성균관대-KAIST 공동 연구진, 차세대 촉매반응 기술 세계 최초 개발

[헤럴드경제=김용재 기자] 성균관대학교(총장 유지범) 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 촉매시스템은 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.

또한 연구진은 실험 결과뿐 아니라 컴퓨터 계산과 정밀 분석을 통해 이 새로운 촉매시스템이 어떻게 작동하는지를 자세히 밝혀냈다. 단순히 새로운 반응을 개발한 것을 넘어 카이랄 유기슈퍼산이 비스무트와 협동적으로 매우 잘 작동해 반응 효율과 선택도를 높인다는 점을 과학적으로 입증한 것이다.

배한용 교수는 “이번 연구는 새로운 개념의 촉매시스템을 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.

이번 연구는 한국연구재단, 교육부, 한국도레이과학진흥재단의 지원을 받아 수행됐으며, 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 지난 7월 2일 온라인 게재됐다.