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홋카이도대학(北海道大學) 대학원 연구그룹이 빛/열 산화 특성을 완전히 제어할 수 있는 분자 스위치를 제작하는 데 세계 최초로 성공함.

연구진은 복수 치환을 통해 절곡 구조를 갖는 분자를 새롭게 설계함. 설계된 탄화수소는 왜곡된 7원환 구조를 포함함으로써 상하 골격이 바깥쪽을 향하는 AA(Aanti, Anti-folded)형과 한쪽의 골격이 안쪽을 향하는 SA(Syn, Anti-folded)형 모두 안정적으로 존재하도록 디자인됨. 모두 안정적인 이성체(異性体)이며, 각각 합성된 빛에 의해 AA체에서 SA체로, 열에 의해 SA체에서 AA체로 완전히 상호 변환할 수 있음을 발견함. 상세 연구 결과 AA체보다 SA체가 산화되기 쉬운 것으로 밝혀졌으며, 이로 인해 빛에 의해 구조가 변화된 분자(SA체)만을 산화시켜 2가 양이온형 색소로 유도할 수 있게 되면서 전례 없는 고도의 제어성을 실현함. 또한 AA체와 SA체가 혼합물로 존재한 경우에도 SA체만을 2가 양이온형 색소로 산화하여 AA체를 그대로 회수할 수 있음. 설계된 분자는 탄소와 수소만으로 이루어진 매우 심플한 골격으로 실현되었으며, 산소 등의 관능기를 도입함으로써 산화 환원 전위 및 색조를 자유롭게 조절할 수 있음.

향후 빛으로 산화 특성을 'On' 시키고 열로 산화 특성을 'Off'시키는 등 가역적으로 전환이 가능한 신 재료로의 응용이 기대됨.

본 연구 성과는 Journal of the American Chemical Society 에 공개됨.