1. TitleObservation of zeolite as a molecular sieve 2. Purpose Zeolite의 구조와 특성을 이해하고 이온 교환을 통해 zeolite 세공에 MV2+ 이온을 넣는다. Zeolite 세공에서 방향족 화합물을 통해 전하 이동이 발생하는 현상을 관찰하고, zeolite 세공의 크기와 모양 선택성을 알아본다. 3. Theory1) ZeoliteZeolite는 (Si, Al)nO2n 골격에 양이온이 전하를 맞추는 mixed aluminosilicates이다. 기본적으로 골격은 음전하를 띠고, 내부에 전하를 맞추기 위한 양이온이 위치한다. Zeolite의 중심부에는 다른 분자가 들어갈 수 있는 크기의 미세 기공을 가지고 있다. 가장 일반적인 zeolite는 끝이 잘린 입방 팔면체(cubo-octahedral) 미세 기공을 가지고 있다. 이 미세 기공은 일정한 크기로 이루어져 있어 molecular sieve의 역할을 할 수 있다. Zeolite의 경우, 미세 기공을 통해 물과 같은 작은 극성 분자를 선택적으로 흡착한다. Zeolite는 일반적으로 MxDy[Al(x+2y)Sin-(x+2y)O2n]·mH2O의 화학식으로 나타낼 수 있다. 이때 M은 1가 양이온, D는 2가 양이온을 의미한다.또 하나의 특징으로, zeolite는 이온 교환이 가능하다. 농도에 따라 알칼리 금속이나 알칼리 토금속양이온이 다른 양이온과 교환될 수 있다. 이런 성질은 유해한 성분을 제거하거나 유용한 성분을 회수하는데 활용될 수 있다. 2) Molecular sieve (MS)Molecular sieve(MS)는 아주 작고 균일한 크기의 기공을 가지고 있는 분자체를 일컫는다. 앞서 설명한 zeolite와 silica gel 모두 MS의 한 종류이다.분자가 MS를 통과할 때, MS의 기공보다 작은 분자들만 통과할 수 있고, 그보다 큰 분자는 MS에 흡착되거나 통과할 수 없다.
1. Title Synthesis of highly uniform 400 nm silica spheres2. Purpose Silica microsphere를 합성하며 sol-gel method에 대해 이해하고, 합성한 silica microsphere를 SEM을 통해 분석한다.3. Theory 1) Silica Silica는 silicon dioxide라고도 불리며, SiO2의 화학식을 가진다. 일반적으로는 SiO2로 존재하지만, SiO2·xH2O의 수화된 형태로 존재하기도 한다. 자연에서는 석영에서 발견되며, 일반적으로 모래를 이루 는 성분으로 알려져 있다. Silica는 단일분자로 존재하지 않는다. 대부분의 silica는 Si 원자에 4개의 O 원자가 결합하여 tetrahedral 구조를 형성하고 있다. α-quartz, α-tridymite, β-tridymite 등의 형태로 존 재하지만, 상온에서는 α-quartz의 안정성이 높아 해당 형태로 존재한다.
1. Title Chromatography of Ferrocene Derivatives2. Purpose Ferrocene의 electrophilic substitution 중 하나인 Friedel-Crafts acylation을 통해 metallocene cyclopentadienyl ring의 반응성을 알아보고, 반응 혼합물의 column chromatography를 통해 순수한 product를 분리한다.3. Theory 1) Ferrocene Ferrocene(Fe(Cp)2)은 metallocene의 한 종류로, 2개의 cyclopentadienyl anion이 중심 금속 Fe에 결 합한 샌드위치 구조의 화합물이다. Cyclopentadienyl이 6개의 π 전자를 가져 Hückel 규칙을 만족하며 aromaticity를 나타낸다. 따라서 electrophilic substitution 반응에 잘 참여한다. Ferrocene은 18개의 전자를 가져 18 electron rule을 만족하며 매우 안정한 착물이다. 대부분의 유기 용매에 잘 녹으며, 중심의 Fe는 +2의 산화수를 갖는다. 상온에서 주황색의 고체 결정을 갖고, 고체 상 태에서는 두 고리가 서로 엇갈린 형태로 존재한다. 하지만 상온의 용액 안에서는 두 고리가 자유롭게 회전한다.
