[2022년 신임교수 인터뷰] 홍승윤 교수님을 소개합니다!

자연대 홍보기자단 자:몽 5기 | 김채원

* 소속 : 화학부
* 전공 : 유기화학
* E-mail : syhong@snu.ac.kr
* Tel : 02-880-9253

인터뷰 중인 홍승윤 교수. (사진=김채원 기자)

  “옛날 아인슈타인처럼 한 명의 천재가 세상을 바꾸는 시대는 아니라고 생각합니다. 지금은 다양한 분야의 사람들과 모여 머리를 맞대야 좋은 연구가 나오는 시대이기 때문입니다.” 


  2022년 8월, 서울대학교 화학부에 유기화학의 새바람이 불어왔다. 올해 8월 새로이 부임하신 홍승윤 교수님은 서울대학교에서 고효율·지속 가능한 촉매 개발로 유기화학 문제를 풀어가고 있다. 인터뷰가 진행되는 동안 교수님은 ‘다양함’의 가치에 집중하였다. 연구 과정에서는 다학제간 융합의 필요성과 지금의 본인을 있게 해 준 여러 사람과의 상호작용을 이야기하는 한편, 인생에 있어서는 다양한 경험의 중요성을 강조하였다. 이번 인터뷰에서는 홍승윤 교수님의 촉매 개발과 관련된 연구 계획 및 의의와 더불어, 긍정적인 태도로 늘 현재에 충실했던 삶의 궤적에서 우러나온 조언의 말을 들어보았다.  


1. 자연대에 새로 오시게 된 것을 축하드립니다! 올해 새로 부임하신 만큼 교수님에 대해 잘 모르는 학생들이 많으리라 생각합니다. 학생들을 위해 간단한 소개 부탁드립니다. 

  안녕하세요, 올해 8월에 서울대학교 자연과학대학 화학부 조교수로 임용된 홍승윤이라고 합니다. 유기화학을 전공하였고, 특히 현대 유기화학의 문제를 촉매라는 물질을 통해 풀어나가기 위해 고민해 왔으며, 앞으로도 관련 연구를 이어갈 예정입니다. 


2. 부임하시게 된 소감이 궁금합니다.

  저는 학부와 박사 과정은 KAIST에서, 박사 후 과정은 MIT에서 보내서, 그동안 쭉 Institute에만 있었어요. 그래서 우스갯소리로, University에는 처음 와 보게 된 거라고 말하곤 하는데요. (웃음). 처음 대학에 온 새내기처럼 많은 것이 새롭고, 또 감사한 마음으로 부임하게 되었습니다. 현재는 서울대학교에 다양한 분야의 전문가이신 교수님과 열정적인 학생들과 함께 즐겁게 생활하고 있습니다.  


3. 새로운(non-canonical) 분자 촉매의 개발을 목표로 연구하시는 걸로 알고 있는데, 교수님의 연구 분야와 앞으로 이곳에서 펼쳐나가실 연구에 대해 소개해 주실 수 있으신가요?

  넓게 보면 저는 유기화학자이지만, 그중에서도 촉매를 활용해서 유기화학 반응을 만드는 사람입니다. 옷과 식량에서부터 의약품, 첨단 소재에 이르기까지, 우리가 실생활에서 접하는 물질들은 고유의 화학식을 가지는 화합물인데, 이들은 많은 경우 ‘화학 반응’을 통해서 만들어지고 있습니다. 따라서, 새로운 화학 반응을 개발하는 것은 때로는 우리 삶의 많은 부분을 바꿀 수 있는 중요한 연구 주제입니다. 

  이러한 화학 반응을 일으키기 위해서는 활성화 에너지(activation energy)라고 불리는 에너지 장벽을 넘어야 하는데, 이때 촉매가 큰 역할을 합니다. 촉매는 반응 중에 소모되지 않지만 반응 속도를 변화시켜 줄 수 있는 물질입니다. 촉매는 높은 에너지 장벽을 우회할 수 있는 대체 반응 경로를 만들어 보다 쉽고 빠르게 혹은 전혀 알려지지 않은 새로운 합성 경로 개발의 키가 되곤 합니다. 

