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Jul 11, 2023

촉매생산

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 13930(2015) 이 기사 인용 2337 액세스 40 인용 통계 세부 정보 무촉매 과분극 생산을 위한 실험적 접근 방식

Scientific Reports 5권, 기사 번호: 13930(2015) 이 기사 인용

2337 액세스

40 인용

측정항목 세부정보

파라수소를 이용한 비닐 아세테이트의 불균일 수소화와 에틸 아세테이트의 후속 가수분해를 통해 물에서 무촉매 과분극 에탄올 용액을 생산하기 위한 실험적 접근 방식이 입증되었습니다. 효율적인 수소화를 위해 액체 비닐 아세테이트는 파라수소 버블링에 의해 기체상으로 옮겨졌고 Rh/TiO2 촉매를 사용하여 거의 완전히 에틸 아세테이트로 전환되었습니다. 이후 OH- 이온을 함유한 물에 에틸 아세테이트 가스를 용해시키면 촉매 및 유기 용매가 없는 과분극 에탄올과 아세트산나트륨이 형성됩니다. 이러한 결과는 파라수소를 사용한 비닐 아세테이트 증기의 불균일 수소화 및 후속 에틸 아세테이트 가수분해에 의해 달성된 촉매 및 유기 용매가 없는 과분극 에탄올 생산의 첫 번째 시연을 나타냅니다.

자기공명영상(MRI)은 환자의 일상적인 의료 진단부터 다공성 매체1 및 촉매 반응기2,3에 이르기까지 다양한 대상을 시각화하는 데 널리 사용되는 기술입니다. 그러나 MRI의 기능은 본질적으로 낮은 감도로 인해 크게 제한됩니다. 따라서 동적 핵 분극(DNP)6,7, 스핀 교환 광학 펌핑(SEOP)8 및 파라수소 유도 분극(PHIP)9,10과 같은 다양한 과분극 기술4,5이 이 문제를 극복하기 위해 활용되는 경우가 많습니다. DNP는 가장 자주 사용되는 과분극 기술이지만 분극 주기가 길고(~20~100분) 매우 비싼 장비라는 심각한 단점이 있습니다4. 대조적으로, PHIP 기술을 사용하면 1분 이내에 과분극(HP) 물질을 생산할 수 있으며 상대적으로 저렴합니다11. PHIP는 동일한 p-H2 분자의 두 H 원자를 기질 분자의 이중 또는 삼중 결합에 쌍으로 추가하여 일반적으로 관심 기질로 전달되는 파라수소 분자(p-H2)의 높은 스핀 차수를 활용합니다. 기질의 화학적 변형에 대한 이러한 요구 사항은 PHIP5에 의해 과분극될 수 있는 화합물의 범위를 크게 제한합니다. 이 문제는 SABRE(Signal Amplification By Reversible Exchange)12로 알려진 최근 개발된 PHIP 기술 버전으로 부분적으로 해결될 수 있습니다. SABRE는 금속 복합체13에 대한 가역적 결합 시 p-H2와 적합한 리간드의 상호 작용을 기반으로 합니다. SABRE에서는 기질의 화학 구조가 변하지 않습니다. 그러나 촉매는 되돌릴 수 없게 변경될 수 있습니다14,15. 중요한 것은 지금까지 주로 질소 함유 헤테로사이클16(예: 피리딘)과 PPh317과 같은 제한된 범위의 화합물만이 SABRE에 의해 과분극화되었다는 것입니다. 두 번째 문제는 PHIP의 쌍방향 수소 첨가와 SABRE의 가역 교환 공정이 일반적으로 반응 혼합물에서 쉽게 제거할 수 없는 전이 금속 착물과 같은 균질 촉매를 사용하여 실행된다는 것입니다. 그러나 이 문제는 지지된 금속 나노입자20,21,22, 고정된 금속 복합체23 또는 PHIP 효과를 생성할 수 있는 벌크 금속 및 금속 산화물24과 같은 이종 촉매19를 사용하여 해결할 수 있습니다.

위에서 언급한 두 가지 문제, 즉 기질 분자의 특성과 반응 혼합물에서 과분극 분자를 분리하는 어려움으로 인해 PHIP 기술을 사용하는 생체 의학 MRI 응용 분야용 HP 조영제 준비가 매우 어려운 작업이 됩니다. 왜냐하면 이러한 조영제는 생체 적합성이 있어야 하기 때문입니다. 독성 촉매와 유기 용매가 전혀 없습니다. 숙신산염25, 포스포락테이트26,27, 포도당 유도체28, 펩티드29 및 SABRE-과분극화된 아미노산, 펩티드30 및 약물31과 같은 PHIP과분극화된 생체분자의 생산에 대한 보고가 있습니다. 중요한 것은 이러한 모든 결과가 HP 분자와 함께 반응 혼합물에 존재하는 균질 촉매를 사용하여 얻어졌기 때문에 잠재적인 생물의학적 응용이 의심스럽습니다.