1. TitlePreparation and complexation of tris(3,5-dimethylpyrazolyl)hydroborate 2. PurposeTris(3,5-dimethylpyrazoyl)hydroborate를 합성하고, H2가 발생하는 원리를 알아본다. 3. Theory1) Boron Boron(붕소)는 주기율표 5번의 1s22s22p3의 전자배치를 갖는 물질로, B로 표기된다. 붕소는 금속과 비금속의 중간 성질을 갖는 준금속으로 분류된다. 붕소는 여러 가지의 동소체를 갖는데, 대부분 단단 하고 녹는점이 높은 고체로 존재한다. 3개의 원자가전자를 가져 다른 원자와 공유결합을 하며 다양한 화합물을 형성할 수 있다. 붕소가 halogen 원소(X)와 결합하면 BX3의 boron trihalide를 형성한다. 이는 octet rule을 만족시키지 못해 강한 Lewis acid로 작용하고, D3h의 점군에 속한다. 또한 BX3은 여러 가 지의 공명구조를 갖게 되므로 원자 반지름의 합보다 짧은 결합길이를 갖는다. Boron trihalide 외에도 BH3, B2H6과 같은 boron hydride를 형성할 수 있다. Boron hydride는 octet rule을 만족시키지 못하는 분자로, 전자가 부족해 강력한 Lewis acid로 작용한다. 대부분의 boron hydride는 반응성이 매우 높으 며, 특정 작용기를 환원시키는 환원제로 작용한다.2) Poly(pyrazolyl)borate oly(pyrazolyl)borate는 boron에 4개의 결합을 하고 있는 음이온이다. 일반적으로 2개 이상의 pyrazol-1-yl 치환기를 갖는 리간드이다. Figure 1은 poly(pyrazolyl)borate의 가장 기본적인 구조를 나 타낸 것이고, n은 1~3의 값을 가질 수 있다. Pyrazolyl 고리 안의 3,4,5 자리에 다양한 작용기가 치환될 수 있다.
1. TitleSynthesis and metalation of a Porphyrin 2. Purpose Chelate ligand인 tetraphenylporphyrin(TPP)을 합성하고, metalation을 통하여 metalloporphyrin을 합 성한다. UV-Vis 흡수 스펙트럼을 통해 화합물의 구조적 안정성을 알아보고, bioinorganic compound 의 biological function에 대해 알아본다.3. Theory1) Chelate ligand Ligand(리간드)는 중심 원자에 결합하여 전자를 공급하는 원자, 이온 또는 분자를 일컫는다. Ligand 는 보통 금속 이온에 결합하여 coordination compound(배위화합물)을 이룬다. Ligand는 결합에서 Lewis base로 작용해 중심 원자에 전자쌍을 공급한다. Ligand는 중심 원자에 결합할 수 있는 자리 수 에 따라 monodentate ligand(한자리 리간드), chelate ligand(킬레이트 리간드)로 구분할 수 있다.Chelate ligand(킬레이트 리간드)는 2개 이상의 원자를 통해 중심 금속 원자에 결합할 수 있는 ligand 이다. Chelate ligand는 보통 2~6개의 결합을 할 수 있다. Chelate ligand는 중심 금속 이온과 chelate effect에 의해 열역학적으로 안정한 배위화합물을 이룬다.2) porphyrin과 metalloporphyrin Porphyrin은 생명체 내에서 산화환원반응에 관여할 수 있는 물질으로, 엽록소, 혈색소 등의 색소를 구성한다. Porphyrin은 4개의 pyrrole이 methine 다리로 연결되어 평면형의 거대한 고리구조를 형성 한다. Porphyrin은 24개의 π 전자 중 18개가 delocalized 되어있어 Hückel 규칙을 만족하며 aromatic 성질을 띤다.