약물이나 첨단 소재에 필요한 복잡한 화합물을 레고 블록을 조립하듯 뚝딱 만들어낼 수 있는 새로운 화학 합성 기술이 나왔다. 4개 이상의 화합물을 한 번에 결합해 원하는 조합을 만들 수 있다.
개발 주역은 홍성유·로드 얀우브 UNIST 화학과 교수와 서상원·정병혁 DGIST 교수 공동 연구팀이다. 연구팀은 니켈 촉매를 이용해 4개의 서로 다른 화합물을 단 한 번의 반응으로 결합하는 '라디칼 릴레이' 화학 합성법을 세계 최초로 개발했다.
기존 화학 합성은 2개 또는 3개 물질을 한번에 결합할 수 있다. 하지만 4개 이상의 물질을 한 번에 원하는 위치로 정확히 결합하는 것은 매우 어렵다. 반응이 제대로 통제되지 않아 엉뚱한 부산물을 만들거나, 화합물들이 무한히 결합하는 고분자 중합 반응으로 이어지기 쉽다.
연구팀은 라디칼을 친전자성과 친핵성을 번갈아 띠도록 설계해 화합물 분자를 정해진 위치와 순서에 따라 이어질 수 있도록 유도했다. 라디칼은 다른 분자와 결합하려는 반응성이 높은 특수 물질이다. 라디칼의 성질이 바뀔 때마다 다음 결합 대상이 결정돼 마치 육상 경기에서 바통을 넘기듯 앞선 반응에서 생성된 라디칼이 다음 반응을 유도하며 복잡한 분자를 조립하는 방식이다.
니켈을 촉매로 사용해 초기 라디칼을 만들고, 반응 마지막 단계에서 라디칼을 선택적으로 포획해 결합을 마무리했다. 이로써 반응이 더 이어지거나 엉뚱한 부산물이 생기는 것을 제어했다.
연구팀은 이 합성법으로 알킬 할로겐화물, 알켄, 1,3-엔아인, 아릴 할로겐화물을 순차적으로 반응시켜 결합했다. 알켄의 농도를 높이면 알켄이 두 번 반응에 참여하면서 5개 화합물 분자 결합 반응으로 확장할 수 있다.
홍성유 교수는 “의약품 등에 쓰이는 정밀 저분자 합성과 플라스틱 같은 고분자 합성 사이의 여러 성분을 연결할 수 있는 중간 영역의 새로운 합성 기술”이라며 “신약 개발에 필요한 복잡한 유기 분자 설계, 새로운 기능의 신소재 합성에서 기반 기술로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 '어드밴스드 사이언스'에 실렸다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
