분자물질이 섞여서 여러 가지 반응들이 동시다발적으로 일어나는 경우, 원하는 화합물만을 선택적으로 생산하기가 매우 어렵기 때문에, 혼합물이 생산되어 이 중에서 원하는 물질을 분리하는 과정이 필수적이다.
특히 수명이 매우 짧은 반응물질은 그 구조변화와 분해가 매우 빠른 불완전한 중간 생성물로써, 지금까지는 이를 활용할 수 있는 기술이 개발되지 않아 순도가 낮은 혼합물을 생산하여 분리 정제하는데 많은 시간과 비용이 소요됐다.
다른 쓸모없는 반응들이 일어나지 않고 원하는 분자물질만을 고순도로 연속해서 얻을 수 있다면, 혼합물 분리가 필요 없는 약물합성이나 신물질 개발에 큰 발전을 이룰 수 있게 된다.
김동표 교수(포항공과대학교) 연구팀은 반응중간체의 수명보다 더 짧은 시간 내에 반응을 일으키면, 구조변화 및 분해 등 쓸모없는 과정을 막고, 원하는 물질만을 선택적으로 만들 수 있다는 사실을 발견했다.
고효율로 반응물을 섞을 수 있는 특수한 혼합 미세반응기를 설계해 시간에 따라 생산된 물질을 분석한 결과, 일반적인 반응시간에서는 구조변화가 발생하여 혼합물이 생산되지만, 1만분의 1초보다 짧은 반응시간에서는 구조변화가 일어나지 않은 고순도 화합물만이 생산된다는 것을 알아냈다.
이번 연구는 1만분의 1초 내에 초단수명 반응중간체의 형성과 활용반응을 순차적 으로 일으켜 분자물질의 다양한 변화가능성을 억제하고 통제할 수 있는 세계 최초의 연구다.
즉 사납게 날뛰는 야생마 무리들을 붙잡아 길들이는 것처럼, 수명이 매우 짧아 다루기 어려운 분자들을 신속하게 붙잡아서 원하는 반응을 일으키는 기술이다.
초단수명 분자물질을 특수반응 장치와 합성기술을 개발해 한 가지 물질만을 고순도로 연속 생산할 수 있다는 사실을 밝힘으로써 고순도 화학약품 및 신약합성에 새로운 전기를 마련했다.
이번 연구결과는 초단수명 분자들을 다룰 수 있는 새로운 과학기술일 뿐만 아니라, 손쉽게 생산규모를 늘일 수 있어서 신약개발 및 고품위 화합물 산업에 직접 활용될 수 있는 가능성이 높다.
이번 연구결과는 세계적 권위의 학술지인 사이언스(Science) 온라인판 5월 6일자에 게재 됐다.
김동표 교수는 “새로운 화학공학 기술인 미세반응기로 분자 반응 시간 영역을 1만분의 1초까지 통제할 수 있다는 것을 세계 최초로 규명함으로써, 향후 고순도의 화학약품을 합성을 통한 경제적인 신약 개발의 토대를 마련했다.”고 연구 의의를 밝혔다.