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.

(왼쪽부터)교신저자 성균관대 배한용 교수, KAIST 박윤순 교수, 제1저자 성균관대 박진현 박사, KAIST 유석렬 박사과정생