물을 이용한 신규 광촉매반응 개발, 신약 및 첨단소재 개발에 새로운 길 열다

- 화학과 배한용 교수, 물을 활용한 친환경 광촉매반응으로 신약과 첨단 소재 개발에 혁신적인 전환점 마련

▲ 화학과 배한용 교수(왼쪽)와 구병준 박사과정생(오른쪽)

화학과 배한용 교수 연구진이 서울대학교 재료공학부 권민상 교수 연구진과 공동으로 물을 활용한 혁신적인 단일전자전달 광촉매반응(SET aquaphotocatalysis)을 개발했다.

이 반응을 통해 생체 접합 신약과 첨단 소재 과학에서 중요한 알킬설포닐 플루오라이드(alkylsulfonyl fluoride)를 친환경적이고 효율적으로 합성할 수 있게 되었다. 물은 이번 반응에서 촉매 작용을 가속화하여 기존의 유기용매 대신 사용되었으며, 반응 효율과 안전성을 높여 생체물질에 적합한 지속가능한 화학 반응 환경을 제공한다.

연구팀은 특정 사이아노아렌 유기광촉매와 가시광선을 이용해 아민과 카복실산을 물 속에서 알킬설포닐 플루오라이드로 전환하는 데 성공했다. 이는 SuFEx (Sulfur(VI) Fluoride Exchange) 기반의 화학 반응을 통해 신뢰성 높은 선택적 결합을 형성하며, DNA, 아미노산 및 호르몬과 같은 생체분자와도 결합할 수 있어, 특히 DNA-인코딩 라이브러리(DEL) 등의 신약 개발에 새로운 가능성을 제시한다.

▲ 물에 의해 가속화된 단일전자전달 광촉매반응 및 SuFEx 생체접합의 응용

배한용 교수가 이번 연구로 개발한 물 기반의 광촉매반응은 기존 유기용매 기반 촉매반응에 비해 반응 속도와 효율성에서 큰 개선을 보여주었다. 특히, 물을 매질로 사용함으로써 안전성이 강화되고 독성이 없는 환경에서 반응이 진행될 수 있어 생체접합 및 친환경 공정에 적합하다. 이러한 특성 덕분에 이번 연구는 의료용 신약 개발뿐만 아니라 바이오소재, 에너지 소재 등 다양한 응용 분야에서 폭넓은 확장 가능성을 기대하게 한다.

배한용 교수는 “물은 단순한 매질 이상의 역할을 하여 반응 속도를 높이고, 생체분자와의 호환성을 향상시킨다”며 “이 기술은 낮은 반응성과 선택성 문제를 해결하는 실용적인 방법으로 신약 및 첨단소재 개발에 혁신적인 변화를 가져올 것”이라고 설명했다. 이번 연구는 지속가능한 촉매 기술이 신약부터 배터리 전해액 첨가제에 이르기까지 다양한 분야에서 새로운 가능성을 열어줄 것으로 기대된다.

배한용 교수의 이번 연구는 세계적인 학술지 셀 리포트 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)에 11월 5일 게재되었다.