본 연구실은 유기합성화학 분야에서 혁신적인 반응 개발과 촉매 시스템 구축에 중점을 두고 있습니다. 특히, 금속 촉매 및 금속-프리 촉매 시스템을 활용하여 기존의 한계를 극복하는 새로운 결합 형성 반응을 설계하고, 다양한 유기 분자의 골격을 효율적으로 변환하는 방법론을 개발하고 있습니다. 이를 통해 복잡한 분자 구조의 합성을 단순화하고, 다양한 기능성 화합물의 신속한 합성을 가능하게 합니다. 최근에는 니켈, 코발트, 철 등 다양한 전이금속 촉매를 이용한 선택적 C–H 결합 활성화, 비대칭 촉매 반응, 그리고 광화학적 활성화 기법을 접목한 반응 개발에 주력하고 있습니다. 예를 들어, 니켈-수소 촉매를 이용한 비대칭 하이드로플루오린화, 코발트-트리아졸 촉매를 활용한 라디칼 크로스 커플링 등은 기존의 유기합성 방법론에서 달성하기 어려웠던 높은 선택성과 효율성을 보여주고 있습니다. 또한, 전기화학 및 광화학을 접목한 친환경적 합성 전략도 활발히 연구되고 있습니다. 이러한 연구는 단순한 합성 기술의 발전을 넘어, 의약화학, 재료화학, 농약 및 기능성 분자 개발 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있습니다. 특히, 후기 단계에서의 분자 골격 편집(skeletal editing)과 복잡한 생리활성 분자의 구조 다양화에 기여함으로써, 신약 후보 물질 및 신소재 개발에 중요한 기반을 제공하고 있습니다.

연구실은 의약화학 및 케미컬 바이올로지 분야에서 혁신적인 저분자 신약 후보 물질의 설계와 합성, 그리고 생물학적 평가에 중점을 두고 있습니다. 구조 기반 가상 스크리닝, de novo 디자인, 3D-QSAR 등 첨단 컴퓨터 기반 약물 설계 기법을 활용하여, 암, 신경질환, 염증성 질환 등 다양한 질병 표적에 대한 선택적 저해제 및 활성 조절 분자를 개발하고 있습니다. 특히, PI3K, BCR-ABL, EGFR, LRRK2, TrkA, BTK, GSK3β 등 주요 키나아제 및 수용체 단백질에 대한 저해제 개발에서 탁월한 성과를 내고 있습니다. 다양한 돌연변이 및 내성 변이에 대응하는 신약 후보 물질을 설계하고, 실제 세포 및 동물 모델에서의 효능, 약물동태, BBB 투과성 등 약리학적 특성을 체계적으로 검증합니다. 또한, 생체적합적 광화학 반응을 활용한 단백질-저분자 결합체(ADC) 개발, 바이오컨쥬게이션, 펩타이드/단백질 표적화 등 케미컬 바이올로지 융합 연구도 활발히 진행 중입니다. 이러한 연구는 신약 후보 물질의 발굴뿐만 아니라, 약물 내성 극복, 표적 특이성 향상, 약물 전달 효율 증대 등 실제 임상 적용을 위한 기반 기술을 제공하고 있습니다. 나아가, 다양한 생리활성 분자의 후기 단계 변형 및 구조 다양화 전략을 통해, 새로운 치료제 및 진단용 분자 개발에 기여하고 있습니다.

본 연구실은 가시광선 유도 광화학 및 라디칼 화학을 기반으로 한 선택적 C–H 결합 활성화와 분자 골격 편집(skeletal editing) 분야에서 세계적인 연구를 선도하고 있습니다. N-기능화 피리디늄 염, 전자공여-수용체(EDA) 복합체, 광감응성 유기염료(퀴놀리논, 쿠마린 등)를 활용하여, 기존의 산성 조건이나 금속 촉매 없이도 다양한 위치 선택적(예: C2, C4, C5) 치환 반응을 구현하고 있습니다. 특히, 라디칼 기반의 1,2-수소 이동, 다중 전자 전달, 다성분 연쇄 반응 등 혁신적 메커니즘을 도입하여, 기존에 합성이 어려웠던 이종고리 화합물, 바이시클릭 구조, 비대칭 분자 등을 효율적으로 합성할 수 있는 방법론을 확립하였습니다. 또한, 후기 단계에서의 분자 골격 재구축, 바이오의약품 및 천연물 유도체의 구조 다양화 등 응용 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 광화학 및 라디칼 기반 합성 전략은 친환경적이고, 금속 잔류물 걱정이 없으며, 복잡한 분자의 후기 단계 변형에 매우 적합합니다. 실제로, 다양한 생리활성 분자 및 신약 후보 물질의 구조 변형, 기능성 소재 합성, 바이오컨쥬게이션 등 다양한 분야에 적용되어, 차세대 합성화학 및 분자공학의 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다.