박철민(왼쪽 앞) 교수와 하수진(오른쪽 앞) 연구원. [UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 가시광선을 활용해 약물을 구성하는 저분자 화합물의 합성효율을 크게 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 박철민 교수 연구팀은 가시광선과 광촉매를 이용해 ‘사이클로뷰텐(cyclobutene) 화합물’을 합성하는 데 성공했다고 11일 밝혔다. 약물은 ‘골격체’와 다화합물의 성질을 결정하는 ‘작용기’가 붙어있는 구조를 갖는데 사이클로뷰텐은 이 ‘골격체’ 중 하나이다. 연구팀이 개발한 사이클로뷰텐 합성법을 이용하면 작용기의 손상 없이 높은 효율로 사이클로뷰텐 화합물을 합성 할 수 있다.

약물은 체내에 존재 하는 단백질과 같은 분자와 결합해 그 분자와 관련 있는 생물학적 기능을 활성화 하거나 억제해 치료효과를 발휘한다. 약물과 생체 분자간 결합은 마치 열쇠와 자물쇠 관계처럼 정교하기 때문에 약물 분자를 특정 구조로 합성하는 것이 매우 중요하다.

약물과 천연유래물의 핵심구조체인 ‘사이클로뷰텐’은 합성하기 까다로운 골격체 중 하나다. 4개의 탄소 원자가 4각형 고리 모양 구조를 갖는데 고리의 꺽임 부분이 불안정하기 때문이다. 자외선을 이용해 합성 할 수 있지만, 자외선의 높은 에너지가 ‘사이클로뷰텐’ 골격체에 첨가된 작용기에 영향을 줘 다양한 작용기를 갖는 사이클로뷰텐 화합물을 합성하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 낮은 에너지를 갖는 청색 가시광선과 이리듐 광촉매를 이용해 사이클로뷰텐 화합물을 합성했다. 이 방법을 이용해 작용기가 붙은 사이클로뷰텐 화합물을 최대 99%의 효율로 얻었다. 자외선에 의한 작용기 손상 때문에 첨가 할 수 있는 작용기 종류에 제한이 있었는데 그 문제 또한 극복했다.

연구팀은 범밀도함수이론으로 가시광선과 이리듐 광촉매에 의한 사이클로뷰텐 합성 원리를 규명했다. 가시광선의 에너지를 받아 들뜬 상태가 된 이리듐광촉매가 ‘알카인’이 아닌 ‘알켄’의 전자를 먼저 활성화 시켜 고리첨가반응이 일어난 것으로 밝혀졌다.

박철민 교수는 “이번 연구를 통해 각종 약물과 천연유래물질의 핵심 구조인 사이클로뷰텐의 새로운 합성 방법을 개발했다”며 “개발된 합성법을 이용하면 다양한 작용기를 갖는 사이클로뷰텐 골격체를 만들 수 있어 약물뿐만 아니라 각종 화학 제품 개발에도 사용 될 수 있을 것”이라고 기대했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 5월 19일자에 발표됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com