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도쿄(東京)공업대학 과학기술창성연구원 연구그룹이 카바졸(carbazole) 고리 골격을 갖는 2nm 크기의 분자 캡슐을 제작하는 데 성공함.

이 캡슐은 수중에서 안정적으로 존재하고 전기 화학적 자극에 대해서도 높은 안정성을 나타냄. 카바졸은 분광학 및 전기 화학 특성으로 인해 유기 EL 재료 등 다양한 분야에서 주목받고 있음. 최근 카바졸 고리를 포함하는 입체 화합물(분자 링과 케이지 등)의 연구도 활발하게 진행되고 있지만, 닫힌 공간을 갖는 분자 캡슐은 개발되지 않았음.

연구진은 2개의 카바졸 고리를 포함하는 V형 양친매성 분자를 합성하여, 이들이 수중에서 자기 집합함으로써 2nm의 분자 캡슐을 형성하는 것을 발견함. 이 캡슐은 수중에서 쿠마린(coumarin) 색소 및 BODIPY 색소를 효율적으로 통합할 수 있었음. 주목해야 할 점은 내포된 이들 색소 분자 캡슐 골격의 영향으로 지금까지 보고된 바 없는 ‘트위스트 구조’와 ‘겹침 구조’를 취하고 있다는 것임.

본 연구 성과는 카바졸 고리를 활용한 새로운 분자 캡슐을 제작하고 색소 분자를 포함시킴으로써, 전례 없는 ‘트위스트 구조’를 유도하고 ‘겸칩 구조’를 형성하는 데 성공한 것임. 간편한 내포 작업을 통해, 색소 분자의 분광학적 성질을 크게 변경할 수 있는 본 기술은 향후 다양한 화합물에 응용될 것으로 기대됨. 또한, 분자 캡슐의 산화 환원 특성과 분자 내포 기능을 결합한 새로운 기능 발현도 기대할 수 있음.

본 연구 성과는 Angewandte Chemie(Preparation of a Multicarbazole-based Nanocapsule Capable of Largely Modulating Guest Spectroscopic Properties in Water)에 게재됨.