전례 없는 시너지, 수퍼산 유기촉매반응 시스템 개발을 통한 신규 항암물질 발견

- 셀 리포트 피지컬 사이언스 저널에 온라인 게재

▲ (왼쪽부터) 배한용 교수, 허준석 교수, 김기현 교수, 김우희(공동제1저자), 송선빈(공동제1저자)

화학과 배한용 교수 연구팀이 화학과 허준석 교수 및 약학과 김기현 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 신규 브뢴스테드 수퍼산 유기촉매에 의한 지속가능한 환원성 아민화 반응으로부터 알파-이차 알킬 아민 구조의 의약품 합성법 및 신규물질의 항암활성에 관한 연구결과를 보고했다. 유기촉매는 2021년 노벨화학상을 수상한 연구 분야이며, 우리 대학 연구진은 국내 최고수준의 전문가 그룹 중 하나로 꼽힌다.

2개의 탄소 치환기와 단일 아민 작용기로 연결된 삼치환된 탄소원자인 알파-이차 아민 작용기는 다양한 천연물이나 의약품에서 쉽게 찾을 수 있지만 다양한 생리활성을 제공하는 핵심구조이다. 환원성 아민화 반응은 제약산업계에서 탄소-이종원자 결합을 도입하기 위해 수행되는 전체 반응 중 23%를 차지하는 매우 중요한 반응이다. 하지만 경제적이며, 안전하고, 친환경적인 유기촉매를 이용하여 직접적으로 본 작용기를 도입하는 예는 보고된 방법이 거의 없었다.

공동연구진은 수퍼 브뢴스테드 유기산 촉매인 트리플이미드(triflimide)와 환원제로 작용하는 유기붕소화합물인 피나콜보레인(pinacolborane)의 전례 없는 고성능 시너지 촉매 시스템을 최초로 개발하였다. 저렴하고 풍부한 케톤을 시작물질로 하여 반응성이 낮은 카바메이트(carbamate) 아민 작용기와 반응하여 벤질옥시카보닐 기(Benzyloxycarbonyl group, 이하 Cbz)가 달린 알파-이차 아민을 합성하였다. Cbz 그룹은 펩타이드 또는 전합성에서 가장 많이 이용되는 보호기이다.

또한 물리학적 밀도범함수 이론에 의한 계산 결과를 토대로 실험적, 분석적 결과들을 통합하여 신규 시너지 촉매 시스템의 활성화 메커니즘을 규명하였다. 연구팀은 촉매반응으로 만들어진 생성물로부터 부정맥 치료제로 사용되는 멕실레틴(Mexiletine)과 편두통 치료제 이소메텝텐(Isometheptene)을 성공적으로 합성하였다.

또한, 생리활성평가를 통해 다양한 알킬아민 생성물들에서 높은 수준의 항암 활성을 띠는 물질을 발견하였다. 이는 합성화학 분야에서 세계 최초로 N-Cbz 아민 분자의 세포 독성을 발견한 첫 연구 결과이다.

화학과 배한용 교수는 “이번 연구결과는 다양한 의약품과 천연물에서 발견할 수 있는 알파-이차 알킬아민 작용기를 합성하는 반응을 기존에 보고된 적 없는 지속가능한 시너지 유기촉매 시스템을 통해 성공적으로 구현하였고, 나아가 고부가가치 의약품을 매우 효율적이며 안전하고, 경제적으로 합성할 수 있는 점에서 의미가 크다”고 연구의의를 밝혔다.

덧붙여 “생리활성평가를 통해 항암활성을 가지는 화학골격의 물질을 발견해 신규 항암제 후보물질로써의 가능성을 확인하였고, 향후 제약 및 의약학 분야에 널리 활용될 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구팀의 이번 연구결과는 저명학술지인 셀(Cell)에서 발간하는 자매저널인셀 리포트 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)지에 1월 29일자로 온라인에 게재되었다.