대구경북과학기술원 조재흥 박사 연구실

조재흥 (Jaeheung Cho)

연구실 개요

대구경북과학기술원 신물질과학전공에 있는 생체모방물질 연구실(Biomimetic Materials Laboratory; BML)에서는 전이 금속 모델 복합체를 사용하여 생물 시스템을 이해하고 새로운 물질을 디자인함으로써 소분자를 활성화시키는 생체 모방에 중점을 두고 연구를 진행 중이다. 이러한 연구를 통해 대표적 C1 자원 중 하나인 메탄의 C-H 결합을 전환하여 다른 유용한 물질로 만드는 생체모방시스템을 고안하고 있다.

주요 연구분야

본 연구실에서는 생체 내 효소를 모사하고, 그 중 금속-활성산소종 연구를 통해 상온, 상압에서 구동하는 새로운 Heme 효소 및 N-rich 배위 환경 효소의 활성 자리 모사 착물의 외부 유기 기질과 반응성 확인 및 기작 제안을 연구하고 이를 최적화하여 고효율화 시킬 수 있도록 정보를 제공할 수 있는 연구를 한다. 자연계에서 저탄소 탄화수소를 포함하는 기질을 산화시킬 수 있으며 활성 자리에 Heme 구조를 가지고 있는 것으로 알려져 있는 시토크롬 P450 (Cytochrome P450), 그리고 활성 자리에 구리와 함께 배위자로서 질소를 풍부하게 가지고 있는 펩타이드글라이신-알파-히드록시화 일산화효소(peptidylglycine-α-hydroxylating monooxygenase; PHM) 및 도파민 β-일산화효소(Dopamine β-monooxygenase; DβM), 그리고 활성 자리에 철과 N-rich 배위 환경을 가지는 카로테노이드 분해 이산화효소(Carotenoid Cleavage Dioxygenases; CCD)와 같은 금속 효소가 온화한 조건(상온, 상압)에서 외부 유기 기질을 산화시킬 수 있는 반응이 진행된다.
여기서부터 우리는 촉매 개발에 대한 새로운 접근 방법(N-rich 배위 환경 효소 및 Heme 효소의 활성 자리 모사 촉매의 반응성 및 기작 연구)을 제시할 수 있게 될 것으로 기대하고 있다.

체계적인 연구를 위해 N-rich 배위자를 합성하여 이들에 1주기 전이 금속을 도입하여 촉매 반응 개발 연구를 진행하고 있다. 배위자의 고리 크기를 변화시켜 줌으로써 촉매의 특성을 조절하고, 또한 입체 장해의 정도에 따른 분자의 구조적 변화로부터 기인되는 촉매의 안정성 변화에 대한 연구를 진행하고 있다. 또한 배위자의 유도체에 전자적/구조적 조율이 가능한 작용기를 디자인하여 금속 산소 활성종의활성 정도를 조절하고, 이로부터 변화하는 반응성 및 전자적 효과도 함께 조사하여 더 나은 친전자성 반응(저탄소 탄화수소의 산화 반응, 산소 원자 전달 반응 등)이 일어나도록 한다.

그리고 이러한 반응을 물리화학적 분석 기기를 통한 분석을 통해 활성화 기작을 규명하고, 좀 더 효율적인 메탄 전환 촉매 개발에 정보를 제공하기 위한 연구를 진행 중이다. 이러한 연구를 바탕으로 저탄소 탄화수소 가스를 이용하여 알코올을 비롯한 다양한 고부가가치 화학 원료 생산을 위한 친환경 촉매 물질 생산, 그리고 친환경 에너지 산업에 있어서 저렴한 촉매 개발의 핵심 기술을 도출할 것으로 기대된다.

실험실 기기

연구실 구성원

생체모방물질 연구실은 2012년부터 현재까지 생체 내 효소를 모방하여 만든 새로운 화합물의 설계를 기반으로 높은 활성을 가지는 금속 산소 활성종을 만들고, 이를 다양한 종류의 기질과 반응 시켜보고, 이러한 반응을 통해 활성화 기작을 규명하는 연구를 진행 중이다.
현재까지 생체모방물질 연구실은 석사 3명을 배출하였으며, 2017년 6월 현재 연구원 1명, 석박통합과정 학생 6명, 석사과정 학생 4명, 학석박연계과정 1명의 학생이 활발한 연구를 수행하고 있다.