카벤(Carbene)이란 두 개의 결합과 한 개의 비공유 전자쌍을 가지는 탄소를 포함하는 화합물을 말합니다. 일반적인 탄소 원자가 4개의 결합을 하는 것에 비해 카벤의 탄소 원자는 2개의 결합을 하기 때문에 카벤은 매우 불안정한 분자로 알려져 있습니다. 질소 헤테로고리 카벤(N-heterocyclic carbene; NHC)은 질소 원자를 포함하는 고리형 카벤으로 다른 카벤보다 비교적 안정하여 합성이 가능합니다. NHC는 전이금속, 유기 화합물, 주족 원소 화합물 등 다양한 분자들과 반응합니다. 우리 연구실에서는 NHC의 특이한 반응성을 연구하고, 이를 이용해 기존에 존재하지 않았던 다양한 형태의 화합물을 합성합니다.

일반적으로 산성 물질과 염기성 물질이 만나면 서로 반응하여 산성과 염기성을 잃어버리게 됩니다. 그런데, 입체 장애를 가지는 (=덩치가 큰) 루이스 산과 루이스 염기가 만나면 입체 장애 때문에 서로 반응하지 못해 산성과 염기성을 동시에 가지는 혼합물이 됩니다. 이러한 혼합물을 frustrated Lewis pair (FLP)라고 합니다. 기존의 화학반응에서는 산성 화합물과 염기성 화합물을 동시에 사용할 수 없었는데, FLP를 이용하면 산과 염기를 동시에 반응에 사용할 수 있어서 기존에는 볼 수 없던 새로운 반응성을 탐구할 수 있습니다.

Iron-sulfur cluster (Fe–S cluster)란 철과 황 원자들로 이루어진 클러스터 화합물입니다. Fe–S 클러스터는 생명체 안에 다양한 크기와 모양으로 존재하며, 전자 이동에 관여하고 다양한 촉매 반응을 일으키는 등 많은 역할을 가지고 있습니다. 생체 내에 존재하는 Fe–S 클러스터에 대하여 더 잘 이해하기 위해 우리 연구실에서는 다양한 Fe–S 클러스터 모델 화합물들을 합성하고 이들의 반응성에 대하여 알아보고자 합니다.