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김성국 연구실
경상국립대학교 화학과
김성국 교수
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김성국 연구실

경상국립대학교 화학과 김성국 교수

김성국 연구실은 유기합성화학과 초분자화학을 기반으로 이온쌍 수용체, 거시고리형 분자인식 시스템, 합성 이온수송체를 설계·합성하고, 이를 이용한 이온 인식·수송·분리 연구를 수행하며, 나아가 세포막 이온조절, 항바이러스 핵산 상호작용, 리튬 추출 및 재활용과 같은 바이오·환경·에너지 응용으로 확장하는 화학 중심의 융합 연구를 추진하고 있다.

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이온쌍 수용체와 초분자 분자인식 thumbnail
이온쌍 수용체와 초분자 분자인식
주요 논문
3
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1
article
|
인용수 8
·
2024
Ion pair extractant selective for LiCl and LiBr
Nam Jung Heo, Ju Hyun Oh, Aimin Li, Kyounghoon Lee, Qing He, Jonathan L. Sessler, Sung Kuk Kim
IF 7.4
Chemical Science
Improved methods for achieving the selective extraction of lithium salts from lithium sources, including rocky ores, salt-lake brines, and end-of-life lithium-ion batteries, could help address projected increases in the demand for lithium. Here, we report an ion pair receptor (2) capable of extracting LiCl and LiBr into an organic receiving phase both from the solid state and from aqueous solutions. Ion pair receptor 2 consists of a calix[4]pyrrole framework, which acts as an anion binding site, linked to a phenanthroline cation binding motif <i>via</i> ether linkages. Receptor 2 binds MgBr<sub>2</sub> and CaCl<sub>2</sub> with high selectivity over the corresponding lithium salts in a nonpolar aprotic solvent. The preference for Mg<sup>2+</sup> and Ca<sup>2+</sup> salts is reversed in polar protic media, allowing receptor 2 to complex LiCl and LiBr with high selectivity and affinity in organic media containing methanol or water. The effectiveness of receptor 2 as an extractant for LiCl and LiBr under liquid-liquid extraction (LLE) conditions was found to be enhanced by the presence of other potentially competitive salts in the aqueous source phase.
https://doi.org/10.1039/d4sc03760j
Chemistry
Aqueous solution
Ion
Extraction (chemistry)
Inorganic chemistry
Chromatography
Organic chemistry
2
article
|
인용수 31
·
2022
Calix[4]pyrrole-Based Molecular Capsule: Dihydrogen Phosphate-Promoted 1:2 Fluoride Anion Complexation
Ju Hyun Oh, Benjamin P. Hay, Vincent M. Lynch, Hao Li, Jonathan L. Sessler, Sung Kuk Kim
IF 15.6
Journal of the American Chemical Society
A molecular capsule (<b>1</b>) consisting of two calix[4]pyrroles connected via ethylene diamide linkers has been prepared as an anion receptor. <sup>1</sup>H NMR spectroscopic studies carried out in CD<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub> revealed that receptor <b>1</b> recognizes a variety of anions with different binding modes and stoichiometries. For instance, receptor <b>1</b> binds fluoride and acetate with 1:2 receptor/anion stoichiometry and other test anions with 1:1 stoichiometry in solution when their respective tetrabutylammonium (TBA<sup>+</sup>) salts were used. In contrast, with tetraethylammnium (TEA<sup>+</sup>) salts, receptor <b>1</b> forms 1:2 complexes with chloride and bromide in addition to fluoride, overcoming expected Columbic repulsions between the anions co-bound in close proximity. Receptor <b>1</b> is also able to bind oxoanions, such as oxalate (C<sub>2</sub>O<sub>4</sub><sup>2-</sup>), dihydrogen phosphate (H<sub>2</sub>PO<sub>4</sub><sup>-</sup>), sulfate (SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>), and hydrogen pyrophosphate (HP<sub>2</sub>O<sub>7</sub><sup>3-</sup>), in the form of 1:1 complexes as the result of presumed cooperation between the two calix[4]pyrrole subunits. The selectivity of receptor <b>1</b> for fluoride versus dihydrogen phosphate varies depending on their relative concentrations. For instance, in the presence of less than 1.0 equiv of an equimolar mixture of fluoride and dihydrogen phosphate, receptor <b>1</b> shows