초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 O2를 산화제로 활용하는 다양한 전이 금속 촉매 반응의 중간체를 규명하기 위해, 전이 금속 기반의 전자 전이와 진동 전이를 측정하는 분광 분석을 실시하고, 이를 통해 얻어진 주요 반응 중간체의 전자 기하 구조를 바탕으로 촉매의 O2 활용 반응 기작을 밝힘. O2 반응성이 가장 큰 금속 효소부터 무기 합성 촉매, 다소 반응성이 느리고 제한적인 유기금속 촉매까지 다양한 시스템을 연구함으로써, 촉매 간 O2 반응성의 차이를 일으키는 인자를 파악하고, 저비용, 친환경 산화제인 산소를 활용하는 방안을 모색하여

□ 연구개요
본 연구에서는 O2를 산화제로 활용하는 다양한 전이 금속 촉매 반응의 중간체를 규명하기 위해, 전이 금속 기반의 전자 전이와 진동 전이를 측정하는 분광 분석을 실시하고, 이를 통해 얻어진 주요 반응 중간체의 전자 기하 구조를 바탕으로 촉매의 O2 활용 반응 기작을 밝힘. O2 반응성이 가장 큰 금속 효소부터 무기 합성 촉매, 다소 반응성이 느리고 제한적인 유기금속 촉매까지 다양한 시스템을 연구함으로써, 촉매 간 O2 반응성의 차이를 일으키는 인자를 파악하고, 저비용, 친환경 산화제인 산소를 활용하는 방안을 모색하여 새로운 반응성을 발견함.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 크게 세 가지 세부 연구 내용을 담고 있다. 1) 금속 효소 MMO의 O2 반응성 조절 메카니즘, 2) 무기 합성 촉매의 O2 반응성 메카니즘, 3) 유기 금속 촉매의 O2 반응 메카니즘이 그 구성으로, O2에 대한 반응성 및 O2를 활용하여 얻는 화학작용 모두 다양한다. 금속 효소의 경우 methane monooxygenase의 inhibitor로 제안된 MMOD의 MMOH와의 상호 작용을 diiron center 기반의 전자 전이 및 진동 전이를 보는 분광분석을 통해 그 구조적 변화를 밝혀 O2 뱐응성 조절의 기작을 밝힐 것이다. 무기 촉매의 경우 O2와 반응하여 peroxo-level 의 중간체를 만들고 이가 다시 deformylation, nitrile activation 등의 반응을 할 수 있는데 이 때 동일 리간드에대하여 Ni과 Co 중심 금속을 바꿔 전혀 다른 반응성을 만들어 낸다. 이를 이해하기 반응물의 스핀 상태 등의 전자 구조와 peroxide binding mode를 밝히기 위해 magnetic circular dichroism, electron paramagnetic resonance, resonance Raman 등의 분광 분석을 실시할 것이며, 이렇게 얻어진 구조 정보를 이용 DFT 계산을 통해 그 반응성 결정의 주요 전자 기하 구조적 인자를 밝혀낼 것이다. 마지막으로 유기 금속 CC coupling 반응이 O2 산화를 통해 이루어짐이 관측되었는데, 이 O2의 역할이 inner-sphere electron transfer에 기인하는지, outer-sphere electron transfer에 기인하는지를 반응 동역학 및 중간체 구조 분석으로 구분해 내고, 반응의 효율성 및 선택성과의 상관관계를 규명할 것이다.
위 세 분야의 연구 결과를 종합적으로 분석하여 금속종/리간드구조 등의 변화와 반응성 간의 상관 관계를 밝히고 합성 시스템의 반응성 최적화 전략을 테스트 할 것이다.

□ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
MMOD의 binuclear non-heme Fe site의 O2 반응성 조절, inorganic 촉매의 deformylation 및 nitrile activation, 유기 금속 반응의 O2-involved cross coupling 모두 비슷한 리간드에 메탈 종에서만 차이가 있거나 또는 같은 메탈 종에 리간드 일부만 변화시켜도 매우 다른 반응성을 보이기에, 이들 반응성 증대 및 약화의 원인, 또는 전혀 다른 화학 반응성 등에 대한 연구는 O2를 산화제로 활용하는 전이금속 반응 일반에 대한 중요한 통찰을 제공할 것이다. 이는 기존 촉매의 업그레이드 뿐 아니라 새로운 반응성 촉매의 개발로 이어질 수 있으며, 나아가 고부가가 가치 화합물합성에 새로운 원천 기술로 개발될 수 있다. 또한 이러한 연구 과정 중 학생들은 양자화학, 분광학, 계산화학, 생화학, 무기화학, 유기화학 등의 다학제 연구 과정에 참여하고 교육받음으로써 보다 다양한 시각에서 창의적인 발상을 해 낼 수 있는 인재로 성장할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) Methane monooxygenase 무기 촉매의 O2 활성화 및 이를 이용한 반응성 연구 ... 5
• (2) 무기 촉매의 O2 활성화 및 이를 이용한 반응성 연구 ... 6
• (3) 유기금속 촉매의 O2를 산화제 활용 반응성 연구 ... 7
• (4) 산소 중간체 형성 및 반응성에 대한 반응 좌표 계산 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 17