문준수(Junsoo Moon) 성균관대학교 약학대학 약학과/ jpokeface@skku.edu
안녕하세요? 성균관대학교 약학대학 약학과 촉매약화학 연구실을 소개해 드리겠습니다. 우리 촉매약화학 연구실에서는 비대칭 촉매를 이용하여 거울상 이성질체 선택적 합성 방법을 개발하는 연구를 수행하고 있습니다. 우리 몸의 중요 구성 성분인 탄수화물, 단백질, 핵산 등이 비대칭성을 갖고 있기 때문에 두 거울상 이성질체 관계의 약물이 완전히 서로 다른 효능을 보일 수 있습니다. 따라서, 하나의 거울상 이성질체를 선택적으로 합성하는 것은 신약 개발에서 필수적이며, 이를 가능하게 해주는 가장 효율적인 방법이 바로 비대칭 촉매를 이용한 합성입니다. 비대칭 정보가 없는 환경에서는 절대로 비대칭 화합물이 선택적으로 생성되지 않기 때문에, 비대칭 촉매를 사용하여 비대칭 정보를 전달합니다. 촉매와 분자의 상호작용에 의해 비대칭 정보가 분자에 전달되고, 이상태에서 반응이 일어나면 하나의 거울상 이성질체만을 선택적으로 합성할 수 있게 됩니다. 흔히 잘 알려진 비대칭성인 탄소 중심의 비대칭성도 여전히 매우 중요하지만, 우리는 축 비대칭성을 비롯한 특이 비대칭성에 대해 연구하여 화학 세계를 넓혀가고 있습니다. 현재 연구실에서 가장 활발히 진행하는 연구는 비대칭 촉매를 이용하여 회전장애 이성질체 선택적 신규 합성 방법론을 개발하는 것인데요, 회전장애 이성질체란 단일 결합의 회전이 부피가 큰 치환기에 의해서 제한이 되면서 생기는 입체 이성질체의 일종입니다. 이와 관련된 저희 연구실에서의 연구 몇 가지를 소개하겠습니다.
연구실 성과 및 향후 연구 계획
가장 대표적으로, 비대칭 인산 촉매를 사용하여 동적 속도론적 분할(dynamic kinetic resolution) 전략으로 질소 포함 헤테로 고리 화합물들을 높은 수율과 회전장애 이성질체 선택성으로 합성하였고, 합성한 새로운 골격의 화합물들은 다양한 암세포주에 대해 항증식활성을 측정하여 약물로서의 활용 가능성을 확인하였습니다. 또한, 탈대칭화(desymmetrization)전략을 이용한 회전장애 이성질체 선택적 알릴화 반응에 관한 연구를 수행하였습니다. 바이아릴 분자의 단일결합 축을 기준으로 대칭인 두 하이드록실 작용기 중에서 촉매-리간드와 상호작용을 통해 한쪽의 하이드록실 작용기만 알릴화하여 높은 회전장애 이성질체 선택성을 얻어 연구를 성공적으로 마무리했습니다. 이 프로젝트에서 용액 내에서 일어나는 반응을 컴퓨터 화학을 이용하여 계산 및 시각화하여 반응의 기전과 입체선택성의 근원을 밝히기 위한 연구도 함께 진행하였습니다 컴퓨터 화학이 본격적으로 사용되기 전에는 분자 모형을 직접 만들어 상호작용을 예상하고 가설을 제시하였는데, 컴퓨터 화학이 이러한 상호작용을 수학적 연산을 통해 수치화해주어서 더 정밀한 예측을 가능하게 해주었습니다.
특이 비대칭성은 축 비대칭성 말고도 나선형 비대칭성이나 기계적으로 맞물린 분자인 로텍세인(rotaxane), 카테네인(catenane) 등에서 생기는 위상 비대칭성 등 정말 다양한 종류가 존재하는데요, 앞으로 연구에서는 이러한 특이 비대칭성을 다루어 보려고 합니다.
