“분자도 레고처럼 조립한다”…UNIST가 개발한 신합성법
홍성유 교수팀, 분자 서열·입체 구조 동시 제어 SuFEx 반응 활용 고리·케이지형 분자 합성 대표 고리형 황산에스터 93% 수율 구현 신약·기능성 소재 개발 기대…국제학술지 게재
2026-11-12 심현욱 기자
UNIST 화학과 홍성유 교수팀은 황(VI)–플루오라이드 교환(SuFEx) 반응을 활용해 원하는 서열과 구조를 갖는 거대고리 또는 케이지형 분자를 합성하는 방법을 개발했다고 12일 밝혔다.
거대고리·케이지형 분자는 신약 개발과 특정 물질을 선택적으로 흡착하는 기능성 소재 합성에 활용될 수 있다. 고리의 모양과 구성 성분의 배열을 조절해 표적 단백질과의 결합 특성을 바꾸거나, 내부 공간에 잘 맞는 이온이나 분자를 골라 붙잡도록 설계할 수 있기 때문이다.
이러한 분자를 만들 때는 조각들의 종류와 개수뿐 아니라 연결 순서인 ‘서열’도 중요하다. 하지만 여러 조각을 원하는 순서로 연결하면서 정해진 고리나 입체 구조까지 만드는 일은 쉽지 않다. 반응 과정에서 의도한 고리가 형성되는 대신 조각들이 계속 이어져 긴 사슬이나 다른 크기의 고리가 만들어지기 쉽다.
개발된 합성법을 이용하면 분자 조각을 원하는 순서로 연결해 거대고리나 케이지형 분자를 만들 수 있다. SuFEx라는 반응을 기반으로 합성하는 방법이다. SuFEx는 한 분자의 황과 다른 분자의 원소 사이에 결합을 만들어 두 분자를 연결하는 반응이다.
SuFEx 반응을 통해 분자 조각을 원하는 순서로 연결한 뒤 이를 다시 고리화하는 방식이다. 조각을 연결한 뒤에는 사슬 끝을 별도로 화학 처리해 다음 조각이 붙을 수 있도록 했으며, 일부 연결 부위는 임시 덮개인 ‘보호기’로 가렸다가 필요할 때 드러내 원치 않는 반응을 막는다. 고리나 케이지 형태로 만드는 단계에서는 반응물의 농도를 낮추고 천천히 투입해 서로 다른 사슬끼리 이어지는 부반응을 줄였다.
연구팀은 이 합성법을 통해 대표적인 거대고리 분자인 ‘A-C-A-A 배열의 고리형 황산에스터’를 93%의 높은 수율로 합성해 냈다. 수율이 낮으면 같은 양의 목표 물질을 얻는 데 더 많은 원료가 필요하고, 부산물을 분리·제거하는 추가 공정 비용이 발생할 수 있다.
합성할 수 있는 분자 종류도 다양하다. 구성 조각의 종류와 개수, 배열을 바꿔 다양한 크기의 고리형 분자도 합성됐다. 세 방향으로 연결할 수 있는 조각을 활용해 여러 고리가 이어진 구조와 3차원 케이지형 분자도 만들었다.
합성한 분자 가운데 조성은 같고 서열만 다른 두 거대고리 분자를 비교해 녹는점과 용해 형태의 차이가 관찰됐다. 동일한 구성 조각을 사용하더라도 배열 순서에 따라 물성이 달라질 수 있음을 보여주는 사례다.
이번 연구는 UNIST 김민평·옥영균 연구원이 제1저자로 참여했다.
홍성유 교수는 “하나의 합성법으로 배열과 구조가 다른 분자를 만들 수 있어 기능성 소재 개발에 필요한 다양한 분자를 효율적으로 확보할 수 있다”며 “신약과 첨단 소재 개발뿐만 아니라 분자 구조와 물성의 상관관계를 규명하는 연구에도 도움이 될 것”이라고 했다.
연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상부 산업기술기획평가원 등의 지원을 받아 이뤄졌으며, 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 9월 10일 온라인 게재됐다.(논문명: A programmable organosulfate platform for concurrent molecular sequence and topology control)