비대칭 고분자의 새로운 합성법 개발 :: 산업뉴스

~ 천연섬유의 표면 구조를 이용한 “섬유 계면 비대칭 중합법” ~

츠쿠바대학 수리물질계 연구그룹은 천연 키랄물질인 면(綿)의 표면에서 중합반응을 수행함으로써 키랄 구조를 갖지 않고 광학활성을 나타내지 않는 모노머로부터 키랄이며 광학활성을 나타내는 고분자를 합성하는 데 성공하였다.

본 연구에서는 면 섬유의 표면 계면에서 아닐린의 중합반응을 수행하여 전도성 고분자 폴리아닐린을 합성하였다. 통상 폴리아닐린은 광학활성을 나타내지 않지만, 키랄구조를 가진 면 위에서 합성함으로써 원평광 이색성을 나타낸다는 것을 알았다. 이것은 면의 키랄 구조를 전사하면서 폴리아닐린이 합성된 것에 의한 것이다. 이와 같이 섬유 표면의 키랄리티(chirality)를 전사하여 아키랄(achiral) 모노머로부터 키랄 폴리머를 얻는 합성법을 “섬유 계면 비대칭 중합법”이라고 하였다.

동일한 방법으로 합성 섬유 위에서도 폴리아닐린을 콤포지트화할 수 있다. 그 경우 폴리아닐린은 광학활성을 나타내지 않는다. 또한 천연 섬유의 키랄리티를 전사하면서 폴리머가 섬유 위에서 성장한다는 것에 대한 보고는 지금까지 없었다. 키랄리티를 가진 화합물의 합성은 종래 비대칭 촉매를 이용하여 화학반응적으로 수행하였다. 본 연구그룹은 현재까지의 연구에서 키랄 액정 중에서 고분자의 합성을 수행하고, 비대칭 촉매를 이용하는 등 화학적인 비대칭 반응에 의존하지 않고 광학활성 액정을 둘러싼 키랄 환경을 이용하여 키랄 물질을 합성하였다(액정 용매 비대칭 중합법, 전해 비대칭 중합법).

본 연구에서는 이 액정반응장이 아니라 천연 섬유 표면을 키랄 반응장으로서 이용하는 것이 특징이다. 자연계는 생체 유래의 키랄물질로 가득 차 있다. 그 중 하나가 면 섬유를 반응 장으로서 이용하여 키랄 합성 폴리머를 작성하였다. 만들어진 폴리아닐린은 면의 키랄구조에 의존하는 입체구조를 가진다고 생각된다. 면은 가시광 영역에 광흡수를 갖지 않는 한편 폴리아닐린에는 자외-가시-근적외 영역에 걸쳐 광흡수가 나타난다. 본 방법에서 얻은 폴리아닐린(면과의 복합체)은 이 대역에서 광학활성을 나타낸다. 폴리아닐린이 면 섬유의 키랄 구조에 영향을 받으면서 계면에서 합성되고, 구조적 전사에 의해 키랄 구조를 형성하는 것은 천연물 키랄리티를 합성 고분자로 전사한 것이다. 이것은 새로운 비대칭 중합의 형태로서 의의가 있다.

면 섬유는 셀룰로오스(D형)로 이루어져 있다. 이 키랄 구조를 탬플릿으로서 폴리머가 생장하여 그 결과, 폴리아닐린에 셀룰로오스의 키랄 구조가 전사된다. 한편 통상 폴리아닐린 합성법에서는 폴리아닐린이 분자수준에서 랜덤한 구조를 형성하기 때문에 광학활성은 나타나지 않는다. 합성화학적으로 (+) 또는 (-) 캄포르를폰산(camphorsulfonic acid) 및 키랄 알킬기 등 키랄 치환기를 폴리아닐린에 도입하면 나선구조를 형성하고 키랄 폴리아닐린을 얻을 수 있다. 그러나 본 연구방법에서는 키랄 치환기를 화학적으로 도입하지 않고 섬유의 키랄 형상에 의한 영향만으로 키랄 폴리아닐린을 합성하는 것이 특징이다.

아키릴 모노머에서 키릴 폴러머를 얻는 것은 중합반응에서 비대칭 촉매를 사용하거나, 키랄 모노머를 재료로 하여 이것을 중합하는 방법이 있지만, 반응에 참여하지 않는 섬유의 표면을 이용하여 키랄물질을 얻는 것은 지금까지 확인되지 않았다. 본 연구는 천연 고분자를 이용하여 키랄 합성 고분자를 작성함으로써 광학활성 고분자의 새로운 합성방법을 개척하고 자연계에 풍부하게 존재하는 키랄 물질을 활용하여 저가의 새로운 키랄 화합물을 제조하는 시도이다.

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』