한국과학기술정보연구원(원장 최희윤, 이하 KISTI)의 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온을 활용해 3차원 방향성 형성 현상을 규명했다.
연세대학교 화학과 김동호 교수 연구팀은 일본 나고야대학교의 히로시 시노쿠보 교수 연구팀과 공동으로 반방향성 이합체에서의 3차원 방향성 형성 현상을 세계 최초로 규명했다.
방향성이란 본 연구 이전까지 2차원 평면상에서만 관찰되었던 성질로서, 탄소화합물이 불포화결합, 홀전자쌍, 빈 오비탈 등에 의하여 완전히 콘주게이션 되었을 때, 일반적인 콘주게이션에 의한 안정화 효과보다 큰 안정화 효과를 보이는 성질을 말한다.
이와 반대로 반방향성이란 방향성을 가지는 것과 같이 콘주게이션을 이루지만, 방향성 없이 높은 불안정성을 가지는 성질을 말한다. 본 연구에서 처음으로 확인한 3차원 방향성은 3차원 공간상에서 콘주게이션을 형성하여 방향성을 나타내는 것을 말한다.
본 연구는 반방향성 분자들이 직접적으로 연결되지 않고 2차원 화합물들이 평면에 수직 방향의 인력으로 형성한 쌓임 이합체를 형성할 때 3차원 방향성을 보여 안정한 기능성 유기소재 구현에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 입증했다고 KISTI는 밝혔다.
본 연구팀은 반방향성 분자의 고유한 불안정성을 극복하고 3차원 방향성 형성 현상을 입증하기 위해 노어코롤 분자를 활용해 안정한 반방향성-반방향성 이합체를 구현하고, 분자사이에서 공간적으로 이어진 3차원 방향성을 가진다는 것을 증명했다.
노어코롤 분자는 기존에 반방향성을 가지는 것으로 알려진 분자로 이번 연구를 통해 3차원으로 이합체를 형성했을 때 방향성을 가진다는 점이 알려졌다.
또한, 연구진은 실험적으로 얻은 반방향성-반방향성 이합체의 링전류와 KISTI 슈퍼컴퓨터 5호기 누리온에서 시뮬레이션을 통해 얻은 결과를 비교해 기존의 이론적으로만 알려져 있던 3차원 방향성을 성공적으로 입증했다.
링전류란 완전히 콘주게이션이 된 화합물에서 콘주게이션 된 링을 따라 유도된 전류를 의미한다.
KISTI는 "이번 연구에서 입증한 반방향성 상호작용에 의한 3차원 공간적 방향성 형성은 고전도성 및 고기능성 유기소재 개발 및 응용에 새로운 지평을 열어줄 것이라 기대된다"고 했다.
