기초과학

중미협력연구, 광촉매로 이산화탄소 화학적 전환을 통한 아미노산 합성

발행일 : 2018 / 12 / 06

최근, 난징(南京)공업대학 판신위안(樊新元) 연구팀 및 미국 펜실베이니아대학(University of Pennsylvania) 패트릭월시(Patrick Walsh) 연구팀은 태양광을 이용한 이산화탄소 화학적 전환을 통하여 α-아미노산을 합성할 수 있는 간단한 합성 방법을 구현하였다. 해당 성과는 “Nature Communications”에 게재되었다.

자연계는 태양광을 통하여 이산화탄소와 물을 유기화합물로 전환시킴과 아울러 모든 생물에 에너지를 공급한다. 아미노산은 단백질의 기본 구성단위이며 인체는 매일 대량의 아미노산 섭취를 통하여 생명을 유지한다. 화학자들은 대자연을 모방하여 광에너지를 이용한 이산화탄소의 유기화합물 전환방법을 장기적으로 탐색했지만 이산화탄소는 아주 안정하기에 지금까지 방법을 찾지 못했다.

연구팀은 가시광선 조건에서 이민(Imine)류 화합물의 화학적 성질에 대한 연구를 통하여 물을 만나면 응당 분해해야 하는 이민이 광촉매 조건에서 의외로 물을 원료로 하는 환원반응이 발생함을 발견하였다. 심층적인 연구 결과, 이민은 특정된 광촉매 조건에서 화학적 성질의 역전이 발생하면서 물에서 양성자를 획득함으로써 물을 원료로 하는 이민의 환원반응이 발생함을 발견하였다. 해당 역전 화학 메커니즘에 근거하여 연구팀은 이민과 알데히드류 화합물 사이의 커플링 화학반응을 구현하였으며 따라서 하이드로 이민류 화합물을 합성하였다.

연구팀은 가시광선 촉매 조건에서 이산화탄소와 이민의 화학반응 어려움을 해결하였으며 태양광에 의한 이산화탄소 화학적 전환을 통하여 α-아미노산의 간단한 합성 방법을 구현하였다. 해당 방법은 반응 조건이 온화하고 실온에서 진행 가능하며 고압 기체가 필요 없기에 고압 반응용기 등 특수한 기기가 필요 없을 뿐만 아니라 조작이 간단한바 여과만으로 목표 생성물을 획득할 수 있다. 또한 반응과정에서 이산화탄소 등 온실가스를 소모할 수 있다. 그러므로 해당 방법은 친환경적일 뿐만 아니라 비교적 높은 실용성 및 광범위한 응용 전망이 있다.