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1. 쿠커비투릴의 합성 및 금속과의 반응
1.1. 실험 목적
이번 실험의 목적은 내부에 손님 분자를 가둘 수 있는 공간이 있으며, 금속 이온과 배위 결합을 할 수 있는 쿠커비투릴을 합성한 다음, 금속 이온과 착물을 형성해보는 것이다.
쿠커비투릴은 위 아래가 뚫린 거대 고리 화합물이다. Cucurbit[6]uril의 빈 공간에는 다양한 분자나 이온을 담을 수 있으며, 위와 아래 입구에는 카르보닐기가 있어 유기 암모늄 이온이나 알칼리 금속 이온을 강하게 잡을 수 있다. 따라서 쿠커비투릴을 합성한 후 금속 이온과의 반응을 통해 착물을 형성함으로써 쿠커비투릴의 활용 방안을 확인하고자 한다.
1.2. 실험 재료 및 기구
1.2.1. 시약
글리콜우릴(glycoluril)은 동일한 2개의 탄소 사슬에 걸쳐 결합된 2개의 우레아 그룹으로 구성된 유기 화학 물질이다. 수처리, 페인트 및 코팅, 때로는 서방형 비료로 사용되는 백색 분말이다.
폼알데하이드(formaldehyde)는 자극성이 강한 냄새를 띤 기체상의 화학 물질이다. 화학식 CH2O를 가진 가장 간단한 구조를 가진 알데하이드이다. 탄소와 목재, 설탕 등 많은 유기 물질의 불완전 연소에 의해 연기나 불꽃 속에 함유되며, 대기에도 미량이 존재한다.
진한 염산은 염화 수소 수용액이다. 염화 수소산이라고도 하며 대표적인 강산이다. 보통 농도 35% 이상을 진한 염산이라 부른다. 무색, 자극취가 있는 용액이며 진한 염산을 습한 공기 중에서 발연한다.
진한 황산은 약간의 점성을 띤 산성 액체이다. 물에 녹으면 발열하지만, 의외로 얼음과 혼재하면 한제로 사용되기도 한다. 염산과는 달리 비휘발성이기 때문에 농도가 낮은 황산이라도 황산에 함유된 수부이 증발하면 농축될 위험이 있다.
Na2SO4는 황산 나트륨으로, 화학식 Na2SO4를 지니는 나트륨의 황산염이다. 유리, 군청 따위의 제조에 쓰이며 빛깔이 없는 단사 정계의 결정이다.
1.2.2. 기구
비커, 유리 막대, hot plate, 감압 여과 장치는 본 실험에 사용된 주요 기구이다.
비커는 시약을 담아 반응을 진행하는 데 사용되었으며, 유리 막대로 용액을 교반하여 잘 섞이도록 하였다. Hot plate는 용액을 가열하는 데 사용되었고, 감압 여과 장치는 생성된 고체 침전물을 분리하는 데 쓰였다.
이러한 기구들은 쿠커비투릴을 합성하고 금속 이온과의 반응을 관찰하는 실험에 필수적이었다.
1.3. 이론적 배경
1.3.1. Cucurbit[6]uril의 구조 및 특성
Cucurbit[6]uril은 위 아래가 뚫린 거대 고리 화합물이다. 분자 구조는 6개의 글리콜우릴(glycoluril) 단위가 연결되어 있는 도너츠 모양의 구조를 가지고 있다. 각 단위의 카르보닐기가 외부로 노출되어 있는 것이 특징이다. 이 카르보닐기는 양전하를 가지는 유기 암모늄 이온이나 알칼리 금속 이온을 강하게 잡아낼 수 있다. 또한 분자 내부에는 소수성 공간이 존재하여 다양한 크기의 분자나 이온을 담을 수 있다. 이처럼 큰 공간과 선택적 결합 능력 때문에 Cucurbit[6]uril은 나노 소자, 리포좀 형성, 수소 저장 물질 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
1.3.2. Cucurbit[6]uril의 활용
Cucurbit[6]uril은 다양한 분야에서 활용될 수 있는 유용한 화합물이다. 첫째, 나노 소자 제작에 활용될 수 있다. 현재 기술로는 더 이상 크기를 줄일 수 없는 한계가 있지만, Cucurbit[6]uril과 같은 작은 분자들을 조립하여 큰 것을 만드는 상향식 연구를 통해 이 한계를 극복할 수 있다. 둘째, 리포좀 형성에 이용될 수 있다. Cucurbit[6]uril 유도체는 생체막과 유사한 리포좀을 형성할 수 있으며, 리포좀 표면에 유도 장치를 쉽게 도입하여 특정 세포와 반응하게 하는 약물 전달 매체로 개발 중이다. 리포좀은 친유성으로 피부와 잘 ...
