로버트 그럽스: 올레핀 복분해, 그럽스 촉매, 그리고 노벨 화학상

2010년 4월 9일 콘라드 에르브가 촬영한 로버트 그럽스 사진 "출처: 위키미디어 커먼즈(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Robert_H._Grubbs_HD2010_AIC_Gold_Medal_2.JPG), 라이선스: CC BY-SA 3.0"

 

로버트 그럽스(Robert H. Grubbs, 1942년 2월 27일 ~ 2021년 12월 19일)는 올레핀 복분해(olefin metathesis) 반응에 대한 연구로 2005년 노벨 화학상을 수상한 미국의 화학자입니다. 그는 그럽스 촉매라고 불리는 고효율 촉매를 개발하여 올레핀 복분해 반응을 더욱 쉽고 효율적으로 만드는 데 기여했습니다. 이 글에서는 그럽스의 삶과 그의 주요 업적인 올레핀 복분해 반응, 그럽스 촉매, 그리고 그 응용에 대해 자세히 알아보겠습니다.

1. 올레핀 복분해: 분자를 자르고 붙이는 마법, 화학 합성의 새로운 지평

로버트 그럽스는 1942년 미국 켄터키 주 마샬 카운티에서 태어났습니다. 그는 플로리다 대학교에서 화학을 전공했고, 1968년 컬럼비아 대학교에서 박사 학위를 받았습니다. 이후 스탠퍼드 대학교에서 박사 후 연구원으로 활동했으며, 1978년부터 캘리포니아 공과대학(Caltech)에서 교수로 재직했습니다. 그럽스는 유기 금속 화학 분야에서 연구를 시작했으며, 특히 올레핀 복분해 반응에 대한 연구에 매진했습니다. 올레핀 복분해 반응은 두 개의 올레핀 (탄소-탄소 이중 결합을 가진 화합물)이 만나 탄소-탄소 이중 결합을 재배열하는 반응입니다. 이 반응은 유기 합성 분야에서 매우 중요한 반응으로, 다양한 유기 화합물을 만드는 데 사용됩니다. 하지만 초기 올레핀 복분해 반응은 촉매의 활성이 낮아 반응 속도가 느리고, 선택성이 떨어져 원하는 생성물만을 얻기 어렵다는 단점이 있었습니다. 그럽스는 이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 촉매를 개발하는 연구에 몰두했습니다. 1990년대 초, 그럽스는 루테늄(Ru)을 기반으로 하는 고효율 올레핀 복분해 촉매를 개발하는 데 성공했습니다. 이 촉매는 그럽스 촉매라고 불리며, 기존의 촉매보다 활성이 훨씬 높고, 선택성이 뛰어나 원하는 생성물을 높은 수율로 얻을 수 있습니다. 또한, 그럽스 촉매는 공기 중에서 안정적이고 사용하기 쉬워 다양한 유기 합성 반응에 활용될 수 있습니다.

2. 그럽스 촉매: 올레핀 복분해의 혁신을 이끌다, 더 빠르고 더 정확하게

그럽스 촉매는 유기 금속 화합물로, 중심 금속 원자인 루테늄에 카벤 리간드와 다른 리간드들이 결합된 구조를 가지고 있습니다. 카벤 리간드는 탄소 원자에 전자쌍이 있는 특별한 리간드로, 올레핀 복분해 반응에서 중요한 역할을 합니다. 그럽스 촉매는 다양한 종류의 올레핀 복분해 반응을 촉진할 수 있습니다. 고리 닫힘 복분해 (RCM), 고리 열림 복분해 (ROMP), 그리고 교차 복분해 (CM) 등 다양한 반응에 활용되어 복잡한 유기 분자를 합성하는 데 사용됩니다. 그럽스 촉매는 기존의 촉매보다 활성이 높기 때문에, 더 낮은 온도와 더 짧은 시간에 반응을 완료할 수 있습니다. 또한, 그럽스 촉매는 선택성이 뛰어나기 때문에, 원하는 생성물만을 선택적으로 합성할 수 있습니다. 이는 의약품 합성과 같은 정밀 화학 분야에서 매우 중요한 장점입니다. 그럽스 촉매는 공기 중에서 안정적 이기 때문에, 취급하기 쉽고 보관하기 용이합니다. 또한, 그럽스 촉매는 다양한 반응 조건에서 사용할 수 있으며, 다른 촉매와의 조합을 통해 더욱 다양한 반응에 활용될 수 있습니다.

3. 노벨 화학상 수상: 올레핀 복분해, 화학 합성의 새로운 패러다임

로버트 그럽스는 이브 쇼뱅(Yves Chauvin), 리처드 슈록(Richard R. Schrock)과 함께 올레핀 복분해 반응에 대한 연구 업적을 인정받아 2005년 노벨 화학상 을 공동 수상했습니다. 쇼뱅은 올레핀 복분해 반응의 메커니즘을 밝혀냈고, 슈록은 몰리브덴 기반의 고효율 올레핀 복분해 촉매를 개발했습니다. 노벨 위원회는 "올레핀 복분해 반응은 유기 합성 분야에 혁명을 일으켰다" 며, "이 반응은 새로운 물질을 만들고, 기존의 합성 방법을 개선하는 데 사용될 수 있다"라고 평가했습니다. 올레핀 복분해 반응은 의약품, 플라스틱, 그리고 연료 등 다양한 분야에서 새로운 물질을 만드는 데 활용되고 있으며, 더 효율적이고 친환경적인 화학 합성 방법을 제공합니다. 그럽스 촉매는 올레핀 복분해 반응의 활용 범위를 넓히는 데 크게 기여했습니다. 그의 촉매는 높은 활성, 선택성, 그리고 안정성 덕분에 다양한 유기 합성 반응에 활용될 수 있으며, 의약품 합성, 고분자 합성, 그리고 재료 과학 등 다양한 분야에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 그럽스 촉매는 화학 합성의 새로운 패러다임을 제시했으며, 더 효율적이고 친환경적인 화학 합성 방법을 개발하는 데 기여하고 있습니다.