2021 노벨 화학상 수상자인 베냐민 리스트 독일 막스플랑크연구소 교수와 데이비드 맥밀런 미국 프린스턴대 화학과 교수. 노벨위원회 제공
올해 노벨 화학상은 '비대칭 유기촉매'를 개발한 베냐민 리스트(53) 독일 막스플랑크연구소 교수와 데이비드 맥밀런(53) 미국 프린스턴대 화학과 교수에게 돌아갔다. 과학계는 화학반응에 참여해 반응속도를 바꾸는 촉매에는 금속과 효소 두 유형만 존재한다고 믿었는데, 두 학자는 유기분자를 기반으로 한 세 번째 촉매를 개발했다.
스웨덴 왕립과학원 노벨상위원회는 6일(현지시간) 수상자를 발표하며 "이들은 금속과 효소만 촉매로 쓸 수 있다는 원칙을 뒤집고 세 번째 유형인 비대칭 유기촉매를 2000년에 각각 개발했다"며 "연구 성과는 제약 연구에 큰 영향을 미쳤고 화학 분야를 더 친환경적으로 만들었다"고 선정 이유를 밝혔다. 이론으로만 존재했던 유기촉매 기술을 현실로 끌어낸 공로를 인정한 것이다.
대표적인 거울 분자인 리모넨 분자 모습. 노벨위원회 제공
촉매는 직접 화학반응에 참여하지 않지만 속도와 반응을 제어한다. 화학 물질을 만드는 모든 과정에 촉매가 사용된다. 두 학자가 개발한 유기촉매는 탄소 원자로 이뤄져 있는데, 이 구조에 산소와 질소 원자 등을 붙일 수 있어 활용성이 높다. 이덕환 서강대 화학과 명예교수는 "생물체의 대부분은 비대칭 물질이고 생리 활성에 있는 것을 선택적으로 합성해주는 게 비대칭 유기촉매"라며 "실제로 이를 개발해내는 것이 유기화학의 과제 중 하나였다"고 설명했다.
비대칭 유기촉매는 친환경적이기도 하다. 의약품 제조 과정에는 화학 합성이 이뤄지는데, 촉매로 사용된 금속이 남으면 독성을 유발할 수 있다는 점이 문제였다. 하지만 유기촉매는 천연물질에서 나오는 경우가 많고 독성이 적어 널리 활용될 수 있다.
베냐민 리스트 교수는 1970년대 초 아미노산 중 하나인 '프롤린'이 촉매로 사용된 연구 결과에 주목했고, 프롤린이 탄소 원자를 결합하는 역할을 할 수 있는지 실험했다. 노벨위원회 제공
이들이 개발한 유기촉매는 이미 널리 사용되고 있다. 우울증 치료제로 쓰이는 '듀록세틴'과 당뇨병 치료제 '시타글립틴'이 대표적이다. 배한용 성균관대 화학과 교수는 "우울증과 당뇨병을 치료하는 약물을 만드는데 올해 수상자들이 고안한 유기촉매 반응이 사용된다"며 "두 사람이 공동 연구를 한 건 아니지만 경쟁적으로 같은 시기에 연구를 진행하며 활용 가능한 유기촉매를 개발해냈다"고 말했다.
두 수상자는 상금 1,000만 스웨덴크로나(약 13억 원)를 절반씩 나눠 갖는다. 120주년을 맞은 노벨상은 알프레드 노벨의 기일인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 시상식을 열었지만, 올해는 코로나19 확산으로 온라인으로 진행된다. 남은 노벨상 발표는 문학, 평화, 경제 순으로 11일까지 이어진다.
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