유기화학의 새로운 영역을 개척하다
세계 시장 선점할 수 있는 혁신적인 연구에 매진
성균관대학교 약학대학 약품합성학연구실 김인수 교수
 
유기합성, 즉 단순하고 값싼 출발물질로부터 복잡한 유기화합물을 제조하는 기술은 우리가 살고 있는 화학 시대의 필수조건 중 하나이다. 100년 이상의 역사를 가지고 발달해 온 유기합성 기술은 인류가 쉽게 구하기 어려웠던 다양한 화학적 요소들을 좀 더 효율적으로 구할 수 있는 방법을 제시했다. 최근 이 유기합성 연구 분야에서 크게 주목받고 있는 인물이 있다. 성균관대학교 약학대학 약품합성학연구실의 김인수 교수를 만나 그간의 성과와 계획을 들어봤다.

국내 최고 수준의 유기합성 연구팀
유기합성은 인간의 삶의 질과 건강, 그리고 문명 세계의 장수에 기여해 왔다. 특히 최근 연구의 추세는 고효율과 고선택성, 친환경적인 방법이 강조되며 인류의 미래를 더 건강하게 만들기 위한 방향으로 전개되어 왔다. 그간의 유기합성 분야는 다단계 합성 과정에서 많은 시간과 노동력 및 비용이 발생되며, 제조과성에서 발생하는 부산물 처리의 문제로 고심을 겪어왔다. 성균관대학교 약학대학 약품합성학연구실을 이끌고 있는 김인수 교수는 금속 촉매를 이용한 탄소-수소 결합의 직접적인 변환 반응을 통해 기존에 알려져 있던 합성 과정을 간소화하는 연구를 중점적으로 진행하고 있다.

성균관대학교 약학대학은 국내 최고 수준의 연구 인프라와 쾌적한 환경을 갖추고 있는 것으로 알려졌다. 김인수 교수가 이끄는 약품합성학연구실은 총 11명의 연구 인력을 확보하고 내실 있는 교육과 연구 활동을 펼치고 있으며, 전년도 졸업생 4명은 제약회사 연구소에 취업하며 연구를 이어가고 있다.

지난 2009년 성균관대학교에 부임한 김인수 교수는 이후 탄소-수소 결합의 분해에 관한 연구를 집중적으로 진행해왔다. 특히 재활용이 가능한 촉매 금속 루테늄을 이용한 탄소-수소 결합의 직접적인 변환 반응을 통해 기존에 알려져 있는 다단계 합성 과정을 최소화할 수 있는 새로운 유기합성 방법 개발에 관한 연구를 중점적으로 진행해 왔다. 

획기적인 연구결과로 세계의 주목받아
지난 2014년, 김인수 교수는 한국연구재단의 중견연구자지원사업으로 수행되어 발표한 ‘알릴화 합성반응’에 대한 논문이 세계적인 화학저널 「케미컬 커뮤니케이션즈」 9월호 표지로 선정되어 주목을 받기도 했다.

기존 알릴화 합성반응은 총 3단계의 과정을 거쳐 완성되는 것으로 알려져 있었다. 특히 산업적으로 활용이 어려운 독성 시약 및 폭발성 시약을 사용하는 것에 문제점이 있어 왔다. 하지만 김 교수의 연구실에서 개발한 알릴화 합성반응은 항암제인 cisplatin에도 사용되고 있는 루테늄 금속을 사용해 독성 문제를 해결했다. 또한 단일단계의 합성과정을 통해 알릴화 반응을 성공할 수 있어 기존에 비해 매우 경제적이고 유용한 방법이라 할 수 있다. 김 교수는 “알릴화 합성반응 자체는 현실적으로 매우 어려운 방법이었습니다. 이 연구의 성공적인 결과는 산업화로 즉시 적용될 수 있으리라 기대하고 있습니다”라고 밝혔다.

알릴화 합성반응에 대한 연구 성과는 단순히 경제적인 측면만 강조된 것은 아니다. 재활용이 가능한 ‘루테늄’의 특성은 부산물 배출을 최소화할 수 있어 매우 친환경적인 합성 방법으로 평가받고 있다. 이와 관련해 김인수 교수가 개발한 촉매 시스템은 촉매 하나가 나타내는 화학적 역할을 높이기 위해 소량의 첨가제, 즉 리간드를 사용해 기존에 알려져 있는 촉매 역할과는 다른 새로운 것을 찾은 것으로 볼 수 있다. 

친환경 의약품 생산으로 세계시장 선도
김인수 교수의 연구 성과는 약물 제조에서의 중요한 뼈대가 되는 부분을 합성하는 데에 널리 응용할 수 있을 것으로 보인다. 이부프로펜 등 진통제 성분 중에 가장 널리 사용되는 비스테로이드성 진통제(이부프로펜, 덱시부프로펜, 나프록센, 케토프로펜, 디클로페낙, 플루비프로펜, 페노프로펜)와 고혈압 치료제(captopril, lisinopril etc), 당뇨병 치료제(repaglide), 뇌전간증 치료제(Tiagabine) 등의 의약품 제조 과정상의 효율을 더욱 높이는 데에 활용될 수 있다. 또한 이는 기존보다 훨씬 더 친환경적인 의약품을 만들어 내는 데 효과를 보일 것으로 예상된다.

