'원통에 돌렸더니' 화학 합성·분리·추출까지

회전력 기반 화학 합성 시스템 개발
진통제 등 의약 화합물 합성으로 입증
국제 학술지인 네이처에 논문 실려

서로 다른 용매가 채워진 원통이 회전하고 있다.

[아시아경제 황준호 기자] 원통 안에 화학물질을 넣고 회전력을 통해 합성하거나 분리 추출할 수 있는 기술이 개발됐다. 화학 합성물을 얻기 위해 플라스크와 밸브로 이뤄진 복잡한 공정을 만들거나, 연속된 액체의 흐름을 제어해야 했던 어려움을 해소할 수 있을 것으로 예상된다. 연구진은 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는데 있어 필요한 시간과 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 전망했다.

기초과학연구원의 첨단연성물질 연구단 소속 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더(울산과학기술원 특훈교수)의 연구팀은 하나의 반응 용기에서 여러 화학 공정을 손쉽게 처리할 수 있는 새로운 화학 합성 시스템을 개발해, 관련 연구 결과가 1일(한국시간) 자연과학 분야 국제 학술지인 네이처에 실렸다고 밝혔다.

원통에 넣고 돌려 원하는 화합물 얻는다

페니세틴 합성 과정

연구팀은 물과 기름처럼 서로 섞이지 않는 용액들이 밀도에 따라 순서대로 쌓이는 것에 착안해, 용매 층별로 화학 합성을 조절할 수 있는 원통 시스템을 만들었다.

회전하는 원통의 회전력(원심력)에 따라 밀도가 높은 용매는 바깥 층을 형성하고, 밀도가 낮은 용매는 안쪽에 머물러 회전하도록 한 시스템이다. 회전력으로 인해 각 용매는 둥근 띠를 형성하는데 이를 실험관처럼 사용해 반응물의 화학반응을 조절할 수 있도록 했다. 반응물을 넣으면 반응물이 확산되며 인접한 용매로 이동한다. 이때 원통의 회전 속도를 높이면 확산 속도도 높일 수 있다. 반면 용매의 성질에 따라 반응물과 인접한 용매도 분리할 수 있다.

연구팀은 이 시스템을 활용해 페나세틴, 딜록사니드 등 실제 의약 화합물을 단계적으로 합성했다. 또 혼합물에서 특정 유기물(p-니트로벤조에이트 나트륨, 페닐알라닌)을 추출했다. 연구팀은 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어했다.

희귀금속 추출 등에 활용

페닐알라닌 추출 과정

연구팀은 중소규모 화학 합성 시간과 비용을 줄일 수 있는 새로운 아이디어를 제시하고, 실제 응용성을 보여주었다는 데 의의가 있다고 평가했다.

공동 제1저자인 올게르 시불스키 연구위원은 "이번에 개발한 시스템은 합성 과정에 영향을 미치는 핵심 변수들을 자유자재로 조절할 수 있고, 용매 층 사이 작용을 조절해 기존에 추출이 어려웠던 화합물까지 추출할 수 있어 활용성이 무궁무진하다"라고 밝혔다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr