이산화탄소 화학 전환 연구 :: 전체

이산화탄소(CO2)는 주요한 온실 가스에 속하는 동시에 일종의 저렴하고 풍부한 C1 자원에 속한다. 때문에 이산화탄소를 고부가가치 화학품으로 전환시키는 것으로 중요한 과학 의미를 보유하고 있다. 이산화탄소의 고도 열 역학 안정성과 화학 관성(Inertia) 때문에 온화한 조건(특히 일상 온도와 일상 압력) 하에서 어떻게 하면 화학 전환을 실현할 것인가라는 과제는 극히 도전적인 과학 연구 과제로 되고 있다.

중국과학원 화학 연구소 산하 `콜로이드(Colloid), 인터페이스 및 화학 열 역학 중점 실험실` 연구팀은 국가자연과학기금위원회와 중국과학원 본부의 관련 과학연구 비용 지원 하에 이산화탄소 화학 전환 분야에서 계통적인 연구를 실행하고 혁신적인 중대 과학연구 성과를 달성하여 이슈가 되고 있다.

연구팀은 다양한 촉매 시스템 구축을 통해 O-페닐 렌 디아민(O-phenylenediamine) 혹은 O-니트로 아닐린(O-nitroaniline), CO2와 H2 3개 성분 반응으로 벤즈 이미 다졸(Benzimidazole)을 합성하는 환경 친화적인 새로운 루트를 개발하였으며 `원 포트(One-pot)` 방법으로 벤즈 이미 다졸을 개발하는데 성공하였다(Green Chem., 2013, 15, 95-99，Green Chem., 2014, 16，3039-3044).

연구팀은 이온 액체 [HDBU][OAc]를 용제와 촉매로 사용하여 O-페닐 렌 디아민과 CO2로 하여금 직접 하이드로포밀화 반응(Hydroformylation reaction)을 통해 벤즈 이미 다 졸론(Benzimidazolone)을 생성시킬 수 있게끔 하였다(ACS Catal., 2013, 3, 2076-2082).

연구팀은 상용화 Pd/C 및 유기 염기(Organic base) DBU(1, 8-아질산(Nitrous) 헤테로 고리(Heterocyclic)[5,4,0]운데카노 산(Undecenoate)-7, DBU)과의 협동 촉매를 이용하여 요오드 벤젠(Iodobenzene), CO2와 폴리 메틸 수소 실록산(Polymethyl hydrogen siloxane) 반응에 기반하여 직접 벤즈알데히드(benzaldehyde)를 합성하는 혁신적인 방법을 개발하였다(Chem. Commun., 2014, 50, 2330-2333).

최근 연구팀은 두 개 기능을 보유한 이온 액체([HDBU+][TFE-]) 합성을 통해 일상 온도와 일상 압력 하에서의 CO2와 O 아미노 벤조 나이트 릴(O Aminobenzonitrile) 유형 화합물 반응을 목표로 한 합성 퀴나 졸린(Quinazoline)-2, 4(1H, 3H)-디오네(Dione) 유형 화합물에 기반하여 혁신적인 촉매 시스템을 개발하는데 성공하였다.

동 이온 액체는 유기 염기와 약한 양성자 제공체 트리 플루오로(Trifluoroethanol) 중화 반응을 통해 개발되었으며 일상 온도와 일상 압력 하에서 CO2를 흡수할 수 있는데 트래핑 용량(Trapping capacity)을 1.01mol/mol 수준에 도달시킬 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 이번 연구를 통해 이온 액체의 음 이온은 활성화 가능한 CO2 분자로서 양 이온과 음 이온은 수소 결합 역할을 통해 O 아미노 벤조 나이트릴 기판 물질 분자를 공동으로 활성화시켜 최종적으로 생성물 생성을 추진시킨다는 점을 발견하였다. 연구팀은 다양한 대체 베이스 O 아미노 벤조 나이트릴과 CO2를 함유한 반응에 대한 관찰을 통해 관련 퀴나 졸린-2, 4(1H, 3H)-디오네 생성물을 취득하는데 성공하였다.

동 이온 액체는 반응으로 하여금 용제가 없고, 금속 참여가 없는 조건 하에서 실행될 수 있도록 하기 때문에 일종 온화한 조건 하에서 CO2 화학 전환을 실현할 수 있는 환경 친화적인 촉매 시스템에 속하며 향후 폭넓은 응용 전망을 보유하고 있다(Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 5922～5925).