화학과 배한용 교수 연구팀, 물과 빛을 활용한 친환경 생체모방 아쿠아포토촉매반응 개발

- 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 5월 8일 게재

화학과 배한용 교수 연구팀은 물과 빛을 활용한 혁신적인 친환경 생체모방 ‘아쿠아포토촉매반응(Aquaphotocatalysis)’을 새롭게 개발하였다. 연구팀은 새로운 유기 광촉매 반응시스템을 개발해 사이클로부탄 고리형 알킬설포닐 플루오라이드 화합물의 효율적 합성법을 발표하였다.

알킬설포닐 플루오라이드는 의약품, 전자소재, 2차전지 전해액첨가제 등 다양한 분야에서 활용되는 중요한 핵심 화합물이다. 최근에는 항암제 및 신약 치료제 개발을 위한 공유결합 저해제(covalent inhibitor)로도 활용되고 있다. 이 화합물은 차세대 클릭반응인 서펙스(Sulfur(VI)–Fluoride Exchange: SuFEx)의 허브물질로, 다양한 설포닐 유도체 합성에 응용될 수 있는 고부가가치 물질이다.

기존 알킬설포닐 플루오라이드 합성법은 복잡하고 많은 부산물을 발생시켰지만, 배한용 교수 연구팀이 개발한 새로운 촉매반응 시스템은 가시광선과 물을 이용해 간단하고 친환경적이며 효율적으로 합성할 수 있다. 연구팀은 베타-에텐설포닐 플루오라이드에 광촉매 반응을 적용해 사각형 고리구조 알킬설포닐 플루오라이드를 세계 최초로 합성하였다.

특히, 연구팀은 일반적인 유기용매에서는 시작 물질이 ‘이성질화’하여 반응성을 상실하지만, 물을 이용하면 반응성이 현격히 증가하는 놀라운 결과를 발견하였다. 이 현상을 이용하여 생리활성이 있는 헤테로고리 화합물인 벤조푸란, 벤조싸이오펜, 인돌과 같은 의약물질을 활용하여 탈방향족성 첨가생성물*을 얻는 데 성공했고, 분자 간 서펙스 클릭반응에서도 활용할 수 있음을 확인하였다.

* 탈방향족성 첨가생성물: 화학 반응에서 방향성(aromaticity)이 제거되면서 동시에 첨가반응에 의해 얻어지는 생성물

배한용 교수는 “촉매반응의 결정적인 요소로 물과 빛을 이용한 이번 연구는 현대 유기합성의 친환경적인 프로세스 개발의 방향성과 일치한다. 자연계에서는 생명현상을 유지하는 반응이 이미 물과 빛에 의해 일어난다는 사실에 비추어 볼 때, 생체모방(Biomimicry)은 인류의 지속가능한 화학이 나아갈 방향”이라고 말했다.

아울러 “합성된 화합물들이 2차전지 전해액첨가제, 공유결합 저해제 항암신약 등 다양한 과학 및 의약학분야에서 널리 활용될 것”이라고 밝혔다.

연구팀의 이번 연구결과는 세계적 권위의 학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 5월 8일 게재되었다.

※ 논문제목: “On-Water” Accelerated Dearomative Cycloaddition via Aquaphotocatalysis

※ 저널: Nature Communications

※ https://www.nature.com/articles/s41467-024-47861-w