《수학, 물리학, 화학, 생물학과 같은 기초과학부문에서 과학기술발전의 원리적, 방법론적기초를 다져나가면서 세계적인 연구성과들을 내놓아야 합니다.》
쿠쿠르비트우릴(cucurbituril)은 글리콜우릴과 포르알데히드를 축합하여 합성한 바구니형의 유기물질(CB[n])로서 분자구조안에 n개의 글리콜우릴이 메틸렌을 다리로 하여 결합되여있다. CB[n]은 내부공간에 작은 분자를 포접할수 있는것으로 하여 초분자포접화합물형태로 촉매, 분자기계, 수감기, 약물운반체, 생물모방기술 등에 널리 리용되고있다.
CB[n]은 n(대체로 5~10)에 따라 내부공간의 크기가 달라지며 n이 같은 경우에도 글리콜우릴구조의 중간에 놓인 H-C-C-H에서 C-C구조단위중 몇개가 분자고리구조의 안쪽으로 반전되여있는가에 따라 각이한 이성체들이 존재할수 있다.
연구조에서는 밀도범함수법(DFT법)으로 일련의 반전된 CB[n] (n=5~10)의 전자적구조와 안정성에 대한 연구를 진행하였다.
DFT계산을 위한 출발구조를 얻기 위하여 MOPAC2016 (Version 16.146W)에 들어있는 반경험적하트리-포크방법인 PM6-D3H4법의 L-BFGS방식으로 예비적인 공간구조최적화를 진행한 다음 ORCA(Version 4.2)에 있는 DFT(B3LYP/6-311G(d,p))법으로 최적화된 공간구조와 전자적구조를 계산하였다. 각이한 CB[n]의 상대적안정성은 개별적CB[n]의 합성반응에서 생성물들과 반응물들의 총에네르기의 차(△E)를 가지고 평가하였다.
△E계산값에 의하면 n이 같은 경우 표준적인 CB[n]이 반전된 이성체들보다 안정하며 두개의 글리콜우릴구조단이 반전된 경우 반전된 구조단이 서로 멀리 떨어져있을수록 더 안정하다.
반전된 이성체들의 쌍극자모멘트는 표준적인 CB[n]에 비하여 명백히 증가하며 표준적인 CB[n]과 반전된 이성체들에서 HOMO와 LUMO는 그리 차이나지 않는다. 반전된 CB[n]의 분자정전기적포텐샬(MEP)을 보면 입구부근에 음전기마당이 나타나는데 그것은 입구부위에 있는 산소원자가 음전하를 띠기때문이다. 반전된 구조단의 안밖에서 MEP의 부호가 표준형에 비하여 반대로 된다. 그 결과로 반전된 CB[n]은 표준형CB[n]에 비하여 차이나는 포접특성을 가질수 있다.
이상의 연구결과는 《Supramolecular Chemistry》 (2019, 31(2), 95-100)에 출판되였다.
