한국 과학자, 노벨 화학상 받은 스승과 새로운 유기촉매 개발

배한용 성균관대 화학과 교수(오른쪽)는 과거 지도교수이자 2021년 노벨 화학수상자인 베냐민 리스트 독일 막스플랑크촉매접촉연구소 교수(왼쪽)와 새로운 비대칭 유기촉매를 개발해 국제학술지 '네이처'에 이달 4일 발표했다. 사진은 과거 '네이처 화학'에 낸 연구논문이 승인된 뒤 축하하는 자리에서 두 연구자의 모습이다. 배한용 제공

한국 과학자가 2021년 노벨 화학상을 수상한 옛 스승과 함께 새로운 유기촉매를 개발했다. 이 유기촉매는 금속촉매와 달리 독성이 없고, 생체촉매보다 만들기 수월해 다양한 의약품 합성에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

배한용 성균관대 화학과 교수가 베냐민 리스트 독일 막스플랑크촉매접촉연구소 교수팀과 공동연구로 새로운 실릴륨 유기촉매를 개발해 국제학술지 ‘네이처’ 이달 4일자에 발표했다고 밝혔다. 연구팀은 이 촉매가 유사한 기능을 하는 금속촉매 또는 생체촉매인 효소보다 매우 우수한 성능을 보인다고 밝혔다.

연구팀이 개발한 촉매는 비대칭 유기촉매의 일종이다. 비대칭 유기촉매는 화학반응에서 만들어지는 두 가지 거울상 이성질체 중 한 가지만 선택적으로 합성(카이랄성)할 수 있는 촉매다. 생성물을 의약품으로 사용하기 전에 정제해야 했던 다른 촉매와 달리 합성한 결과를 바로 사용할 수 있어서 현재까지 제약 산업에서 활발히 연구되고 있다. 

리스트 교수는 지난 2021년 데이비드 맥밀런 미국 프린스턴대 화학과 교수와 함께 비대칭 유기촉매 반응 분야를 개척한 공로로 노벨 화학상을 받았다. 배 교수는 지난 2015~2019년 리스트 교수 연구실에서 박사후연구원을 지내며 인연을 쌓았다. 배 교수는 2019년 성균관대 교수로 임용된 뒤에도 리스트 교수와 다수의 비대칭 유기촉매 연구를 함께 하고 있다.

연구진은 탄화수소물 중 하나인 케톤을 다양한 물질과 반응시켜 새 촉매를 개발했다. 이 촉매는 3차 알코올 화합물에 사이아노기와 실릴기라는 원자 집단을 추가하는 기능을 한다. 동시에 두 거울상 이성질체 중 한 가지만 매우 많이 합성되도록 한다. 두 거울상 이성질체를 총 100개 만든다면 그중 한 가지만 98개 만드는 수준이었다.

배 교수는 “과거에도 금속촉매, 효소, 유기촉매 등을 이용해 이 같은 화학반응을 일으키려는 시도가 있었으나 매우 작은 3차 알코올 화합물에 대해서는 두 거울상 이성질체 중 한 가지만 선택적으로 생성하는 데 분명한 한계가 있었다”며 “이번에 개발한 유기촉매를 사용해 실험실에서 설계된 금속촉매와 효소 같은 생체촉매보다도 우수한 결과를 달성했다”고 밝혔다.

연구팀은 이번에 개발한 촉매를 이용해 항경련제, 고지혈증 치료제에 들어가는 필수 물질들을 생성할 수 있다고 밝혔다. 배 교수는 “이번에 개발한 촉매 시스템이 다양한 관련 의약품 합성에 활용될 수 있기를 기대한다”고 말했다.

[서동준 기자 bios@donga.com]