고분자 Vol.63　No.4 April 2014

고분자　Vol.63　No.4

특집
제한된 공간과 고분자

전망

나노 공간을 이용한 결정화를 필요로 하지 않는 결정구조 해석

이노쿠마 야스히데, 후지타 마코토

<Abstract> 유기 리간드와 금속 이온을 결합하여 다양한 나노 공간을 설계할 수 있는 다공성 착물을 이용하여 분자의 결정구조를 해석하는 새로운 방법이 개발되었다. 결정을 만들기 어려운 액체 화합물 및 미량의 천연물까지 분석할 수 있는 이 기술이 개발되기까지의 과정과 이 기술을 이용한 최근의 사례, 그리고 향후의 전개 방향을 소개한다.
키워드: X-Ray Crystallography / Porous Coordination Networks

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금속 착물의 나노 공간 내에서의 고분자화학

우에무라 다카시

<Abstract> 금속 이온과 유기 리간드가 자기 조립하여 구축되는 다공성 금속 착물의 나노 공간을 중합 반응장으로서 이용하여, 중합된 고분자의 일차 및 고차 구조를 제어할 수 있다. 또한, 나노 공간에 구속된 고분자는 일반적인 벌크 상태와는 매우 다른 물성을 나타내는 것을 확인하였다. 이와 같은 결과는 새로운 나노재료를 개발하는 데 중요한 실마리를 제공할 것으로 기대된다.
키워드: Metal-Organic Framework / Nanochannel / Controlled Polymerization / Nanoconfinement / Nanocomposite

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토픽

Porous Organic Cages - Soluble Molecular Pores

Andrew I. Cooper and Tom Hasell

<Abstract> 분자 수준의 다공성을 갖는 대부분의 합성 물질은 확장된 프레임워크 또는 네트워크 구조로 이루어져 있다. 이에 비해 유한한 크기를 갖는 개별적인 다공성 분자의 예는 많지 않다. 지난 수년간, 본 연구진은 유한한 크기를 갖는 다공성 "케이지(cage)" 분자를 개발해왔으며, 본 원고에서는 지금까지 발표한 대표적인 예를 소개한다. 솔루션 공정을 이용할 수 없는 고분자적인 네트워크를 갖는 물질과 달리, 가용성 다공성 케이지는 솔루션 공정을 이용한 다양한 응용이 가능하다. 예를 들면, 다른 가용성 재료와 혼합하여 용액 상태에서 케이지의 구멍 내부에 다양한 재료를 집적할 수 있으며, 케이지 분자의 용액을 캐스팅하여 필름 또는 코팅을 형성할 수 있다. 또한, 이와 같은 가용성 케이지 분자는 적절한 용매를 사용하거나 ‘mix-and-match’ 전략을 이용한 공결정(cocrystal)을 형성하는 방법을 통해서 케이지 분자의 결정형태를 조절할 수 있다.
키워드: Intrinsic Microporosity / Gas Sorption / Gas Separation / Porous Organic Cages / Polymers / Crystal Engineering / Adsorption

