이용될 수 잇음을 보여주고 있다. 비록 광화학 반응들의 한계에 해당되는 것으로 대량의 유기 합성에서는 어려움이 예상되지만 우리들이 개발한 전자전달 광화학 반응들의 몇몇의 특징들은 유기 합성에서의 전자전달 광화학의 잠재된 응용 가능성을 보여주고 있다. -(Accounts of Chemical Research, 2011, 44, 204-215)

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 7
• Ⅲ. 연구성과 ... 8