카간·소아이 노벨화학상, 거울상 분자의 선택 원리

수상자는 프랑스 파리수드대의 앙리 카간과 일본 도쿄이과대의 켄소 소아이 명예교수입니다. 노벨위원회가 밝힌 수상 사유는 비대칭 유기합성에서 비선형 효과와 자기촉매 작용을 발견한 공로입니다. 비대칭 유기합성은 서로 거울상인 두 형태 가운데 원하는 형태를 더 많이 만드는 화학반응을 뜻하며, 이번 수상은 그 선택이 어떻게 가능해지는지를 밝힌 연구에 돌아갔습니다.

아미노산 같은 일부 분자는 원자와 결합 구조가 같아도 왼손과 오른손처럼 서로 포개지지 않는 두 형태로 존재합니다. 이를 거울상 이성질체라고 하며, 이런 성질을 카이랄성이라고 부릅니다. 일반적인 합성에서는 두 형태가 함께 만들어지지만, 생명체를 이루는 아미노산과 DNA의 당 같은 핵심 분자는 특정한 한쪽 형태를 주로 사용한다는 점이 연구의 출발점이었습니다.

카간이 발견한 비선형 효과는 촉매의 한쪽 방향성 정도와 생성물의 방향성 정도가 단순히 비례하지 않는 현상입니다. 촉매는 화학반응을 촉진하는 물질로, 당시에는 촉매가 한쪽으로 치우친 만큼 생성물도 비슷한 정도로 치우친다고 생각했습니다. 카간의 연구는 생성물이 예상보다 훨씬 더 한쪽으로 치우칠 수 있음을 보여줘, 촉매의 구성과 작동 방식이 분자의 선택에 미치는 영향을 드러냈습니다.

소아이는 반응으로 만들어진 분자가 다시 자신과 같은 형태의 분자를 만드는 촉매로 작용하는 반응을 구현했습니다. 이를 자기촉매 반응이라고 하며, 그의 이름을 딴 '소아이 반응'으로도 부릅니다. 출발할 때 두 거울상 분자의 양이 거의 같아도 작은 차이가 반복해서 증폭돼 한쪽 형태가 우세해질 수 있다는 점에서, 카간의 비선형 효과와 함께 화학적 비대칭의 확대를 설명했습니다.

이 연구가 의약품 제조와 연결되는 이유는 거울상 분자가 몸 안에서 서로 다르게 작용할 수 있기 때문입니다. 한쪽은 약효를 내지만 다른 쪽은 불필요하거나 해로운 작용을 할 수 있어, 원하는 형태를 선택적으로 만드는 반응이 중요합니다. 노벨위원회는 두 사람의 발견이 의약품 제조 반응을 설계하는 데 중요한 도구를 제공했으며, 원하는 거울상 분자를 더 순수하게 만드는 기술 발전에 기여했다고 평가했습니다.

또 다른 의미는 생명체의 분자들이 왜 한쪽 방향성을 주로 갖게 됐는지 설명할 화학적 경로를 제시했다는 점입니다. 노벨위원회는 두 사람의 발견이 이런 방향성이 자발적으로 나타나는 과정을 이해하는 데 기여했다고 밝혔습니다. 이 설명의 핵심은 작은 차이가 화학반응만으로 확대될 수 있다는 것이며, 생명체가 실제로 탄생한 모든 과정을 재현했다는 주장과는 구분해서 이해해야 합니다.