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MOF를 이용한 새로운 결정 중합

사다 가즈키, 고카도 겐타

<Abstract> 최근 들어 제한된 공간에서의 고분자 중합이 주목을 받고 있다. 본 원고에서는, 금속-유기 프레임워크(MOF) 결정을 이용한 새로운 결정상 중합 방식을 소개한다. MOF는 나노 구멍을 갖는 견고한 3D 호스트 프레임워크를 형성하기 위해서 둘 이상의 연결 부위를 갖는 유기 리간드와 금속 이온으로 이루어진 나노다공성 결정질 재료다. 본 연구진은 넓고 안정한 나노 수준 빈 공간의 특성을 이용하여 두 가지 화학 반응을 통해서 유기 링커(linker)를 가교화하는 방법을 연구하였다. 이를 위해서 (1) 다중 알카인(multi-alkyne)과 아지드가 도입된 MOF(AzM) 간의 클릭 반응과 (2) 글리시딜 에테르(glycidyl ether)를 이용한 시클로 덱스트린 MOF (CD-MOF)의 가교화 반응이 이용되었다. 이와 같은 결정상 중합 방식은 가교화 반응이 호스트 프레임워크의 내부에 고정된 호스트의 구성 성분과 게스트 단량체 간에 일어난다는 점에서 종래의 방식과 차별화된다. 또한, 이 새로운 결정상 중합 방식을 이용하여 잘 정의된 모서리와 면을 가진 다면체 겔을 형성할 수 있으며, 반응 시작 전의 MOF 결정의 모양과 크기는 가교화 반응 및 배위 결합의 분해 이후에도 유지되는 것이 확인되었다.
키워드: Metal Organic Framework (MOF) / Crystalline-State Polymerization / Inclusion Polymerization / Confined Space / Click Reaction / Cyclodextrins

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고립된 π공역계 고분자의 물성과 기능

스기야스 가즈노리

<Abstract> 본 연구진은 공역화된 주사슬이 환상의 측쇄에 의해서 피복된 π공역계 고분자를 합성하였다. 이와 같은 고분자의 구조는 전선과 매우 유사하며, 이와 같은 특징이 주사슬 간의 π-π 스태킹을 방지하여, 단일 고분자 사슬의 전자적인 특성을 나타내는 재료를 얻을 수 있다. 본 원고에서는 고립된 π공역계 고분자의 전자적 및 광물리적 특성에 관한 최근의 연구결과를 소개한다.
키워드: Conjugated Polymers / Molecular Wires / Conducting Mechanism / Fluorescent Materials

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안트라센 껍질을 갖는 방향족 미셀

곤도 게, 요시자와 미치토

<Abstract> 미셀은 친수성 머리 부분과 소수성 꼬리 부분으로 이루어진 양친매성 분자의 구형 집합체이다. 미셀의 구조에서 영감을 받아, 본 연구진은 친수성 그룹으로 수식된 메타-페닐렌을 통해서 연결된 두 개 또는 세 개의 안트라센 패널로 이루어진 새로운 양친매성 분자를 설계하였다. 수용액 상에서 π-스태킹 및 소수성 상호 작용을 이용하여 새로운 종류의 미셀형 분자 캡슐이 형성되었다. 미셀형 분자 캡슐은 다양한 유기 분자(예, 형광 염료)를 집적할 수 있고, 생성된 나노 복합체는 효율적인 호스트-게스트 상호 작용을 통해 독특한 발광 특성을 나타냈다.
키워드: Anthracene / Assembly / Capsule / Fluorescence / Micelle

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아미노산/펩타이드 초분자로 구축하는 배열된 금속 집합

다카야 히카루, 나카무라 마사하루, 이소자키 가츠히로

<Abstract> 본 연구진은 다양한 기능성 전이 금속 착물이 공유 결합으로 측쇄에 달린 아미노산과 펩타이드를 합성하여, 이와 같은 아미노산과 펩타이드의 자기조립 특성을 이용하여 잘 정렬된 금속배열을 구축하는 데 성공하였다. 이와 같은 아미노산과 펩타이드가 분자간 수소 결합을 통해서 금속 착물이 잘 배열된 β-시트 형태의 초분자 집합체를 형성하였다. cryo-TEM을 이용한 전자 회절과 싱크로트론을 이용한 WAX 및 SAXS 분석을 통해서 일차원 및 이차원적인 금속의 배열이 완벽하게 제어될 수 있음이 밝혀졌다. 팔라듐 및 백금이 결합된 아미노산/펩타이드 초분자 집합체는 향상된 촉매 성능을 나타냈다.
키워드: Amino Acid / Peptide / Metal Array / Supramolecuar Gel

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자기조립성 포르피린의 나노 공간을 이용한 풀러렌의 배열 제어

