서로 다른 용매가 채워진 회전하는 원통(사진=과학기술정보통신부 제공)
유니스트(UNIST, 울산과학기술원) 교수가 이끄는 연구팀이 하나의 용기안에서 여러가지 화학 공정을 쉽게 처리할 수 있는 새로운 화학합성 시스템을 개발했다.
이는 기존 화학합성 과정을 단순화할 수 있어 화학산업에서 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 보인다.
과학기술정보통신부와 기초과학연구원(IBS)은 IBS 첨단연성물질 연구단 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더 연구팀의 이같은 성과가 1일 0시(한국시간) 학술지 네이처에 게재되었다고 밝혔다.
화합물 합성 과정은 석유화학공장처럼 특정 물질에 맞춰진 대형 공정이 아닌 이상 손으로 한 단계씩 진행해야 하므로 생산 시간과 생산량에 한계가 있었다.
이러한 합성을 일괄 처리하는 방법으로 크게 두 가지 시스템이 이용되어 왔는데, 복수의 플라스크와 밸브들을 기계적으로 연동하는 방법과 연속된 액체 흐름을 제어하는 방법이다.
하지만 이러한 방법은 자동화 장치를 제작하고 반응물의 흐름을 조절하는데 고도의 공학 기술이 필요하다는 한계점이 있다.
연구진은 회전하는 용매로 손쉽게 합성을 제어하는 화학 시스템을 새롭게 고안했다.
즉, 반응물의 혼합·분리·추출을 하나의 반응 용기에서 정밀하게 조절할 수 있음을 규명한 것.
이번에 개발한 시스템에서는 반응물이 확산을 통해 인접한 용매로 이동한다.
연구진은 원통 회전속도를 주기적으로 변화시켜 확산 속도를 높일 수 있고 용매 층의 성질에 따라 인접한 용매를 분리했다.
바르토슈 그쥐보프스키 교수.(사진 = 과학기술정보통신부 제공)
이를 이용해 실제 의약 화합물(페나세틴, 딜록사니드)들을 단계적으로 합성하는데 성공했다.
게다가 혼합물에서 특정 유기물(p-니트로벤조에이트 나트륨, 페닐알라닌)을 추출했다.
이는 계면활성제로 대상 분자를 감싸서 분리하는 기존 추출방법과 다르게 모든 과정이 용기 하나에서 이뤄져 합성 전 과정에 드는 시간을 크게 단축했다.
연구진은 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어할 수 있다는 것을 밝혀냈다.
이번 연구는 중소규모 화학 합성 시간과 비용을 줄일 수 있는 새로운 아이디어를 제시하고 실제 응용성을 보여주었다는데 그 의미가 크다.
공동 제1저자인 올게르 시불스키 연구위원은 "이번에 개발한 시스템은 합성 과정에 영향을 미치는 핵심 변수들을 자유자재로 조절할 수 있다"고 말했다.
이어 "용매 층 사이 작용을 조절해 기존에 추출이 어려웠던 화합물까지 추출할 수 있어 활용성이 무궁무진하다"고 했다.