  현재 가장 많이 활용되는 촉매원은 전이 금속입니다. 실제로 전이 금속 촉매 분야는 21세기에만 들어서도 2001년, 2005년, 2010년, 그리고 올해까지 총 4번의 노벨상을 탈 만큼 과학적 르네상스를 맞이하고 있고, 그만큼 보편화가 이루어졌습니다.  

  하지만 그럼에도 현대 촉매화학이 풀지 못한 문제 중 하나는 전이 금속이 지구상에서 한정적인 재원이라는 점입니다. 예를 들어서, 제가 박사 과정 때 집중적으로 연구했던 이리듐은 자연적으로 발생하지 않습니다. 유성우가 떨어지면 그것으로부터 채굴하는 식이어서, 지구에는 극히 소량만 존재합니다. 이러한 물질은 보통 희귀 금속이라고도 부릅니다. 결국 이러한 원소들의 지속 가능한 대체원을 찾는 것이 21세기 촉매 화학의 큰 화두라고 볼 수 있습니다. 

  이 문제를 전형원소의 분자 구조를 새롭게 디자인하는 방법을 통해 풀고자 합니다. 전형원소는 상대적으로 자연계에 풍부한 재원이지만, 전이 금속과 달리 d 오비탈이 없어 화학 반응에 필수적인 전자 전달 매개가 어려워 촉매로서 활용도가 낮습니다. 저는 원자 단위에서 특성을 벗어나 독창적인 분자 디자인 기법으로 전형원소들이 전이 금속을 대체할 수 있는 새로운 촉매원으로 재탄생 시키고자 하며, 그걸 통해서 저비용, 지속가능한 유기화학 반응을 개발하는 연구에 도전하고 있습니다.(주: 전형원소는 주기율표 상의 1족, 2족, 12-18족에 위치한 44개의 원소를 말하며, s 오비탈과 p 오비탈에만 전자가 채워진다. 전이금속 혹은 전이원소는 3-11족에 해당하는 원소를 말하며, d 오비탈 혹은 f 오비탈에 전자가 부분적으로 채워진다.) 

  덧붙여 개발하려는 분자 촉매를 ‘non-canonical(기존에 알려지지 않은)’ 하다고 정의한 이유는, 새롭게 디자인한 전형원소 촉매가 기존의 유기화학 반응에서 관측할 수 없었던 새로운 반응성을 끌어내리라 기대하기 때문입니다. 구체적으로 말해보면, 유기화학에서는 ‘통상적인 반응의 패턴’이 존재합니다. 예를 들어 어떤 한 결합을 만들기 위해 전자가 많은 친핵체(nucleophile)와 전자가 적은 친전자체(electrophile)가 반응하는 것이 자연적인 현상이죠. 여기서 저는 제가 디자인한 분자촉매를 통해, 친핵제에서 정반대의 친전자성을 새롭게 부여하여, 근본적으로 전자가 많은 녀석끼리 혹은 전자가 적은 녀석끼리 결합할 수 있는 새로운 형태의 유기 합성 방법론을 목표하고 있습니다. 또한 전형원소뿐만 아니라 박사 시절 연구 분야였던 전이 금속을 동원하여 이들을 상호 보완적으로 활용한 완전히 새로운 촉매 구조 개발을 목표하고 있습니다. 이를 통해서 쓸모없는 유기화합물을 고부가가치의 합성 핵심 시약(reagent)으로 재활용할 수 있는 방안을 고안해 방법론 등 새로운 합성적 의의를 이끌어내고자 합니다.


4. 지속 가능하면서도 효율이 좋은 촉매를 개발하신다는 것이군요. 말씀하신 연구의 결과는 구체적으로 어떤 분야에서 어떻게 이용될 수 있을까요? 