다니 후미토

<Abstract> 풀러렌의 배열을 제어하기 위해, 본 연구진은 풀러렌에 대해 높은 친화도를 갖는 (K_assoc ≈ 10⁵ M^-1) 환상 포르피린 이량체(M2-CPD, M = Ni, H2)를 합성하였다. 이와 같은 이량체는 포르피린의 서로 반대편의 메조 위치에 두 개의 자기조립성 4-피리딜 그룹을 갖고 있다. 결정에서, 니켈 이량체와 C₆₀ 또는 PCBM의 포접 착물(C₆₀ ⊂ Ni₂-CPD, PCBM ⊂ Ni₂-CPD)은 자기조립을 통해서 포르피린 나노튜브를 형성하여 풀러렌 분자를 선형으로 배열시킨다. 포르피린 나노튜브는 피리딜 그룹의 질소 원자와 피롤의 βC-H 그룹의 수소 원자 간의 독특한 수소 결합에 의해 형성되는 환상 이량체의 스태킹에 의해서 형성된다. 대조적으로, 프리베이스 이량체에 C₆₀ 및 C₇₀이 포접된 복합체(C₆₀ ⊂ H₄-CPD, C₇₀ ⊂ H₄-CPD)는 나노튜브 구조를 형성하지 않고 풀러렌 분자를 지그재그로 배열시킨다. 잘 정련된 C₆₀의 배열로 인해서, C₆₀ ⊂ Ni₂-CPD와 C₆₀ ⊂ H₄-CPD는 배열을 따라서 높은 전자이동도(Sm > 0.1 cm²V^-1S^-1)를 나타낸다. 또한, C₆₀ ⊂ H₄-CPD는 포르피린에서 C₆₀로 광유기 전자 전달을 통해서 전하 분리 상태를 형성한다.
키워드: Fullerene / Porphyrin / Self-assembly / Nanotube / Supramolecule / Host-Guest Chemistry / Photoinduced Electron Transfer / Charge Mobility

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성장하는 고분자

흥미로운

이다 쇼헤

<Abstract> 고등학교 시절의 선생님은 필자를 화학의 세계로 인도해 주었다. 본 원고에서는 선생님의 가르침을 따라 시작하게 된 필자의 지난날을 회고한다. 필자의 선생님은 필자가 고분자과학을 가르치는 일을 하기를 기대했을 것으로 생각된다.

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고분자과학의 최전선

초분자 상호 작용을 이용한 고분자 복합체의 자기조립화

마츠시타 유슈

<Abstract> 본 원고에서는 초분자 상호 작용을 이용한 블록 공중합체의 자기조립 과정을 통해 복잡한 구조를 형성하는 연구와 관련된 최근의 성과를 소개한다. 이와 관련하여 다음의 세 가지 내용을 소개한다. (1) 수소 결합을 이용한 복합 시스템의 형태 제어, (2) 초분자 상호작용을 이용한 블록 공중합체/금속 화합물 및 블록 공중합체/금속 나노입자 하이브리드로 이루어진 주기적인 구조의 형성, (3) 블록 공중합체의 자기조립화에 의한 하이브리드를 이용한 나노다공성 재료의 합성. 특히, (1)에서는 세 개의 수소 결합을 이용한 다음의 세 가지 예를 소개한다. i) 블록 공중합체/호모 중합체 또는 저분자량 유기 화합물의 블렌드, ii) 블록 공중합체/블록 공중합체 블렌드, iii) 블록 공중합체 유형의 초고분자. 한편, (2)에서는 i) 블록 공중합체/금속염 하이브리드와 ii) 블록 공중합체/금속 나노입자 또는 반도체 나노입자 하이브리드를 소개한다.
키워드: Self-Assembly / Block Copolymer / Microphase Separation / Supramolecular Interaction / Hydrogen Bonding / Hierarchical Structure / Hybrids / Metal Nanoparticles

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