의학·과학 과학

원심력으로 화학물질 합성·추출한다

김만기 기자

파이낸셜뉴스

입력 2020.10.01 00:00

수정 2020.09.30 23:59

IBS 연구진, 회전력 기반으로 화학 합성 시스템 고안
진통제 등 의약 화합물 합성 입증… 네이처 논문게재
회전하는 시스템에 투명한 용매와 서로 다른 색깔로 염색한 용매들이 번갈아 쌓여 있다. 이 때 가장 바깥쪽 용매가 가장 무거운 용매다. 원통이 회전하는 동안 용매를 무거운 순서대로 주입했다. IBS 제공
회전하는 시스템에 투명한 용매와 서로 다른 색깔로 염색한 용매들이 번갈아 쌓여 있다. 이 때 가장 바깥쪽 용매가 가장 무거운 용매다. 원통이 회전하는 동안 용매를 무거운 순서대로 주입했다.
IBS 제공
[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 회전하는 원통에서 원심력을 이용해 화학물질을 합성하고 추출하는 기술을 개발했다. 이 기술은 기존 화학합성 과정을 크게 단순화해 화학산업에서 희귀금속 추출과 다양한 화합물을 합성하는 데 드는 시간과 비용을 줄일 수 있을 것이라고 연구진은 전망했다.

기초과학연구원(IBS) 첨단연성물질 연구단 바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더 연구팀은 하나의 반응 용기에서 여러 화학 공정을 쉽게 처리할 수 있는 새로운 화학 합성 시스템을 개발해 세계 최고 권위의 학술지 '네이처'에 1일 게재했다.

바르토슈 그쥐보프스키 그룹리더는 "이 기술은 전혀 새로운 공정으로 기존에 불가능하거나 어려운 종류의 합성들을 쉽게 만들 수 있다"고 말했다.

통증과 발열 완화제로 널리 쓰였던 페나세틴을 회전하는 용매 층에서 합성했다. 가장 안쪽의 3번 용매에서부터 시작해, 바깥쪽인 2번, 1번 용매로 차례로 이동하며 반응을 일으켰다. IBS 제공
통증과 발열 완화제로 널리 쓰였던 페나세틴을 회전하는 용매 층에서 합성했다. 가장 안쪽의 3번 용매에서부터 시작해, 바깥쪽인 2번, 1번 용매로 차례로 이동하며 반응을 일으켰다. IBS 제공
연구진은 이 방법을 이용해 1980년대까지 널리 쓰였던 진통제인 페나세틴과, 항-아메바 약물인 딜록사니드를 3~4단계에 걸쳐 합성했다. 또 필수 아미노산 중 하나이자 감미료인 아스파탐의 주재료인 페닐알라닌을 화합물로부터 추출했다. 이와 더불어 연구진은 분자보다 큰 박테리아나 나노입자도 회전하는 용매에서 제어했다.

기존 추출방법은 물과 기름 모두에 붙을 수 있는 분자인 계면활성제로 원하는 분자를 감싸서 분리한다. 연구진이 개발한 방법은 모든 과정이 용기 하나에서 이뤄져 합성 전 과정에 드는 시간을 크게 단축했다.

연구진이 개발한 시스템에서는 반응물이 확산을 통해 인접한 용매로 이동한다. 연구진은 원통 회전속도를 주기적으로 변화시켜 확산 속도를 높일 수 있었다. 또 용매 층의 성질에 따라 인접한 용매를 분리할 수도 있었다.

필수 아미노산 중 하나인 페닐알라닌을 복잡한 혼합물인 용매 1로부터 용매 3으로 추출하는 실험. IBS 제공
필수 아미노산 중 하나인 페닐알라닌을 복잡한 혼합물인 용매 1로부터 용매 3으로 추출하는 실험. IBS 제공
공동 제1저자인 올게르 시불스키 연구위원은 "이 시스템은 합성 과정에 영향을 미치는 핵심 변수들을 자유자재로 조절할 수 있고, 용매 층 사이 작용을 조절해 기존에 추출이 어려웠던 화합물까지 추출할 수 있어 활용성이 무궁무진하다"고 말했다.

한편 기존 화합물 합성 과정은 석유화학공장처럼 특정 물질에 맞춰진 대형 공정이 아닌 이상, 손으로 한 단계씩 진행해야 하므로 생산 시간과 생산량에 한계가 있다.
이같은 화학 합성을 일괄 처리하는 방법으로 크게 두 가지 시스템이 이용돼 왔다. 복수의 플라스크와 밸브들을 기계적으로 연동하는 방법과 연속된 액체 흐름을 제어하는 방법이다.
하지만 이는 자동화 장치를 제작하고, 반응물의 흐름을 조절하는 데 고도의 공학 기술이 필요하다는 한계점이 있다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자

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