분자 만드는 독창적 도구 '유기촉매'로 제약 혁신과 친환경을 구현하다..노벨상 공적 설명자료

노벨위원회 수상자 공적 설명자료

2021 노벨화학상 수상자로 선정된 벤자민 리스트 독일 막스플랑크연구소 교수 데이비드 맥밀란 미국 프린스턴대 화학과 교수. 노벨위원회 제공

스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 6일(현지시간)  올해 노벨 화학상 수상자로 베냐민 리스트 독일 막스플랑크연구소 교수와 데이비드 맥밀런 미국 프린스턴대 화학과 교수를 선정했다고 발표했다.

노벨상위원회는 "분자를 만들기 위한 정확하고 새로운 도구인 유기 촉매를 개발한 공로를 인정했다"며 "이들의 연구 성과는 제약 연구에 큰 영향을 미쳤고 화학을 더 친환경적으로 만들었다"고 선정 이유를 밝혔다. 

노벨상위원회가 이날 공개한 수상자 공적에 따르면 산업과 연구 분야는 대부분 에너지를 배터리에 저장하거나 질병을 억제해 치료하는 등 분자를 구성하는 힘이 필요하다. 이 과정에는 최종 산물에 관여하지 않으면서도 화학 반응을 제어하고 가속화할 수 있는 물질인 '촉매'가 필요하다. 예를 들어 자동차에 들어가는 촉매는 배기 가스의 독성물질을 무해한 분자로 바꿔준다. 우리 몸속에는 생명에 필요한 분자를 자르거나 붙이는 효소 형태의 촉매가 수천 가지나 있다. 

화학자들은 아주 오랫동안 촉매가 '금속'과 '효소' 등 두 가지 유형만 존재한다고 믿었다. 하지만 이번에 노벨 화학상을 수상한 두 학자는 2000년 독립적인 연구를 통해 세 번째 새로운 유형의 촉매를 개발한 공로를 인정받았다. 이것을 '비대칭 유기 촉매'라고 부르는데 작은 유기분자를 기반으로 한다. 

유기 촉매는 탄소 원자로 이뤄져 있으며 안정적인 구조다. 그래서 여기에는 산소나 질소, 황, 인 등이 붙을 수 있다. 즉, 유기 촉매는 환경 친화적이고 생산에 드는 비용도 저렴하다고 볼 수 있다. 

유기 촉매가 널리 쓰이는 이유는 주로 비대칭 촉매 작용을 유도하는 능력이 있기 때문이다. 분자가 만들어질 때 두 개의 서로 다른 분자가 형성되기도 한다. 마치 왼손과 오른손처럼 '거울 분자'라고 부른다. 화학자들은 특히 의약품이나 아로마 오일 등을 만들 때 종종 이 거울 분자 중 하나만 원활하게 만들고자 한다. 

비대칭 촉매 작용을 유도하는 덕분에 유기촉매는 의약품 생산에서 유용하게 쓰인다. 2000년 이후 유기촉매는 놀라운 속도로 발전해 왔다. 리스트 교수와 맥밀란 교수는 유기촉매가 수많은 화학 반응을 유도하는 데 사용될 수 있음을 보여줬고, 여전히 이 분야의 선두주자다. 그들의 연구 성과를 활용해 화학자들은 새로운 의약품과 태양전지에서 광자를 포착하는 분자에 이르기까지 효율적으로 개발할 수 있었다. 유기 촉매는 이처럼 인류에게 매우 큰 이익을 가져다 준다.

요한 아크비스트 노벨화학위원회 위원장은 "이 촉매에 대한 개념은 독창적인 만큼 간단하다"며 "왜 대다수 학자들이 이 촉매에 대해 일찍 생각하지 못했는지 의아해할 정도"라고 말했다. 

대표적인 거울 분자인 리모넨 분자. 리모넨은 아로마의 일종인데 D형과 L형 이성질체에 따라 레몬향과 오렌지향을 넘나든다. 향의 강도가 1000배 정도 차이가 난다. 노벨상위원회 제공

[이정아 기자 zzunga@donga.com]