국내연구진이 21종의 반응물을 동시에 정밀 분석하는 기술을 세계 최초로 개발해 AI 기반의 신약 개발에 획기적으로 기여할 것으로 기대됩니다.

KAIST 화학과 김현우 교수 연구팀은 인공지능을 활용해 자율합성 시대에 적합한 혁신적인 광학이성질체 분석 기술을 개발했다고 밝혔습니다.

이번 연구는 다수의 반응물을 동시에 투입해 진행하는 비대칭 촉매 반응을 고해상도 불소 핵자기공명분광기(19F NMR)를 활용해 정밀 분석한 세계 최초의 기술입니다.

현재 자율합성 시스템은 반응 설계부터 수행까지는 자동화가 가능하지만 반응 결과 분석은 전통적 장비를 활용한 개별 처리 방식에 의존해 속도 저하와 병목 현상이 발생하는 문제점이 제기돼 왔습니다.

또 1990년대에 제안된 다기질 동시 스크리닝 기법이 주목받았지만 기존 크로마토그래피 분석법의 한계로 적용 가능한 기질 수가 제한적이고, 원하는 광학 이성질체만 선택하여 합성하는 비대칭 합성 반응에서는 10종 이상의 기질을 동시에 분석하는 것이 불가능에 가까웠습니다.

연구팀은 이런 한계를 극복하기 위해 다수의 반응물을 하나의 반응 용기에 투입해 동시에 비대칭 촉매 반응을 수행한 뒤 불소 작용기를 생성물에 도입하고, 자체 개발한 카이랄 코발트 시약을 적용해 모든 광학 이성질체를 명확하게 정량 분석할 수 있는 불소 핵자기공명분광기(19F NMR) 기반 다기질 동시 스크리닝 기술을 구현했습니다.

연구팀은 19F NMR의 우수한 분해능과 민감도를 활용해 21종 기질의 비대칭 합성 반응을 단일 반응 용기에서 동시에 수행하고 생성물의 수율과 광학 이성질체 비율을 별도의 분리 과정 없이 정량 측정하는 데 성공했습니다.

김현우 교수는 “여러 기질을 한 반응기에 넣고 비대칭 합성 반응을 동시에 수행하는 것은 누구나 할 수 있지만, 생성물 전체를 정확하게 분석하는 것은 지금까지 풀기 어려운 과제였다”며, “이번 기술 구현으로 신약 개발에 필수적인 AI 기반 자율합성 플랫폼의 분석 역량 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했습니다.

이번 연구는 화학 분야 세계적 권위의 국제 학술지 미국화학회지(Journal of the American Chemical Society) 2025년 5월 27일 자 온라인 판에 게재됐습니다.