고분자의 “형태”를 만드는 기술 :: 전체

~ K3,3급 구조 고분자의 합성에 성공 ~

도교공업대학 대학원 이공학연구과 연구팀은 이전에 개발한 고분자 반응 프로세스(ESA-CF법, Electrostatic Self- Assembly and Covalent Fixation Process)를 이용하여 복잡한 구조의 다환상 고분자의 합성에 성공하였다. 그 중 특히 “K3,3급 구조”는 비평면 그래프로서의 위상기하학적 성질이 알려져 있으며, 최근에는 독특한 생리활성을 나타내는 환상 올리고펩티드(oligopeptide) 구조로서 확인되었기 때문에 많은 주목을 받고 있다. 고분자 합성화학영역뿐만 아니라 생화학에서 위상기하학에까지 임팩트를 줄 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 ESA-CF법에 기초하여 사환삼중 축합 위상기하학(K3,3 그래프 구조) 고분자 합성전략을 창안하였다. 구체적으로는 긴사슬 알칸디올(alkanediol, HO(CH2)20OH)을 출발물질로서 선택하고, OH기의 보호, 에스테르화, 탈보호, 에스테르화의 일련의 고수율 반응에 의해 각 말단에 OH기를 가진 단일 크기의 telechelics를 신규로 합성하였다. 그리고 무수 트리플루오로메탄술폰산(trifluoromethanesulfonic acid)과의 반응에서 모든 말단 수산기를 트리플레이트(triflate) 에스테르 말단으로 변환시킨 후 N-페닐피롤리딘(phenyl pyrrolidine)과 반응시켜 ESA-CF법에 이용하는 N-phenylpyrrolidinium염 말단을 가진 단일 크기 telechelics를 합성하였다.

이 6개 관능, 양이온기 말단 telechelics에 2단위 3관능 카복실산 음이온을 대(?) 이온으로서 도입하여 얻어진 고분자이온 집합체를 희석, 가열, 공유결합 변환함으로써(ESA-CF) 나노크기의 K3,3 그래프 구조 고분자와 그 구조 이성체를 합성하였다. 또한 대(?) 이온으로서 3단위 2관능 카복실산 음이온을 도입하여 ESA-CF법을 적용하면 α-그래프 구조를 포함한 3종의 삼환 이중결합 위상기하학 고분자의 구조이성체를 얻을 수 있다.

그리고 얻어진 2종의 사환 이중결합 위상기하학(K3,3 그래프 구조를 포함) 고분자의 구조 이성체 및 3종의 삼환 이중결합 위상기하학 고분자의 구조이성체는 각 유체역학적 체적(크기)의 차이를 식별하는 SEC 조작의 리사이클을 수십 회에 걸쳐 반복함으로써 분리, 식별하는데 성공하였다. 각 구조이성체는 각종 구조해석방법에 의해 구조 확인 및 동정되어 목적으로 한 K3,3 그래프 구조 고분자의 합성 및 단리가 확인되었다.

본 연구에 의해 기초수학(위상기하학)과 고분자 화학을 융합한 새로운 기초연구 영역으로서 “고분자 위상기하 화학” 체계의 구축에 기여할 수 있었다. 이러한 기초연구영역의 창출은 중요한 학술적인 공헌이 될 뿐만 아니라 혁신적인 산업기반기술을 창출하는 과정으로서 기대된다.

고분자 재료과학 및 공학에의 직접적인 임팩트로서 고분자의 “형태” 라이브러리의 구축에 의해 고분자 재료설계의 기초가 되는 다양한 분석, 계측, 시뮬레이션에 반드시 필요한 “표준시료’의 제공을 실현한다. 이것에 의해 직쇄상 및 분기상 고분자와 기본적으로 다른 환상 및 복환상 구조를 포함하는 “형태”의 고분자 설계 자유도를 크게 확대할 수 있을 것이다.

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』