high selectivity for dihydrogen phosphate. In contrast, in the presence of ≥2.0 anion equiv, receptor <b>1</b> binds fluoride preferentially, forming a 1:2 complex. Moreover, when treated with F<sup>-</sup>, the preformed 1:1 H<sub>2</sub>PO<sub>4</sub><sup>-</sup> complex of receptor <b>1</b> is converted to the corresponding 1:2 receptor/fluoride complex with the release of the prebound dihydrogen phosphate anion. As inferred from gas-phase computations, this seemingly counterintuitive behavior is rationalized in terms of the precomplexed dihydrogen phosphate serving to reduce the reorganization energy required to bind two fluoride anions. The presence of a water molecule in addition to the bound fluoride anions may also favor the formation of the 1:2 F<sup>-</sup> complex. The present study provides a new approach for fine-tuning the binding selectivity of polytopic anion receptors.
https://doi.org/10.1021/jacs.2c06284
Chemistry
Fluoride
Pyrophosphate
Inorganic chemistry
Phosphate
Stoichiometry
Selectivity
Medicinal chemistry
Organic chemistry
Catalysis
3
article
|
인용수 0
·
2022
Solving world problems with pyrrole: 65th birthday tribute to Prof. Jonathan L. Sessler
Calvin V. Chau, Sajal Sen, Adam C. Sedgwick, Philip A. Gale, G. Dan Pantoş, Sung Kuk Kim, Jung Su Park, Elisa Tomat, Jonathan F. Arambula, Anne E. V. Gorden, Hiroyuki Furuta
IF 19.6
Chem
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.02.005
Tribute
Pyrrole
Polymer science
Philosophy
Chemistry
Organic chemistry
Art history
History
정부 과제
8
과제 전체보기
1
2025년 2월-2028년 2월
|239,200,000
직접리튬추출(DLE) 및 폐리튬이온배터리(LIB) 재활용을 위한 리튬 추출제 개발
최근 개인용 전자기기와 전기자동차의 대중화로 리튬이온배터리(LIB)의 주요원료로 쓰이는 리튬에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있음. 하지만 채굴가능한 리튬의 양은 상당히 제한되어 있으며 몇몇 나라에 국한되어 있음. 현재 리튬 생산을 위해 쓰이는 염호 증발법이나 경암 채굴법은 수개월에서 2년의 긴 시간과 많은 인력이 필요할 뿐 아니라 다량의 이산화탄소 배출...
리튬 추출제
리튬이온배터리
직접리튬추출법
이온수용체
재활용
2
2022년 5월-2025년 2월
|469,501,000
항바이러스 Z-핵산 유도체 기초연구실
인플루엔자 바이러스의 프로모터 RNA에 선택적으로 결합하는 변형 핵산과의 상호작용 연구를 통해 바이러스를 센싱하고 증식을 억제할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다. 1. 염기서열의 의존성이 없는 염기변형 Z-DNA 유도체를 개발하여 바이러스 프로모터 RNA에 대한 선택성 연구를 통해 Z-DNA 기반 항바이러스 기작을 이해한다. 2. 바이러스 프로모터에 높...
Z-DNA
NMR 분광학
DNA-단백질 상호작용
Z-DNA 결합 단백질
인플루엔자 바이러스
바이오센서
핵산
3
주관|
2021년 2월-2024년 2월
|95,158,000
합성 이온(쌍)수용체를 이용한 이온수송 및 이온분리
생물학적 이온수송, 즉 세포의 이온농도를 일정하게 유지하기 위한 인지질세포막을 통한 제어된 이온들의 이동은 인간의 포함한 모든 고등유기생명체들이 질병 없이 살아가는데 꼭 필요하다. 하지만 이온채널의 오작동으로 인해 세포 내부와 외부의 이온농도를 적절히 유지할 수 없을 경우 심각한 생물학적 결과가 초래된다. 예를 들어, 세포의 Cl-이나 HCO3-이온 수송기능 상실은 낭포성섬유증, 바터증후군, 덴트병, 골다공증, 고칼륨혈증, 특발간질을 포함한 다양한 질병의 원인이 된다. 본 연구의 장기 목표는 세포막을 통해 특정이온을 인공적으로 수송할 수 있는 새로운 음이온수용체와 이온쌍수용체를 합성하는 것이다. 이러한 이온(쌍)수용체를 이용하여 세포의 이온수송을 제어하고 이를 통해 세포내부의 이온농도나 pH를 조절할 수 있을 경우 이온과 관련된 질병을 치료하는데 응용할 수 있다. 특히 Cl-이온이나 HCO3-이온을 선택적으로 결합할 수 있는 다양한 음이온수용체를 합성하고 세포막 수송실험을 통해 이온운반능력을 연구할 계획이다. 많은 암세포의 특성 중의 하나는 Cl- 수송 기능이 비정상적으로 작동한다는 것이다. 반면 암세포내부의 NaCl농도를 인위적으로 증가시킬 경우 세포가 사멸된다고 사실을 실험을 통해서 이미 밝혔다. 따라서 좀더 효과적으로 Na+와 Cl-을 세포내부로 운반할 수 있는 이온쌍수용체를 개발하고 다양한 세포 실험을 통해 항암제로서의 가능성을 살펴볼 것이다. 이온(쌍)수용체에 발색단이나 형광물질을 도입하여 세포내부의 특정이온의 농도를 정량적으로 분석하거나 세포막에서 이온의 흐름을 실시간 모니터할 수 있는 이온센서를 개발할 계획이다. 또한 다양한 암세포 표적물질을 분해되기 쉬운 링커를 통해 이온(쌍)수용체에 도입하여 암세포에 대한 특이성을 높이고자 한다. 현재 리튬의 제한된 매장량과 폭발적인 수요 증가에도 불구하고 전세계적으로 리튬의 재활용 비율은 1% 이하이다. 따라서 리튬이온을 재활용할 수 있는 기술을 개발하는 것이 시급하다. 또한 액체 핵폐기물로부터 황산이온과 우라늄이온의 제거할 경우 핵폐기물을 부피를 현저히 줄일 수 있을 뿐 아니라 좀 더 다루기 고체화가 가능하다. 본 연구에서 특정이온에 대한 선택성과 친화도가 높은 다양한 이온쌍수용체를 합성하고 이를 이용하여 특정이온 또는 이온쌍을 추출, 검출 및 제거할 수 있는 기술을 개발할 예정이다.
이온관련질병
이온쌍수용체
이온수송
리튬이온 추출 및 재활용
핵폐기물
우라늄 추출
세포사멸
최신 특허
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상태출원연도과제명출원번호상세정보
공개2023유기금속 화합물, 이를 포함한 발광 소자 및 상기 발광 소자를 포함한 전자 장치1020230075057
공개2022표시장치1020220102225-
전체 특허

유기금속 화합물, 이를 포함한 발광 소자 및 상기 발광 소자를 포함한 전자 장치

상태
공개
출원연도
2023
출원번호
1020230075057

표시장치

상태
공개
출원연도
2022
출원번호
1020220102225