포스텍 화학과 김현우 교수 연구팀이 빛과 전기를 융합해 복잡한 고리형 분자인 ‘헤테로고리 화합물’을 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 이번 성과는 금속 촉매 없이도 다양한 헤테로고리를 만들 수 있어 신약 개발과 화학 산업 전반에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

한국연구재단은 김현우 교수 연구팀이 ‘광자-유도 전기화학(photon-primed electrosynthesis)’이라는 새로운 합성 패러다임을 제시했다고 18일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 에 게재됐다. 헤테로고리 화합물은 두 가지 이상의 원자가 섞여 만들어진 고리형 분자로, 구조적 안정성과 다양성을 지녀 신약 후보 물질의 핵심 뼈대를 이룬다. 의약품뿐 아니라 농약, 신소재 등 폭넓은 분야에서도 활용된다.

하지만 헤테로고리 화합물은 원하는 위치에서만 선택적으로 반응시키기 어려워 합성이 까다롭다. 전통적인 합성법으로는 복잡한 구조를 효율적으로 만드는 데 한계가 있었다. 지금까지는 빛이나 전기를 합성 과정에 적용하는 시도가 있었으나, 대부분 값비싼 전이금속 촉매가 필요했다. 전이금속은 가격 부담뿐 아니라 반응 후 제거 과정에서 환경 오염과 독성 문제를 일으킬 수 있다.

김 교수 연구팀은 전이금속 촉매 없이 빛과 전기를 융합하는 새로운 방식을 고안했다. 빛을 이용해 반응성이 높은 중간체를 만든 뒤, 전기화학을 통해 이를 더욱 활성화시켜 기존에 잘 반응하지 않던 물질과도 결합하도록 유도한 것이다. 연구팀은 이 과정을 ‘광자-유도 전기화학’이라 명명하고, 이를 통해 여러 종류의 헤테로고리 화합물 합성에 성공했다. 특히 광반응과 전기화학의 결합을 통해 매우 높은 전자 효율을 달성하며 기존 한계를 뛰어넘었다.

 김현우 교수는 “이번 연구는 빛과 전기를 동시에 활용해 화학 반응의 새로운 길을 연 중요한 성과”라며, “환경 친화적이면서도 다양한 화학 산업에 적용 가능한 원천기술로 큰 잠재력을 지니고 있다”고 강조했다.

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