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지속 가능한 철 중심 금속 광촉매화 기술 개발 효율적 탄소고리 합성에 적용
지속 가능한 철 중심 금속 광촉매화 기술 개발 효율적 탄소고리 합성에 적용
  • 방완재
  • 승인 2022.08.12 11:35
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경희대 글로벌 의약품소재개발 연구센터와 한국연구재단 기초연구실 지원
Organic Letters (IF=6.07) 표지 논문 사진
<Organic Letters> (IF=6.07) 표지 논문 사진

경희대학교(총장 한균태) 글로벌 의약품소재개발 연구센터((Global Center for Pharmaceutical Ingredient Materials, GPIM) 소속 강은주 교수 연구팀의 ‘녹색광 이용 철 광촉매화의 [4+2] 고리첨가 반응 연구(Green-Light-Driven Fe(III)(btz)3 Photocatalysis in the Radical Cationic [4+2] Cycloaddition Reaction)’ 연구 결과가 최근 유기화학 분야 국제 저명 학술지인 <Organic Letters>(IF=6.07)의 표지논문으로 선정됐다. 

광화학 반응 연구가 폭넓게 진행되며, 루테늄(Ru)과 이리듐(Ir)을 대체할 지속 가능한 광산화 환원 촉매 개발 연구가 주목받고 있다. 광산화 환원 촉매는 광(빛)에너지를 받아 산화환원 반응을 만들어 내는 촉매이다. 차세대 광촉매를 이용해 여러 생리활성 분자들의 골격 합성이 가능하다면, 그 응용 가치가 더욱 높다. 이미 개발된 광촉매 루테늄과 이리듐은 자연계에 많이 존재하지 않기 때문에 자연계에 좀 더 풍부한 금속 자원을 광촉매로 활용할 방법이다. 강은주 교수 연구팀은 온화한 가시광 기반인 녹색광을 이용한 철 광촉매화 기술을 개발했다. 또한 이를 육각 탄소고리 합성에 적용한 유기 반응 방법론을 발표했다. 

지구상에 가장 많이 존재하는 제일열 전이원소인 철 금속을 차세대 광촉매로 개발하는 연구가 처음은 아니다. 루테늄과 골격이 유사한 ‘철(II)-폴리 피리딘 착물’의 경우, 루테늄보다 더 수축된 전자 궤도를 가진 철 중심 금속으로 약한 리간드장(ligand field)을 나타낸다. 또한 광활성화된 철(II)-폴리피리딘 착물은 가능한 비방사성 이완 경로가 여럿 존재해 이를 광촉매로 개발하는 데에 한계가 있었다. 물질이 불안정하고 반감기가 짧아, 다른 경로로 에너지가 전달되는 문제가 그 한계점이다. 

강은주 교수 연구팀은 강한 리간드장을 나타내는 카벤(carbene) 착물을 이용해 높은 산화력을 보이는 광촉매 시스템을 개발했고, 온화한 가시광 조건에서 알켄 기질로부터 라디칼 양이온 중간체를 형성하는 데 성공했다. 산화력이 높으면 다양한 화합물을 산화시킬 수 있어 활용 가능성이 커진다. 강은주 교수 연구팀이 개발한 합성방법론은 다양한 육각 탄소고리 합성에 응용됐을 뿐만 아니라, 생리학적 특성을 보이는 천연물의 최종단계 고리화 반응에도 적용 가능해 신약후보물질의 작용기 다양화에 폭넓게 활용될 것으로 예상된다. 추가적인 산화제나 환원제, 높은 온도 등 어려운 조건이 필요 없기 때문에 활용가치가 높다. 

경희대 글로벌 의약품소재개발 연구센터 김학원 센터장은 “이번 연구 결과를 통해 새로운 철 광촉매 원천기술을 확보하게 됐다. 또한 이를 이용한 개발을 헤테로(hetero) 고리화합물을 포함하는 신약후보 물질 도출 효율성을 제고할 수 있게 됐다”라며 “이러한 원천기술의 확보와 축적이 훗날 신약개발 후보물질의 중간체 공급 문제를 해결하고, 합성 신약소재의 국산화에 따른 국제 경쟁력 강화에 도움이 될 것이라고 예상한다”라고 밝혔다.
경희대 글로벌 의약품소재개발 연구센터는 지난 2017년 8월 경희대가 경기도 지정 지역협력연구센터(Gyunggi Regional Research Center, GRRC)에 선정되며 출범했다. 천연물을 이용한 신약후보물질 도출과 새로운 의약품 합성 개발 및 평가 기술 확보를 통해 의약품 소재 관련 기업을 지원해 국내 제약 산업 발전과 지역 경제 활성화에 이바지하고 있다. 


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