UNIST, ‘유독물질 더 쉽게’ 전환 촉매설계법 개발

[아시아경제 영남취재본부 황두열 기자] 사람 몸에 존재하는 금속 효소와 활성산소가 만나 이뤄진 ‘금속-활성산소종’을 이용해 산업·생활환경으로부터 배출되는 유독물질을 수월하게 산화시킬 수 있는 촉매 설계법이 나왔다.

UNIST 화학과 조재흥 교수팀은 금속-활성산소종의 하나인 ‘망간-요오드실벤젠 종’이 유독성의 ‘알데히드 화합물’을 ‘카복실산’으로 산화시키는 것과 이 반응이 새로운 친전자성 메커니즘에 따른 것이라는 점을 규명했다.

알데히드는 정유산업에서 부산물이나 일상생활에서 발생된다. 이 물질은 공기 중에 섞이면 대기오염을 유발하고 생체 내에서 유전자 독성을 갖고 돌연변이를 유발하는 발암성 물질로 알려졌다. 생체 내 알코올 분해 대사 과정에서 부산물로 형성돼 많은 영향을 미친다. 따라서 이 물질을 분해하는 일은 환경 화학·생화학 분야에서 중요하게 인식된다.

망간-요오드실벤젠 종의 알데히드 산화 반응 도식.

알데히드를 산화시키기 위해선 과망간산칼륨(KMnO4) 등과 같은 강한 산화제가 필요하거나 강한 염기 조건으로 불균화 반응을 일으켜야 한다. 또 반응을 개시하기 위한 친핵체도 필요로 한다.

이번 연구에서는 온화한 조건에서 친핵체의 도움 없이 알데히드를 카복실산으로 전환할 수 있는 금속 촉매를 개발했다.

제1저자인 정동현 UNIST 화학과 연구원은 “기존과는 다른 친전자성 공격으로 안정적이게 알데히드를 산화시킬 수 있는 촉매를 설계해 온화한 조건에서도 알데히드를 카복실산으로 전환할 수 있었다”고 말했다.

자연계에서 금속 효소는 외부의 산소와 전자를 이용해 ‘금속-활성산소 중간체’를 형성하고 이 중간체가 유기물의 산화 반응에 직접 관여한다.

연구에서는 요오도소 벤젠으로 ‘망간-요오도실벤젠 종’을 합성하고 이 물질이 알데히드의 산화 반응에 관여하는 과정을 규명했다. 또 반응속도론 연구로 새로운 알데히드 산화 반응 체계를 제시했다.

UNIST 화학과 조재흥 교수 연구팀.

조재흥 화학과 교수는 “생체 모방 화학으로 합성한 ‘망간-요오도실벤젠 종’의 수소화이온 흡수 성질을 이용한 새로운 알데히드 산화 촉매를 개발했다는 점에서 학문적 의미가 크다”며 “이번 연구는 향후 환경·산업 분야에서 환경오염물질을 분해하는 촉매의 개발과 알데히드의 다양한 작용기로의 전환을 연구하는 데 도움을 줄 것”이라고 전망했다.

연구는 조재흥 교수 연구팀 정동현 연구원과 김효경 박사과정 학생이 공동 1저자로 참여했다. 연구 결과는 지난 4일 화학 분야 국제학술지인 ‘미국화학회지 JACS(Journal of the American Chemical Society)’에 발표됐다.

연구 수행은 한국연구재단이 주관하는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자)과 단계도약형 탄소중립 기술 개발사업의 지원으로 이뤄졌다.

영남취재본부 황두열 기자 bsb03296@asiae.co.kr