작성일 : 20-10-05 19:18
IBS 바르토슈 그쥐보프스키 첨단연성물질 연구단 그룹 리더(UNIST 특훈교수) 연구팀 용매 층별로 조절하는 새로운 화학 합성 시스템 개발. '회전력' 용기 하나로 화학합성···시간·공정↓ 新플랫폼
 글쓴이 : happy
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서로 다른 용매가 채워진 회전하는 원통. 회전하는 시스템에 투명한 용매와 서로 다른 색깔로 염색한 용매들이 번갈아 쌓여 있다. 이 때 가장 바깥쪽 용매가 가장 무거운 용매다. 원통이 회전하는 동안 용매를 무거운 순서대로 주입했다.<사진= IBS >
용기 하나에서 합성, 제어할 수 있는 새로운 화학 플랫폼이 개발돼 여러 화학 공정을 줄이고 손쉽게 처리할 수 있을 것으로 기대된다.

IBS(기초과학연구원·원장 노도영)는 바르토슈 그쥐보프스키 첨단연성물질 연구단 그룹 리더(UNIST 특훈교수) 연구팀용매를 층별로 조절하는 새로운 화학 합성 시스템을 개발했다고 1일 밝혔다.

연구팀은 서로 섞이지 않는 용액들이 밀도 순서대로 쌓이는 것에 착안해 용매 층별로 화학 합성을 조절하는 회전 원통 시스템을 고안했다. 용매들을 시험관처럼 사용해 반응물을 이동, 분리시키고 화학반응을 순차적으로 조절할 수 있다. 빠르게 회전하는 원통에서 원심력 때문에 밀도가 높은 액체가 바깥쪽으로 쏠리는 원리다.

화합물 합성 과정은 석유화학공장처럼 특정 물질에 맞춰진 대형 공정이 아닌 이상 손으로 한 단계씩 진행한다. 이는 생산 시간과 생산량에 한계가 있다. 그동안 화학 합성을 일괄처리하는 방법으로 복수의 플라스크와 밸브들을 기계적으로 연동하는 방법, 연속된 액체 흐름을 제어하는 방법이 이용돼 왔다. 하지만 이는 자동화 장치 제작, 반응물의 흐름을 조절하기 위한 고도의 공학 기술이 필요해 쉽지 않다.

연구팀은 회전하는 용매로 손쉽게 합성을 제어하는 화학 시스템을 새롭게 고안했다. 그리고 반응물의 혼합·분리·추출을 하나의 반응 용기에서 정밀하게 조절할 수 있음을 규명했다. 특히 원통 회전속도를 주기적으로 변화시켜 확산 속도를 높일 수 있다. 용매 층의 성질에 따라 인접한 용매를 분리할 수도 있다.

연구팀은 실제 의약 화합물(페나세틴, 딜록사니드)들을 단계적으로 합성하는데 성공했다. 화합물에서 특정 유기물(p-니트로벤조에이트 나트륨, 페닐알라닌)을 추출할 수 있음을 확인했다. 이는 계면활성제로 대상 분자를 감싸서 분리하는 기존 추출방법과 달리 모든 과정이 하나의 용기에서 이뤄져 시간을 크게 단축시켰다. 연구진은 나아가, 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어할 수 있음을 밝혔다.

이번 성과는존 화학합성 과정을 크게 단순화 할 수 있어 화학산업에서 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있게 됐다.

공동 제1저자인 올게르 시불스키 연구위원"이번에 개발한 시스템은 합성 과정에 영향을 미치는 핵심 변수들을 자유자재로 조절할 수 있고, 용매 층 사이 작용을 조절해 기존에 추출이 어려웠던 화합물까지 추출할 수 있어 활용성이 무궁무진하다"고 의미를 강조했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 네이처에 1일(한국시간) 게재됐다.

페나세틴 합성 과정. 통증과 발열 완화제로 널리 쓰였던 페나세틴을 회전하는 용매 층에서 합성했다. 가장 안쪽의 3번 용매에서부터 시작해, 바깥쪽인 2번, 1번 용매로 차례로 이동하며 반응을 일으켰다.<사진= IBS >