[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 AI와 자동화 로봇 기술을 활용해 130년 넘게 연구돼 온 고전 화학반응에서 인류가 탐색하지 못했던 새로운 반응 경로를 발굴했다.
이를 통해 천연물 수준의 복잡한 다중 고리 구조를 가진 기능성 화합물을 합성하는 데 성공했다.
기초과학연구원(IBS)은 인공지능 및 로봇 합성 연구단 바르토슈 그쥐보프스키 단장 연구팀이 데이터 분석 알고리즘과 로봇 플랫폼 ‘로보스키’를 결합해 1891년 최초 보고된 ‘비기넬리 반응’의 초고차원 반응 공간(하이퍼스페이스)을 체계적으로 탐색했다고 15일 밝혔다.
연구팀은 로보스키를 통해 총 960개의 반응 조건을 자동화 실험으로 분석하며 조건 변화에 따라 여러 생성물 사이를 전환하는 네트워크 시스템을 확인했다.
이 과정에서 UV-Vis 스펙트럼 기반의 분광광도계 분석 한계를 극복하기 위해 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 분석 기법을 정밀 도입함으로써 복잡한 반응 혼합물 내 12개 주요 성분의 정량적 수율을 확보했다.
실험에서 분리된 생성물 중 일부는 기존 반응 경로로 예상하기 어려운 미지의 복잡한 구조를 보였다.
연구팀이 X-ray 및 컴퓨터 알고리즘으로 분석한 결과 반응 과정에서 7개의 분자가 분해된 뒤 다시 조립되는 독특한 메커니즘을 규명했다. 이후 연구진은 전통적 플라스크 실험으로 최적화하는 '엑스 로보토(ex roboto)' 후속 과정을 거쳐 단 2단계 합성만으로 천연물 수준의 다중 고리 화합물들을 제조했다.
새롭게 합성된 화합물은 바륨, 아연 등 특정 금속 이온을 선택적으로 인식해 결합하고 분자 입체 모양에 따라 자가 집적되는 특성을 나타내 향후 금속 이온 센서 및 기능성 소재 개발에 활용될 전망이다.
바르토슈 그쥐보프스키 단장은 "화학 자동화가 단순 속도 향상을 넘어 신규 반응을 발굴하는 플랫폼으로 확장될 수 있음을 보여줬다"며 "향후 자가촉매, 라디칼, 광화학 반응으로 하이퍼스페이스 탐색을 확대할 것"이라고 설명했다.
한편 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 신세시스(Nature Synthesis)’에 온라인 게재됐다.
