Isopropanol 용매 내에서 titanium isopropoxide($Ti(O-^iPr)_4$)의 가수분해반응에 의하여 $TiO_2$ 미분말을 합성하였고 가수분해 반응 속도를 자외선분광법에 의하여 측정하였다. 반응은 $Ti(O-^iPr)_4$의 농도에 비하여 물 농도를 크게 하여 유사일차반응으로 진행시켰고, 물 농도 및 온도의 변화에 따른 반응속도상수를 Guggenheim method로 계산하였다. 또한 물의 동위원소 효과를 측정하여 반응에 참여하는 물분자의 촉매성을 확인하였다. 입도분석과 미세구조 관찰 결과, 얻어진 $TiO_2$ 미분말은 $0.3{\mu}m$정도의 입자크기를 갖는 구형의 입자로 확인되었다. 또한 반응속도로부터 전이상태에 참여하는 n value와 열역학적 파라메타를 계산한 결과, $Ti(O-^iPr)_4$의 가수분해반응은 이분자 반응인 $S_N2$ mechanism으로 진행하는 것으로 추정되었다.
과산화수소는 유기물에 접촉시에 물과 산소로 급속하게 분해되어 탄수화물과 같은 고분자물질을 저 분자물질로 분해하는 특성을 지니고 였다. 이러한 특성이 inulin의 산 가수분해 반응에 미치는 영향을 초음파를 조사시키면서 연구하였다. 반응조건은 온도가 $50∼60^{\circ}C$ 엽산의 농도가 O.1~O.3%(w/w) 였고, 이 조건하에서 과산화수소 농도가 2.3% (w/v) 일 때 가수분해 효과가 최대로 나타났다. 과산화 수소의 첨가로 control 반응에 비해 9~43% 의 분 해속도 증가를 보였다. 과산화수소를 첨가했을 경우 와 첨가하지 않았을 경우에 활성화에너지는 각각 26kcal/mol과 25kcal/mol로 거의 통일하였다. 따라서 과산화수소에 의한 inulin 가수분해 속도의 상승 효과는 frequency factor의 증가로 해석되 었다.
수계에서 전분 가수분해 효소의 transglycosylation 반응을 이용하여 배당체(glycoside)를 합성하였다. Glycosyl donor인 가용성전분과 glycosyl acceptor인 benzylalcohol을 기질로 하여 ${\alpha}$-amylase에 의해 합성되는 배당체는 glucose의 1번 OH기에 benzylalcohol이 ${\alpha}$형태로 결합한 benzylalcohol-${\alpha}$-glucoside(BG)와 benzylalcohol-${\alpha}$-maltoside(BM)이었다. pH 5.0의 반응에서는 주로 BG가, pH 8.0의 반응에서는 BM만이 합성되는 특이한 반응양상을 보였다. Transglycosylation 반응의 최적조건은 가용성전분 50 mg/ml, benzylalcohol 50 mg/ml, 온도 $30-35^{\circ}C$, 효소량 10 unit/ml이었으며, 합성된 BG는 ${\alpha}$-glucodisase에 의해 glucose와 benzylalcohol로 가수분해되었으며 BM의 경우는 pH 5.0에서는 glucose와 BG로 가수분해되었으나 pH 8.0이상에서는 전혀 분해되지 않았다. BM과 구조적으로 유사한 maltotriose는 pH 5.0에서 glucose와 maltose로 가수분해 되었으나 transglycosylation반응은 거의 일어나지 않았으며 pH 8.0에서는 가수분해도 transglycosylation반응도 일어나지 않았다.
