4-octyl-4'-(5-carboxy-pentamethyleneoxy)-azobenzene과 인지질의

혼합액에 대한 광이성화현상에 관한 연구

변용진,   박근호,   강동완

창원대학교 대학원 공업화학과,

A study on the Photoinduced optical isotropy of mixed solution with  4-octyl-4'-(5-carboxy-pentamethyleneoxy)-azobenzene and phospholipid

Byun yong-jin*,   Bark keun-ho,   Kang dong-wan

Department of Chemical Technology, Chang-Won National University

Ⅰ. 서론

첨단 정보화시대에 접어들면서 전자제품의 경박, 단소화되어 가는 경향이 가속화됨에 따라, 실리콘을 기본으로 하는 현재의 무기 전자재료의 한계를 극복하고자 하는 차원에서 유기분자와 실리콘의 전자기술을 결합시켜 새로운 형태의 소자 개발을 시도하고 있으며, 분자단위 제어기능을 가진 기능성 유기 초박막 소자의 개발을 위하여 유기분자를 근본으로 하는 분자 Level의 광학소자의 연구가 다각도로 진행되고 있다..1∼3)

현재 이용되고 있는 무기화합물에 의한 전자재료와는 달리 분자 Level에서의 구조제어와 전자상태의 제어가 용이한 양호한 유기 초박막 제조 및 합성기술을 융합시키면 다양한 기능성을 갖는다는 것이 알려지게 되므로서 LB박막을 이용한 연구가 smell sensor, ion sensor, humidity sensor, gas sensor 등과 다분자막을 이용한 bio sensor의 영역으로 크게 진전되고 있으며, 전기화학소자와 광자극에 의한 분자구조의 변화를 이용한 분자 memory 소자에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.  또한 Photomemory system에서 azobenzene unit4)을 함유하고 있는 물질들은 dipolemoment와 optical parameter를 가지고 있으며, 그것은 가역적인 광이성화 현상에 기인한 구조변화가 쉽게 일어나기 때문에 기능성 소재로 기대되고 있지만 cis-isomer의 짧은 life time은 중요한 문제로 지적되어지고 있다. 대부분의 경우에서 그 life time은 실온에서 단지 몇 분 정도 지속된다.

또 다른 아조벤젠기의 Photochemical property는 가역적 광학이색성과 복굴절이다.  이들 현상은 선형으로 편광된 UV light로 광학적 축상의 조사에 의한 재배향이 일어나고5), 액정고분자6), Langmuir-Blodgett(LB) film7)등에서 연구되어지고 있다.  LB법은 Ultrathin film의 합성에 대하여 그 분자정렬이 수 nanometer두께8)로 정밀하게 조절할 수 있기 때문에 좋은 방법이다.

고분자 LB막은 thin organic optical제조와 일반적인 LB박막에 비해 안정하기 때문에 전기광학소자 설계에 사용되어지고 있다.  그리고 azobenzene작용기를 가진 polyamic acid의 변위전류 등의 물성을 보면 Langmuir (L)막상에서 cis-trans로의 구조변환은 되지 않으나 열 등의 에너지를 가하는 경우 구조변화가 발생하므로 열자극 소자나 또는 다른 기능성소자로의 이용 가능성이 제시되고 있다..9)

본 연구에서는 azobenzene화합물인 4-octyl-4'-(5-carboxy-pentamethyleneoxy )-azobenzene(이하 8A5H)을 용액상에서 용매별, 인지질 종류별, 8A5H과 인지질의 농도비별 광조사에 따른 자외가시스펙트럼의 거동을 조사하여 광스위치나 광학소자로서 이용가능성을 검토하였다.

Ⅱ. 이론

광조사에 의해 가시영역의 흡수스펙트럼이 가역적으로 변화하는 현상을 광가역변색(photochromism)이라 한다. 아조계분자에는 시스체 및 트랜스체의 2가지 구조가 있다.

즉 자외광(파장 □1)의 광조사에 따라 트랜스체에 □-□．전이에 기인하여, 트랜스체에서 시스체로 구조를 변화시킨다. 한편, 가시광(파장 □2)의 광조사에 의해 시스체 n-□．전이에 기인하여 시스체로부터 트랜스체로 그 구조가 변화된다. Azobenzene유도체는 Azobenzene고리와 극성말단기 간의 methylene chain 및 말단 alkyl chain의 길이를 변화시킬 수 있다. 따라서 극성기가  carboxyl 또는   diamine의 경우에는 alkyl chain의 길이가 상당히 짧아도 안정한 응축막을 형성하여 LB법에 의해 Y막으로서 누적 가능하다.  아조벤젠 유도체의 LB막에서는 trans      cis광이성화 반응의 제어도 가능하고 광으로 구동하는 분자소자로서 연구가 매우 흥미롭다

Ⅲ. 실험

Ⅲ-1. 시약

4-octyl-4'-(5-carboxy-pentamethyleneoxy )-azobenzene(8A5H)은 일본 (주)同仁化學硏究所에서 제조된 시약을 사용하였고, 사용된 용매로 enthanol은 Oriental  Chemical Industries에서 제조된 시약특급을, benzene은 Junsei Chemical Co, Ltd.에서 제조된 잔류농약용 시약을, chloroform은 德山藥品工業株式會社에서 제조된 시약특급을, acetone은 Merck에서 제조된 시약특급을 사용하였다.

인지질인 L-□-Phosphatilethanolamine, Dimyristoyl(C14:0) (DMPE, 99%),  L-□-Phosphayidylcholine, Dilauroyl(C12:0) (DLPC, 99.%),L-□-Phosphatidylethanol-

amine, Dimyristoyl(C12:0) (DLPE, 98%)은 Sigma Chemical, Co.에서 제조된 것을 사용하였다.

