성균관대, 물 이용 신규 광촉매반응 개발…신약·첨단소재 활용 기대

배한용 성균관대학교 화학과 교수(왼쪽)와 구병준 박사과정생. /성균관대

성균관대학교는 배한용 화학과 교수 연구진이 권민상 서울대 재료공학부 교수 연구진과 공동으로 물을 활용한 단일전자전달 광촉매반응(SET aquaphotocatalysis)을 개발했다고 15일 밝혔다.

성균관대에 따르면 이번 연구는 물을 매질로 사용해 안정성이 강화되고, 독성이 없는 환경에서 활용할 수 있어 생체 접합 신약과 첨단 소재 과학에서 중요한 알킬설포닐 플루오라이드(alkylsulfonyl fluoride)를 친환경적이고 효율적으로 합성할 수 있다.

또 이번 반응에서 물이 기존의 융기용매 대신 사용돼 촉매 작용의 가속화뿐만 아니라 반응 효율과 안정성을 높여, 생체물질에 적합한 지속가능한 화학 반응 환경을 제공한다.

물에 의해 가속화된 단일전자전달 광촉매반응 및 SuFEx 생체접합의 응용. /성균관대

연구팀은 특정 사이아노아렌 유기광촉매와 가시광선을 이용해 아민과 카복실산을 물속에서 알킬설포닐 플루오라이드로 전환하는 데 성공했다. 이는 SuFEx (Sulfur(VI) Fluoride Exchange) 기반의 화학 반응을 통해 신뢰성 높은 선택적 결합을 형성할 뿐만아니라 DNA, 아미노산 및 호르몬과 같은 생체분자와도 결합 가능해 DNA-인코딩 라이브러리(DEL) 등의 신약 개발에 새로운 가능성을 제시할 수 있다.

물 기반의 광촉매반응은 기존 유기용매 기반 촉매반응에 비해 반응 속도와 효율성에서 개선점을 크게 보였다. 특히 물을 매질로 사용해 안전성이 강화되고 독성이 없는 환경에서 반응 진행을 할 수 있어 생체접합 및 친환경 공정에 적합하다. 이러한 특성을 바탕으로 지속가능한 촉매 기술의 의료용 신약개발 뿐만 아니라 배터리 전해액 첨가제 등 바이오·에너지 등 다양한 분야에서 활용해 새로운 가능성을 기대했다.

배 교수는 “물은 단순 매질 이상의 역할을 해 반응 속도를 높이고 생체분자와의 호환성을 향상시킨다”며 “이 기술은 낮은 반응성과 선택성 문제를 해결하는 실용적인 방법으로 신약 및 첨단소재 개발에 혁신적인 변화를 불러올 것”이라고 말했다.