국내 연구진이 석유, 천연가스에서 의약품 원료 물질을 합성하는 기술을 개발했다.
과학기술정보통신부에 따르면 장석복 기초과학연구원(IBS) 분자활성촉매반응연구단장과 백무현 부연구단장 공동 연구팀은 반응 효율이 높은 이리듐 촉매를 개발, 상온에서 감마-락탐을 합성하는 데 성공했다. 연구 결과는 국제학술지 '사이언스' 온라인판에 실렸다.
감마-락탐은 뇌전증 치료제(레비티라세탐)나 혈관형성 억제제(아자스파이렌)처럼 복잡한 유기분자의 핵심 성분이다. 의약품, 합성화학, 소재 원료로 활용된다. 연구팀은 촉매를 활용, 탄화수소에서 감마-락탐을 합성했다. 탄화수소는 석유, 천연가스 등 자연에 풍부하다.
학계는 자연에 풍부한 탄화수소로부터 감마-락탐을 만들기 위해 많은 연구했다. 탄화수소는 상온에서 반응성이 낮아 어려움을 겪었다.
탄소-수소 결합을 탄소-질소 결합으로 바꿔야 하는데(질소화 반응), 이 과정에서 중간체(카보닐나이트렌)가 분해됐다. 상온에서 감마-락탐 합성이 불가능했다.
IBS 연구팀은 연구단 내 이론연구그룹, 실헙그룹 간 협업으로 문제를 극복했다. 최적화된 촉매를 계산화학으로 분석해 예측하고 실험에 돌입했다. 중간체 분해 문제를 해결했다.
이론 연구팀은 계산화학에 밀도범 함수(Density Functional Theory)를 활용했다. 밀도범 함수는 분자 내에 전자가 들어 있는 모양과 에너지를 양자 역학으로 계산하는 이론이다.
이를 통해 어떤 촉매가 탄화수소에 효율 높은 반응을 일으킬지 분석하고 시뮬레이션했다. 완성도 높은 촉매를 제안했다. 실험연구팀은 이를 토대로 중간체 분해, 부산물 형성을 억제하는 이리듐 촉매를 개발했다. 이 촉매를 탄화수소에 적용, 감마-락탐 합성에 최종 성공했다.
장석복 단장은 “질소화 반응의 중간체 분해 문제를 해결해 탄화수소로 감마-락탐을 합성하는 계기를 만들었다”면서 “학문 진보는 물론 의약품과 신소재 개발 등 산업 측면에도 크게 기여할 수 있길 바란다”고 말했다.
장 단장은 또 “새로운 금속 촉매를 설계하고 합성해 성공적으로 적용하는 모든 과정에 열정적으로 임해준 참여 학생들에게 깊이 감사한다”고 덧붙였다.
송준영기자 songjy@etnews.com