  제 연구의 하나의 영감은 의약품에 있습니다. 의약품 중 가장 효과가 있는 것은 저분자 화합물 치료제(small molecule drug)라고 생각하는데, 이를 만드는 데에 제가 연구하는 방법론이 핵심적으로 필요합니다. 요즘은 약을 자연에서 그대로 채굴하는 것이 아니라, 효과가 있을 것 같은 물질을 합성하여 임상시험을 거친 후 개발하고 있거든요. 의약품을 만드는 단계들은 유기화학 반응으로 연결되어 있기 때문에, 새로운 유기화학 반응의 개발은 새로운 의약품을 만드는 지름길이 될 수 있다고 생각합니다. 또한 다양한 분자에 활용할 수 있는 범용적인 유기반응을 개발하려고 하는 이유는, 최근 신약 재창출(drug repositioning)이라고 해서 이미 알려진 약물을 조금 변형(modify)하여 약을 개발하는 경우가 다수 있기 때문에 복잡한 구조에 활용할 수 있는 유기반응이 필요합니다, 현재 그러한 유기반응이 많지는 않아요. 당연하게도 이런 유기반응을 개발하면 신약을 만드는 데에 활용될 수 있고, 또 크게 보면 우리가 흔히 보는 모든 유기화합물의 제작에도 활용될 수 있어요. 물론 기초학문이기 때문에 오늘 만들어진 결과가 내일 당장 활용되는 것은 아니지만, 연구 결과가 실제 산업에서 활용 가능한지를 시험하고, 활용되지 못한다면 그 원인에서 출발하여 다시 연구하는 과정이 쌓인다면, 결국은 저의 연구 결과가 의약이나 소재 산업에 기여할 수 있으리라고 생각합니다.  


5. 혹시 연구가 좀처럼 풀리지 않는 경험을 하신 적 있으신가요? 그럴 땐 어떻게 극복해 내시나요?

  실험은 성공한 적보다는 실패한 경험이 더 많았던 것 같아요. 그런데 29일을 실패하더라도 나머지 하루 성공하면 이를 누구보다도 먼저 알게 되었다는 사실 자체에 즐거웠고, 연구를 지속할 힘을 얻어 덜 지쳤던 것 같아요. 

  연구가 풀리지 않을 때는, 다른 방향으로 생각하려고 노력했어요. 특히 다른 분야를 접목 해 새로운 방식으로 돌파구를 찾아보려고 했습니다. 대학원 2년 차 때, 몇 달 동안 연구의 진척이 없던 적이 있었는데, 이때 양자계산화학이라는 분야를 독학했습니다. 계산화학이란 컴퓨터로 슈뢰딩거 방정식을 풀어 분자의 구조를 예측하고 특성을 파악하는 학문입니다. 실험으로는 직접 관측하기 어려운 분자들을 컴퓨터 속에서 구현하여 화학적 특성 및 반응성을 심도 있게 이해할 수 있었고, 거기서 얻은 이론적 통찰이 연구의 방향을 새롭게 설정하는 데 큰 도움이 되었던 것 같아요. 이렇듯 실패했다는 사실보다는 그 해결 방법에 대해 초점을 맞춰 다학제간 연구기법을 익히고자 노력했습니다.  


6. 이제 교수님께서 화학자의 길로 나아가시게 된 계기가 궁금해집니다. 화학이라는 분야에서 특별히 흥미를 느끼시는 부분이 있을까요?

  주변 분들의 영향이 컸던 것 같아요. 아버지가 고등학교 과학 교사셨기 때문에, 유년 시절 과학에 노출되는 빈도가 잦았고, 화학이라는 학문에 대한 장벽이 자연스럽게 낮아졌습니다. 그것이 화학자로 첫걸음을 내딛는 계기가 되었습니다. 중간 과정에는 제가 독립 연구자로 성장하도록 도와주신 은사님이신 장석복 교수님을 만나, 결국 이 자리까지 왔다고 생각합니다. 지도교수님들께서는 부족했던 저를 항상 믿어주시고 기다려주심과 동시에 연구에 흥미를 느낄 수 있도록 독려해주셨습니다. 

