김정민 | 부산대학교 화학교육과 조교수, jeongmin@pusan.ac.kr 서 론 전해질은 일반화학 교과서에도 등장하는 익숙한 화학 시스템이다. 하지만 전해질은 이온 이동의 매질일 뿐 아니라, 전극 계면의 안정성, 부반응 억제, 장기 구동 안정성까지 좌우하는, 차세대 에너지 저장·변환 기술의 핵심 소재로 최근 폭넓은 주목을 받고 있다.[참고문헌 1-8] 많은 리튬이온전지용 비수계 전해질에서는 용매의 유전율, 점도, 염의 용해도, 이온 해리도 등을 주요 변수로 보았고, 많은 경우 염 농도는 약 1 몰농도 부근에서 최적화되었 .[참고문헌 5] 그러나 물-속-염 전해질(water-in-salt electrolyte, WISE)을 비롯한 최근의 고농도 전해질 연구[참고문헌 1-7]는 농도 자체가 전해질의 구조와 기능을 바꾸는 설계 변수임을 보여준다[그림 1]. 높은 염 농도는 점도 증가와 확산 저하를 일으킬 수 있지만, 동시에 용매화 껍

한예리 | 덕성여자대학교 화학과 조교수, hanyeri@duksung.ac.kr 서 론 양이온성 헤테로고리 염 구조를 갖는 퀴놀리늄(quino-linium) 염은 퀴놀린(quinoline)으로부터의 간단한 N-알킬화 반응 등을 통해 비교적 용이하게 합성될 수 있으며, 이러한 높은 합성 접근성과 구조 변형의 용이성을 바탕으로 최근 다양한 연구 분야에서 주목받고 있다.[참고문헌 1-2] 특히 퀴놀린 및 퀴놀리늄 핵심 골격은 여러 천연물과 생리활성 분자에서 공통적으로 발견되는 구조적 모티프를 포함하고 있어 의약화학 분야에서 지속적인 관심을 받아왔다.[참고문헌 3] 이러한 특성은 신규 생리활성 화합물의 설계와 기능성 분자 개발에 있어 퀴놀리늄 염이 유용한 분자 플랫폼이 될 수 있음을 시사한다. 또한 공액계가 확장된 구조를 도입할 경우 우수하거나 조절 가능한 형광 특성을 나타낼 수 있어, 형광 소재, 바이오이미징, 광기능성 재료 등 소재화학 분야

조현우 | 서울과학기술대학교 정밀화학과, 부교수 chohw2000@seoultech.ac.kr 화학은 물질을 다루는 학문으로, 물질이 갖는 화학적·물리적 특성과 그것이 일으키는 변화, 그리고 그 변화에 수반되는 에너지의 출입을 이해하는 것을 목표로 한다. 이러한 물질의 특성을 이해하기 위해 우리는 종종 하나의 분자가 가지는 미시적인 구조와 성질에 주목한다. 그러나 실제로 실험에서 다루는 대부분의 시스템은 단일 분자가 아닌, 다수의 분자들이 모여 이루는 열역학적 계에 해당한다. 특히 용액, 나노입자의 집합, 고분자 및 생체 분자와 같은 시스템은 잘 정렬된 결정 구조보다는 비결정적이고 유연한 특성을 가지는 연성 물질(soft matter)에 속하는 경우가 많다. 따라서 분자적 수준에서의 상호작용이 만들어내는 구조적 및 동역학적 특성이 거시적 연성 시스템의 물성으로 어떻게 발현되는지를 이해하는 것은 물리화학에서 매우 중요한 문제이다. 연성 물질에서 나타

