친환경 방법으로 의약품 합성법 발견

광촉매 사용을 통한 친환경, 저비용의 의약품 합성법 연구 성공

[ 객원 에디터 5기 / 한지헌 기자 ] 현재 과학에서는 다양한 촉매를 사용해, 새로운 물질들을 만들어낸다. 여기서 촉매란, 반응속도를 촉진하거나 변화시키는 용도로 쓰이는 물질들이며, 예를 들어, 금속 화학반응에 쓰이는 금속촉매, 생물학적에 쓰이는 효소 촉매, 빛의 영향을 받아 화학반응을 촉진시키는 광촉매 등과 같이 종류가 다양하다. 

UNIST 화학과 박철민 교수팀은 광촉매를 이용해, 질소 고립화합물을 합성하고, 의약품의 주요 골격인 ‘락탐’과 ‘피리딘’을 하나의 분자로 만드는 데 성공하였다. 

질소 고리화합물은 약용 화학물의 주요 구성요소이며, 이름처럼 고리형태로 탄소 사이에 질소가 결합한 구조이다. 주로 의약품을 합성하는데 많이 쓰이며, 미국 식품의약국 (FDA) 등록 약물의 75% 이상이 질소 고리화합물로 이루어져 있다고 한다. 현대 과학에서는 질소 고리화합물을 쉽게 합성할 수 있는 전략을 개발하는 것을 중요하게 여기고 있다.

처음에는 연구팀이 안정적인 분자를 삼중항 상태 또는 불안정 상태로 만들어 합성하는 전략을 내세웠다. 이처럼 불안정하게 만든 이유는 이처럼 구현하면 기준에 없었던 새로운 화학반응을 적용할 수 있기 때문이다. 촉매는 금속촉매를 사용했으며, 이는 계산화학적 예측과 실험을 통해 새로운 화학반응이 이루어진 것을 확인했지만, 오염 유발 가능성을 가진 시약을 첨가, 독성의 위험, 그리고 실행하는데 쓰이는 높은 가격의 단점이 있었다. 이를 통해 연구팀은 광촉매가 가시광선을 활용하기 때문에 더 친환경적이고 유리하다고 설명했다. 광촉매를 사용한 방법은 저에너지 가시광선 청색광을 사용한 광촉매를 사용하며, 산화환원 중립적인 반응이라 상온에서도 합성이 가능한 방법이다. 

이 방법을 통해 한 번에 두 작용기를 선택적으로 결합된 화합물도 합성할 수 있으며, 생리활성을 지닌 골격을 한 분자에 결합시킬 수 있어 경제적인 합성도 가능하고, 의약품도 증가시킬 수 있다. 

박철민 교수는 “다양한 작용기를 질소 고리구조에 결합할 수 있을 뿐만 아니라 질소 고리 외에도 다양한 고리 구조 합성에도 응용할 수 있을 것”이라고 말하며, 이 기술을 다른 종류에도 응용이 가능하다고 설명했다.