미국 연구진이 빛과 효소를 이용해 의약품이나 농화학 제품의 핵심 골격인 탄소-탄소 결합을 만드는 새로운 화학 반응을 개발했다.
미국 캘리포니아대 샌타바버라(UCSB) 캠퍼스 화학과의 양양 교수 연구팀은 피츠버그대, 플로리다주립대와의 공동 연구를 통해 이같은 내용의 '금속 카벤-라디칼 교차 짝지움' 반응을 개발했다고 16일(현지시간) 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 카탈리시스'에 게재됐다.
이 반응은 빛 에너지를 이용하는 '광촉매 산화환원' 과정과 금속 효소를 활용하는 촉매 과정을 결합한 것이 특징이다. 이는 기존에 알려지지 않았던 새로운 방식이다.
연구팀은 광화학 기술로 반응성이 매우 높은 '라디칼 중간체'를 생성하고, 이를 효소적으로 형성된 '철 카베노이드 중간체'와 결합시켜 분자 간 탄소-탄소 결합을 이뤄냈다.
연구의 핵심은 특정 기능을 하도록 진화시킨 금속 단백질 촉매다. 철 이온을 포함하도록 설계된 이 효소는 철 카벤 중간체를 생성하고, 광촉매 과정에서 발생하는 불안정한 라디칼 중간체를 제어하는 환경을 제공해 반응을 완성시킨다.
양 교수는 "이 특정 금속 단백질이 없었다면 이 화학 반응은 알려지지 않았을 것"이라고 설명했다.
연구팀은 이번에 개발한 기술이 신약이나 농화학 제품에서 발견되는 복잡한 3차원 분자의 구조와 기능에 필수적인 '입체중심'을 여러 개 가진 분자를 만드는 데 유용하다고 밝혔다. 연구팀은 "상당히 일반적인 유형의 탄소-탄소 결합 형성 반응을 개발했다"며 "이 방법을 일반화해 여러 유용한 화합물을 만들 것"이라고 덧붙였다.