무기화학의 매력, 무기화학을 기본으로 진행되는 연구들

 

 

공부하면 할 수록 재밌는 것이 무기화학이다. 물론 어렵고 재미없는 군론 (point group) 등도 있지만, 착물(complex)를 배우며 들어가는 유기 리간드와 금속들의 상호작용에 의해 나타나는 화학은 무기화학의 꽃이자 가장 재미있는 부분이라고 할 수 있겠다. (*리간드는 금속과 결합하여 착물구조를 형성하는 분자이다). 또한 무기물로만 이루어진 분자의 구조들과 이 효용성등을 밝히는 연구들도 활발히 진행되고 있다.

 

 

여기엔 워낙에 다양한 변수들이 있기에 그 결과 또한 이에 따라 천차만별로 나타나며, 여러 포스팅에서도 다루긴 했지만 여전히 흥미로운 결과들이 많이 나오고 있다. 그래서 요즘 나오는 논문도 '우리가 이런 리간드 써봤는데 이런 구조가 나왔다 한번 볼래?' 하는 류의 결과가 심심치 않게 등장하고 있다.

https://chemiolin.tistory.com/95

d8 전자배치를 가지는 금속 이온은 항상 사각평면 착물을 형성할까?

 

이 착물의 응용분야 또한 워낙에 다양해서 세부분야로 나타나는 연구 주제도 정말로 많다. 

 

가령, 착물 자체의 형성에 대해서 리간드를 바꿔가면서 어떻게 구조가 달라지는지를 연구하는 가장 기본적인 착물연구가 있을 수 있다. 또한 이런 금속 착물들은 특정한 반응을 촉매(catalyze)할 수 있어서 선택적인 생성물만 만들거나, 반응 시간을 줄여주는 등 여러 작용을 나타내서 이쪽을 더 연구할 수도 있다. 간단하게 적은 것 같지만, 우리가 상업적으로 활용할 수만 있다면 부가가치가 극대화되는 유기반응들이 많기 때문에 거의 모든 대학의 무기화학 연구실들 중 몇 곳은 이런 각자 가지고 있는 더 세부적인 촉매 주제를 가지고 연구를 진행하고 있다.

 

촉매를 기반으로 한 다른 연구주제로 넘어가면, 이 촉매를 단단한 고분자 구조 (예를 들면 MOFs (metal-organic frameworks)에 결합시켜서 소재연구 쪽으로도 뻗어나가게 만들 수 있다. 혹은 촉매 작용의 메커니즘을 연구하면서 빠르게 일어나는 이 과정의 중간체(intermediate)를 잡아내서 촉매작용 사이클을 밝혀내는 연구를 할 수도 있다. 만약 여기서 중간체 규명이 이루어진다면 그 반응의 촉매작용을 착물 구조를 조금씩 변형하면서 가장 높은 효율을 내는 구조로 만들어내게끔 만들 수도 있다.

 

이러한 촉매 연구는 무작위로 만들어진 여러 리간드들을 테스트하는 경우도 있지만, 생체 모방 연구라고 해서 실제 효소의 반응자리(active site)의 구조를 밝힌 후, 이와 유사하게 착물을 만들어서 촉매활성을 테스트하는 경우도 있다. 이런 분야를 특별히 생무기화학(bioinorganic chemistry) 이라고 한다. 특히 이런 생체모방연구의 장점은 많은 생물들이 지구 표면에 흔하게 존재하는 철, 망간, 구리 등을 가지고 촉매활성을 이뤄냈기 때문에 의미가 깊다. 현재 개발된 많은 무기 착물들은 비싼 희토류 금속들을 기반으로 하고 있는 경우가 많기 때문이다. 이는 내가 올해 연구한 분야기도 하니까 조만간 새로운 포스팅으로 따로 다뤄보도록 하겠다.

 

또 이러한 착물들이 나타내는 약물로써의 효과들을 연구하는 주제도 있다. 유명한 항암제 중에 cisplatin이라고 하는 백금 착물이 대표적이며, 지금은 이를 비롯하여 개발된 여러 무기착물 약물들의 기존 장점을 극대화하고 단점, 부작용등을 최소화하는 물질을 개발하는 쪽의 연구가 진행되고 있다.

 

또한 내가 연구했던 분야처럼, 착물을 형성하며 만들어지는 색변화, 형광 변화등을 유도해서 센서로서 활용할 수도 있고, 형광 센서등은 실제 생물체에 적용되는지도 연구할 수 있다. 이렇게 되면 생체 내에서 일어나는 특정 금속의 역할등을 확인하는 데에 사용될 수도 있다. 혹은 리트머스 용지처럼 실제 개발된 센서를 종이 등의 고정상에 입혀서 테스트킷으로 만들 수도 있다. 

https://chemiolin.tistory.com/83

Chemosensor (화학센서) 되돌아보기

이렇게 다방면으로 뻗어갈 수 있는 화학의 기본이 되는 것이 무기화학이기에 나는 누군가 대학원을 생각하거나, 세부전공을 뭘 해야할지 생각한다면 주저없이 무기화학을 권하고 싶다. 더 세부적인 연구 내용들에 대한 연구가 어떻게 진행되고 있는지 알고 싶으면 여러 무기화학 저널들을 훑어보는 것도 도움이 될 것이다. 아래 몇가지 유명한 무기화학 저널 링크들을 첨부한다.

 

https://pubs.acs.org/journal/inocaj

Inorganic Chemistry

https://www.rsc.org/journals-books-databases/about-journals/inorganic-chemistry-frontiers/

Inorganic Chemistry Frontiers