홍승우 연구실의 핵심 연구축 중 하나는 가시광을 활용해 라디칼 반응을 정밀하게 제어하는 차세대 유기합성 방법론 개발이다. 기존의 강한 산성 조건이나 고온 조건에 의존하던 헤테로방향족 화합물의 기능화 반응을 보다 온화하고 선택적으로 수행하기 위해, 연구실은 광화학적 단일전자 전달과 라디칼 생성 전략을 적극적으로 도입하고 있다. 특히 피리디늄 염과 같은 활성화된 전구체를 이용하여, 기존 방법으로는 제어가 어려웠던 위치선택적 C–H 기능화를 구현하는 데 강점을 보인다. 이 연구는 단순히 광촉매를 사용하는 수준을 넘어서, 전자주개-전자받개(EDA) 복합체 형성, 에너지 전달, 광유도 결합 절단, 라디칼 포착 및 연속 반응 설계까지 포괄한다. 대표적으로 N-기능화 피리디늄 염을 활용한 비전통적 Minisci형 반응, 광유도 알켄 이중 기능화, 그리고 광촉매 또는 광감작제 하에서의 새로운 고리화 반응은 연구실의 독창성을 잘 보여준다. 이러한 전략은 합성 효율을 높일 뿐 아니라 반응 조건의 다양성을 확장하여, 복잡한 분자 골격을 짧은 단계 안에 구축할 수 있도록 한다. 이 분야의 학문적, 산업적 파급력도 크다. 가시광 기반 라디칼 합성은 의약화학에서 후기-단계 유도체화에 매우 유리하며, 복잡한 생리활성 분자의 구조-활성 상관관계 탐색을 빠르게 수행할 수 있게 한다. 또한 온화한 조건은 기능기 내성을 높여 실제 약물 후보나 천연물 유사체에 적용하기 적합하다. 홍승우 연구실은 이러한 장점을 바탕으로 새로운 반응성 원리를 발굴하고, 선택성과 범용성을 동시에 갖춘 합성 플랫폼으로 발전시키는 연구를 수행하고 있다.

연구실은 피리딘, 퀴놀린 등 질소 함유 헤테로방향족 화합물의 정밀한 위치선택적 기능화에 집중하고 있다. 이러한 골격은 의약화학에서 매우 빈번하게 등장하지만, 분자 내 여러 반응 위치가 경쟁하기 때문에 원하는 자리만 선택적으로 변환하는 것은 오랫동안 어려운 문제였다. 홍승우 연구실은 피리디늄 및 퀴놀리늄 유도체를 전략적으로 설계하여, C2·C3·C4 등 서로 다른 위치에서 반응을 제어하는 새로운 접근법을 제시하고 있다. 특히 동일하거나 유사한 전구체로부터 반응 조건에 따라 전혀 다른 위치에서 아민화나 알킬화를 유도하는 regiodivergent 합성은 이 연구실의 중요한 특징이다. 예를 들어 라디칼 경로와 이온 경로를 조건에 따라 전환해 퀴놀린의 C3 또는 C4 위치를 선택적으로 변환하는 전략은, 반응 메커니즘 제어를 통해 구조 다양성을 확대하는 대표적인 사례다. 또한 포스포늄 유도 tele-substitution과 같은 비고전적 치환 반응은 para-선택성을 새롭게 확보하는 방법으로서, 방향족 치환 화학의 범위를 넓히고 있다. 이러한 연구는 단순한 반응 개발을 넘어 ‘분자 편집’이라는 관점으로 확장된다. 즉, 기존 분자 골격을 처음부터 새로 합성하지 않고, 이미 존재하는 생리활성 화합물의 특정 결합이나 원자를 선택적으로 바꾸어 기능과 물성을 재설계하는 것이다. 이는 후기-단계 기능화와 단일-원자 골격 편집 전략으로 연결되며, 신약 후보의 빠른 최적화와 새로운 화합물 라이브러리 구축에 직접 기여할 수 있다. 연구실은 헤테로방향족의 반응성 이해를 바탕으로 정밀한 합성 편집 기술을 발전시키고 있다.

홍승우 연구실의 연구는 기초 유기반응 개발에 머무르지 않고 의약화학적 응용으로 강하게 연결되어 있다. 교수의 배경이 유기화학과 의약화학에 걸쳐 있으며, 실제로 ALK, EGFR, GSK3β 저해제와 관련된 특허 성과를 보유하고 있다는 점은 연구실이 생리활성 분자 설계와 합성 최적화에 깊이 관여하고 있음을 보여준다. 이러한 맥락에서 연구실의 합성 방법론은 약물 유사 분자, 키나아제 저해제, 생체활성 헤테로고리 화합물의 신속한 제작과 변환을 목표로 발전해 왔다. 최근 연구 방향은 후기-단계 기능화와 재구축 반응에 특히 초점을 맞춘다. 이미 복잡한 구조를 지닌 생리활성 물질에 대해, 원하는 위치의 탄소-질소 결합 또는 헤테로고리 구조를 선택적으로 편집하여 새로운 유도체를 만드는 전략은 약물 탐색에서 매우 중요하다. 연구실의 프로젝트에서도 ‘단일-원자 골격 편집’과 ‘탄소-질소 결합 내 질소 원자 선택적 편집’이 핵심 키워드로 제시되며, 이는 복잡한 분자에 최소한의 구조 변화만으로 새로운 약리 특성을 부여하려는 시도와 맞닿아 있다. 또한 생체접합 분야와의 연결성도 주목할 만하다. 시스테인 선택적 결합 퀴놀리논 유도체 및 이를 이용한 항체-약물 접합체 관련 특허는, 연구실의 화학이 단순 소분자 합성을 넘어 바이오분자 표지화와 정밀 접합 기술로 확장되고 있음을 시사한다. 앞으로 이러한 연구는 펩타이드, 단백질, 표적지향 치료제 등 복잡한 생체 시스템에 적용될 가능성이 크며, 유기합성과 바이오의약의 경계를 잇는 융합 연구로 발전할 수 있다. 즉, 연구실은 정교한 합성 화학을 기반으로 실질적인 의약 응용까지 겨냥하는 연구 정체성을 갖고 있다.