초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 녹색화학의 12원칙을 실현하기 위하여 연속흐름 (continuous flow) 방식의 생산 공정을 개발하고자 하였음. 회분식(배치식) 반응기 기반의 공정기술은 꾸준한 연구로 방대한 양의 정보가 축적 되었지만, 마이크로리액터를 활용하는 연속흐름 방식의 공정기술은 아직까지 매우 제한적인 연구결과가 보고되고 있기 때문임. 연속흐름방식의 생산 기술은 회분식 반응기 기반의 공정에서 나타나는 여러 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대하였는데, 효율적인 반응 제어와 전환율/반응선택율을 증가시키고, 폭발의 위험성과

□ 연구개요
본 연구에서는 녹색화학의 12원칙을 실현하기 위하여 연속흐름 (continuous flow) 방식의 생산 공정을 개발하고자 하였음. 회분식(배치식) 반응기 기반의 공정기술은 꾸준한 연구로 방대한 양의 정보가 축적 되었지만, 마이크로리액터를 활용하는 연속흐름 방식의 공정기술은 아직까지 매우 제한적인 연구결과가 보고되고 있기 때문임. 연속흐름방식의 생산 기술은 회분식 반응기 기반의 공정에서 나타나는 여러 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대하였는데, 효율적인 반응 제어와 전환율/반응선택율을 증가시키고, 폭발의 위험성과 맹독성 시약의 위험성 때문에 극히 제한적이거나, 시도할 수 없었던 많은 공정들을 안전하고 경제적으로 전환시킬 수 있었음.

□ 연구 목표대비 연구결과
I₂를 촉매로 사용하여 indole의 C3-포밀화 반응을 수행하였는데, 각 단계에서 다양한 반응 인자들을 최적화하였으며, 모든 실험이 지속적이고 온화한 조건에서 진행되어 높은 수율이 얻을 수 있었음. 액적 기반의 연속흐름 반응 시스템을 통해 Pd-RGO를 합성함으로써 폭발성과 독성이 있는 환원제의 양을 최소화하여 사용할 수 있었을 뿐만 아니라, RGO의 침전을 막을 수 있었음. 또한 만들어진 Pd-RGO는 촉매로써 Suzuki-miyaura 반응에 사용되어 좋은 수율을 보였고, 재사용하였을 때에도 촉매활성도의 감소가 없는 것을 관찰할 수 있었음. 액적 기반의 연속흐름 반응은 온도에 관계없이 쉽게 침전되는 고체 생성물의 합성에서 탁월한 효과를 보일 수 있었음. TIMs와 BIMs의 합성을 위한 연속 흐름 합성 프로토콜을 설계하여 공정안정성과 수율을 동시에 최적화 할 수 있었음. 단일상 연속 흐름 합성은 채널의 막힘 현상을 일으키지만 액적 기반의 연속 흐름 합성은 좋은 공정 안정성과 짧은 반응시간 내에 높은 수율을 보장하였음. 프로브가 연결된 자성나노입자를 회수하여 재사용하고 소량의 자성나노입자에 연결된 프로브를 사용하여 시료로부터 연속적으로 생체분자를 추출할 수 있는 연속 순환형 미세유체소자를 개발하였고, 이를 이용한 생체분자 추출방법에 관한 연구를 진행하였음. Fructose와 Glucose와 같은, 바이오매스를 출발물질로 하여 HMF(5-Hydroxymethylfurfural)의 합성을 진행하였는데, 마이크로 반응기와 두 상 시스템을 도입함으로써 새로운 자동적인 촉매 재순환 시스템을 고안하였음. 섞이지 않는 두 상을 연속 층 분리기를 이용하여, 촉매 및 미반응 출발물질은 연속적으로 반응기에 재투입하여 촉매의 손실을 막고, 반응 수율을 향상시키는 방안을 제시함.

□ 연구개발결과의 중요성
마이크로리액터 활용기술은 회분식 반응기 기반의 공정에서 나타나는 환경오염과 에너지 소비의 비효율성과 같은 문제점을 해결할 수 있을 것으로 기대되는데, 높은 폭발성을 보이거나, 반응 선택도가 낯아 활용 가능성이 낮게 평가되었던 반응, 이상간의 반응(기체-액체, 기체-고체, 액체-고체, 기체-액체-고체)에서 활용도가 가장 높을 것으로 예상되며, 미국, 일본, 독일 등에 비해 상대적으로 기술력이 부족했던 분야에서 선도적 위치를 찾는데 기여할 것임. 환경과 경제적 목표를 동시에 만족시킬 수 있도록 공정을 조절한다는 점에서 항공, 자동차, 화장품, 전자, 에너지 및 농업 분야의 모든 산업분야에서 응용될 수 있음. 마이크로리액터의 장점을 극대화 할 수 있는 시스템을 개발하여, 촉매를 활용하는 새로운 화학공정을 수립할 수 있을 것으로 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1.1 연구의 필요성 ... 5
• 1.2 연구의 목표 및 내용 ... 7
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 2.1 연속흐름방식을 이용한 인돌 유도체의 합성 ... 7
• 2.2. 액적 기반 연속흐름 반응을 이용한 환원 그래핀 옥사이드-팔라듐 복합체 합성 ... 10
• 2.3. 액적 기반의 연속흐름 반응을 이용한 Bis(indolyl)methanes(BIMs)과 Tris(indolyl)methanes(TIMs)의 합성 ... 11
• 2.4. 미세유체소자를 이용한 미토콘드리아 DNA의 연속 분리 ... 13
• 2.5. 연속흐름 반응을 이용한 HMF 생산공정 ... 14
• 2.6. 연속흐름 시스템을 활용한 에폭시 알콜의 Tandem 합성 ... 17
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 끝페이지 ... 22