기술동향
비대칭 합성 - 기초연구본부 선정 R&D 이슈 연구동향(19)
- 등록일2021-12-08
- 조회수4646
- 분류기술동향
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자료발간일
2021-12-06
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출처
한국연구재단
- 원문링크
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키워드
#비대칭#거울상이성질체#키랄성
- 첨부파일
NRF R&D Brief-2021-34-비대칭 합성_기초연구본부 선정 R&D 이슈...
[R&D Brief 2021-34호]
비대칭 합성 - 기초연구본부 선정 R&D 이슈 연구동향(19)
◈목차
1. 비대칭 합성(asymmetric synthesis)이란?
2. 왜 주목받고 있나?
3. 최근 많은 연구가 이루어지고 있나?
4. 최근 국내외 연구 동향은?
5. 기초연구사업 지원 현황은?
6. 향후 기초연구사업에서 어떤 연구들이 필요한가?
◈본문
1. 비대칭 합성(asymmetric synthesis)이란?
ㅇ 자연계에 존재하는 많은 탄소 화합물들은 거울상이성질체(enantiomer)라 불리는 물질로 발견되며 거울상이성질체는 이를 구성하는 원소의 종류와 상대적인 배열이 같음에도 불구하고 매우 다른 성질을 보인다. 이는 마치 왼쪽과 오른쪽과 같이 서로를 거울에 비추면 같은 모습을 보이지만 회전 등에 의해 겹칠 수 없는 장갑을 생각하면 쉽게 알 수 있다. 거울상이성질체는 한 개 또는 여러 개의 키랄성(chirality)을 가지는 탄소들로 구성되어 있으며 IUPAC의 정의에 의하면 비대칭 합성은 키랄성(chirality)을 가지는 한 개 또는 이상의 탄소를 가지는 유기 화합물을 합성하는 방법을 통틀어 설명한다.
| ☞ 거울상이성질체는 상대적인 분자의 배열을 보면 동일하나 매우 다른 성질을 가진다. 이를 가장 잘 보여 주는 현상이 거울상 이성질체가 평면편광에 대해 보이는 반응이다. 만약 하나의 거울상 이성질체가 편광판을 시계 방향으로 회전시킨다면 다른 거울상 이성질체는 편광판을 반시계 방향으로 동일한 정도로 회전시킨다. 많은 유기화합물은 두 개의 거울상 이성질체가 50:50의 비율로 존재하는데 이를 라세믹 혼합물(racemate)라고 부른다. 이러한 편광면에 대한 회전은 1800년대 장-밥티스테비오와 루이 파스퇴르 등에 의해 연구되었으며 분자 구조의 차이에 유래된다고 설명되었다.
☞ 화합물 내에 키랄성을 가지는 탄소가 두 개 이상일 경우 거울상이성질체와 함께 부분 입체이성질체(diastereomer)가 존재할 수 있다. 부분입체이성질체는 화합물 내에 존재하는 원소들의 입체적인 배열이 다르므로 거울상이성질체와는 매우 다른 성질을 보인다.
☞ 고전적인 거울상이성질체의 합성법은 주로 자연계에 존재하거나 실험실에서 합성된 라세믹 혼합물로부터 하나의 혼합물만 분리하는 데 의존하였다. 그러나, 최근 비대칭 합성은 주로 키랄성이 없는 출발 물질로부터 하나의 거울상이성질체를 합성하는 방법들을 다루고 있다.
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2. 왜 주목받고 있나?
ㅇ 키랄성은 특히 새로운 의약 화합물 발굴에서 중요한 역할을 함. 폴리펩타이드, 폴리뉴클레오타이드 및 올리고당과 같은 인류의 생존에 필수적인 생체 물질들은 모두 키랄성을 가지고 있으며 이들은 모두 키랄성을 가지는 유기화합물 중 하나의 거울상 이성질체(enantiomer)와 선택적으로 상호작용하는 특성을 보임.
ㅇ 1960년대 이전에는 키랄성을 가지는 의약화합물은 모두 라세믹 혼합물들로 합성되었으나 탈리도미드(Thalidomide)의 재앙 이후 하나의 거울상만을 선택적으로 합성하는 방법의 중요성이 크게 부각됨. 실제로 2015년 미국 식품의약국(U.S Food and Drug Administration)으로부터 승인을 받은 45개의 키랄성을 가지는의약화합물중 44개가하나의거울상의 형태로만승인을받은 것으로보고되었음.
ㅇ 고전적으로 키랄성을 보이는 유기 화합물의 합성은 라세믹 혼합물(racemate)로부터 하나의 거울상만을 분리하는 방법을 통하여 얻어졌음. 그러나 이 방법에서는 원하지 않는 이성질체가 불순물로 버려져야 한다는 점에서 이상적이지 않음.
ㅇ 이에 따라 최근 키랄성이 없는 전구체로부터 새로운 유기 화학 반응을 통하여 키랄성을 보이는 화합물을 얻는 방법이 새로운 방법론으로 제시되었음. 가장 대표적인 방법으로 키랄성을 보이는 유기분자를 보조 파편(chiral auxiliary)으로 사용하여 키랄성을 도입하는 반응들이 많이 개발되었음. 키랄성 보조 파편의 합성은 많은 시간과 비용이 소요되므로 이 방법에서는 키랄성 보조 파편을 회수하여야 한다는 문제점이 있음.
ㅇ 최근에는 촉매 반응 분야의 눈부신 발전과 함께 이를 비대칭 합성과 결합하여 키랄성이 없는 전구체로부터 키랄성을 가진 화합물을 합성하는 방법이 많은 주목을 받고 있음. 이 반응은 촉매량의 키랄성 유도 분자를 사용한다는 점에서 반응의 효율성을 극대화하고 부산물의 생성을 최소화 할 수 있음.
...................(계속)
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