광산화환원 촉매작용 (Photoredox catalysis)
한 줄 정의: 빛으로 들뜬 촉매가 기질과 단일전자이동을 일으켜 라디칼 반응을 유도하는 합성 전략입니다.
쉽게 풀면
가시광선을 받은 촉매 분자는 전자를 쉽게 주거나 받는 상태가 됩니다. 광산화환원 촉매작용은 이 성질을 이용해 유기 분자에 전자 한 개를 옮겨 반응성 높은 라디칼을 만들고 결합을 형성합니다. 순한 조건에서 어려운 반응을 할 수 있습니다.
왜 중요한가
2008년 무렵부터 유기합성에서 빠르게 확산되어 C–H 작용기화, 교차 결합, 의약품 후기 변형에 폭넓게 쓰입니다. 니켈 촉매와 결합한 메탈라포토레독스 연구도 활발합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"Ir(ppy)₃를 광촉매로 사용한 청색 LED 조사 조건에서 알킬 라디칼의 첨가 반응이 진행되었다."
전형적 광산화환원 반응 조건입니다.
조금 더 깊게 보면
대표 촉매는 Ru(bpy)₃²⁺, Ir 착물, 유기 염료입니다. 들뜬 촉매는 산화적·환원적 소광 순환을 거쳐 원래 상태로 돌아오며, 들뜬 상태의 산화환원 전위로 반응 가능성을 판단합니다. 스턴-볼머 소광 실험으로 메커니즘을 확인합니다.
주의할 점
광촉매는 반도체 물분해 등을 포함하는 넓은 개념이고, 광산화환원 촉매작용은 유기합성의 단일전자이동 전략을 가리킵니다. 라디칼 연쇄 반응이 섞일 수 있어 양자수율로 확인해야 합니다.