초록 ▼

□ 연구개요
화학이라는 학문 분야가 탄생한 이래, 많은 화학자는 화학결합에 관해 연구하였다. 더 나아가 화학결합을 선택적으로 분해하는 것에 많은 관심을 기울였다. 또한, 화학반응 경로가 다양하게 존재하는 경우 원하는 하나의 반응 경로로만 반응이 발생하기를 기대했다. 하지만, 이와 관련된 화학 반응에 관한 연구는 매우 빈약하였으며, 특히 가장 간단한 이중 경로를 가진 물질에 관해서도 연구가 제대로 이루어지고 있지 않은 실정이다. 이에 따라 본 실험실에서는 “이중 경로” 그리고 “광분해”라는 두 가지 키워드에 집중하여 “화학 물질

□ 연구개요
화학이라는 학문 분야가 탄생한 이래, 많은 화학자는 화학결합에 관해 연구하였다. 더 나아가 화학결합을 선택적으로 분해하는 것에 많은 관심을 기울였다. 또한, 화학반응 경로가 다양하게 존재하는 경우 원하는 하나의 반응 경로로만 반응이 발생하기를 기대했다. 하지만, 이와 관련된 화학 반응에 관한 연구는 매우 빈약하였으며, 특히 가장 간단한 이중 경로를 가진 물질에 관해서도 연구가 제대로 이루어지고 있지 않은 실정이다. 이에 따라 본 실험실에서는 “이중 경로” 그리고 “광분해”라는 두 가지 키워드에 집중하여 “화학 물질에 대한 이중 경로 분기비 (Branching Ratio)”를 새롭게 접근하는 연구를 수행하였다. 분기비를 이해하기 위한 새로운 이론적인 모델과 이를 뒷받침 할 수 있는 실험을 분자 단계에서부터 분자 집합체로 확장함에 따라 구조, 결합 에너지, 내부 에너지의 흐름, 그리고 진동과 모드 선택성들을 연구하여 이중 경로에 관한 새로운 연구 가능성과 접근법을 제시하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 화학 물질에 관한 이중 경로 분기비를 연구하기 위해, “레이저를 통한 광분해 실험”과 “이론적인 접근”이라는 두 가지 큰 줄기로 수행하였다. 이 방법은 단순히 분광학이라는 분야에 국한된 것이 아니라 “분자 동역학적 연구 방법의 확립”과 “새로운 접근법”이라는 목표를 가지고 수행되었다. 이를 위해 본 연구에서는 간단한 단분자 물질인 1-bromo-3-chloro-benzene에서부터 시작하여 기존의 Aniline-Water-Ethanol⁺, Aniline-Water-Isopropanol⁺, Aniline-Methanol-Ethanol⁺, Aniline-Water-Methanol⁺, Aniline-Water-Pyrrole⁺, 그리고 Aniline-Water-Benzene⁺으로 구성된 Aniline 기반의 삼항 분자 집합체 (Ternary Cluster)로 연구 방향을 확대하였다. 간단한 단분자 물질에서 분자 결합이 분해되는 것이 경쟁적으로 나타날 수 있음을 확인하였고, 삼항 분자 집합체에서는 두 용매 분자가 서로 경쟁적으로 광해리될 수 있음을 실험적으로 확인하였다. 이 현상을 조금 더 일반적인 상황으로 확대하기 위해 추가로 Aniline-Ethanol-Isopropanol⁺와 Aniline-Water-Water-¹⁸O⁺을 시료로 사용하여 실험을 진행하였다. 광분해 실험을 통해 단분자와 분자 집합체에서 모두 다중 경로를 가질 수 있으며 서로 경쟁적으로 분해 될 수 있음을 확인하였다. 이를 해석하기 위해 새로운 이론적인 방법인 RRKM-eLTS를 제시하였다. 이 방법은 기존에 사용되던 방법들에 비해 더 우수하게 분기비를 설명할 수 있음을 확인하였다. 이를 통해 분기비에 대한 새로운 이해의 지평을 넓혔다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구는 물리화학의 중요한 주제 중 하나인 반응 경로에 따른 연구를 수행하였으며 이는 정교하지만 수행하기 힘든 반응동역학 및 양자 계산이라는 방법을 접목해 체계적으로 진행되었다는 점에서 큰 의미가 있다. 현재의 연구는 기초적인 작은 분자에서부터 분자 집합체라는 복잡한 시스템을 광범위하게 다루었다는 점에서 의미가 있으며, 이는 더 크고 복잡한 분자 시스템이나 더 나아가 단백질과 같은 시스템에서도 반응동역학과 양자 계산이 중요하게 작용할 수 있음을 제시하였다. 특히 분기비를 이해할 수 있는 새로운 방법과 실험값들을 제시하여 기초적인 분자에서부터 여러 용매 분자가 경쟁적으로 광해리 되는 메커니즘을 잘 설명하였다. 결론적으로 본 실험실에서 진행한 연구는 단순히 물리화학적인 이해뿐만 아니라, 용매 효과와 반응제어라는 입장에서 화학의 전 분야에 큰 파급 효과를 가져올 수 있을 것으로 생각한다.

(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) 이중 분해 경로를 갖는 단분자 광분해 반응의 선택성 실험 연구와 새로운 계산 방법론 개발 ... 5
• 2) 분광학 실험과 이론적 구조 계산을 병용하여 분자 집합체의 최적 구조를 규명 ... 8
• 3) 이중 분해 경로를 갖는 분자 집합체의 광분해 반응의 선험적 경로 선택성 예측과 실험 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 19
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 22
• 끝페이지 ... 25