새로운 망간-요오드실벤젠 화합물 발견과 산화반응 메커니즘 규명

조재흥 교수

대구경북과학기술원(DGIST) 신물질과학전공 조재흥 교수 팀이 체내 존재하는 효소 촉매를 모방한 '생체모사' 촉매와 인공산화제의 고효율 산화반응에서 새로운 활성 중간체종인 '망간-요오드실벤젠 화합물'을 발견하고 그 산화반응 메커니즘을 규명했다.

생물의 체내 반응들은 대부분 인간의 몸속에 있는 여러 효소들이 작용하며 일어난다. 효소들 중에서도 특정 금속원자를 구성성분으로 갖는 '금속효소'는 체내 산화반응을 일으키기 위해서 산소와 결합해 '금속-활성산소종'을 형성해야 한다. 이 때 보다 효율적인 산화반응을 위해 산소와 효소의 결합을 도와줄 인공산화제인 '요오드실벤젠'을 사용한다.

정동현 학생

하지만 산소가 금속효소에 전달되기도 전에 인공산화제가 금속효소의 금속원자와 먼저 결합해 금속-요오드실벤젠종을 형성해버리는 현상이 지속적으로 관찰됐다. 따라서 학자들 사이에선 금속-요오드실벤젠종이 효소와 산소의 산화반응에 미치는 영향이 어디까지인가를 놓고 많은 논의가 있었다.

조재흥 교수팀은 이를 규명해보고자 체내 금속효소 중 망간 중심을 모방한 생체모사 망간착물과 인공산화제인 요오드실벤젠의 합성연구를 시작했다. 연구과정에서 조재흥 교수팀은 3가의 망간-요오드실벤젠종이 결합된 중간체를 발견하게 되는데, 이는 해당 분야에서 발견된 전례가 없었다. 또 단결정을 분석해 그 구조를 밝혔고 산화반응이 일어나는 메커니즘도 함께 증명했다.

조재홍 교수는 "이번 연구는 이제껏 발견된 적이 없던 3가의 망간-요오드실벤젠종을 발견하고 그 형성과정을 규명한데 큰 의미가 있다"며 "산화반응에서 촉매역할을 하는 효소의 효율성 제고를 위한 반응 메커니즘 연구를 계속한다면 앞으로 효소 반응연구 분야 발전에 기여를 할 것"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 화학 분야의 최고학술지 '미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)'에 11월 28일자 게재됐다. DGIST 신물질과학전공 정동현 석박통합과정 학생이 제1저자로 참여했다.