일반기술

전기 화학(electrochemical) 기술을 통한 화학 제품의 합성

University of Alicante의 화학-물리학과는 전기화학적 프로세스를 통한 유기 제품의 합성을 수행할 수 있는 충분한 경험과 노하우를 보유하고 있다. 전기 화학 기술은 일부 전통적인 화학적 합성 방식을 단순화시켜 주고 환경 친화적이라는 점에서 뛰어난 장점이 있으며, 화학 업계 및 제약 업계의 관심을 불러 일으키게 될 것이다.응용 전기화학(Applied Electrochemistry)은 제약 제품의 합성, 나노 기술, 폐기물 처리, 중금속 회수(heavy metals recovering), 금속 침전(metallic deposition) 등과 같은 모든 유형의 산업용 애플리케이션에 전기 화학적 프로세스를 이용하는 것을 의미한다. 전기화학 기술을 통해 합성 프로세스를 단순화할 수 있으며, 전통적인 방식으로는 매우 어려운 합성을 수행할 수 있다. 전기화학 기술의 이러한 장점으로 인해, University of Alicante의 화학-물리학과는 지난 수 년 동안 새로운 전기화학 프로세스의 연구에 집중해 왔으며, 관련 지식 및 기술을 업계에 이전하는 데 노력을 기울여 왔다. 이와 같은 연구 및 경험을 바탕으로 University of Alicante의 화학-물리학과(LEQA 그룹)는 업계의 관심을 불러 일으킬만한 다음과 같은 프로세스들을 개발하게 되었다: A) 직접적인 전기화학적 합성:- 이황화물 결합(disulfide bond), 니트로기(nitro group)에서 아민기(amine group), 탄소-할로겐화물(carbon-halide) 결합, 카르보닐기(carbonyl group)에서 카르복실기(carboxyl group), 이중 및 삼중 C-C 결합 (결과: Zn, Sn Cr 등과 같은 화학적 환원제의 사용을 피할 수 있다)- 알코올의 산화B) 산화제(oxidant) 및 환원제의 전기화학적 재생을 통한 간접적인 합성: 요오드(iodine)/요오드화물(iodide), Sn(IV)/Sn(II), Cr(VI)/Cr(III), 브롬(bromine)/브롬화물(bromide), 염소(chlorine)/염화물(chloride), Ti(IV)/Ti(II) 쌍 (적은 양의 환원제만으로 화학적 환원이 가능하므로, 염화 침전물이 발생하는 문제를 피할 수 있다)1) 직접적 혹은 간접적인 전기화학적 산화를 통한 유기 제품의 합성.- 올레핀(olefine)의 전기산화(Electro-oxidation).- 방향족 화합물(aromatic compound)의 전기산화.- 방향족 및 지방성(aliphatic) 할로겐화물(halide)의 전기산화. - 알코올, 글리콜(glycol), 폴리알콜(polyalcohol), 치올(thiol) 및 탄수화물(carbohydrate)의 전기산화. - 카르보닐기의 전기산화.- 지방성 에테르의 전기산화.- nitroalcane의 전기산화. 2) 직접적 혹은 간접적인 전기화학적 환원을 통한 유기 제품의 합성. - 카르보닐기의 전기환원(Electro-reduction). - 카르복실기의 전기환원. - 아미드(amide)의 전기환원. - 이미드(imide)의 전기환원. - 니트로 화합물(nitro compound)의 전기환원. - S-S 결합을 지닌 화합물의 전기환원. 3) dichromate, Ce(IV), 망간산염(manganate) 및 과망간산염(permanganate), 하이포아염소산염(hipochlorite), 하이포브로마이트(hipobromite), periodate 등 환원된 형태의 무기 산화제(inorganic oxidant)의 전기화학적 합성. 4) Ti(III), Sn(II), Cr(II), Li, Na 등 산화된 형태의 환원제의 전기화학적 합성.이 방법론은 수성(aqueous) 및 비수성(non-aqueous) 시스템 모두에 적용될 수 있다. 혁신적인 사항:- 전기화학 기술은 화학적 합성 제품의 생산을 위한 새로운 방법이다. - 전통적인 화학적 합성 방식을 단순화시킨다. - 환경에 대해 덜 공격적이며, 제조 프로세스로부터 파생하는 생성물(sub-product)이나 폐기물의 발생을 피할 수 있다. - 생산된 제품을 정제해야 할 필요성이 적다. 주요 장점:전기화학적 프로세스가 진행되는 동안, 전통적인 산화 및 환원용 시약(dichromate), 과망간산염, 분말 아연(zinc), 수소화물(hydride) 등은 전자를 통한 전하 전송(charge transfer) 프로세스로 대체된다. 화학적 시약으로서의 전자는 매우 뛰어난 특성을 보이며, 여타 화학제와는 매우 다르다. 화학적 시약으로서의 전자는 산화제 및 환원제로 사용될 수 있으며, 자신의 정체(identity)를 변경하지 않고서도 산화 환원 반응(redox) 능력을 제어할 수 있다:- 저장되지 않는다.- 요구되는 만큼 공급된다. - 비용이 적게 든다 (유인궤도 실험실(mol)에서의 합성 제품의 경우, 프로세스에 따라 0.01 $ 이하). - 양이온(cation) 및 라디칼 음이온(radical anion), 라디칼(radical) 등과 같이, 합성 분야의 커다란 관심의 대상이 되는 종(species)들을 생산할 수 있다. - 다른 시약들을 사용할 경우 발생하는 오염을 피할 수 있다. 전통적인 화학적 프로세스와 전기화학적 프로세스를 비교할 때, 잔류물(residual) 처리에 있어서의 이와 같은 이점은 주목할 만하다. 전기화학적 방식이 잔류물의 처리가 훨씬 쉬우며, 심지어는 변형된 시약을 처리할 필요가 없게 되는데, 이는 전통적인 화학적 프로세스에서는 빈번히 요구되는 작업이다.