탄화수소는 석유와 천연가스 등 자연에 대량 존재하고 있다. 지금껏 인류는 이를 에너지 원료로 사용해 왔으나 정밀화학 원료물질로 이용해 오지는 못하고 있다. 수십 년간 화학계가 이 난제에 도전해왔지만 쉽게 성공하지 못하고 있다.

장석복 KAIST 특훈교수(IBS 분자활성 촉매반응 연구단장)는 유기화학 분야의 세계적 권위자이다. 반응단계를 획기적으로 줄여주고 부산물을 덜 만들어내게 하는 새로운 촉매반응 개발에서의 탁월한 연구 성과로 세계 연구를 선도하고 있다. 탄화수소는 반응성이 낮아서 유기합성이나 화학공정의 원료물질로 직접 이용되기 어려운데, 장 교수 연구팀은 탄화수소의 결합을 활성화 시킬 수 있는 효과적이며 선택적인 촉매시스템의 개발을 이어오고 있다. 장 교수가 그동안 성취한 전이금속 촉매반응 개발 성과는 합성화학, 제약산업, 소재산업 등의 다양한 분야에 적용될 수 있는 강력한 새로운 화학반응 수단이 될 것으로 기대하고 있다.

세계 상위 1%의 연구자로 손꼽히며 화학연구의 새 역사를 쓰고 있는 장석복 교수의 연구 이야기를 들어보았다.

수상 소감은.

과분한 상을 받게 되어 영광이며 많은 분들께 감사하게 생각한다. 운이 좋아 동료 선후배 분들보다 더 나은 여건에서 연구를 해올 수 있었다. 이런 면에서 송구스러운 마음이다. 그나마 이런 평가를 받게 된 연구성과는 저 혼자 만들어 온 것이 아니고 많은 졸업생들과 현 구성원들이 협업을 같이 해 온 결과물이다. 그동안 도움을 주시고 성원을 보내주신 모든 분들과 저희 그룹 멤버들에게 진심으로 감사드린다. 또한 저희 가족들과도 이 영광을 같이 나누고 싶다.

화학계가 풀지 못한 오래된 난제인 탄소-수소 결합활성화 과정 메커니즘 규명 연구에 도전하게 된 이유는.

화학에 처음 흥미를 느끼게 해주신 분은 고등학교 선생님이셨다. 이후 운이 좋게도 제가 닮고 싶은 많은 분들을 만나게 되면서 저희 흥미가 전공으로 바뀌게 되는 운명을 맞이했다. 학위과정 각 단계에서 좋은 스승님들을 만나는 행운도 따랐다. 또한, 연구의 즐거움을 함께 나눌 수 있었던 동료들도 있었기에 가능했다. 지금 저희 연구팀이 주요 연구제로 삼고 있는 촉매반응 연구는 과거 박사학위 기간 동안 연구했던 분야가 그 기반이 됐다. 물론 구체적인 지금의 세부분야와는 다르지만, 가장 도전적이고 파급효과가 클 수 있는 연구를 주제로 생각해 탄소-수소 결합활성화 촉매반응 개발 및 메커니즘 규명을 지금의 연구내용으로 삼게 됐다.

세계 상위 1%의 연구자로 4년 연속 선정됐다.

사실 모든 연구주제는 나름 의미 있고 큰 영향을 미칠 수 있는 잠재성을 가지고 있다. 다만, 우리가 어떻게 새로운 면을 발견하고 이를 확장해 응용성까지 볼 수 있는가가 중요하다고 생각한다. 저희의 연구가 이러한 점에서 다른 분들에게 영감을 줄 수 있게 되기를 바란다.

연구 내용을 일반 국민들에게 쉽게 설명한다면.

연료로 쓰고 있는 메탄, 프로판이나 부탄 등은 자연계에 많이 존재하고 있는 탄화수소라는 화합물이다. 지금까지는 산화시켜 에너지를 제공하는 연료로만 사용되어 왔지만, 이를 출발물질로 사용해 적절한 반응을 통해 보다 중요한 분자로 만들지는 못하고 있다. 그 이유는 탄화수소를 적절한 조건하에서 반응시킬 수 있는 효율적인 합성수단이 없었기 때문이다. 우리 연구팀은 이러한 목적을 위한 촉매반응 시스템을 개발해 오고 있다.

