【브레이크뉴스 대구】이성현 기자=DGIST 연구진이 저렴한 니켈 촉매를 활용해 의약품 핵심 구조를 정밀하게 합성하는 기술을 개발했다.

▲ 니켈 촉매 설계를 통한 입체 선택적 합성법 개발 및 컴퓨터 계산을 통한 메커니즘 규명  © DGIST

DGIST(총장 이건우)는 화학물리학과 서상원 교수 연구팀이 생리활성 물질의 핵심 골격인 ‘베타-메틸렌 카보닐’ 유도체를 단일 거울상 이성질체 형태로 합성하는 촉매 기술을 개발했다고 밝혔다.

거울상 이성질체는 같은 원자로 구성돼 있지만 입체 구조가 서로 반대인 분자로, 약물의 경우 한쪽 구조는 치료 효과를 나타내는 반면 다른 구조는 효과가 없거나 부작용을 유발할 수 있어 선택적 합성이 중요하다.

이번 연구는 신약 후보 물질에서 널리 활용되는 ‘베타-메틸렌 카보닐’ 구조에 특정 입체성을 부여하는 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다. 기존에는 강한 염기나 복잡한 보조물질이 필요해 공정이 까다로웠으나, 연구팀은 자연에 풍부하고 비용이 낮은 니켈 촉매를 활용해 이를 해결했다.

연구팀은 새롭게 설계한 니켈 촉매 시스템을 통해 알카인과 카보닐 화합물 등 범용 원료를 직접 반응시키는 합성 경로를 제시했다. 이 과정에서 원하는 위치에만 반응이 일어나는 ‘위치 선택성’과 특정 거울상 형태만 생성되는 ‘거울상 선택성’을 동시에 구현했다.

또한 복잡한 구조와 다양한 작용기를 가진 환경에서도 안정적으로 반응을 유도할 수 있어, 실제 의약품 구조 변형과 천연물 합성에 적용 가능성을 입증했다. 연구팀은 밀도범함수이론(DFT) 기반 계산을 통해 촉매 작동 원리도 규명했다.

서상원 교수는 “이번 연구는 난제로 꼽히던 화합물 합성을 저비용 촉매로 구현한 데 의의가 있다”며 “정밀 화학 산업과 신약 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 우수신진연구 사업 지원을 받아 수행됐으며, 화학 분야 국제 학술지 ‘Angewandte Chemie-International Edition’에 게재됐다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

DGIST Develops ‘Enantiomer Selective Synthesis’ Technology Using Nickel Catalysts… Expected to be Used in New Drug Development

Researchers at DGIST have developed a technology to precisely synthesize the core structures of pharmaceuticals using inexpensive nickel catalysts.

DGIST (President Lee Kun-woo) announced that a research team led by Professor Seo Sang-won of the Department of Chemical Physics has developed a catalytic technology to synthesize ‘beta-methylene carbonyl’ derivatives, the core framework of bioactive substances, in the form of single enantiomers.

Enantiomers are molecules composed of the same atoms but with opposite stereochemical structures. In the case of drugs, selective synthesis is crucial because one structure may exhibit therapeutic effects while the other is ineffective or may cause side effects.

This research is significant in that it secures a technology to impart specific stereochemistry to the ‘beta-methylene carbonyl’ structure, which is widely used in new drug candidates. Previously, the process was difficult due to the need for strong bases or complex auxiliary materials; however, the research team resolved this by utilizing nickel catalysts, which are abundant in nature and low-cost.

The research team presented a synthesis pathway that directly reacts general-purpose raw materials, such as alkynes and carbonyl compounds, using a newly designed nickel catalyst system. In this process, they simultaneously achieved ‘regioselectivity,’ where reactions occur only at desired locations, and ‘enantiomer selectivity,’ where only specific mirror images are generated.

Furthermore, by demonstrating the ability to stably induce reactions even in environments with complex structures and diverse functional groups, they proved the potential for application in the structural modification of actual pharmaceuticals and the synthesis of natural products. The research team also elucidated the catalytic operating principle through calculations based on Density Functional Theory (DFT).

Professor Seo Sang-won stated, “This research is significant because it has realized compound synthesis—previously considered a difficult challenge—using a low-cost catalyst,” adding, “It will contribute to the fine chemical industry and new drug development.”

Meanwhile, this research was conducted with support from the National Research Foundation of Korea’s Outstanding Young Researcher Program and was published in the international chemistry journal ‘Angewandte Chemie-International Edition.’