허진서, 이영주* | 부산대학교 화학과 조교수, lyj0308@pusan.ac.kr 서 론 단백질인가 RNA인가 전통적인 신약 개발은 주로 단백질을 표적으로 하는 저분자 화합물을 중심으로 발전해 왔다. 이러한 약물은 일반적으로 표적 단백질의 활성 부위(active site)나 알로스테릭 포켓(allosteric pocket)에 결합하여 그 기능을 저해하거나 조절하는, 이른바 점유 기반(occupancy-driven) 기전을 통해 작용한다. 이러한 접근법은 오랜 기간 다양한 치료제를 탄생시키며 신약 개발의 중심 전략으로 자리 잡아왔다. 그러나 현재까지 알려진 질병 관련 표적단백질 가운데 85%는 뚜렷한 결합 포켓이 부족하거나 구조적으로 유연하여, 기존 저분자 화합물만으로는 효과적으로 제어하기 어려운 약물 화가 불가능한(undruggable) 표적으로 분류된다.[참고문헌 1] 대표적으로 전사인자, 내재적 무질서 단백질(intrinsically d

박가은, 신주현, 이서연, 송하영* | 가천대학교 화학과 조교수, hayoungs@gachon.ac.kr 서 론 카이랄 리간드의 개발은 이들이 도입된 전이금속 촉매를 이용한 비대칭 합성뿐만 아니라,[참고문헌 1] 원편광 발광(circularly polarized luminescence, CPL)[참고문헌 2] 등 카이랄 기능성 재료 개발에서 중요한 연구 축으로 자리 잡고 있다. 이러한 맥락에서 질소-헤테로고리 카벤(N-heterocyclic carbene, NHC)은 강한 σ-전자 공여성과 높은 구조적 다양성을 바탕으로 배위화학에서 필수적인 리간드로 자리매김하였으며,[참고문헌 3] 이를 기반으로 한 카이랄 NHC 리간드는 다양한 촉매 반응에서 높은 거울상 선택성을 구현해 왔다.[참고문헌 4] 한편, 고리형 (알킬) (아미노)카벤(cyclic (alkyl)(amino)carbene, CAAC)은 기존 NHC와 달리 카벤 중심의 α-위치에 4

이강주 | 한국화학연구원 의약바이오연구본부 선임연구원, kjlee@krict.re.kr 서 론 전통적인 저분자 약물은 일반적으로 특정 표적 단백질에 결합하여, 그 기능을 활성화하거나 저해하는, 이른바 점유기반(occupancy-driven) 기전을 바탕으로 작동한다. 이러한 접근법은 오랜 기간 신약 개발을 주도해 왔으나, 여러 가지 한계점도 드러나고 있다. 낮은 표적 특이성으로 인한 부작용, 장기간 투여 시 발생하는 약물 내성 등이 대표적인 문제로 지적된다. 더욱이 현재까지 알려진 약 3,000여 개의 질병 관련 단백질 가운데 85% 이상은 뚜렷한 약물 결합 포켓을 가지지 않는 비약물성(undruggable) 표적으로, 전통적인 저분자 화합물 모달리티만으로는 신약 개발에 근본적인 제약이 있는 실정이다. 이러한 근본적인 한계를 극복하기 위한 혁신 전략으로, 표적 단백질 분해(targeted protein degradation, TPD)

탁나연, 엄채윤, 김현석* | 충남대학교 화학과 조교수, hyunseok@cnu.ac.kr 서 론 고분자는 반복 단위체인 단량체(monomer)가 공유결합을 통해 연결된 거대 분자이다. 낮은 밀도, 우수한 가공성, 높은 화학적 안정성 등의 특성을 바탕으로 금속이나 세라믹과 같은 기존 소재를 대체하는 기능성 소재로 널리 활용되고 있으며, 현대 사회의 기술 발전과 산업 구조를 지탱하는 중요한 재료로 자리 잡고 있다.[참고문헌 1] 특히 고분자 관련 소재는 최근까지 자동차, 항공우주, 반도체, 에너지 저장 장치, 의료기기 등 다양한 첨단 산업에서 필수적인 역할을 수행하고 있다. 이러한 폭발적인 수요에 맞추어 전 세계 고분자 생산량은 지속적으로 증가하여 현재 연간 약 4억 톤 이상이 생산되고 있으며, 이 중 상당량이 적절히 재활용되지 못한 채 매립되거나 자연환경에 축적되고 있다.[참고문헌 2] 대규모 생산과 사용이 편의성과 동시에 환경적

