손종우 교수(왼쪽)와 박진환 박사과정생.(사진=동아대 제공)

동아대학교는 손종우 교수 연구팀이 미국 화학회에서 발행하는 유기화학 분야 상위 6.1% 저널 ‘Organic Letters(오가닉 레터스, IF 5.0)’에 논문을 게재했다고 8일 밝혔다.

이번 논문 제목은 ‘Single‑Flask Manganese(I)-Catalyzed Dienylation and Diels–Alder Cascade: Synthesis of Indole‑Cyclohexene Hybrids with Anti‑Inflammatory Activity(단일-용기 기반 Mn(I) 촉매를 이용한 다이에닐화 및 Diels-Alder 연속 반응: 항염증 활성을 지닌 인돌-사이클로헥센 하이브리드 합성)’이다.

이번 논문엔 동아대 화학과 손종우(대학원 화학공학과 BK21 FOUR 겸임) 교수와 연세대 치과대학 구강생물학 생리학교실 및 응용생명과학과 김기우 교수(BK21 FOUR)가 공동 교신저자로, 동아대 화학공학과 박진환 박사과정생과 연세대 김다영 박사과정생이 제1저자로 이름을 올렸다.

뿐만 아니라 박영미 화학공학과(BK21 FOUR) 박사과정생, 이주현·이승민 화학과 학부생, 김민석 화학공학과(BK21 FOUR) 석사과정생도 참여했다.

손종우 교수팀은 이번 연구에서 저독성을 지니고 지속가능한 금속으로 평가 받는 망간(I)을 이용, 인돌 유도체(Indole derivatives, 천연물과 약용 물질에 많이 포함된 질소화합물의 일종, 의약품 중간체로 다양하게 쓰임)의 C2 위치에 ‘1,3‑다이엔’ 작용기를 도입하는 새로운 화학 반응을 개발했다.

연구팀은 특히 연속된 ‘디엘스-알더(Diels-Alder) 고리형첨가 반응’을 통해, 인돌에 육각고리가 도입된 복합 분자(하이브리드)를 단일-용기에서 간편하게 합성하는 성과를 거뒀다.

더불어 연세대 치과대학 김기우 교수 연구팀과 공동연구를 통해 합성된 인돌-사이클로헥센 화합물이 잠재적 항염증 활성을 띠는 것을 확인, 현재 신규 항염증 물질 개발 연구를 위해 추가적인 공동연구를 수행 중이기도 하다.

이번 연구는 항염증 활성을 지닌 새로운 분자 골격(인돌-사이클로헥센 하이브리드)의 빠르고 효율적인 합성을 통해 신약 후보물질 발굴에 기여할 것으로 기대된다.

또 귀금속 대신 자연계에 풍부한 망간을 촉매로 활용함으로써 ‘그린 케미스트리’를 실현에 도움을 줄 것으로 예상되며, 복잡 분자에 대한 단일-용기 반응 설계로 연구실 및 산업 공정에서의 공정 단순화 및 시간·자원 절약에도 도움이 될 수 있다.

이번 연구는 지금까지 대부분 팔라듐(Pd)이나 로듐(Rh) 등 귀금속 대신 저렴하고 낮은 독성을 보유하고 있으며, 자연계에 풍부한 ‘망간(I)’을 사용해 다이에닐화 반응을 구현했다는 점에서 친환경성과 경제성이 뛰어나다.

또 Diels-Alder 반응을 단일-용기에서 수행, 여러 단계를 간소화해 합성 효율을 극대화했다. 더불어 후속-기능화를 통해 트립토판과 같은 복잡 분자의 ‘사이클로헥사다이엔’(육각 고리에 두 개의 이중 결합을 가지고 있는 골격, 다양한 석유화학제품의 중간체로 이용함)화까지 성공, 전통적인 금속 촉매 기반으로 도입하기 어려웠던 ‘고리형 골격’ 도입이 가능하다는 것을 보여줬다는 점에서 기존 연구와 차별성을 갖는다.

손종우 교수는 “어려운 상황에서 포기하지 않고 끝까지 연구를 수행해 온 박진환 대학원생을 비롯한 연구실 소속 학생들에게 감사하다. 연구 수행 과정에서 도출된 물질을 이용해 항염증 효과를 포함한 다양한 의약화학적 이용 가능성을 보여준 연세대 김기우 교수 연구팀도 매우 중요한 역할을 했다”며 “앞으로 공동연구를 활성화해 유기합성 분야를 넘어 실제 응용이 가능한 분야로 시너지를 내는 연구를 지속해서 수행하고 싶다”고 밝혔다.

박진환 박사과정생은 “연구를 진행하면서 여러 번의 시행착오와 예상치 못한 난관을 겪었지만 끝까지 포기하지 않고 실험을 이어갈 수 있었던 것은 늘 격려해주시고 지도해주신 손종우 교수님의 따뜻한 가르침 덕분이다. 공동연구를 통해 합성 화합물의 생물학적 가치를 함께 밝혀주신 연세대 김기우 교수님 연구팀에도 깊이 감사드린다”며 “이번 논문을 통해 유기합성뿐만 아니라 의약화학 분야로의 확장 가능성을 경험하고 연구자로서의 시야를 넓힐 수 있는 값진 계기가 됐다. 앞으로도 학문 간 융합을 통해 의미 있는 연구를 이어가고 싶다”고 말했다.