김인수 교수는 이처럼 성공적인 연구 성과의 뒤에는 연구원들의 열정과 노력이 큰 역할을 담당했다고 말했다. 그는 “저는 연구 아이디어를 제공하고, 모든 연구는 학생들이 진행했습니다. 연구가 성공적으로 수행되기 위해 노력했던 모든 학생들의 땀과 열정이 이 같은 결과를 낳았습니다”라고 언급했다. 특히 논문 제1저자 김미림 학생의 효율적인 연구 분배는 단기간 내에 심도 있는 연구를 수행함에 있어서 중요한 부분이었다고 설명했다. 또한 학부생으로서 공동저자로 참여한 한상훈 학생에게도 감사의 뜻을 전했다.
제약산업 발전에서 있어서 유기합성 연구는 전 세계 모든 국가가 중시하고 있는 핵심 연구 분야이다. 김인수 교수는 연구실의 연구 결과들이 실제 산업화에 응용되어 대한민국 제약 산업의 발전과 세계시장 선점에 보탬이 되고 싶다는 바람을 전했다. 또한 그는 이러한 수익 모델이 결과적으로 고용을 창출하고, 그로 인해 관련 업종 종사자들에게 삶의 질을 높일 수 있는 기회가 되리라 전망했다. 대한민국 유기합성 연구 분야의 우수 인재를 배출하는 동시에 세계를 앞서나갈 수 있는 연구 성과 창출에도 매진하고 있는 김인수 교수와 약품합성연구실. 이들의 연구 활동이 앞으로도 가시적인 결실로 이어져 대한민국 경제발전의 원동력으로 작용하기를 기대해본다.

Pioneering a new ground in organic chemistry
Focusing on innovative research that can dominate the global market
Insoo Kim, the Professor of Medicine Synthesis Research Institute of College of Pharmacy at Sungkyunkwan University

Korea's top level organic chemistry research team
Organic chemistry has contributed to our quality of life, health and longevity. Especially the current trend has focused on high efficiency, high selectivity and eco-friendly method to make a healthier life. But it also has experienced excessive labor force and expenses during its multi-stage synthesis process and the problem of disposing by-products. Insoo Kim, the Professor of Medicine Synthesis Research Institute, is carrying out the research that can simplify the existing synthesis process through direct transformation reaction by metal catalyst. The College of Pharmacy at Sungkyunkwan University is equipped with top level research infrastructure and Kim and 11 of his co-researchers are carrying out fruitful training and research activities. And four former student researchers are currently working for pharmaceutical companies' research institute. Ever since he had a job in the university in 2009, Kim has been intensively researching on carbon-hydrogen synthesis decomposition. He especially focused on developing a new organic synthesis method that can minimize the existing multi-stage synthesis process through direct transformation reaction of carbon-hydrogen bond by using reusable metal catalyst 'ruthenium'.

Taking on the center stage with innovative research results
Kim received attention when his dissertation 'Allylating Synthesizing Reaction' was appeared on the front page of global chemical journal 'Chemical Communications' last year. The existing allylating synthesizing reaction was known to be completed through 3 stages and it had a problem of using poisonous and explosive reagent which made it difficult to commercialize. But Kim solve the problem by using 'ruthenium' which is used for anticancer drug 'cisplatin'. Compared to the existing method, Kim's method is really economic and useful as it can be done through a single stage. Kim says "allylating synthesizing reaction itself practically was a really difficult method. But I expect it to be applied to the industry in the nearest future." The result of allylating synthesizing reaction was not only emphasized on the economical side because the reusable 'ruthenium' minimizes by-products and is praised for its eco-friendliness. In relation to this, the Catalyst System, developed by Kim, can be seen that he found a new one made of ligand which is a small amount of additives used to increase the chemical reaction of a catalyst. 

Leading the global market with eco-friendly medicine
Kim's research results are expected to be applied to wide areas in the drug synthesis field. It can improve efficiency when producing nonsteroid pain killer (ibuprofen, naproxen, ketoprofen, diclofenac, flubiprofen, fenoprofen), medicine for high blood pressure (captopril, lisinopril etc), medicine for diabetes (repaglide) and medicine for epilepsy (Tiagabine). Kim attributed his success to his co-researchers by saying "I provided research ideas and students carried them out. Therefore, I must say that the students' passion and sweat made it all possible." He particularly mentioned the first writer of the dissertation Mirim Kim whose effective research distribution idea played an important part. Kim also showed his gratitude for a co-student writer Sanghoon Han. Organic synthesis in the pharmaceutical field is a very important research field of all countries in the world. Kim said that he hopes the research results will be used in the industry so that they can contribute to the development of Korea's pharmaceutical industry and dominating the global market. He also expected that their achievement will create jobs and eventually improve the industry people's quality of life. Power Korea hopes that their passion will bear a good fruit in the future.