  주변 분들의 영향을 제외하고도, 유기화학, 특히 유기화학반응이 일상생활과 밀접히 연관된 분야라고 느꼈기 때문에 우리 사회의 발전과 사회 속의 사람들에게 도움이 될 것이라는 소신으로 이 분야로 나아가고자 했습니다.


7. 교수님과 같은 연구 분야로 진출하기를 희망하는 학생들에게 해 주고 싶은 말씀이 있나요?

 앞의 얘기와 조금 비슷할 수 있는데, 한 분야에만 집중하기보다는, 다양한 분야를 공부하도록 권장하고 있습니다. 요즘에는 혼자 할 수 있는 연구가 많지 않아요. 옛날 아인슈타인처럼 한 명의 천재가 세상을 바꾸는 시대는 아니라고 생각합니다. 지금은 여러 분야의 전문가가 모여 머리를 맞대야 좋은 연구가 나오는 융합과학의 시대이기 때문이죠. 그래서 제가 촉매 연구를 하더라도 화학공학, 계산화학, 무기화학, 물리유기화학 등을 익힌 것처럼 학생들이 창의 융합적으로, 폭넓게 공부했으면 좋겠다는 바람이 있습니다.


8. 지금은 서울대학교 자연과학대학 교수님으로서 이렇게 인터뷰에 응해주시지만, 한때는 교수님께서도 학부생, 대학원생이셨을 것입니다. 당시의 교수님은 어떤 학생이셨나요? 

  지금 서울대 교수가 되었으니까 많이들 처음부터 뛰어난 학생이라고 생각하실 수 있지만, 사실은 굉장히 문제아였습니다. (웃음). 노는 걸 너무 좋아해서, 학부 시절에는 공부를 그렇게 많이 하는 학생은 아니었어요. 특히 배드민턴을 좋아했는데, 그것에 너무 몰두해 있었습니다. 그래서 실제로 연구에 처음 참여하게 된 것은 4학년 2학기, 대학원 진학 직전이었어요. 서울대 학부생들이 인턴에 참여하는 시기를 고려해볼 때, 꽤 늦은 시기에 연구에 참여하게 되어서, 연구 주제를 깊이 알지 못하는 상황에서 진학하게 되었습니다. 

  그러다 보니 초반에는 교수님의 손길이 정말 많이 필요한 학생이었던 것 같아요. 제가 또 처음에는 생명화학공학과로 진학했다가 화학과를 복수전공하는 바람에, 화학 전공지식에 대한 이해가 얕았고, 더 뒤처지는 느낌을 받았던 것 같아요. 

  이를 극복하기 위해 주말도, 휴일도 없이 열심히 공부했던 것 같습니다. 학부생 때의 제가 활발하고 노는 것을 좋아하는 학생이었다면, 대학원 때는 그 시절에 쌓은 에너지를 바탕으로 남들보다 2배, 3배 더 많은 시간을 연구에 투자했습니다. 그 노력의 결과가 지금 이 자리의 저를 만든 것 같습니다. 저는 자신을 ‘성적 향상상’을 받은 학생이라고 표현합니다. 처음에는 부족한 학생이었지만, 노력을 통해 큰 도약을 해서 무사히 졸업했으니까요.  


9. 그럼 노력으로 극복해 오신 학생 시절에, 진로에 대한 고민은 없으셨나요? 