본 연구에서는 접촉식 가수열분해 반응을 이용하여 원유를 감압증류한 후 생산되는 고점도의 감압잔사유(VR)의 개질반응을 실시하였다. 감압잔사유는 30 bar, $300^{\circ}C$ 이상에서 24 h 동안 수증기(steam)와 반응하면, 구성성분 중에서 레진류와 아스팔텐류가 감소하고, 포화탄화수소류(saturates)나 방향족탄화수소류(aromatics)가 증가하는 경향을 보였다. 이때 스팀 양이 적은 경우에는 가수열분해 반응 후 아스팔텐 함량이 증가되는 역반응 효과도 관측되었다. 수소공여제인 데칼린을 사용하며 메탈옥사이드-제올라이트계 촉매를 사용하는 접촉식 가수열분해 반응 결과 레진과 아스팔텐류가 10% 정도 줄고 방향족 탄화수소류가 10% 증가하면서 점도 감소효과도 70% 정도로 우수하였다. GC-Mass spectroscopy를 이용하여 촉매 사용 시 가수열분해 반응 결과 분자량이 적은 물질로의 분해효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
Styryldiphenylphosphine(SDPO)의 가수분해 속도상수를 자외선 분광법으로 측정하여 넓은 pH에서 잘 맞는 반응속도식을 구하였다. pH에 따르는 속도상수의 변화, 가수분해 생성물의 확인, 일반염기 및 치환기 효과 등으로부터 실험 결과에 잘 맞는 반응 메커니즘을 제안하였다. 즉 pH 4.5 이하에서는 phosphine oxide기의 산소에 양성자가 첨가된 다음 탄소 이중결합에 물의 첨가가 일어나 가수분해가 진행되며, pH 4.5-8.0 사이에서는 물분자와 수산와 음이온의 첨가가 경쟁적으로 일어나 반응이 진행되었고, pH 8.0 이상에서는 반응속도 상수가 수산화 음이온의 농도에만 비례함을 알았다.
온실효과를 발생시킬 수 있는 $SF_6$는 고체 산 촉매상에서 물과 산소에 의해 가수분해 및 산화반응에서 황 및 불소화합물로 분해될 수 있다. 본 연구에서는 $SF_6$ 제거를 위한 고체 산 촉매로 ${\gamma}-Al_2O_3$가 사용되었으며, 반응온도와 공간속도에 따른 촉매활성이 조사되었다. 가수분해에 의한 촉매환성은 $20,000\;ml/g_{-cat}{\cdot}h$의 공간속도와 973 K이상의 반응온도 조건에서 $SF_6$ 전화율이 거의 100% 달하는 최대 값에 도달하였다. 공간속도가 $45,000\;ml/g_{-cat}{\cdot}h$이하에서 $SF_6$ 전화율은 최대값이 유지되었다. 한편, 동일한 반응조건에서 산화반응에 의한 $SF_6$ 전화율은 약 20%정도였다. ${\gamma}-Al_2O_3$는 가수분해과정 에서 ${\alpha}-Al_2O_3$, 산화반응과정에서 $AlF_3$로 각각 변화됨을 SEM과 XRD분석에 의해 확인되었다. 산화반응 후 $AlF_3$는 $20\;{\mu}m$이상 성장되었고, 이들의 촉매활성은 낮은 표면적 때문에 매우 낮아졌다. 그러므로 $SF_6$의 분해를 위한 촉매반응은 산화반응보다는 가수분해가 유리하다고 판단된다.
분자량이 1,283 kDa인 알긴산을 0.4 M 유기산을 사용하여 $100^{\circ}C$에서 3시간 반응시켜 가수분해하였다. 유기산에 의하여 가수분해된 알긴산의 분자량은 7.5에서 53.2 kDa이었다. 유기산으로 가수분해된 알긴산을 구성하는 만뉴론 산과 글루론산의 비율은 가수분해하지 않은 알긴산과 비교하여 큰 차이가 없었다. 사용한 유기산 중에서 알긴산을 가수분해하는 가장 효과적인 유기산은 초산이었다. 사용한 초산의 농도 및 반응시간이 증가할수록 가수분해된 알긴산의 분자량은 감소하였다. 본 연구를 통하여 가수분해된 알긴산의 분자량과 초산의 농도 및 반응시간과의 상관관계를 나타내는 관계식을 구하였다. 초산으로 가수분해한 알긴산의 pH를 조절하여 폴리만뉴론산과 폴리글루론산을 분리하였다. 초산과 반응하는 시간이 증가할수록 폴리만뉴론산에 존재하는 만뉴론산의 비율은 증가하였다. 폴리만뉴론산에 존재하는 만뉴론산의 비율은 $100^{\circ}C$에서 0.4 M 초산과 1시간, 3시간 및 5시간 반응하였을 경우에 각각 75%, 90% 및 98%이었다.
