안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
유기 합성 반응에서 수율을 극대화하기 위해 부산물을 실시간으로 제거하고 촉매를 활용하는 것은 르샤틀리에의 원리와 반응 속도론의 유기적인 결합에 있습니다. 가역 반응인 유기 합성에서는 생성물과 부산물이 만들어짐과 동시에 역반응이 일어나 화학 평형에 도달하게 되는데, 이때 르샤틀리에의 원리에 따라 생성된 부산물이나 목적 생성물을 반응계 외부로 지속해서 제거해주면, 반응계는 줄어든 부산물의 농도를 보충하기 위해 계속해서 정반응을 진행시킵니다. 예를 들어 에스터화 반응 등에서 디안-스타크 장치나 분자체를 이용해 부산물인 물을 실시간으로 분리·흡착하거나, 휘발성 부산물을 증류하여 빼내면 평형을 생성물 방향으로 크게 이동시켜 반응 완결도를 극대화할 수 있습니다.
반면 촉매는 열역학적 평형 위치 자체를 바꾸지는 못합니다. 촉매는 정반응과 역반응의 활성화 에너지를 똑같이 낮추어 화학 평형에 도달하는 시간을 획기적으로 단축할 뿐, 평형 상수를 변화시키지 않기 때문입니다. 하지만 부산물 제거를 통해 평형이 이동할 수 있는 조건이 갖춰졌을 때, 촉매는 변한 평형 상태로 반응이 즉각 진행되도록 속도를 끌어올려 줍니다.