우리는 메틸랄의 용매화특성을 밝히는데 목적을 두고 밀도범함수리론(DFT)에서 국부토대방법을 적용함으로써 메틸랄과 푸란이 반응하여 레불린산에스테르에로 전환하는 반응에 대한 제1원리적연구를 진행하였다.
이를 위하여 제1원리밀도범함수계산을 적용하여 메틸랄용매하에서 푸란의 레불린산에스테르에로의 전환반응에서 중간생성물들의 분자적구조를 밝히고 반응에네르기와 활성화에네르기를 평가하고 그 물림새를 밝히였다.
중간생성물들의 분자적구조를 밝히기 위하여 초세포모형과 클라스터모형을 둘 다 리용하였으며 초세포모형에 대해서는 PAO-DZP토대모임을, 클라스터모형에 대해서는 6-311+G*토대모임을 적용하였다.
메타놀용매효과를 고려하기 위하여 초세포모형에서는 살창상수가 1.2nm, 1.4nm인 초세포에 메타놀분자들을 25, 40개 포함시켜 양적으로, 클라스터모형에서는 COSMO방법을 리용하여 음적으로 취급하였다. 개별적인 분자들인 메틸랄, 푸란, MMF, MLA의 기하학적구조를 최적화하고 선행연구들과 비교하여 해석하였다.
후꾸이함수들의 분석을 통하여 개별적인 분자들에서 반응위치들을 식별하였다. 분자계들의 DFT전에네르기를 계산하고 클라스터모형에 대한 계산에서는 령점진동과 열에네르기보정을 진행하였으며 그에 기초하여 《메틸랄+푸란》으로부터 《MMF+메타놀》에로의 반응, 《MMF+물》로부터 MLA로의 반응에 대한 반응에네르기를 결정하였다. 첫번째 반응은 진공에서 흡열이지만 메타놀용매에서 발열이며 두번째 반응은 진공과 용매환경에서 둘다 발열반응이라는것을 밝히였다.
활성화에네르기를 계산하기 위하여 반응경로들을 예측하고 NEB계산을 통하여 실제적인 반응경로들을 확정하였다. 계산으로부터 생물질에서 유도된 푸란으로부터 메틸랄과의 반응에 의한 레블린산에스테르에로의 전환과정에 대한 구체적인 반응물림새를 해명하였다.
이상의 연구결과는 잡지《Materials Advances》에 《Ab initio insight into furan conversion to levulinate ester in reaction with methylal and methanol》(https://doi.org/10.1039/d4ma00446a)의 제목으로 출판되였다.
