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UNIST 조재흥 교수팀, 빠르게 사라지는 탈포밀화 반응 중간체 분리·특성 분석으로 반응 경로 규명
UNIST 조재흥 교수팀, 빠르게 사라지는 탈포밀화 반응 중간체 분리·특성 분석으로 반응 경로 규명
  • 이승주
  • 승인 2021.10.19 12:01
  • 댓글 0
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- 탈포밀화 기반 호르몬의 전환 조절·연료 합성 촉매 개발 등에 도움
- JACS Au(골드) 게재

  그 간 이론적 존재 가능성만 확인됐던 활성 중간체가 실험을 통해 최초로 확인됐다. 이 물질은 성 호르몬을 바꾸는 화학반응(탈포밀화 반응)의 중간 단계 물질로, 빠르게 생겼다 사라져 포착이 어려웠다. 실험에서는 탈포밀화 반응의 새로운 화학반응 경로도 밝혀냈다. 탈포밀화 반응을 촉진하거나 늦추는 방식을 통한 성 호르몬 조절 약물 등의 개발에 도움이 될 전망이다. 
  UNIST(총장 이용훈) 화학과 조재흥 교수팀은 알데하이드 탈(脫)포밀화 반응 의 활성 중간체인 ‘퍼옥시헤미아세탈 복합체’를 분리해내는 데 성공했다. 탈포밀화 반응은 알데하이드계 물질의 포밀기 부분이 분리되는 화학반응이다. 남성호르몬이 여성호르몬으로 바뀌는 등의 주요 생체 대사, 원유 정제 과정 중 알데하이드를 휘발유나 천연가스로 변환하는 화학공정에서 탈포밀화 반응이 일어난다.  

▲퍼옥시헤미아세탈 복합체 생성 단계를 거쳐 진행되는 알데하이드 탈포밀화 반응 도식
▲퍼옥시헤미아세탈 복합체 생성 단계를 거쳐 진행되는 알데하이드 탈포밀화 반응 도식

  연구팀은 생체효소 모방 물질인 ‘코발트-퍼옥소종’을 이용해 분리 가능한 ‘코발트-퍼옥시헤미아세탈 복합체’를 합성해 냈다. 저온실험으로 코발트-퍼옥소종과 알데하이드를 반응시켜 코발트-퍼옥시헤미아세탈 복합체를 분리해 내고, 이 복합체의 각종 분광학적 특성을 최초로 분석했다. 
  특히, 분석을 통해 퍼옥시헤미아세탈 복합체가 기존 제안된 이론과는 다른 방식으로 생성된다는 사실을 밝혀냈다. 실제 분리된 복합체를 분석한 결과 알데하이드의 카보닐기 부위가 코발트-퍼옥소종이 이루는 산소-산소 결합 사이에 삽입되는 방식으로 복합체가 만들어졌다. 기존에는 코발트-퍼옥소종이 카보닐작용기 부위를 공격해 복합체가 형성된다고 알려져 있었다.
  조재흥 교수는 “주요 생리대사 반응인 탈포밀화 반응의 중간체를 최초 분리해 그 특성을 알아냈을 뿐만 아니라 이론적으로 제시됐던 기존 반응 경로와는 또 다른 반응 경로를 확인했다는 점에서 학술적으로 큰 의미가 있다”고 설명했다. 
 조 교수는 이어 “향후 호르몬의 전환을 조절하는 연구나 원유 정제 과정 중 알데하이드를 가스나 휘발유로 바꾸는 생체효소 모방 촉매 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다.
  한편, 연구팀은 네덜란드 라드바우드대(Radboud University) 로이토바(J.Roithová) 교수팀과 함께 극저온 분석과 계산화학 기법을 통해 중간체 생성 반응경로를 이전에 제시된 경로와 비교 분석하는 연구도 수행했다. 

▲(왼쪽부터) 손영진 연구원과 조재흥교수
▲(왼쪽부터) 손영진 연구원과 조재흥교수

  이번 연구는 조재흥 교수 연구팀 손영진 학생(DGIST 파견연구원)이 제 1저자로 참여했다. 연구결과는 화학분야 저명 국제학술지인 ‘미국화학회 골드지(JACS Au)’에 10월 6일자로 온라인 게재됐다.
  연구 수행은 한국연구재단이 주관하는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구자)의 지원으로 이뤄졌다. 

※ 논문명: Spectroscopic Evidence for a Cobalt-Bound Peroxyhemiacetal Intermediate


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