조재흥 교수
[대전=일요신문] 육심무 기자 =한국연구재단은 조재흥 교수(DGIST) 연구팀이 나이트릴과 반응하는 생체모방물질인 금속-활성산소 종(코발트-퍼옥소 종)을 처음으로 합성했다고 28일 밝혔다.
나이트릴(nitrile)은 탄소(C)와 질소(N)의 삼중결합으로 이루어진 유기화합물의 일종. 화학적으로 기능이 다양하여 어떤 화합물을 합성하는데 있어 재료가 되는 물질로서 쓰이며, 일반적으로 나이트릴이 반응하기 위해서는 강한 산이나 염기 하에서 진행되거나 높은 온도가 필요하다.
사람 몸에는 다양한 금속 효소들이 존재하며 금속 효소는 활성산소와 만나 금속-활성산소 종을 형성하여 산화 반응을 통해 생체 내 물질의 합성 및 분해 작용과 약물 대사 작용을 관여한다.
따라서 많은 연구팀들이 금속-활성산소를 모방한 물질을 합성하여 생체 내 효소 반응을 연구하지만 기존에는 나이트릴과 반응하는 금속-활성산소 종이 없었다.
생체 내에 존재하는 금속 효소는 산소 활성화를 통해 금속-활성산소 종을 형성하며, 체내의 산화적 대사과정에 관여하며, 이러한 금속-활성산소 중간체의 특성은 활성 자리를 모방한 모델 화합물을 통해 연구 되어 왔다.
연구팀은 생성물인 하이드록시메이토코발트(III) 화합물의 다양한 분광학적 특성을 분석하고 단결정 분석을 통해 구조를 밝혔으며, 반응속도론 연구를 통해 반응 기작을 규명하는 연구를 진행했다.
연구팀은 금속인 코발트 화합물에 산화제를 이용하여 합성한 코발트-퍼옥소 종이 상온․상압의 조건에서 나이트릴과 반응하는 것을 확인했고, 이는 금속-활성산소 종이 나이트릴과 반응하는 것을 처음으로 확인한 것이다.
특히 코발트-퍼옥스 종이 나이트릴과 반응하여 생성된 합성물인 하이드록시메이토코발트(III)화합물은 향후 프로드러그(그 자체로는 거의 약물 활성이 나타나지 않으나 생체 내 효소반응 또는 화학반응으로 약효가 나타나는 물질)로 발전할 수 있다.
하이드록시메이토코발트(III) 화합물이 생체 내 환원에 의해 코발트(Ⅱ) 상태가 되면 암세포에서 많이 발현되는 특정 효소를 억제할 수 있기 때문이다.
나이트릴은 식물 호르몬이나 화합물의 합성에서 중요한 역할을 하는 반면 제초제에 포함된 나이트릴 작용기를 갖는 화합물들은 농업 폐기물 등에 남아 환경에 피해를 주기도 한다.
그러므로 나이트릴 작용기의 변환은 환경적으로 중요한 반응이다.
조재흥 교수는 “이 연구는 금속-활성산소 종의 새로운 반응성을 보여주는 것으로 앞으로 나이트릴을 활성화 할 수 있는 촉매 개발에 기여할 것으로 기대한다”며 “합성을 통한 생성물은 항암 프로드러그로서의 개발도 기대된다”고 연구의 의의를 설명했다.
이 연구 성과는 과학기술정보통신부․한국연구재단 C1 가스리파이너리 사업의 지원으로 수행되었다. 화학 분야 국제학술지인 미국화학회지(Jounal of the American Chemical Society) 8월 16일자 논문으로 게재되었다. (논문명 : Distinct Reactivity of a Mononuclear Peroxocobalt(III) Species toward Activation of Nitriles)
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