이재석, 임준형, 박종민* | 강원대학교 화학과 부교수, jpark@kangwon.ac.kr 서 론 “단백질을 막을 것인가, 없앨 것인가” 지난 100여 년간 대부분의 신약은 단백질의 활성 부위 (active site)나 알로스테릭 포켓(allosteric pocket)에 결합 하는 점유 기반(occupancy-driven)의 저분자 화합물을 설계함으로써 개발되어 왔다. 이른바 ‘열쇠와 자물쇠(Lock and Key)’ 모델은 수많은 성공 사례를 만들어냈지만, 동시에 분명한 한계도 드러냈다. 우리 몸의 단백질 대부분은 약물이 결합할 만한 깊은 주머니 구조를 갖고 있지 않기 때문이다. 실제로 암을 유발하는 전사 인자(transcription fac-tors)나 골격 단백질(Scaffold Protein)과 같이 세포 신호 전달을 정밀하게 조절하는 핵심 단백질들 가운데 상당수는 구조적으로 평평하거나 유연한 표면을 가지고 있다. 이러한..

김토은, 김홍기* | 공주대학교 화학과 조교수, hongkikim@kongju.ac.kr 서 론 최근 분자 진단 및 바이오센서 분야에서는 신속성, 고감도, 그리고 분자 수준의 특이성을 동시에 구현할 수 있는 분석 플랫폼에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있으며, 이에 따라 기존 진단 기술의 한계를 보완하는 새로운 센싱 전략의 개발이 활발히 이루어지고 있다.[참고문헌 1, 2] 이러한 연구 흐름은 질병 진단에 국한되지 않고 건강관리, 암, 환경 및 식품 안전 분석 등 다양한 분야로 확장되며, 바이오센서 연구 전 반의 기술적 진보를 가속화하고 있다.[참고문헌 3, 4] 크리스퍼(Clustered Regularly Interspaced Short Palin-dromic Repeats, CRISPR) 유전자가위시스템은 특정 염기 서열을 정밀하게 인식할 수 있어 이러한 요구에 부응하는 분자 인식 기술로 주목받고 있다.[참고문헌 5, 6] 특

최준원 | 아주대학교 첨단바이오융합대학 부교수 junwchoi@ajou.ac.kr 지난 수십 년간 신약 개발은 질병의 원인이 되는 단백질의 활성 부위에 결합하여 해당 단백질의 기능을 조절함으로써 질병을 치료하는 ‘점유 기반(occupancy-driven)’ 방식의 약물 발굴이 주를 이루어 왔습니다. 그러나 이러한 전통적인 접근법은 활성 부위가 명확하지 않거나, 결합 부위가 얕은 단백질, 이른바 ‘약물화 불가능(undruggable)’ 표적을 공략하는 데에 근본적인 한계가 있어, 질병 관련 단백질의 약 15%만이 신약 개발의 표적으로 활용되고 있는 실정입니다. 이러한 한계를 극복하고자, 최근 체내의 단백질 분해 시스템(Ubiquitin–Proteasome System, UPS)이나 RNA 분해 기전을 활용하여 질병 원인 단백질을 원천적으로 제거하는 ‘사건 기반(event-driven)’ 방식의 표적 분해 기술(targeted degradation

전한솔, 임도현, 김효연* | 서울시립대학교 융합응용화학과 조교수, xjin@uos.ac.kr 서 론 암모니아는 화학 비료의 핵심적인 원료이며 실제로 생산되는 암모니아의 대부분은 농업 분야에서 직간접적으로 소비된다. 1909년에 이루어진 하버-보슈(Haber-Bosch Process) 합성법의 개발은 암모니아의 대량생산을 가능케 하였으며 이는 인류를 기아에서 해방시킨 중대한 성취로 화학이 인류에 기여한 가장 큰 공헌의 하나로 여겨지고 있다. 그러나 하버-보슈 공정은 에너지 집약적이며 생산 과정에서 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 발생시킨다는 문제점을 가지고 있다. 21세기에 들어서며 온실가스 배출량 증가로 인한 이상기후 발생 빈도 증가 및 식량 부족 등 지구온 난화 문제가 대두되며, 각 산업 분야에서 탄소중립 실현을 위한 온실가스 배출량의 감축이 강력히 요구되고 있다. 이에 따라, 하버-보슈 공정을 대체할 친환경적이고 지속 가능한 암모니아