[ ${\alpha}$ ]-갈락토올리고 당인 melibiose, raffinose와 stachyose의 ${\alpha}-1,6$으로 결합된 D-galactosyl 잔기를 완전히 가수분해하는 것으로 확인된 Bacillus licheniformis YB-42의 ${\alpha}-galactosidase$는 사멸기에 도달하였을 때 배양상등액에서 최대활성을 보였다. ${\alpha}$-갈락토올리고 당의 가수분해 정도를 TLC와 환원당 생성량으로 분석한 결과, ${\alpha}-galactosidase$는 melibiose, raffinose, stachyose 순서로 가수분해 활성이 높았다. 반응산물인 당을 첨가하여 반응하였을 때 첨가 된 반응산물에 따라 가수분해 활성의 저해정도가 다르게 나타났으며, galactose에 의한 저해도가 가장 높았다. 첨가된 당의 농도 (20 mM)가 기질과 동일할 때는 가수분해 활성의 저해도가 미미하였으며 5배 농도로 첨가하였을 때도 가수분해 활성의 저해정도가 높지 않았다. 한편 소량의 효소로melibiose를 가수분해 하였을 때 반응초기에 TLC 상에서 기질보다 이동도가 낮은 물질이 생성되었으며, 이로보아 B. licheniformis YB-42의 ${\alpha}-galactosidase$는 당 전이활성을 갖는 것으로 여겨진다. 또한 대두분 추출액을 ${\alpha}-galactosidase$로 처리한 후 최종 반응산물을 분석한 결과, 대두분에 존재하는 raffinose와 stachyose가 완전히 가수분해 되었다.
본 연구는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 적용하여 소맥 글루텐 산 가수분해물의 염 농도와 기질인 ribose와 소맥 글루텐 산 가수분해물의 농도가 MRP의 갈변도와 항산화 활성, 기호도에 미치는 영향을 분석하여 기질조건을 최적화 하고자 하였다. 종속변수 회귀식의 결정 계수($R^2$)는 각각 0.975, 0.960, 0.854로 나타났으며 반응모형에서 갈변도와 항산화 활성은 모두 ribose와 소맥 글루텐산 가수분해물의 농도가 증가함에 따라 증가하여 두 기질 농도에 영향을 크게 받았다. 그러나 갈변도는 소맥 글루텐산 가수분해물의 염 농도가 높아짐에 따라 감소하는 경향을 보였고 DPPH radical 소거활성은 염 농도의 영향을 받지 않았다. 관능적 기호도로 평가된 고기향미에 대한 향 특성은 소맥 글루텐의 염 농도가 낮으며 ribose의 농도에 비해 소맥글루텐 산 가수분해물의 농도가 높을 때 발현되었다. 본 실험에서 ribose와 소맥 글루텐 산 가수분해물을 이용한 MRP의 높은 DPPH radical 소거활성과 관능적으로 고기향미에 근접한 향 특성을 나타내는 최적조건으로서, 소맥 글루텐산 가수분해물의 염 농도가 3%, ribose 농도 6.2%와 소맥글루텐 산 가수분해물의 농도 13.27%로 나타났다. 이때 DPPH radical 소거활성은 700(DF)과 관능점수 8.42점을 만족시킬 수 있는 MRP를 얻을 수 있었다. 따라서 ribose와 소맥 글루텐 산 가수분해물로 제조된 MRP의 저염화에 따른 갈변도와 항산화 효과 및 관능적 기호도에 대하여 두 기질의 농도를 조절하여 최적화함으로써 이를 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
n-butanol 용매 내에서 titanium n-butoxide의 가수분해 반응에 의하여 $TiO_2$ 분말을 합성하였고, 가수분해 반응 메카니즘은 UV-Vis 분광법에 의하여 조사하였다. 가수분해 반응시 물의 농도를 과량으로 하여 반응이 유사일차반응으로 진행하도록 하였다. 이러한 농도 조건에서 얻어진 분말의 상(phase)을 XRD에 의하여 확인하였으며 반응속도는 Guggenheim method를 이용하여 계산하였다. 합성 결과 얻어진 분말은 생성 초기 비결정 상태에서 열처리 과정을 거치면서 rutile 구조로 상전이 하였다. 속도상수로부터 얻어진 물분자수(n-value)와 열역학적 파라미터로부터 titanium n-butoxide의 가수분해 반응은 Interchange-Associative(Ia)메카니즘으로 진행하는 것으로 추정되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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