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한-일 연구진, 화합물 3차원 방향족성 형성 현상 세계 첫 규명
3차원 반방향족성 형성 현상을 과학적으로 규명한 연세대 김동호 교수(오른쪽)가 실험실에서 연구원과 기념 포즈를 취했다. <사진 : 연세대학교 제공>

[취재]한-일 연구진이 화합물의 방향족성(aromaticity)이 3차원으로 만들어지는 현상을 세계 최초로 규명했다. 3차원 방향족성이 나타는 나지만, 이를 과학적으로 규명한 적은 없었다.

방향족은 향을 띄는 성질을 말한다. 대체로 아로마틱기, 즉 이중결합의 링구조를 가지는 화학물이다. 반방향족은 조건에 따라 냄새를 가지다 말다하는 화합물이다.

연세대학교 김동호 화학과 교수 연구팀은 한국과학기술정보연구원(KISTI) 슈퍼컴퓨터의 지원을 받아 일본 나고야대 히로시 시노쿠보(Hiroshi Shinokubo)교수 연구팀과 공동으로 ‘반방향성(anti-aromaticity) 이합체에서의 3차원 방향성 형성 현상’을 처음 규명했다고 4일 밝혔다.

방향족성은 벤젠이나 나프탈렌이 대표적으로 치환반응이 쉬운 반면 산화-환원 반응이 일어나기 어려운 특성이 있다. 대개 2차원 평면에서 주로 관찰돼 오던 성질이기도 하다.

연구진은 반방향족성 분자들이 직접적으로 연결되지 않은 상태에서 화합물들이 평면에 놓이게 되면 특수한 성질을 갖는 3차원 방향족성을 나타낸다는 것을 입증했다.

최성환 KISTI 선임연구원은 “3차원 방향족성 화합물이 의미가 있는 것은 2차원보다 안정한 기능성 유기전자 소재로 활용 가능하기 때문”이라고 말했다.

연구진은 이를 입증하기 위해 노어코롤(norcorrole) 분자를 활용해 안정한 반방향성-반방향성 이합체를 구현하고, 이 때 분자사이에서 공간적으로 이어진 3차원 방향성을 가진다는 것을 증명했다.

노어코롤 분자는 기존에 반방향성을 가지는 것으로 알려진 분자로 이번 연구를 통해 3차원으로 이합체를 형성했을 때 방향성을 띈다는 것이 확인됐다.

노어코롤(norcorrole) 분자들 사이의 전류 흐름도. 노어코롤은 반방향성을 가지는 화합물이지만, 3차원으로 이합체를 형성했을 때 방향성을 띈다는 것이 과학적으로 입증됐다.                                                                     <그림 : 한국과학기술정보연구원 제공>

최성환 선임연구원은 “실험적으로 얻은 반방향성-반방향성 이합체의 링전류(ring current)와 KISTI 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온에서 시뮬레이션을 통해 얻은 결과를 비교해 이론적으로만 알려져 있던 3차원 방향성을 입증했다”고 설명했다.

한편 이 연구성과는 네이처 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(8월8일자)에 게재됐다.

박희범 기자  snews@s-news.kr

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