[뉴스핌=황유미 기자] 연세대학교는 화학과 김동호 교수 연구팀이 이차원에서만 존재하던 화합물을 삼차원 구조에서도 구현해내며 이론적으로만 제기됐던 '이중고리방향성'을 실현하고 '삼중항 바닥상태 방향성 뒤집힘'이라는 숙제를 해결했다고 1일 밝혔다.

'방향성'이란 화학 용어는 평면 고리형 탄소화합물이 평면에 수직으로 놓여있는 p-오비탈의 파이전자를 서로 공유하며 안전한 화합물이 되는 것을 일컫는다. 고리형 탄소화합물이 공명 상태를 이루면서 이차원 평면에 놓여있을 때만 방향성을 갖는다.

김동호 교수 연구팀은 방향성 분자 다리가 삽입된 '삼차원적 구조의 확장 포피린'을 합성하는 데 성공했다. 삼차원 구조 유기물도 방향성을 가질 수 있음을 입증한 것이다.

이 물질은 외부 자기장 영향 아래 하나의 유기 분자 내 독립적인 두 개의 방향성 고리전류를 동시에 가질 수 있다. 김 교수팀은 양성자 핵자기 공명법과 엑스레이 회절분석법을 이용해 이 사실을 밝혀냈다.

이는 40년간 이론적으로만 제기된 베어드 방향성(Baird aromaticity)을 가지는 화합물이 실제로 존재한다는 것을 증명한 세계 최초의 연구이다. 1960년대 로알드 호프만(Roald Hoffman)이 제시했으나 미제 개념으로 남아있던 '이중고리방향성'을 세계 최초로 실현시킨 사례기도 하다.

기존에 주로 연구되던 안정한 방향성 분자들은 새로운 분자로 변하지 않으려는 특성이 있어 새로운 유도체 합성이 쉽지 않았다.

'삼중항 바닥 혹은 들뜬 상태에서의 방향성 뒤집힘' 연구는 반응물의 안정성 예측을 가능하게 함으로써 광 선택적 합성 메커니즘을 밝히고 효율성을 증가시킬 것으로 전망된다는 게 학교 측의 설명이다.

이번 연구성과는 세계 저명 학술지인 'Nature Chemistry'에 2017년 8월 1일자로 게재됐다.

[뉴스핌 Newspim] 황유미 기자 (hume@newspim.com)