의약품·신소재 등 고부가가치 화합물 합성에 폭넓은 활용 기대
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왼쪽부터 교신저자 성균관대 배한용 교수, KAIST 박윤순 교수, 제1저자 성균관대 박진현 박사, KAIST 유석렬 박사과정생. |
[대학저널 이선용 기자] 성균관대학교 화학과 배한용 교수 연구팀은 한국과학기술원 화학과 박윤수 교수 연구팀과 함께, 기존에 없던 방식의 새로운 촉매 반응 기술을 세계 최초로 개발했다고 29일 밝혔다. 이 기술은 카이랄 유기슈퍼산과 비스무트 염을 함께 활용해, 기존 촉매 방식보다 더 정밀하고 효율적으로 분자를 합성할 수 있는 것이 특징이다.
이번 연구에서 개발된 촉매 시스템은, 복잡한 구조의 분자를 만들 때 분자의 방향성을 조절해주는 ‘비대칭 촉매 반응(asymmetric catalysis)’ 분야에서 큰 진전을 이뤘다.
연구진은 흔히 사용되던 금속 촉매 대신, 비스무트라는 전이후금속 원소와 강한 산성을 가진 유기물질(카이랄 유기슈퍼산)을 결합해 새로운 반응 조건을 만들었다. 이 조합은 유연하게 작용하며, 촉매가 반응 속도뿐 아니라 분자의 입체 구조까지 정밀하게 제어할 수 있도록 도와준다.
특히 이번 연구에서는 기존에 반응이 거의 불가능했던 α-케토 싸이오에스터라는 물질에 알릴기(allyl group)를 입체선택적으로 도입하는 새로운 반응을 구현해 냈다. 이 반응을 통해, 약물이나 고기능성 소재의 핵심이 되는 구조를 가진 화합물을 99% 이상의 높은 수율과 97%의 광학 순도로 합성하는 데 성공했다.
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‘카이랄 유기슈퍼산-비스무트 염’ 비대칭 이원 촉매반응 시스템 개발 전략 및 작동 메커니즘. |
또한 연구진은 실험 결과뿐 아니라 컴퓨터 계산과 정밀 분석을 통해, 이 새로운 촉매 시스템이 어떻게 작동하는지를 자세히 밝혀냈다. 단순히 새로운 반응을 개발한 것을 넘어, 카이랄 유기슈퍼산이 비스무트와 협동적으로 매우 잘 작동하여 반응 효율과 선택도를 높인다는 점을 과학적으로 입증한 것이다.
배한용 교수는 “이번 연구는 새로운 개념의 촉매 시스템을 제시했다는 데 큰 의미가 있다”며 “향후 다양한 유기화학 반응에서 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
박윤수 교수는 “성균관대와 KAIST 두 기관의 협력을 통해 실험과 이론 양쪽에서 입증된 이 기술은 천연물, 의약품, 고분자 소재 등 다양한 분야에 적용될 수 있는 기반 기술이 될 것”이라고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단, 교육부, 한국도레이과학진흥재단의 지원을 받아 수행되었으며, 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 2025년 7월 2일 온라인 게재됐다.
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