일본산업뉴스요약

Start Up Innovation / Science
탁상에서 적시·적량의 약물 합성 가능
도쿄대학 등, 새로운 촉매나 폐기물 없어

탁자 위의 작은 장치로 의약품 및 정밀 화학제품을 원하는 시간에 필요한 양만큼 합성할 수 있는, 유기화학의 합성법 ‘플로우(Flow) 합성법’을 실용화하려는 움직임이 가속화되고 있다. 폐기물을 배출하기 않아 친환경적인 것도 플로우 합성법의 큰 장점이다. 도쿄대학과 산업기술종합연구소를 중심으로 60개 가까운 기업들이 연대. 세계 최초의 실현을 위해 연구 중이다.

플로우 합성법은 말 그대로 원료를 장치의 투입구에 넣어 내부를 흐르게 하는 것만으로 의약품 등이 합성되어 출구로부터 나오는 합성법이다. 장치 내부에는 화학 반응을 촉진하는 촉매를 넣은 칼럼(Column)이라고 하는 튜브가 있어, 원료는 칼럼을 통과하면서 화학 반응을 일으킨다.

화학 반응을 통해 만들어진 반응물은 그대로 다음 칼럼으로 흐르게 되고, 또 다른 새로운 화학 반응을 일으키며 변화한다. 이러한 과정을 몇 번이고 반복해 최종적으로 의약품이나 정밀 화학제품이 완성되어 출구로부터 나온다.

이러한 플로우 합성법은 암모니아 생산 등에서는 공업화되고 있지만, 복잡한 화학 반응이 필요한 의약품 및 기능성 재료 등의 분야에서는 거의 실용화되고 있지 않다. 도쿄대학의 고바야시(小林) 교수는 이러한 플로우 합성법으로 우울증 치료약으로도 기대를 모으고 있는 항염증약 ‘롤리프람(Rolipram)의 합성에 성공, 2015년에 이에 대한 논문이 영국의 과학잡지 ‘네이처’에 게재되었다.

-- 공정의 자동화도 --
고바야시 교수는 반복해서 사용이 가능하고 폐기물 배출이 없는 촉매를 연구하는 과정에서 새로운 촉매를 개발. 연구실 단계에서도 어렵다고 알려져 온 의약품의 플로우 합성에 응용했다.

플로우 합성법은 뱃치(Batch) 합성법이라고 불리는 현재의 생산 방법과 비교해 여러 가지 장점들이 있다. 그 중 하나는 원료를 투입하면 복잡한 작업 없이 제품이 된다는 것. 뱃치 방식은 큰 용기 안에서 하나의 화학 반응을 일어나고, 완성된 반응물을 다른 용기에 옮겨 새로운 반응을 일으켜야 한다. 이처럼 뱃치 합성법은 반응물을 옮기거나, 촉매와 반응물을 나누는 등 복잡한 작업이 필요하지만, 플로우 합성법은 이러한 과정이 필요 없어 공정의 자동화도 용이해진다.

또한 원료의 투입량을 조절한다면, 생산량도 간단히 컨트롤할 수 있게 된다. 뱃치 합성법으로는 사용하는 용기의 크기에 생산량이 좌우된다. 일정의 크기가 아니면 효율성이 적은 뱃치식에 비해 플로우식은 공장의 규모에 대한 자유도도 높다. 또한 연속해서 합성 반응이 일어나 폐기물을 배출하지 않기 때문에 친환경적이라는 것도 장점이다.

-- 60사 가까이 컨소시엄 참가 --
이러한 이점을 활용한다면, 정밀 화학제품의 생산 비용을 크게 낮출 수 있을 것으로 전망되고 있어, 신흥국으로부터 위협 받고 있는 일본 제조업의 부활로도 이어질 것이다. 고바야시 교수의 연구 성과를 공업화로 연결시키기 위해, 도쿄대학과 산업기술종합연구소를 중심으로 ’플로우 정밀 합성 컨소시엄’이 설립. 아지노모토와 무라타(武田)약품공업 등 현재 60개 가까운 기업들이 참가하고 있다.

1월에 열린 플로우 정밀 합성 컨소시엄의 심포지엄에는 이시쓰카(石塚) 신화학기술추진협회 회장이 참여, “처음에는 반신반의했지만, 경제성도 있다는 것을 알게 되었다” 라며 기대감을 나타냈다.

플로우 합성법은 몇 단계에 걸친 화학 반응을 조합해 다양한 화학제품을 만들어 낼 수 있다. 이를 위해서는 각 화학 반응에 적합한 촉매가 필요하다. 현재 고바야시연구팀이 추진하고 있는 것은 주요한 5종류의 화학 반응에 이용되는 촉매의 개발이다.

심포지엄에 참가한 기업 등에 설문조사를 해본 결과, 실현을 원하는 화학 반응은 약 100종류로, 각각 5~10단계의 화학 반응이 필요하다. “그 중에서 같은 반응이 계속 일어나는 것은 80% 이상을 차지하고 있다”(고바야시 교수). 핵심이 되는 이 부분을 공동으로 개발하고 개별적으로 필요한 반응은 각각의 기업이 맡아 조합, 조기 실용화로 이어지도록 할 계획이다.

‘수소화’와 ‘치환’ 등의 주요 반응은 촉매가 1개만이 아니라 각각의 반응에서 용도 별로 다른 촉매가 필요하다. 폴리프람의 합성 성공 이후, 지금까지 연구실에서는 약 20종류의 화학 합성이 가능하게 되었다.

화학 산업과 같은 장치 산업에서는 새로운 기술이 개발된다고 하더라도 설비 교체에 자금이 들기 때문에 도입이 지연되는 경우도 적지 않다. 하지만 플로우 합성은 설비 규모의 자유도가 높아 처음에는 기존 설비를 보완해 생산량 조정에 이용하는 등의 활용방법도 있다.

또한 소형화도 용이하다는 특징을 살려 “앞으로는 장치를 배나 트럭에 탑재해 필요한 장소까지 운반해 의료품 등을 생산할 수 있도록 하고 싶다”라고 고바야시 교수는 자신의 희망사항에 대해 이야기했다.

해외에서도 미국 식품의약청(FDA)이 의약품 생산을 플로우 합성으로 전환하는 것을 감안한 보고서를 작성하는 등, 움직임이 시작되고 있다. 그 열쇠가 되는 촉매 개발에서 리드하고 있는 일본의 기술이 세계의 화학 산업에 혁명을 일으킬 수 있을지 그 귀추가 주목되고 있다.

 -- 끝 --