연구실의 또 다른 대표 분야는 전이금속 촉매를 활용한 고리화반응 개발과 이를 이용한 천연물 전합성이다. 특히 allenyl glyoxylate를 출발점으로 하는 [2+2+1] cyclocarbonylation, 금 촉매 산소고리화, 팔라듐 촉매 고리화 등은 복잡한 다환성 구조를 짧고 효율적인 경로로 구축하기 위한 핵심 전략으로 활용되고 있다. 이러한 연구는 새로운 반응을 개발하는 방법론 연구와, 실제 천연물의 구조를 구현하는 목표지향형 합성을 동시에 포함한다. Cyclocalopin A, avenaciolide, dihydroavenaciolide, bis-lactone 계열 분자에 대한 연구는 이 분야의 대표 사례다. 연구실은 글라이옥실레이트 기반 기질 설계, 직접형 및 단계적 cyclocarbonylation 경로 비교, 반응 제어 인자 분석 등을 통해 삼환성 또는 스피로 고리 골격을 정밀하게 형성하는 방법을 제안하였다. 또한 고리화 과정에서 생성되는 입체화학과 반응 경로를 검토함으로써, 천연물의 합성 효율뿐 아니라 구조적 정확성까지 확보하고 있다. 이러한 연구는 복잡한 생리활성 천연물을 합성 가능한 형태로 전환하여 기능성 분자 탐색의 폭을 넓혀 준다. 나아가 전이금속 촉매 반응의 설계 원리를 축적함으로써, 새로운 고리화 플랫폼과 다성분 조합 반응으로 확장될 가능성이 높다. 연구실이 수행 중인 삼성분 조합 전이금속촉매 고리화반응 과제는 이 분야를 더욱 체계화하려는 시도로, 향후 새로운 분자골격 창출과 정밀 합성기술 발전에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

김지민 연구실의 핵심 연구 주제 중 하나는 비대칭 유기합성과 속도론적 분할을 결합하여 고난도 입체화학을 정밀하게 제어하는 합성 방법론을 개발하는 것이다. 특히 라세믹 알데하이드와 알레노에이트를 활용한 γ-부가 반응을 기반으로, 단일 이성질체를 선택적으로 얻는 전략을 구축해 왔으며, 이를 통해 복잡한 천연물 골격의 효율적 합성을 가능하게 하고 있다. 이러한 연구는 단순히 생성물을 만드는 수준을 넘어, 반응의 선택성 원리와 입체유도 요소를 규명하는 데 큰 의미가 있다. 연구실은 속도론적 분할 과정에서 나타나는 입체선택성, 위치선택성, 반응속도 차이를 체계적으로 분석하여 최적 반응 조건을 설계한다. 실제로 자일로집락톤 계열과 하이폭실락톤 합성 연구에서는 allenoate γ-addition을 이용해 중심 키랄성과 축 키랄성을 동시에 정립하고, 후속 금 촉매 반응과 결합하여 짧은 단계의 합성 경로를 제시하였다. 이 과정에서 기존 천연물의 입체화학을 재검토하고 수정하는 성과도 도출하여, 합성화학이 구조 규명에도 기여할 수 있음을 보여주었다. 이 연구는 의약화학, 천연물화학, 촉매화학 전반에 파급효과를 가진다. 효율적인 비대칭 합성법은 생리활성 분자의 공급을 용이하게 하고, 복잡한 분자 구조의 신속한 탐색을 가능하게 하며, 향후 고부가가치 유기분자와 약물 후보 물질 개발에 중요한 기반이 된다. 또한 관련 특허로 이어진 감마-락톤 합성법은 실용적 확장 가능성을 보여주며, 연구실의 방법론 중심 유기합성 연구가 학문성과 응용성을 동시에 지닌다는 점을 잘 드러낸다.

김지민 연구실은 전통적인 유기합성 방법론을 넘어 탄소-질소 결합 활성화와 아라인 중간체를 활용한 신규 반응 개발에도 연구 역량을 확장하고 있다. 특히 아마이드와 아민처럼 안정한 결합을 가진 기질을 유용한 전구체로 전환하는 전략은 합성 효율을 높이고 분자 변환의 폭을 넓힌다는 점에서 중요하다. 이는 기존에 반응성이 낮아 활용이 제한적이었던 기질을 능동적으로 활성화해 새로운 결합 형성과 골격 재배열에 이용하려는 시도라고 볼 수 있다. 연구실의 최근 연구에서는 aryne annulation을 이용해 dihydroquinolin-4-one 및 chroman-4-imine 골격을 위치선택적으로 구축하는 방법이 제시되었다. N-토실 및 N-tert-부틸설피닐 enamide의 전자적·입체적 차이를 이용하여 상이한 생성물을 정밀하게 유도한 점이 특징이며, 이는 반응 선택성 제어에 대한 높은 이해를 보여준다. 더불어 진행 중인 탄소-질소 결합 활성화 프로젝트는 전이금속 촉매와 계산화학을 접목하여 반응 메커니즘과 설계 원리를 함께 규명하려는 방향을 갖고 있다. 이 연구 분야는 헤테로고리 화합물 합성, 의약화학용 중간체 개발, 기능성 분자 라이브러리 구축에 직접 연결될 수 있다. 탄소-질소 결합은 유기분자와 약물 구조에서 매우 빈번하게 등장하므로, 이를 선택적으로 절단·재구성하는 기술은 합성화학 전반의 범용성을 크게 높여 준다. 따라서 연구실의 접근은 기초 유기반응 개발을 넘어서, 실제 응용 가능한 합성 플랫폼 구축이라는 측면에서 높은 잠재력을 가진다.