[쿠키과학] 빛과 전기만으로 '헤테로고리 화합물' 합성 성공

포항공대, 광자-유도 전기화학 합성법으로 헤테로고리 패러다임 제시
신약물질 신소재 적용 등 미래 화학기술 적용 기대

광자-유도 전기화학 시스템 도식화. 선행되는 광반응을 통해 중간체를 형성한 뒤, 이를 전기화학적 산화 과정을 통해 높은 반응성을 지닌 종으로 전환시켜 반응성이 낮은 물질과도 상호작용 할 수 있음을 보여준다. 한국연구재단

헤테로고리는 2가지 이상의 이종 원소를 포함하는 고리형 화합물로, 구조적 다양성과 안정성을 지녀 신약물질의 주요 골격구조로 사용된다.

특히 다양한 치환과 기능화가 가능해 의약품은 물론 농약, 신소재 분야에서 폭넓게 활용되면서 헤테로고리 화합물을 이용한 합성법 수요도 높아지고 있다.

그러나 전통적 합성법은 복잡하게 치환된 고리 화합물을 효율적으로 합성할 수 있는 전략이 제한적이다.

현재 빛과 전기 같은 물리적 에너지를 개별적으로 또는 동시에 활용하는 합성경로 개발이 활발하지만, 기존 연구는 전이금속 촉매가 필수적으로 사용되는 한계가 있다.

빛과 전기로 새 헤테로고리 합성

한국연구재단은 포항공대 김현우 교수팀이 새로운 광자-유도 전기화학 합성법으로 여러 헤테로고리(heterocycle) 합성에 성공했다고 18일 밝혔다.

연구팀은 전이금속 촉매를 사용하지 않고 빛과 전기의 물리적 에너지를 활용해 기존과 차별화된 합성 패러다임을 구현, 이를 광자-유도 전기화학(photon-primed electrosynthesis)으로 명명했다.

이 시스템은 선행 광반응으로 중간체를 형성하고, 이를 전기화학적 산화과정을 통해 높은 반응성을 지닌 종으로 전환해 반응성이 낮은 물질과 상호작용이 가능토록 하는 것이 핵심이다.

연구팀이 개발한 기술은 기존 연구와 달리 전이금속 촉매 사용이 필요하지 않고, 광반응과 전기화학의 시너지 효과로 높은 전자효율을 달성할 수 있다.

김 교수는 “이번 연구는 지속가능한 합성전략을 사용해 환경친화적 미래 화학기술로서 큰 잠재력을 갖고 있다”고 설명했다.

한편, 이번 연구결과는 지난달 13일 국제학술지 ‘미국화학회지(Journal of the American Chemical Society)’에 게재됐다.
(논문명 : Photon-Primed Organic Electrosynthesis Enabled by Oxidation of Photon-Induced Intermediates (김현우 교수(교신저자/포항공과대), 김형준 교수(교신저자/한양대), 김우재 교수(교신저자/연세대), 아룬 샤르마(Arun Sharma)교수(교신저자/구루나낙데브대), 최아현 통합과정(제1저자/포항공과대), 김도연 통합과정(제2저자/포항공과대), 임다니엘 박사과정 (제3저자/한양대), 박정진 통합과정(제4저자/연세대))

(왼쪽부터)김현우 교수, 최아현 제1저자, 김도연 제2저자

이재형 기자 jh@kukinews.com