이리듐 촉매가 빛을 발하는 5가지 반응

오늘날의 많은 첨단 의약품, 소재, 에너지 시스템 뒤에는 이리듐 촉매가 큰 역할을 하고 있습니다. 정밀도와 내구성으로 잘 알려진 이리듐은 화학자들이 느리거나 비효율적인 반응을 수행하는 데 도움을 줍니다. 다음은 이리듐 촉매가 중요한 이유에 대한 다섯 가지 예시입니다.

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비대칭 수소화-분자 수준에서의 정밀도 향상

비대칭 수소화는 이리듐 촉매의 가장 유명한 응용 분야입니다. 알켄이나 이마인과 같은 불포화 화합물의 수소화는 이 반응에서 매우 높은 거울상 선택성을 가진 키랄 생성물을 제공합니다. 이리듐 착물, 특히 키랄 포스핀 또는 N-헤테로사이클릭 카르벤 리간드를 갖는 이리듐 착물은 활성화가 잘 되지 않거나 입체적으로 방해받는 기질에 효과적입니다.

이리듐은 일반적으로 로듐 또는 루테늄 기반 시스템에 문제를 일으키는 기능화되지 않거나 최소 치환된 알켄을 수소화할 수 있다는 점에서 차별화됩니다. 이러한 Ir 촉매는 상당히 적당한 압력과 온도에서 작동하면서 정밀한 입체 화학 제어를 보여주었습니다. 따라서 분자의 절대적인 구성이 생물학적 활성이나 안전성을 고무할 수 있기 때문에 의약품 합성에 없어서는 안 될 필수 요소입니다.

산업계에서 이리듐 촉매 비대칭 수소화는 광학적 순도의 재현성이 중요한 원료의약품, 농약, 정밀 화학 제품 제조에 광범위하게 응용되고 있습니다.

C-H 보릴레이션 - 간편한 직접 기능화

C-H 보릴레이션은 유기 합성의 혁신적인 방법이며, 이 반응의 촉매제는 이리듐 촉매를 사용합니다. 즉, 기존에는 할로겐화와 같은 사전 활성화 단계를 거치지 않으면 탄소-수소 결합을 직접 기능화할 수 없었습니다. 이리듐 촉매를 이용한 C-H 보릴레이션은 이러한 불활성 C-H 결합을 다용도 C-B 결합으로 직접 변환할 수 있습니다.

비피리딘 및 페난트롤린 리간드와 이리듐 착물은 특히 방향족 및 헤테로 방향족 시스템에서 매우 높은 선택성과 효율을 나타냅니다. 얻어진 붕소 에스테르는 교차 결합 반응에 의해 알코올, 아민 또는 탄소-탄소 결합으로 쉽게 변형되기 때문에 매우 가치 있는 중간체입니다.

이는 의약 화학에서 특히 중요한데, 후기 단계의 기능화를 수행하면 화학자들이 납 화합물을 빠르게 다양화할 수 있기 때문입니다. 따라서 이리듐 촉매를 사용하면 예측 가능한 재선택성을 구현하여 시행착오를 줄이고 개발 일정을 단축할 수 있습니다.

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전이 수소화 - 수소 가스 없이 수소 생산

이리듐 촉매의 또 다른 우수성 분야는 전이 수소화입니다. 이 반응에서는 분자 수소의 사용을 피하고 알코올, 포름산 또는 아민과 같은 수소 공여체를 고려합니다. 이리듐 촉매는 기존의 수소화 방법보다 더 안전하고 때로는 더 실용적인 방식으로 수소 전달을 효율적으로 매개합니다.

이러한 이유로 이리듐 기반 시스템은 훨씬 더 견고하고 다양한 작용기에 대한 내성이 있습니다. 따라서 복잡한 분자의 케톤, 알데히드 및 이민의 수소화에 잘 사용됩니다. 반응은 종종 온화한 조건에서 진행되어 부반응을 최소화하고 민감한 기능을 보호합니다.

전이 수소화는 지속 가능성 관점에서 친환경 화학의 틀에도 잘 맞습니다. 따라서 이리듐 촉매는 고압 수소 가스를 피하고 더 순한 수소 공급원을 사용함으로써 더 안전한 실험실 관행과 확장 가능한 산업 공정을 지원합니다.

올레핀 이성질체화 - 이중 결합 재배열 제어

올레핀의 이성질체화에는 탄소-탄소 이중 결합의 위치 또는 기하학적 구조가 변경되는 것이 포함됩니다. 그러나 쉽게 들리지만 과도한 환원 및 중합 없이 높은 선택도를 달성하기는 어렵습니다. 이 반응은 이리듐 촉매에 의해 고도로 제어됩니다.

이리듐 하이드레이드 착물은 말단 알켄을 내부 알켄으로 선택적으로 이성질화하거나 높은 입체 선택성으로 E/Z 형상을 제어할 수 있습니다. 이는 이중 결합의 위치가 물리적, 화학적 특성에 즉각적인 영향을 미치는 향기 화학, 폴리머 전구체 합성 및 정밀 화학 제제에서 매우 중요합니다.

다른 전이 금속에 비해 이리듐은 화학자가 평형 혼합물에 의존하지 않고 분자 구조를 조정할 수 있는 우수한 방식으로 반응 경로를 제어할 수 있는 경우가 많습니다.

물 산화 및 에너지 관련 산화 환원 반응

유기 합성 외에도 이리듐 촉매는 물 산화와 같은 에너지 관련 화학에서도 없어서는 안 될 필수 요소입니다. 산화 이리듐과 분자 이리듐 착물은 물분해에 의한 수소 생산의 중요한 단계인 산소 진화 반응의 가장 활성적인 촉매에 속합니다.

이리듐은 부식과 산화에 대한 저항성이 높기 때문에 효율적인 OER과 관련된 가혹한 전기화학 조건에서도 성능을 발휘할 수 있습니다. 이리듐의 희소성과 비용이 너무 높아 널리 사용되기는 어렵지만, 그럼에도 불구하고 이리듐은 새로운 물질을 측정하는 기준이 되는 촉매로 남아 있습니다.

특히 이리듐 촉매는 PEM 전해조 및 인공 광합성 연구와 같은 재생 에너지 기술과 직접적인 관련이 있습니다.

표 1: 이리듐 촉매가 주요 이점을 갖는 주요 반응 유형

더 자세한 비교는 Stanford Advanced Materials (SAM)에서 확인하세요.

결론

이리듐 촉매는 현대 화학의 팔레트에서 독보적인 선택성, 작용기 내성, 가장 까다로운 조건에 대한 안정성을 제공하면서 독보적인 강력한 위치를 차지하고 있습니다. 이리듐은 학문적 호기심에서 산업 공정에 이르기까지 정밀한 비대칭 합성을 가능하게 하고 재생 에너지 기술의 핵심적인 발전을 이끌고 있습니다. 이리듐은 촉매의 미래를 계속 만들어갈 것입니다.

참고자료:

[1] Yanhui Yu, Gai Li, Yutong Xiao, Chi Chen, Yuhang Bai, Tianjiao Wang, Jing Li, Yingjie Hua, Daoxiong Wu, Peng Rao, Peilin Deng, Xinlong Tian, Yuliang Yuan, 산성 산소 진화 반응을 위한 이리듐 기반 전기 촉매, 에너지 화학 저널, Volume 103, 2025, 200-224페이지, ISSN 2095-4956.

[2] ACS 녹색 화학 연구소 (nd). C-H 활성화를 통한 금속 촉매 보리 화. 검색 됨 12 월 19, 2025.