  성격이 단순해서, 정해지지 않은 먼 미래에 대한 걱정을 많이 하지는 않았습니다. 내가 할 수 있는 최선을 다하면 결과도 따라올 거라고 생각했어요. ‘어떻게든 될 테니, 현재에 충실하자’는 태도가 차곡차곡 쌓여 여기까지 온 것 같아요. 그럼에도, 막연하게나마 교수의 길을 염두에 두고 대학원에 입학을 하긴 했습니다. 아마 많은 학생이 그럴 것이라고 생각해요.


10. 그렇게 교수라는 길을 마음에 두시게 된 이유는 무엇이었나요? 

  가장 큰 이유는 제가 하고 싶은 연구가 있기 때문입니다. 대학원 말년과 박사 후 과정을 거치면서 저만의 독립적인 연구를 통해 우리 사회에 기여하고 싶다는 목표가 뚜렷해졌어요. 그렇다면 그런 연구를 수행할 수 있는 가장 적합한 곳이 어디인지 고민했을 때, 교수직을 꿈꾸는 것이 당연한 선택이었습니다. 또 대학원 시절 지도교수님도 그렇고, 박사 후 연구과정의 지도교수님도 그렇고 제가 그동안 봐 왔던 연구자들은 전부 교수였잖아요, 그분들의 가까이서 자주적으로 본인이 하고 싶은 연구 프로그램을 완성해 나가시는 모습을 지켜보면서, 자연스럽게 저도 그렇게 되고 싶다고 생각했던 거 같습니다. 

  단순히 연구만이 아니라, 후학 양성이 대학의 목표 중 하나라고 생각합니다. 특히 박사 시절 지도 교수님께서 그런 부분에 신경을 많이 쓰셨어요. 그래서 연구실에 있는 제자들이 자신의 연구를 할 수 있도록 지지해 주셨고요. 그런 모습을 보면서 교수가 되어, 제 제자들도 우리 연구실에서 자신의 꿈을 펼칠 수 있는 초석을 다질 수 있었으면 좋겠다고 생각했습니다. 미래에 저한테 배운 학생들이 우리나라 곳곳에서 각자 자신의 역할을 소화하며 우리나라에 선한 영향력을 끼칠 수 있는 사람이 되었으면 좋겠다는 마음이 있어 교수가 되었습니다.


11. 지금까지 인터뷰에 응해 주셔서 감사합니다. 마지막으로 서울대학교 자연과학대학 학생들에게 한 말씀 부탁드립니다. 

  학부생이라면, 연구 이외에도 다양한 경험을 해 보셨으면 좋겠습니다. 전공으로 자연과학을 선택하셨다고 꼭 과학자가 될 필요는 없다고 생각해요. 학부 시절에, 지금 인터뷰해 주고 계신 기자님처럼, 여러 활동을 통해 자기가 진짜 무엇을 하고 싶은가에 대해 치열하게 고민하고 구체화했으면 좋겠어요. 그 나이에만 할 수 있는 경험들이 따로 있으니까요. 그런 후에도 자연과학에 대한 열정을 가진 자신을 발견하신다면, 대학원에 진학하셔서 자신이 정한 확고한 목표에 대해 끊임없이 도전하셨으면 좋겠습니다. 그러면 어느새 꿈에 가까워지는 자신을 발견할 수 있을 것이라 확신합니다. 

  그리고 여러분들은 서울대학교 자연과학대학이라는 큰 울타리 안에 계시니, 이미 많은 것을 이루셨다고 생각해요. 그러니 조금은 주변을 둘러볼 여유를 가지고 이웃과 어울리며 행복하게 지냈으면 좋겠다는 생각을 합니다. 저도 학부 시절 만난 소중한 인연들과 함께한 시간들이 이후에 연구에 집중하는 데 있어 큰 원동력이 됐기에, 그 기간에 대한 후회가 없습니다. 그래서 학생들에게도 많은 경험을 쌓고, 그 과정 속에서 연구가 본인의 길이라고 생각되면 확실히 몰두해보라고 말해주고 싶습니다.


자연과학대학 홍보기자단 자:몽 김채원 기자 olleh9668@snu.ac.kr
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