빛과 전기를 이용해 신약의 핵심 재료가 되는 복잡한 고리형 분자(헤테로고리 화합물)를 만드는 새로운 방법이 개발됐다. 금속 촉매 없이도 헤테로고리 화합물을 합성할 수 있어 신약 개발과 다양한 산업에 도움이 될 것으로 기대된다.
한국연구재단은 김현우 포스텍 화학과 교수 연구팀이 ‘광자-유도 전기화학(photon-primed electrosynthesis)’이라는 새로운 합성 패러다임을 이용해 여러 헤테로고리를 합성하는 데 성공했다고 18일 밝혔다. 연구 성과는 국제학술지 '미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 게재됐다.
헤테로고리 화합물은 두 가지 이상의 다른 원자가 섞인 고리형 분자를 통칭하는 말이다. 구조가 안정적이고 다양해 신약 후보 물질의 뼈대가 된다. 다양한 방식으로 변형이 가능해 의약품, 농약, 신소재 등 여러 분야에 쓰인다.
헤테로고리 화합물은 고리 구조에 여러 원자나 작은 분자를 붙여 다양한 성질을 만들 수 있지만 화학 반응이 항상 원하는 위치에서만 일어나지 않아 계획한 형태로 만들기 어렵다. 이 때문에 전통적인 합성법만으로는 복잡한 구조를 효율적으로 합성하기 힘들다는 한계가 있다.
기존 연구에서는 빛이나 전기와 같은 물리적 에너지를 합성 과정에 적용하기도 했지만 대부분 전이금속 촉매가 필요하다. 전이금속 촉매는 비싸고 반응 후 제거 과정에서 환경 오염이나 독성 문제가 생길 수 있다.
연구팀은 전이금속 촉매 없이 빛과 전기를 융합하는 새로운 방식을 개발했다. 먼저 빛을 이용해 반응하기 쉬운 중간 물질을 만든 뒤 전기화학 과정을 통해 이를 더 반응성이 높은 상태로 바꿔 원래 잘 반응하지 않던 물질과도 효과적으로 결합할 수 있도록 한 것이다.
광자-유도 전기화학이라고 명명한 이 과정을 통해 여러 헤테로고리 화합물을 합성하는 데 성공했다. 광반응과 전기화학의 결합으로 매우 높은 전자 효율을 달성했다.
연구팀은 “이번 연구는 빛과 전기를 융합해 화학 반응의 새로운 길을 연 중요한 성과”라며 “환경친화적이면서도 다양한 화학 산업에 적용 가능한 원천기술로서 큰 잠재력을 지닌다”고 말했다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1021/jacs.5c07822
