2026년 노벨 화학상 수상자 헨리 B. B. 케이건과 Hsia Constitution III는 화학 반응을 필요한 분자를 더 생산하도록 만드는 방법을 찾았을 뿐만 아니라, 제품을 '조력자'로 활용하는 자가촉매 반응도 달성했습니다. 즉, 올바른 '열쇠'를 찾는 것뿐만 아니라 더 많은 '동일한 제품' 생산에도 기여했습니다. 이러한 발견은 약물 제조에 도움을 줄 뿐만 아니라 화학계의 수수께끼를 푸는 단서도 제공합니다: 분자의 거울 세계에서 왜 특정 핵심 분자들이 이러한 형태 중 하나를 선호하는가?
2026년 노벨 화학상 수상 장면은 10월 7일 스웨덴 스톡홀름에서 촬영되었습니다
분자 '키'는 '왼쪽과 오른쪽'이 있습니다
손을 모으면 양손의 윤곽을 맞대고 있을 수 있지만, 아무리 뒤집어도 완전히 일치할 수는 없습니다. 일부 분자들은 서로 거울상이지만 뒤집거나 겹칠 수 없는 '좌우 분할' 구조를 가지고 있습니다. 화학자들은 이를 키랄리티라고 부릅니다. 여기서 '왼쪽'과 '오른쪽'은 공간적 형태를 이해하는 데 도움이 되는 은유입니다.
이미지 출처: 노벨상 공식 웹사이트; 이것은 허행성의 도식이다
분자 세계의 거울상 차이는 때때로 후각의 희미한 섬세한 부분에 숨겨져 있습니다. 예를 들어, 한 거울 이성질체의 카르본은 치약의 민트 냄새가 나고, 다른 하나는 캐러웨이 냄새가 납니다. 이들의 원자 조성은 같지만, 공간적 배열은 겹칠 수 없습니다. 7일 노벨 화학상 기자회견에서 노벨 화학상 위원장 하이너 링크는 냄새를 인식하는 수용체가 키랄 특성을 가지고 있어 두 거울 분자를 다르게 인식하기 때문에 코가 이 차이를 감지할 수 있다고 설명했습니다.
이 공간적 차이가 왜 그렇게 대단한가요? 노벨 화학위원회 위원인 조샤오둥은 7일 신화통신과의 인터뷰에서, 오른손에 장갑, 왼손에 장갑을 끼는 것과 같아서 어색하다고 설명했습니다. 약물 분자는 인간 단백질과 상호작용하며, 공간 구조도 고려해야 한다고 했습니다.
아미노산과 같은 생명 시스템의 핵심 분자들도 뚜렷한 카이랄 편향을 보입니다. 이 생명에 대한 '선호'는 어디서 비롯된 걸까요? 한편, 화학자들은 실용적인 목표를 가지고 있습니다: 두 개를 먼저 얻고 나서 구분하는 데 어려움을 겪는 대신, 가능한 한 많은 거울 분자를 생산하는 것입니다. 그래서 그들은 반응을 촉진할 뿐만 아니라 하나의 거울 분자를 더 많이 생산하기 위해 '조력자'로서 키랄 촉매를 도입했습니다.
하지만 만약 '도우미'들도 '좌우에 섞여 있다면' 어떻게 될까요?
"도와주는 사람들"이 선호도를 증폭시키도록 하세요
이미지 출처: 노벨상 공식 웹사이트. 이것은 케이건이 발견한 비대칭 화학 반응에서의 비선형 효과의 개도 도표입니다
초기에는 촉매의 카이랄 순도가 제품의 카이랄 순도와 선형적으로 연관되어 있다고 믿었습니다. 따라서 가능한 한 높은 키랄 순도를 얻기 위해 연구자들은 보통 높은 카이랄 순도를 가진 '헬퍼'를 선택합니다.
하지만 케이건은 다른 접근법을 시험하기 시작했다: 촉매 내 키랄 분자들의 상호작용이 예상치 못한 결과를 낼 수 있을까?
카간이 연구한 촉매 종류는 금속과 키랄 분자를 모두 포함한다. 그는 서로 거울상인 두 키랄 분자가 금속으로 결합될 때 세 가지 조합, 즉 "좌-좌", "우-우", "좌-우"가 형성될 수 있다고 가설했다. "좌-좌" 조합이 "좌측" 생성물을 내고, "우측" 조합이 "오른쪽" 생성물을 만든다면, "좌우" 조합은 어떻게 작동할까?