향후 도전하게 될 연구는.

연구팀은 저반응성 유기분자의 탄소-수소결합 활성화 과정에 대한 기초원리를 규명하는데 우선 집중하고 있다. 특히, 금속촉매가 이러한 활성화를 매개할 수 있는 조건과 시스템을 개발해 실제 유기화학 반응에 적용하려는 연구에 도전하고 있다. 이 촉매시스템을 이용하면 천연가스의 주성분인 메탄 등의 저분자량 탄화수소에 유용한 작용기를 도입할 수 있다. 탄화수소의 새로운 적용성을 개발하는 과학적 진보를 명확히 성취하는 것이 향후의 연구 목표다.

연구하는 학생들에게 강조하는 부분은.

학생들에게 학위 기간 동안 장차 독립적인 연구자로 성장하는 발판을 마련하라고 강조한다. 물론 연구의 시작점을 지도교수가 제공하는 것은 필요하지만, 그 이후의 과정부터는 학생들 본인이 연구를 계획하고 결과를 해석하고 그 이후의 응용까지 제시할 수 있는 독립적인 역량을 키우라고 말하고 있다. 학위 과정 이후에는 결국 독립적인 연구자로 자신의 연구커리어를 시작하고 발전시켜야하기 때문이다.

연구철학, 좌우명은.

“서두르지 않고 기본을 중요시하자”이다. 새로운 촉매반응을 개발하고자 하는 저희 연구방향 하에서는 메커니즘의 규명이 가장 중요한 요소다. 이를 위해 세부단계를 명확히 규명하고 정확히 이해해야 하는 과정을 거쳐야 한다. 이 단계에서 보다 인내할 수 있어야 하고 다음의 아이디어를 도출할 수 있는 새로운 영감을 지녀야 한다. 개인적으로는 기존의 연구영역에서 높은 경쟁력을 갖추는 노력과 더불어, 새로운 연구분야를 창출하려는 시선을 유지하려고 한다. 논문 수나 발표 저널의 이름을 무시할 수 없는 것이 현실입니다만, 외부가 아닌 제 자신의 기준점을 설정해 연구에 적용하려고 하고 있다.

궁극적 목표는.

연구실에서 개발된 촉매반응이 논문발표를 통한 학문적인 진보를 만드는데서 더 나아가 실용적인 응용에 이르기까지 적용되는 것을 보고 싶다. 지금까지 운이 좋아 다른 연구자분들보다 더 나은 여건에서 연구를 해 올 수 있었다. 매우 송구스럽고 감사할 뿐이다. 이 과분한 상을 받는다고 앞으로 연구 방향이 달라지지는 않을 것이다. 지금까지처럼 앞으로도 제게 남은 연구활동 기간 동안 학문적으로 계속 정진해 속한 연구분야에서는 물론이고 국가/사회에 더 의미 있는 기여를 남기고 싶다. 특히, 후배 연구자들이 보다 더 발전하고 더 뛰어난 연구결과를 만들어 나가는데 도움이 될 수 있는 역할도 더 적극적으로 해 나가겠다.

미래 과학자, 어린 학생들에게 한 말씀 부탁드린다.

과학자의 시작점은 자연의 여러 자연현상에 대해 당연히 받아들이지 않는 것이라고 생각한다. 동시에 자신이 현재 이해하지 못하는 것에 대해 의문과 궁금함을 가지고 그 답을 알아보고자 하는 것도 과학자가 갖추어야 할 중요한 면이다. 새로운 점을 발견하는 사람들이 바로 과학자이기 때문이다. 우리 일상생활 곳곳에서 이러한 것을 볼 수 있으렴 경험할 수 있다. 재미를 느끼며 상상력을 키우는 것도 당연히 중요하다.