김동호 교수, 미국 화학회 대표 학술지 ‘Journal of the American Chemical Society’ 100번째 논문 게재

IF=15.4의 화학 분야 세계 저명 학술지

휴켈-뫼비우스 구조 치환에 의한 물성 조절 규명

[사진. 김동호 교수(왼쪽), 제1저자 김진석 학생]

화학과 김동호 교수 연구팀에서 진행해 온 ‘휴켈-뫼비우스 방향성 전환에 의한 금속-리간드 상호작용 및 광물리성 조절’ 연구가 그 중요성과 우수성을 인정받아 세계적으로 저명한 학술지인 ‘저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티(Journal of the American Chemical Society, JACS)’에 게재됐다. 

금속 포피리노이드(metalloporphyrinoid)는 자연계에 존재하는 촉매 및 효소들의 생명유지 및 생화학 활동을 위한 핵심적인 기능성 화합물이다. 이러한 금속 포피린의 특징적인 촉매 활성은 포피리노이드 분자에 금속을 삽입하면서 그에 따른 금속-리간드 상호작용(metal-ligand interaction)에 의해 발현된다. 또한 금속 삽입은 유연한 포피린 유도체의 분자구조를 고정시키는 역할을 하기 때문에 뒤틀린 구조에서 형성되는 뫼비우스 방향성(Möbius aromaticity)을 구현 가능하게 하고 더 나아가 조건변화를 통해 휴켈-뫼비우스 방향성 조절을 가능하게 하는 중요한 전략이 된다. 본 연구에서는 이를 이용해 구조에 따른 성질 변화를 적용시켜 방향성 변환 현상을 통해 금속포피리노이드의 분자 성질을 조절하고자 했다.

[그림. 팔라듐 헥사피린의 구조에 따른 금속-리간드 상호작용과 들뜬 상태 동력학 및 전자구조 모식도]

김동호 교수 연구팀은 파이전자 개수에 따라 방향성을 유지하며 평평한 휴켈, 고리가 꼬인 구조인 뫼비우스 구조를 가지는 팔라듐 헥사피린에 주목했다. 두 팔라듐 헥사피린은 리간드(헥사피린) 금속(팔라듐)의 배위위치에서 구조적으로 매우 다르기 때문에 헥사피린의 π 오비탈과 팔라듐의 d 오비탈 사이에 겹침에 정도에 따라 다른 금속-리간드 상호작용을 나타냈다. 이에 따라 같은 모체를 가진 두 방향성 분자가 금속-리간드 상호작용에 의해 삼중항 상태와 리간드-금속 전하이동 상태로의 각각 전이가 일어나는 매우 상반되는 들뜬 상태 성질을 나타내는 것을 순간흡수 분광법과 시간분해적외선 분광법을 통해 관측하고 양자계산으로 확인한 전자 구조로 이 결과를 뒷받침했다. 

김동호 교수팀은 “본 연구결과는 그동안 이론적인 의의만 존재하던 뫼비우스 방향성의 실질적인 응용을 처음으로 제시한 결과”라며 “분자구조 변화에 따른 금속포피리노이드 유도체의 전자구조 조절을 통해 들뜬 상태 성질을 조절해 물성을 바꿀 수 있는 새로운 기능성 유기금속물질에 개발에 대한 가능성을 제시했다.”고 연구의 의의를 밝혔다.

한편, 이번 연구를 통해 김동호 교수는 JACS 저널에 100번째 논문을 투고하게 되면서 그 의미를 더했다. JACS 저널은 1879년에 설립된 미국화학회에서 발간하는 화학계에서 유서가 깊은 가장 권위 있는 저널 중 하나로서, 2022년 15.4의 impact factor를 기록하고 있다. 이러한 성과는 김동호 교수의 연구결과가 양적인 면뿐만 아니라 질적으로도 매우 우수하다는 것을 단적으로 보여주고 있다. 또한, 이런 최상위권 저널에 100회 이상 논문을 게재하는 것은 국내는 물론 세계적으로도 매우 탁월한 연구성과로 김동호 교수의 30년간의 국내 및 우리 대학교 화학 분야 발전을 위한 노고와 헌신으로 이룩한 성과라고 할 수 있다. 김동호 교수는 또 다른 화학 분야 대표 저널인 ‘앙게반테 케미(Angewandte Chemie Int. Ed.)’에 총 79편의 논문을 발간했으며, 네이처(Nature) 및 네이처(Nature) 자매지에 총 14편의 논문을 발표했다.

논문정보

● 논문제목: Modulations of a Metal–Ligand Interaction and Photophysical Behaviors by Hückel–Möbius Aromatic Switching

● 논문주소: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c11705