실험 결과, '좌우' 조합 촉매는 '우측' 또는 '좌-왼' 조합보다 화학 반응을 훨씬 느리게 유도합니다. 따라서 처음에는 '오른쪽'이 '왼쪽'보다 약간 더 많더라도, '오른쪽-오른쪽' 조합의 이점이 크게 증폭되어 이 제품이 촉매의 편향을 '증폭'시킵니다.
1986년, 케이건과 동료들은 촉매의 키랄 성분과 생성물의 키랄 순도 사이에 "비선형 효과"가 있다고 보고했다. 이 발견은 중요한 돌파구가 되어 더 많은 화학자들이 이 현상을 탐구하도록 끌어들였고, 비대칭 반응을 개선하기 위한 새로운 아이디어를 열었다. 노벨 화학위원회 위원인 피터 샴포이는 인터뷰에서 이러한 발견들이 "카이랄 약물 분자 합성 방법을 개발할 때 이러한 반응을 설계하고 분석하는 데 기본적인 도구"라고 말했다.
작은 이점들이 점점 더 깊게 쌓이도록 하세요
이미지 출처: 노벨상 공식 웹사이트. 이것은 Hsia Hexian III가 발견한 비대칭 자가촉매 현상의 개략도입니다
하지만 한 번 차이를 증폭시키는 것과 계속 확장시키는 것은 다르다. 다음으로 샤 허시엔 3은 더 독특한 대응을 찾고자 했다: 새로 형성된 분자들도 생산 라인에 합류하는 '도우미'가 되도록 하는 것이었다.
이것이 바로 자가촉매의 기본 개념입니다: 결과적으로 생성된 물질은 원료를 더 같은 물질로 만들도록 촉진할 수 있습니다. 새로 형성된 '정해' 분자가 '정해' 분자 생산에 더 잘 도움이 된다면, 원래 아주 작은 비례 이점이 점점 커질까요?
1953년 이미 물리학자 찰스 프랭크는 다음과 같은 모델을 제안했습니다: 한 거울 분자가 자신의 형성을 촉진하고 또 다른 거울 분자의 형성을 억제할 수 있다면, 처음에는 작은 이점이 점차 커질 수 있습니다.
1990년까지 샤 허 시안 III는 생성물을 자체 형성 촉매에 포함시키는 데 성공했으나, 생성물의 키랄성 순도는 오히려 감소했다. 1995년 그와 동료들은 중요한 돌파구를 이루었다: 산물이 단순히 '조수' 역할을 계속했을 뿐만 아니라, 이전에 우세했던 거울 분자가 거울 분자의 비율을 더 높일 수 있게 했다.
2003년에는 나중에 '가장 멋진 유기화학 실험'이라 불리게 될 '패들 퓨전 반응'을 더 발전시켰다: 비키랄 반응물에서 시작해 반응 중 두 개의 카이랄 분자가 생성되었다. 처음에 약간의 우위를 가진 쪽이 결국 생성물의 99.99%를 차지하게 되었다.
오늘날 두 수상자의 발견은 비대칭 합성 반응을 이해하고 설계하는 데 중요한 도구가 되었으며, 유기 합성과 신약 개발에 널리 적용되고 있습니다. 하지만 이것이 생명의 키랄 편향 미스터리가 해결되었다는 의미는 아닙니다. 샤 허 시안산은 "이것이 최종 답은 아닙니다."라고 말했습니다.
완전히 겹칠 수 없는 손부터 코끝의 희미한 향기, 시험관 안의 미세한 차이까지, 분자의 '좌우'는 일상생활과 고대의 생명에 관한 질문들을 연결합니다. 생명의 '선호'는 어디서 오는가? 답은 이 미묘한 세부 사항들 속에서 드러납니다.
우시 퍼퍼 제약유한회사
주요 제품
팔미토일에탄알마이드(PEA) 마이크로 (CAS 544-31-0)
스페르미딘 트리하이드로클로라이드 (CAS 334-50-9)
프테로스틸벤(CAS 537-42-8)
루테올린 (CAS 491-70-3)
보글리보스 (CAS 83480-29-9) JP GMP
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