값싸고 친환경적인 질소화합물 촉매기술 개발
2021-11-12 차형석 기자
UNIST(울산과학기술원)는 화학과 박철민(사진) 교수팀이 질소 고리화합물을 저렴한 유기 광촉매와 저에너지 가시광선만으로 합성하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
연구팀은 이 기술로 다고리 질소 화합물인 피롤라이지딘 유도체와 옥사진 유도체 등을 합성하는 데 성공했다. 질소 고리화합물은 고리 모양으로 결합된 탄화물 사이에 질소가 첨가된 형태의 물질이다.
질소 성분의 생체 분자 친화성 때문에 FDA 등록 약물의 75% 이상이 질소 고리 화합물로 이뤄져 있다.
연구팀이 개발한 방식은 기존 방식과 달리 금속 촉매 대신 저에너지 가시광선인 청색광에 의해 활성화되는 유기 광촉매를 사용했다. 산화환원 중립적인 반응이라 별도 산화환원제가 불필요하며, 상온에서 합성 가능한 환경 친화적인 방법이다.
이 합성법을 이용해 알카인과 이민을 반응시켜 오각 질소고리 두 개가 접합된 피롤라이지딘 구조, 오각 질소고리와 육각 질소고리가 접합된 인돌리지딘 구조를 얻었다.
연구팀은 추가적 실험과 범밀도함수이론(DFT)으로 합성 원리를 규명해냈다. 합성반응 중간체로 사각 고리 구조를 갖는 아제틴이 형성됨을 밝혀냈다. 광촉매에 의해 산화된 알케인이 이민과 반응을 해 아제틴이 합성되는 원리다.
박철민 교수는 “이번 연구로 금속 촉매 대신 유기 촉매를 사용한 저렴하고 환경친화적인 방식의 질소 다고리 구조 합성 기술을 개발했다”며 “다양한 작용기를 질소 고리구조에 결합할 수 있을 뿐만 아니라 질소 고리 외에도 다양한 고리 구조 합성에도 응용할 수 있을 것”이라고 기대했다. 차형석기자 stevecha@ksilbo.co.kr