주요 연구성과
NEW 서성은 교수 韓·美 공동연구팀, 제약·재료 분야 활용 ‘아라인’ 총정리 리뷰논문 발표
- 2024-11-05
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화학과 서성은 교수가 참여한 한·미 국제 공동 연구팀이 아라인(Aryne) 활용 유기합성 방법에 대한 리뷰 논문을 발표했다. 아라인 합성은 제약·재료과학 분야에서 매우 관심이 높은 연구 주제로, 이번 연구 성과는 새로운 물질과 신약을 개발하는 과정에 의미 있게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
논문의 제목은 ‘아라인 화학: 생성 방법과 다중 아라인 반응(Aryne Chemistry: Generation Methods and Reactions Incorporating Multiple Arynes)’으로 저명 학술지 <케미컬 리뷰스(Chemical Reviews, 영향력 지수(Impact Factor) 51.4점, JCR 랭킹 상위 0.2%)> 10월9일자 온라인판에 실렸다.
이 저널은 과학 분야에서 손꼽히는 최상위권 학술지로 미국화학회(American Chemical Society)가 발행한다. 공동 연구팀에는 아주대 서성은 교수(화학과)와 미국 펜실베니아대(University of Pennsylvania) 데이비드 체노웨스(David M. Chenoweth) 교수가 공동교신 저자로 참여했고, 아주대 차세대에너지과학연구소 소속의 김나영 연구원과 최명수 연구원이 공동 제1저자로 이름을 올렸다. 리뷰 논문(Review article)이란 특정 주제에 대해 축적된 연구 방법 및 결과를 종합하고 분석하는 형식의 논문을 말한다. 해당 분야에서 많은 경험과 노하우를 보유한 연구자가 통찰력 있는 리뷰 논문을 발표할 수 있고, 이는 상당한 학술적 의미를 가진다.
아라인(Aryne)은 방향족 고리에 삼중결합이 포함되어 있어 매우 반응성이 높은 화학물질로, 지난 1953년 미국 캘리포니아공과대학교의 故 존 로버츠 교수(John D. Roberts)에 의해 그 구조가 처음 실험적으로 증명됐다. 이후 약 70년이 지난 지금까지 아라인은 다환 방향족 화합물을 신속히 합성하는 데에 매우 유용한 빌딩 블록으로 사용되어왔다. 활용 범위가 매우 넓으며, 대표적으로 나노그래핀(nanographenes)과 신약 개발의 기초가 되는 천연물 합성 그리고 생리활성분자, 고분자, 유기전자재료 등의 합성에 매우 유용하게 이용되고 있다.
아라인은 높은 반응성으로 인해 그 자체를 반응에 투입하여 사용할 수 없고, 아라인을 생성하기 위한 전구체 형태로 반응에 첨가한 후 활성화시키는 방식으로 쓰이고 있다. 알려진 전구체 활성화 방법만 130개가 넘을 정도로 국내 연구진을 비롯한 전 세계의 많은 연구팀에서 아라인 전구체를 활발히 개발해 왔다.
이번 논문에서 아주대-펜실베니아대 공동 연구팀은 현존하는 모든 아라인 전구체를 최초로 총정리해 그 의미와 한계를 분석했다. 높은 아라인의 반응성을 활용한 다중 아라인 반응도 정리하여 소개했다.
공동 연구팀은 구조적으로 불안정한 아라인의 경우 반응성이 높아 방향족 고리 합성에 활용도가 높은 반면, 양날의 칼과 같이 그 반응성을 조절하는 것이 매우 어렵다고 설명했다. 하지만 이러한 특성을 잘 활용한다면 표적 분자 합성을 더욱 쉽고 빠르게 할 수 있어, 제약 분야에서 복잡한 천연물 합성에 활용할 수 있다. 대표적인 예로 지난 2017년 국내 연구팀에서 두 아라인 분자를 활용한 천연물인 닌갈린 D와 G(Ningalin D와 Ningalin G)를 합성한 사례가 있다.
아주대 서성은 교수는 “아라인의 높은 반응성을 조절하면 수많은 화합물을 신속히 합성할 수 있어, 에너지·재료·제약 분야에서의 신물질 및 신약 개발에 유용하게 사용될 수 있다”라며 “특히 이번 논문에 소개된 아라인 생성 방법 및 다중 아라인 반응은 화학과 관련한 전 과학 분야에서 의미 있게 활용될 수 있을 것”이라고 전했다.
이번 연구는 대학기초연구소(G-LAMP·지-램프) 사업, 자율운영중점연구소 지원사업, 부처 협업형 인재양성사업, 기본연구 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
대학기초연구소(G-LAMP·Global Learning & Academic research institution for Master’s·PhD students, and Postdocs, 지-램프) 사업은 기초과학분야의 혁신적 공동 연구를 지원하기 위한 교육부 사업으로, 아주대는 2023년 이 사업에 선정되어 오는 2028년 8월까지 총 236억원을 지원받는다. 아주대는 물질·에너지과학 분야에 참여하고 있으며, 차세대에너지과학연구소(소장 박지용 교수)를 연구과제를 수행할 중점테마연구소로 지정해 운영하고 있다.
반응성이 매우 높은 화학물질인 아라인(Aryne)을 활용해 천연물과 신규 금속촉매를 합성하는 과정을 설명한 그림. 반응성이 높아 합성 활용 범위가 넓지만, 동시에 그 반응성을 적절히 조절하기 어렵다는 아라인의 특성을 잘 활용하면 표적 분자 합성을 더욱 쉽고 빠르게 할 수 있다.
* 위 사진 - 왼쪽부터 아주대 차세대에너지과학연구소의 김나영 연구원, 최명수 연구원, 아주대 서성은 교수, 미국 펜실베니아대 데이비드 체노웨스(David M. Chenoweth) 교수. 김나영·최명수 연구원은 미국 사우스플로리다대학(University of South Florida)에 G-LAMP 방문연구원으로 파견 중이다.