염기성 금속을 이용한 선형과 고리형 알카인 분자의 선택적인 탈수소화 촉매 반응

Abstract

오늘날까지, 간단한 알케인 분자를 고부가 가치의 기초 원료로 전환하기 위한 올레핀화 반응은 로듐과 루테늄 등과 같이 희소성이 높고 값비싼 전이금속을 촉매로 사용함과 동시에, 굉장히 높은 온도가 필요했다. 따라서, 화학 산업계에서는 보다 효율적으로 올레핀을 얻기 위해, 지구상에 풍부한 전이금속을 사용하면서도 상대적으로 낮은 온도에서 알케인을 올레핀으로 변환시킬 수 있는 올레핀화 반응의 개발을 위해 지속적으로 노력해왔다. 이에 본 연구팀은 지구상에 풍부한 염기성 금속인 타이타늄을 이용한 지속적인 연구를 기반으로, 온화한 조건 (75 °C)에서 촉매적 탈수소화반응을 통해 알케인 분자를 선택적으로 올레핀화 시킬 수 있는 반응을 최초로 개발하였다 (Nature Chemistry 2017, 9, 1126). 본 연구팀은 밀도범함수(Density Functional Theory)를 활용한 계산 화학을 통해 이러한 올레핀화 반응들의 메커니즘에 대한 이해를 높임으로써, 10년이 넘는 기간 동안 긴밀한 협력적 연구를 수행해오고 있는 미국 펜실베니아 대학의 Dan Mindiola 교수 연구팀과 함께 해당 반응의 개발에 성공하였다. 이번 연구는 지난해 보고된 이리듐 촉매를 이용한 메탄가스의 탄소-수소 결합 활성화 반응(Science2016, 351, 1424)의 연구결과를 토대로 진행하였다.