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광촉매에 의한 알코올의 선택 산화

전문가 제언: ○ 알코올로부터 카보닐 화합물로 선택적인 산화반응은 유기합성뿐 아니라 공업화학분야에서도 가장 중요한 반응의 하나이다. 케톤이나 알데히드 등의 카보닐 화합물은 의약품, 비타민, 향료의 중간체이며 유기합성, 착체합성의 중요한 원료이다.

○ 알코올의 공업적인 산화반응에는 크롬이나 망간 등의 유해 중금속이 포함된 시약이 산화제로 사용되므로 다량의 폐기물이 부생된다. 또한 환경부하가 큰 유기용매 사용이나 반응온도가 고온이며 강산 존재 하의 가혹한 조건에서 반응을 하는 등 여러 문제점이 있다. 이들 반응을 불균일계 촉매 산화반응으로 대체하여 원자 효율 면에서 유리한 공기, 산소, 과산화수소 등을 산화제로 사용하면 유기용매를 사용하지 않는 무용매 조건에서 반응을 진행할 수 있다.

○ 본고는 니오브산화물(Nb2O5)을 광촉매로 사용하여 온화한 조건(실온과 대기압)에서도 유기용매를 사용하지 않고 분자상 산소만을 산화제로 하여 각종 알코올의 산화반응이 양호한 효율로 선택적으로 진행된다는 사실을 발견하고 Nb2O5의 활성과 물성과의 관계 및 Nb2O5 상에 흡착된 알코올의 광여기에 수반되는 독특한 알코올 선택산화의 반응기구를 소개한 것이다.

○ TiO2로 대표되는 광촉매에 관한 연구는 거의 전부가 물 분해 또는 유기물의 산화분해에 관한 것이다. 최근에는 유기물의 산화분해(최종 생성물은 물과 이산화탄소) 등의 비선택적 반응계 이외에 유기합성에 관한 선택적인 광촉매 반응계의 구축에도 연구가 진행되고 있다.

○ 니오브산화물 촉매반응은 기질이 촉매 표면에 흡착하여 생성된 표면 착합체의 광활성화를 이용하는 광촉매 반응으로서 장파장 영역 광의 이용, 즉 가시광을 이용하여 기질을 활성화한다는 중요한 개념을 제공하고 있다. 환경 친화적인 촉매 개발을 위한 독특한 반응기구를 제시하는 유익한 보고로 생각되며 이 분야 연구 개발에 적극 활용될 수 있는 새로운 개념으로 기대된다.

저자: Tetsuya Shishido, Tsunehiro Tanaka
자료유형: 학술정보