함께 하는 연구실
다음으로, 저희 실험실을 소개하겠습니다. 지도교수님은 권용석 교수님으로 임용되신 지 4년이 채 되지 않은 젊은 교수님이시고, 활발하고 공격적인 연구지도를 해주시고 있습니다. 학생들을 훌륭한 연구자로 키우기 위해서 매주 저널미팅을 진행하고 있습니다. 이를 통해 최신 연구 동향을 살피는 동시에 논문을 읽고 이해하는 능력과 발표력을 기르고 있습니다. 연구에만 집중하다 보면 논문 읽기에 소홀해지기도 한데 이러한 시간을 통해서 논문과 친해지고 있습니다. 또한 신입생들의 경우 아직 논문을 많이 접해보지 않아 더욱 어렵고 힘들기 때문에 교수님께서 따로 시간을 내서 학생들과의 스터디를 구성해 주셨습니다. 흔치 않은 기회인 교수님과 개인 강습인 셈이죠. 제가 석사과정일 때에는 더 높은 수준의 연구를 위해 컴퓨터 화학을 개시해보자는 주제로 스터디를 구성하였습니다. 이 스터디는 한 학기 정도 진행을 했었고 지금은 논문에 사용할 수 있을 정도의 수준까지 끌어올렸습니다. 또한, 저희 연구실에서는 1인 1프로젝트를 맡아서 연구를 진행하고 있으며, 매주 그룹미팅을 통해 각자 프로젝트에 대한 진행 상황을 공유, 서로의 의견을 나누며 다 함께 실험을 진행하고 있습니다. 이런 교수님의 지도하에 저희는 실험과 공부에 모두 강한 연구자가 되고 있습니다.
학교(좌)와 제주도(중앙)에서 단체사진, 연구실 지킴이 패트와 매트(우)
가족 같은 화목한 연구실
이렇게 연구에 공부까지 하려면 정말 몸이 두 개라도 부족할 지경인데요. 이 힘든 대학원 생활 속에서도 나아갈 수 있는 원동력은 서로가 밀어주고 이끌어주는 힘인 것 같습니다. 저희 연구실은 저를 포함한 박사 과정 3명과 석사 과정 2명, 그리고 연구실에서 인턴을 하고 있는 학부생들로 이루어져 있습니다. 저희 연구실의 가장 큰 장점 중 하나가 바로 화목한 분위기입니다. 연구실 내에서 해야 하는 업무들이나 일어나는 각종 사안들에 대해서 회의를 통해서 분배하고 정하며, 이 과정에서 구성원들 모두가 의견을 편하게 말하고 조율하기 때문에 다들 만족하는 결과로 이르게 됩니다. 종종 교수님이나 구성원들이 사오는 간식들을 나누어 먹으며 사소한 얘기를 나누기도 하고 회식을 통해 속에 있는 깊은 이야기를 나누기도 합니다. 이렇게 하루하루 연구실 생활과 일상들을 공유하다 보니 자연히 가족 같은 화목한 연구실이 되어 있었습니다.
교수님과 간식시간(좌) 및 회식시간(우)
마치며…
이렇게 서로 챙기고 도와주더라도 연구실은 누구에게나 힘들 수밖에 없잖아요. 힘든 생활을 오래 지속하다가 인생에서 가장 중요한 것들을 잊게 되는 경우를 종종 보게 되는 것 같아요. 인간성, 유머, 행복 같은 것들이요. 너무 딱딱하고 척박한 연구실이 아니라, 충분히 인간적이고 적당히 유머러스한, 그리고 최대로 행복한 그런 연구실이 되었으면 좋겠다는 마음으로 방장 역할에 임하고 있습니다.
초기 구성에서부터 새로운 프로젝트의 개시, 그리고 새로운 장비와 새로운 사람들. 태어난 지 얼마 안 된 연구실이다 보니 정말 많은 우여곡절이 있었고 헤쳐 나가면서 정이 많이 든 것 같아요. 구성원 한 명 한 명 그리고 연구실 그 자체도요. 모두 같은 마음으로 즐겁게, 열심히 나아가고 있으니 앞으로 끝없이 발전할 연구실의 모습이 기대가 됩니다. 우리 촉매약화학 연구실의 성장을 촉진시켜 줄 새로운 촉매의 등장을 기대하며 글을 마치겠습니다. 존경하는 우리 교수님, 사랑하는 연구실 구성원들, 그리고 글을 읽어 주신 독자 여러분 감사합니다.
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