포스겐-프리 폴리우레탄 전구체 합성법 개발
포스겐-프리 폴리우레탄 전구체 합성법 개발
  • 함예솔
  • 승인 2018.10.01 20:30
  • 조회수 4098
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독성가스인 포스겐을 사용하지 않고 폴리우레탄의 전구체를 합성하는 방법이 제시됐습니다. 한국과학기술원 이윤호 교수 연구팀은 이소시아네이트를 합성하는 새로운 촉매법을 개발했다고 합니다. 

 

폴리우레탄은 플라스틱의 일종으로, 합성 섬유, 페인트 등 산업적 활용 범위가 넓습니다. 폴리우레탄의 전구체로 쓰이는 이소시아네이트 역시 연간 소비량이 많습니다. 그러나 이를 생산하기 위한 기존 산업공정에서는 독성가스인 포스겐을 활용하기 때문에 그 유해성이 문제로 제기돼 왔습니다..

 

연구팀은 금속-리간드의 협동성을 발견하고 이를 이용해 포스겐 사용을 대체할 수 있는 이소시아네이트 합성법을 보고했습니다. 참고로, 리간드는 착물에서 중심원자를 둘러싸 결합돼 있는 이온 또는 분자를 총칭합니다.

 

금속-리간드 협동성을 이용한 이소시아네이트 합성. 출처: 한국연구재단
금속-리간드 협동성을 이용한 이소시아네이트 합성. 출처: 한국연구재단

금속-리간드 협동성이란 3개의 인 원자로 구성된 PPP 리간드가 금속 물질의 화학 반응에 직접 참여하는 것을 말합니다. 연구팀은 이를 적용해 금속인 니켈과 리간드인 아마이드를 반응시켰습니다. 여기에 일산화탄소 반응을 더해 이소시아네이트를 형성했습니다.

 

금속-리간드 협동성을 이용한 이소시아네이트 합성의 모식도. 니켈 기반의 이소시아네이트 합성촉매는 리간드의 포스파이드로부터 전자를 전달받아 촉매반응을 일으킨다. 출처: 한국연구재단
니켈 기반의 이소시아네이트 합성 촉매는 리간드의 포스파이드로부터 전자를 전달받아 촉매 반응을 일으킨다. 출처: 한국연구재단

금속-리간드 협동성에서 금속의 산화상태가 변화함에 따라 인 화합물(phosphide) 기반의 라디칼이 형성되는데, 이들이 P-P 결합을 형성합니다. 참고로, 라디칼이란 짝지어지지 않은 하나의 전자(홀전자)를 갖는 화학종으로, 전자가 짝을 이루지 않은 상태로 존재하기 때문에 반응성이 매우 높습니다. 이렇게 형성된 이종핵 금속 착물은 결합력이 약한 것이 특징입니다. 균일 분해되어 또 다른 라디칼 종을 형성하는데, 이를 촉매로 이용하면 다양한 화학종의 결합 활성 및 절단이 가능하다고 합니다.

 

새로운 방법의 이소시아네이트 합성법을 성공적으로 개발해 추후 이소시아네이트 기반 산업에 큰 영향을 줄 것으로 보입니다. 특히 합성에 이용한 PPP 리간드 기반의 금속-리간드 협동성은 국내 단독 기술로 국가 기반 산업을 성장시키는 동력원이 될 수 있을 것으로 보입니다. 또한 일산화탄소 기반의 반응 공정 및 촉매를 개발하는데 있어 선구 연구 성과가 될 것으로 전망됩니다.

 

연구 책임자 이윤호 교수. 출처: 한국연구재단
연구 책임자 이윤호 교수. 출처: 한국연구재단

이윤호 교수는 "우리 연구실에서 규명한 금속-리간드 협동성을 활용해 저온ㆍ저압 조건에서 이소시아네이트를 합성할 수 있는 새로운 촉매법을 개발했다"며 "추후 이소시아네이트 기반 산업 및 일산화탄소 기반의 반응 공정 및 촉매 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다"고 전했습니다. 이 연구는 화학분야 국제학술지인 <앙케반테 케미>에 게재됐습니다.


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