1- 요오드화 프로판 이온의 광분해에 있어서 형태 특성적 반응 경로의 관찰...

1- 요오드화 프로판 이온의 광분해에 있어서 형태 특성적 반응 경로의 관찰

(Observation of conformation-specific pathways in the photodissociation of 1-iodopropane ions)

김 명 수 *, 박 상 태 , 김 상 규서울대학교 화학부 , 과기부 ‘동력학적 반응 유도’ 창의 연구단

Nature, 2002 년 1 월 17 일 출판 예정

서울대학교 화학부 김 명 수[email protected]

과학기술부 창의적연구진흥사업 동력학적 반응 유도 연구단

I. 요약

A. 분자의 형태에 따라 반응이 다르게 일어날 수 있다는 종래의 가설을 실험적으로 입증하였음 .

B. 반응 컨트롤을 위한 새로운 방법을 수립하였음 .

II. 반응 컨트롤 (reaction control) 이란 ?

화학의 궁극목표

인간이 필요로 하는 물질을 자유자재로 만들 수 있기 위한 학문 및 기술적 방법 연구 .

A. 고전적 방법

반응물질의 온도와 압력을 변화시키거나 촉매를 사용하여 원하는 생성물을 최대한으로 만들고자 함 .예 ) 암모니아 합성 , 석유화학

B. 동력학적 반응 컨트롤 (dynamic control)

분자의 고유한 구조와 상태 , 레이저의 특성 등 첨단 지식과 기술을 활용하여 화학 반응을 자유자재로 컨트롤하고자 함 .





III. 분자의 형태란 ?

◆ 화학결합을 축으로 한 매우 자유로운 내부 회전에 의해 나타나는 다양한 삼차원적 구조

◆ 상온에서 분자의 내부 회전은 매우 빠르며 위의 세 가지 형태 외에도 여러가지 중간적 형태를 순간적으로 가질 수 있음 .

◆ 분자의 형태에 따라 화학반응이 다르게 진행할 수 있다고 생각되고 있으나 ( 가설 ), 상온에서 분자의 형태는 계속 빠르게 바뀌므로 이 가설을 실험적으로 확실히 증명하기는 힘들었음 .

화학결합 ●―●을 축으로 하여 120° 회전

화학결합 ●―●을 축으로 하여 120° 회전

IV. 연구 내용 , 방법 , 결과

1- 요오드화 프로판(CH3-CH2-CH2I)

진공 자외선 레이저로 전자를 떼어 내어 양이온을 만듬 . 레이저의 파장을 미세하게 조절하여 고쉐와 안티 중 한 형태의 양이온만 만듬 .

가시광선 레이저로 요오드 원자를 떼어 냄 .

고쉐 양이온과 안티 양이온은 전혀 다른 생성물을 만듬 .

고쉐 양이온

안티 양이온

2-C3H7+

cyclic-C3H7+

고쉐 (gauche)

안티 (anti)

and or or

133.72 nm

133.94 nm

진공 자외선 레이저

+

+

가시광선 레이저

가시광선 레이저진공 자외선 레이저

607 nm

607 nm

1 기압의 기체를 진공으로 팽창하여 – 240 C 로 냉각함 . 내부 회전이 전혀 없는 두 가지 형태의 중성 분자만 존재



V. 연구 결과의 기초과학적 의미와 장기적 응용 가능성

A. 기초과학적 의미

◆ 형태에 따라 화학반응이 다를 수 있음을 실험적으로 증명

◆ 반응 컨트롤의 새로운 전략 개발



◆ 물질의 특성 분석법 ( 예 , 단백질의 아미노산 순서 결정 등 ) 분자 가위 (molecule scissors)

◆ 분자 수준 치료법

A-B-C-D-E-F ABC + DEF

A-B-C-D-E-F ABCD + EF

레이저

레이저

X Y X-Y

레이저



B. 장기적 응용 가능성

◆ 미래의 화학에서는 컴퓨터 , 로봇 , 레이저 등 첨단 과학 기술이 신물질 합성의 주된 수단이 될 것으로 예상됨 . 이러한 신기술 개발을 위해 반응 컨트롤법의 발전이 선행되어야 함 .

VI. 특기 사항

◆ 국내 학자와 대학원생 만에 의해 전적으로 국내에서 수행된 연구임 .

◆ 국내 순수 기초과학 연구역량이 선진국과 대등한 수준임을 보였다고 자부함 .

◆ 정부 연구비를 사용하여 연구 기기 본체를 ( 레이저 , 몇가지 전자장비 등 제외 ) 모두 국내에서 설계 / 제작 하였음 .



VII. 안내문

◆ 이 연구는 과학기술부 ‘창의적 연구 진흥 사업’ 연구비 지원에 의해 수행되었음 .

◆ 연구 참여자

박상태 ( 서울대학교 화학부 , 박사과정 )

김상규 ( 인하대학교 화학과 , 부교수 )



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