연세대는 김동호 이과대학 화학과 명예특임교수 연구팀이 야누스(Janus) 형태를 띠는 카바포피린(Carbaporphyrin) 의사-이합체(Pseudo-Dimer) 특성을 규명했다고 17일 밝혔다. 연구팀은 이번 연구를 통해 새로운 초분자체 구조 연구 및 재료 과학 분야의 응용 가능성을 넓혔다.
이번 연구에서는 야누스 형태의 비대칭 카바포피린 의사-이합체에 주목해 새로운 구조체를 제시했다. 이 구조의 전자 구조는 융합된 고리(Fused Ring)에서는 반방향족성(Antiaromatic)을 나타내며, 분리된 고리(Unfused Ring)에서 비방향족성(Nonaromatic)을 나타내는 것으로 밝혀졌다.
연구팀은 양성자 핵자기공명 스펙트럼 연구, 단일 결정 X-선 회절 분석 및 밀도 기능 이론(Density Functional Theory) 계산 등 종합적인 분석을 통해 비대칭 카바포피린 이합체의 야누스 구조에 의한 특성을 확인했다. 대조군으로는 비대칭 카바포피린 의사-이합체의 각 카바포피린 단위체를 대칭 이합체로 구성한 두 개의 분자(테트라페닐렌이 연결된 이중 디벤치호모포피린(Tetraphenylene-Linked Bis-Dibenzihomoporphyrin), 디벤조크리센이 연결된 이중 디카바코롤(Dibenzo[g,p]chrysene-Linked Bis-Dicarbacorrole)를 활용했다.
야누스 카바포피린 의사-이합체는 융합된 고리의 중심에 구리(III)를 위치시키고 분리된 고리의 두 개의 질소 부분을 이불화붕소(BF 2) 작용기로 연결해 보디피(BODIPY) 복합체를 형성한다. 이를 통해 전체 분자가 평면 구조를 갖도록 안정화할 수 있다는 독특한 특징이 있다. 다양한 위치 화학적 반응은 비대칭성을 통해 전자 특성과 위치별 배위 화학을 제어할 수 있는 다목적 프레임워크로서, 균일한 전자 구조 환경에서는 달성할 수 없는 카바포피린 의사-이합체 장점을 보여준다.
김 명예특임교수는 “비대칭 카바포피린 이합체의 전자 구조를 밝혀냄으로써 초분자체 화학 및 재료 과학 등의 분야에서 새로운 응용을 가져다줄 유망한 후보로 떠오를 수 있을 것”이라고 기대감을 내비쳤다.
이 연구는 연세대 IT융합공학과 이지연 연구원(공동저자)과 김지원 교수(공동저자)가 공동으로 참여했다. 연구 결과는 세계적인 종합 과학 분야 학술지인 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications, IF 16.6)' 4월 호에 게재됐다.
이지희 기자 easy@etnews.com
