약물 개발에 필수적인 화합물을 안전하고 효율적으로 만드는 기술이 나왔다.
화학과 홍성유, Jan-Uwe Rohde 교수 공동 연구팀은 반응성이 높은 위험한 화학물질 없이도 다양한 성분이 결합된 알렌 합성법을 찾았다. 알렌은 탄소 원자들이 독특한 방식으로 이중 결합한 화합물로, 신약 개발과 합성 화학에서 중요한 역할을 한다.
이 합성법은 불안정한 유기금속 화합물 대신 더 안정적인 유기 할로겐화물을 사용한다. 유기 할로겐화물은 유기 화합물에 브로민이나 아이오딘 같은 할로겐 원소가 붙어 있는 물질로, 기존보다 안전하게 반응할 수 있다.
그림1. 1,3-인아인의 환원성 1,4-알킬아릴화 반응
연구팀은 니켈 촉매와 환원 조건에서 △ 1,3-인아인(1,3-enyne) △알킬 아이오다이드(alkyl iodide) △ 아릴 아이오다이드(aryl iodide) 세 가지 화합물을 순차적으로 결합해 하나의 일정한 구조의 알렌 화합물을 합성했다. 생성물이 불규칙한 구조로 만들어지지 않고, 같은 구조의 화합물만을 생성하게 된 것이다.
그림2. 반응 메커니즘 규명
이 과정은 높은 화학 선택성과 위치 선택성을 보여 복잡한 알렌 화합물을 효율적으로 합성할 수 있다. 화학 선택성은 원하는 화학반응만 선택적으로 일어나는 것이고, 위치 선택성은 분자 내 특정 위치에서 반응이 일어나도록 조절하는 것을 의미한다.
그림3. 촉매로 사용된 니켈 착물의 합성 및 분광학적 분석
세 가지 이상의 화합물을 한 번에 결합하는 다성분 반응은 유용한 합성 경로로 알려져 있다. 연구팀은 이 반응을 더 복잡한 구조로 확장하고, 다양한 종류의 알렌 화합물을 사용해 광범위한 작용기 내성을 확인했다. 다양한 화학적 성질을 가진 물질들과도 안정적으로 반응할 수 있음을 입증한 것이다.
제1저자 김건하·전지환 연구원은 “환원된 니켈 착물이 이 반응의 주요 단계에서 중요한 역할을 한다는 것을 밝혔다”며 “불안정하고 반응성이 높은 낮은 산화수의 니켈 유기금속 착물을 직접 확인하고 연구했다”고 설명했다.
홍성유 교수는 “안전하고 간단한 방법으로 복잡한 알렌 화합물을 합성할 수 있게 됐다”며 “합성 화학 분야에 새로운 가능성을 열었다”고 말했다.
Jan-Uwe Rohde 교수는 “이러한 촉매의 반응성에 대한 이해는 곧 두 개의 화합물을 연결해 새로운 화합물을 만드는 커플링 반응 개발에도 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.
연구 결과는 세계적 권위의 국제학술지 ACS 카탈리시스(ACS catalysis)에 지난 5월 28일 온라인 게재됐다. 연구는 한국연구재단 선도연구센터(ERC) 과제와 개인연구사업 중견연구과제 지원을 받아 수행됐다.