Ⅲ-2. 실험기기

본 연구에서 용액상과 LB막상에서의 흡광도 분석에 사용된 기기로 Shimadzu사  UV-2100(일본)이고, 광조사에 사용한 기기는 Oriel, Corporation에서 제작한Xe/Hg  Xe  500W(model 68811)로 광조사에 사용하였으며, filter는 center wavelength가 360nm, 및 450nm이다.

Ⅲ-3. 실험방법

8A5H의 광이성화 현상을 조사하기 위하여 클로로포름에 4×10-6mol로 용해시켜 석영셀을 밀봉한 후 360nm필터와, 450nm필터를 교대로 하여 3분간 광조사 한 후 UV/vis spectrum 흡광도를 조사하였다.

인지질 종류에 대한 8A5H의 자외가시스펙트럼 거동과  8A5H에 대한 DLPC의 농도 변화에 대한 자외가시스펙트럼 거동, 그리고  각 용매를 변화시켜서 8A5H과 DLPC(1:1) 혼합액의  자외가시스펙트럼 거동을 위와 같은 방법으로 UV/vis spectrum 흡광도로 조사하였다.

Ⅳ. 결과 및 토론

8A5H를 광이성화 현상을 측정하기 위하여 클로로포름에 4×10-6mol로 용해시켜 각 3분간 360nm와 450nm로 광조사 한 UV/vis Spectrum은 Fig. 1.에 나타내었으며 360nm(1st)필터로 광조사 한 결과 360nm Wavelength에서 광조사 전의 흡광도 0.1446(그래프A)에서는 360nm 광조사 후 0.0069(그래프B)로 감소하였고  450nm필터로 광조사 한 결과 0.1347(그래프C)로 다시 증가하였으며 360nm필터로 2차 광조사 후 흡광도  0.0107(그래프D)로 360(1st)때와 비교해 볼 때 광이성화 현상이 나타남을 확인할 수 있다.

Fig. 2. UV/vis spectra of mixed

solution with 8A5H and DLPC

by solvent chang.

(A) Aceton,   (B) Chloroform,

(C) Benzene,  (D) Ethanol.

Fig. 1. UV/vis spectra chang of 8A5H

by light irradiation for 3

minutes in chloroform.

(A) Before irradiation

(B) 360nm(1st)

(C) 450nm   (D) 360nm(2nd.)

8A5H과 DLPC(1:1) 혼합액의 용매변화에 따른 흡광도 변화는 Fig. 2.에 나타내었다.  그래프 A는 아세톤을, 그래프 B는 벤젠을, 그래프 C는 클로로포름을,  D는 에탄올을 360nm 광조사한 후 다시 450nm 광조사 한 그래프로, 에탄올, 아세톤, 벤젠, 클로로포름순으로 광 재현성이 좋게 나타났다.

인지질에 대한 영향은 Fig. 3.에 나타내었는데 8A5H와 인지질의 농도를 1:1로 일정하게 하고 인지질을 변화시킨 결과 DMPE,  DLPC, DLPE순으로 광재현성이 우수하게 나타났다

Fig. 4. UV/vis spectra of mixed

solution with 8A5H and DLPC

by mole ratio chang

(A)8A5H:DLPC=(4×10-6:2×10-7mol),

(B) 8A5H:DLPC(4×10-6:1×10-6mol)

(C) 8A5H:DLPC(4×10-6:4×10-6mol),

(D) 8A5H:DLPC(4×10-6:2×10-5mol)

(E) 8A5H:DLPC(4×10-6:4×10-5mol)

Fig 3. UV/vis spectra of mixed

solution with 8A5H and

phospholipid by phospholipid

chang in a chloroform

(A) DLPE,   (B) DLPC,

(C) DMPE

Fig. 4.는 8A5H:DLPC의 농도변화에 대한 450nm에서 광조사된 흡광치 비교를 나타내었다. 그래프 A는 8A5H:DLPC(4×10-6:2×10-7mol)의 혼합액을, 그래프 B는 8A5H:DLPC(4×10-6:1×10-6mol)의 혼합액을, 그래프 C는 8A5H:DLPC(4×10-6:4×10-6mol)의 혼합액을 그래프 D는 8A5H:DLPC(4×10-6:2×10-5mol)의 혼합액을, 그래프 E는 8A5H:DLPC(4×10-6:4×10-5mol)의 혼합액을 광조사 한 것인데

DLPC의 농도가 높으면 높을수록 흡광도가 더 증가함을 알 수 있다.

Ⅴ.참고문헌

1. Kim, M. G., Park, T. G., and Park, K. H., J.Kor. Oil Chemists Soc., 13(1),     75 (1996)

2. Park, K. H., and Park, T. G., J. RIIT., Changwon National University, 11,      305 (1997)

3. 岩本正光, 眞島豊, □應用物理□, 59, 1346 (1990)

4. Rau, H., Photochromism, Molecules and System; Durr, H., Bouas Laurent,      H., Eds.; Elsevier : New York, 1990;, 165

5. T. D. Ebralidze and A. N. Mumladze, Appi Opt. 29, 446 (1990)

6. U. Wiesner, N. Reynolds, C. Boeffeland H. W. Spiess, Makromol. Chem,       Rapid Commun. 12. 457 (1991)

7. S. P. Palto, N. M. Shtykov, V. A. Khavricher and S. G. Yudin, Mol. Mater.     1, 3(1993)

8. A. Ulmann, An Introdution to Ultrathin Organic films from                     Langmuir-Blodgette to Self-Assembly, Academic press ; San Diego, CA      (1991)

9. Park, K. H. and Park, T. G., Transactions of the Institute of Industry and    Technology, 11, 305 (1997)