[에너지단열경제]차성호 기자
서로 다른 용매가 채워진 회전하는 원통/울산과학기술원 제공.
울산과학기술원(UNIST) 화학과 바르토슈 그쥐보프스키 교수(IBS 첨단연성물질연구단 그룹리더) 연구팀이 하나의 용기 안에서 여러 가지 화학 공정을 손쉽게 처리 할 수 있는 새로운 화학합성 시스템을 개발했다.
화합물 합성 과정은 석유화학공장처럼 특정 물질에 맞춰진 대형 공정이 아닌 이상, 손으로 한 단계씩 진행해야 하므로 생산 시간과 생산량에 한계가 있었다.
그동안 합성을 일괄 처리하는 방법으로 두 가지 시스템이 이용돼 왔다.
복수의 플라스크와 밸브들을 기계적으로 연동하는 방법과 연속된 액체 흐름을 제어하는 방식이다.
다만 이러한 방법은 자동화 장치를 제작하고, 반응물의 흐름을 조절하는 데 고도의 공학 기술이 필요하다는 한계점이 있었다.
연구진은 회전하는 용매로 손쉽게 합성을 제어하는 화학 시스템을 새롭게 고안, 반응물의 혼합·분리·추출을 하나의 반응 용기에서 정밀하게 조절할 수 있음을 규명했다.
개발한 시스템에서는 반응물이 확산을 통해 인접한 용매로 이동한다.
연구진은 원통 회전속도를 주기적으로 변화시켜 확산 속도를 높일 수 있었다.
용매 층의 성질에 따라 인접한 용매를 분리할 수도 있었다.
연구진은 이를 이용해 실제 의약 화합물(페나세틴, 딜록사니드)들을 단계적으로 합성하는데 성공했다.
또 혼합물에서 특정 유기물(p-니트로벤조에이트 나트륨, 페닐알라닌)을 추출할 수 있음을 확인했다.
이는 계면활성제로 대상 분자를 감싸서 분리하는 기존 추출방법과 달리 모든 과정이 용기 하나에서 이뤄져 합성 전 과정에 드는 시간을 크게 단축했다.
나아가, 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어할 수 있음을 밝혀냈다.
UNIST 화학과 바르토슈 그쥐보프스키 교수/울산과학기술원 제공.
이번 연구는 중소규모 화학 합성 시간과 비용을 줄일 수 있는 새로운 아이디어를 제시하고, 실제 응용성을 보여줬다는 데 의의가 있다.
연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 ‘네이처’(Nature) 10월 1일 게재됐다.
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