혁신적 유기합성 위한 협조기능형 촉매 개발 지스트 홍석원·칼텍 브라이언 스톨츠 교수 연구팀 리간드 선택지 넓혀 추후 촉매반응 개발 지평 확대 최권범 기자

2020년 05월 19일(화) 19:57

홍석원(左), 브라이언 스톨츠

지스트(광주과학기술원) 화학과 홍석원 교수와 캘리포니아 공대(Caltech, 이하 칼텍) 브라이언 스톨츠 교수 공동연구팀이 혁신적 유기합성을 위한 협조기능형 촉매를 개발했다.

19일 지스트에 따르면 이번 연구성과는 새롭게 개발된 키랄성 리간드를 이용해 기존 촉매들로는 합성이 불가능했던 물질을 합성 가능케 했다. 또한 촉매 반응에 사용될 수 있는 리간드의 선택지를 넓혀줘 추후 촉매반응 개발의 지평을 넓혔다는 데 의의가 있다.

이번 연구성과에서 촉매반응의 핵심은 새롭게 개발된 리간드의 구조이며, 기존의 질소 기반 키랄성 리간드에서 잘 쓰이지 않던 단위체인 ‘다이하이드로아이소퀴놀린(의약, 염료 등의 합성 원료로 사용되는 물질)’을 도입해 완전히 새로운 입체구조를 갖는 키랄성 리간드를 합성한 것이다.

새롭게 개발된 리간드는 팔라듐 금속에 결합해 촉매를 생성하는데 생물 활성을 띄는 크로몬(자연계에 존재하는 물질 중 하나로, 이를 기반으로 한 다양한 의약품과 천연물이 존재) 기질들에 대해 뛰어난 촉매 활성(수율 98%)과 입체선택성(99%)을 보였다.

합성된 키랄성 사치환 크로마논 물질은 학계에 보고된 적 없는 새로운 물질이며, 전남대학교 화학과 이준승 교수팀과 협력해 X-ray 구조 분석을 통해 물질이 갖는 절대구조를 분석, 정확한 입체 구조를 밝혀냈다.

홍 교수와 브라이언 스톨츠 교수는 “이번 연구성과는 새로운 리간드를 개발해 기존 리간드와 금속 촉매로는 합성이 불가능했던 물질을 합성 가능하게 했다는 점에서 가장 큰 의의가 있다”면서 “개발된 촉매 반응을 향후 천연물이나 신약후보물질 합성에 응용할 수 있기를 기대한다”고 말했다.

지스트-칼텍 공동연구 과제와 한국연구재단 기초연구사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 화학분야 세계적 학술지인 ‘케미컬 사이언스’(Chemical Science)에 2020년 4월7일자로 게재됐다. 또한 연구의 중요성을 인정받아 저널 내 주요 논문을 모아볼 수 있는 ‘2020 Chemical Science HOT Article Collection’ 목록에 수록됐으며, 5월13일에 저널 표지논문으로 선정됐다.

한편, 지스트-칼텍 공동연구 프로젝트는 2012년부터 지스트와 칼텍 교수가 짝을 이뤄 연구그룹을 구성해 혁신적이고 창의적인 공동연구를 수행하는 연구협력 프로그램이다. 홍 교수와 브라이언 스톨츠 교수팀은 ‘혁신적 유기합성을 위한 협조기능형 촉매의 개발’을 공동연구 과제로 수행해 이번 성과를 발표했다./최권범 기자