채문석 | 국립부경대학교 나노융합공학전공 조교수, mschae@pknu.ac.kr 서 론 인류가 직면한 가장 시급한 과제 중 하나는 화석연료 중심의 에너지 시스템으로부터 벗어나 지속 가능한 재생에너지 사회로의 전환을 실현하는 것이다. 그러나 태양광과 풍력은 본질적으로 간헐적이기 때문에, 이들의 불안정한 에너지 출력을 보완해 줄 고안정성 고효율인 대용량 에너지 저 장 시스템(ESS)의 개발이 필수적이다.[참고문헌 1] 현재까지 상용화된 대표적인 전지 기술은 리튬 이온 전지 (LIB)이다. LIB는 높은 에너지 밀도와 신뢰성으로 스마트폰, 노트북, 전기차 등 다양한 기기에서 널리 사용되고 있다. 하지만, 전 세계 리튬 자원의 매장량 한계, 고비용의 생산 공정, 가연성 유기 전해질로 인한 화재 위험 등은 대규모 전력 망용 에너지 저장 분야로의 확장을 어렵게 한다.[참고문헌 2] 이러한 한계를 극복하기 위한 새로운 접근이 바로 수계 전지(Aque-ou

윤석민 | 경상국립대학교 화학과 부교수, smyoon@gnu.ac.kr 서 론 레늄(Rhenium, Re)은 1925년 독일에서 Walter Nod-dack, Ida Tacke, Otto Berg에 의해 columbite와 tungstate 과 같은 백금광에서 발견되었다. 이는 멘델레예프의 주기 율표가 제안된 이후 약 50년이 지난 시점으로, Re은 자연 계에 존재하는 원소들 가운데 비교적 늦게 정체가 확립된 ‘젊은 원소’로 알려져 있다. Re이 상업적으로 처음 추출된 레늄 함유 광석은 라인강(Rhine river) 인근에서 산출되었으며, 원소명 rhenium 역시 라인강의 라틴어 이름인 Rhenus에서 유래했다. 주기율표 75번 원소인 Re은 전이 금속에 속하는 은백색의 희소 금속으로, 다양한 산화수를 취할 수 있는 화학적 유연성을 지닌다. 또한 매우 높은 녹는점(3,180 °C)을 갖는 금속 중 하나로, 녹는점이 더 높은...

지상민, 고혜란* | 중앙대학교 화학과 부교수, hrkoh@cau.ac.kr 서 론 생체분자는 고유한 3차원 구조를 기반으로 기능을 수행하며, 구조 변화는 기능 상실뿐 아니라 효소 활성, 신호전달, 단백질 상호작용 등 생체 내 조절 메커니즘 전반에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 구조 변화의 정밀한 이해는 질병의 작동 원리와 세포 시스템의 동적 조절 과정을 규명하는 데 필수적이다. 그러나 대부분의 생체분자는 수 나노미터 크기이며, 전이 상태나 반응중간체처럼 매우 짧은 시간 동안만 존재하는 구조는 기존의 결정학, NMR, Cryo-EM 등과 같은 정적 구조 분석 기법만으로는 충분히 포착하기 어렵다. 생체 원자힘현미경(Bio-AFM)과 같이 동적 관찰이 가능한 기술도 존재하지만, 공간 분해능의 한계로 인해 고해상도 구조 규명에는 제약이 따른다.[참고문헌 1] 이러한 상보적 한계를 극복하기 위한 접근으로 단분자 형광 공명 에너지 전달(