[과학을 읽다]분자반응 1만분의1초까지 조절한다

국내 연구팀, 관련 기술 개발…신물질 개발에 도움

▲3차원 고효율 혼합과 연속 합성용 미세 반응기의 개요.[사진제공=미래부]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 통제 불가능한 분자의 반응 시간를 1만분의1초까지 조절하는 기술을 개발했습니다.

분자물질이 섞여서 여러 가지 반응들(구조변화, 분해, 결합 등)이 동시다발적으로 일어나는 경우 원하는 화합물만을 선택적으로 생산하기가 매우 어렵습니다. 혼합물이 생산돼 이 중에서 원하는 물질을 분리하는 과정이 필수적입니다.

수명이 매우 짧은 반응물질(반응중간체)은 그 구조변화와 분해가 매우 빠른 불완전한 중간 생성물입니다. 지금까지 이를 활용할 수 있는 기술이 개발되지 않아 순도가 낮은 혼합물을 생산해 분리 정제하는데 많은 시간과 비용이 들어갔습니다.

다른 쓸모없는 반응들이 일어나지 않고 원하는 분자물질만을 고순도로 연속해서 얻을 수 있다면 혼합물 분리가 필요 없는 약물합성이나 신물질 개발에 큰 발전을 이룰 수 있게 됩니다.

연구팀은 반응중간체의 수명보다 더 짧은 시간 내에 반응을 일으키면 구조변화와 분해 등 쓸모없는 과정을 막고 원하는 물질만을 선택적으로 만들 수 있다는 사실을 발견했습니다.

고효율로 반응물을 섞을 수 있는 특수한 혼합 미세반응기를 설계해 시간에 따라 생산된 물질을 분석한 결과 일반적 반응시간에서는 구조변화가 발생해 혼합물이 생산됩니다. 1만분의 1초보다 짧은 반응시간에서는 구조변화가 일어나지 않은 고순도 화합물만이 생산된다는 것을 알아냈습니다.

이번 연구는 1만분의 1초 내에 초단수명 반응중간체의 형성과 활용반응을 순차적으로 일으켜 분자물질의 다양한 변화가능성을 억제하고 통제할 수 있는 연구입니다. 수명이 매우 짧아 다루기 어려운 분자들을 신속하게 붙잡아서 원하는 반응을 일으키는 기술입니다.

다양한 변화 가능성이 있는 초단수명 분자물질을 1만분의 1초 내에 활용할 수 있는 특수반응 장치와 합성기술을 개발해 한 가지 물질만을 고순도로 연속 생산할 수 있다는 사실을 밝힘으로써 고순도 화학약품과 신약합성에 새로운 전기를 마련했다는 평가입니다.

김동표 포항공대 교수팀이 연구를 수행했습니다. 연구결과는 국제 학술지인 사이언스(Science) 온라인판 5월 6일자(논문명 : Submillisecond Organic Synthesis: Outpacing Fries Rearrangement through Microfluidic Rapid Mixing)에 실렸습니다.

김동표 교수는 "새로운 화학공학 기술인 미세반응기로 분자 반응 시간 영역을 1만분의 1초까지 통제할 수 있다는 것을 세계 최초로 규명했다"며 "앞으로 고순도의 화학약품(의약품, 천연물)을 합성을 통한 경제적인 신약 개발의 토대를 마련한 것"이라고 말했습니다.