독성가스 사용않는 새 촉매법 개발

저온‧저압 조건에서 이소시아네이트 합성

▲ 금속-리간드 협동성을 이용한 이소시아네이트 합성의 모식도 ⓒ한국연구재단

KAIST 이윤호 교수 연구팀이 독성가스인 포스겐을 사용하지 않고 폴리우레탄의 전구체 이소시아네이트를 합성하는 새로운 촉매법을 개발했다.

폴리우레탄은 플라스틱의 일종으로 합성섬유, 페인트 등 산업적 활용 범위가 넓어 폴리우레탄의 전구체로 쓰이는 이소시아네이트의 소비량도 많다.

그러나 이를 생산하기 위한 기존 산업공정에서 독성가스인 포스겐을 활용하기 때문에 그 유해성이 문제가 되고있다.

연구팀은 금속-리간드(착물에서 중심원자를 둘러싸 결합되어 있는 이온 또는 분자의 총칭) 협동성을 발견하고, 이를 이용해 포스겐 사용을 대체할 수 있는 이소시아네이트 합성법을 보고했다.

금속-리간드 협동성은 3개의 인 원자로 구성된 PPP 리간드가 금속 물질의 화학반응에 직접 참여하는 것이다.

연구팀은 이를 적용해 금속인 니켈과 리간드인 아마이드를 반응시켰다. 여기에 일산화탄소 반응을 더하면 이소시아네이트가 형성된다.

금속-리간드 협동성에서 금속의 산화 상태가 변화함에 따라 인 화합물 기반의 라디칼(짝지어지지 않은 하나의 전자) 홀전자자 형성되고, 이들이 P-P 결합을 형성한다.

이렇게 형성된 이종핵 금속 착물은 결합력이 약한 것이 특징이다.

균일 분해되어 또 다른 라디칼 종을 형성하는데, 이를 촉매로 이용하면 다양한 화학종의 결합 활성 및 절단이 가능하다.

▲ 이윤호 교수 ⓒ한국연구재단

이윤호 교수는 “우리 연구실에서 규명한 금속-리간드 협동성을 활용해, 저온‧저압 조건에서 이소시아네이트를 합성할 수 있는 새로운 촉매법을 개발했다”며 ”추후 이소시아네이트 기반 산업 및 일산화탄소 기반의 반응 공정 및 촉매 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다“고 설명했다.

이 연구는 화학분야 국제학술지 앙게반테 케미(Angewandte Chemie) 9월 7일자 논문으로 게재됐다.