의약품처럼 기능이 복잡한 화학 물질을 만드는 과정은 까다롭습니다. 저렴하면서도 효율적이어야 하고, 의도치 않은 독성이 생기는 것도 막아야 하죠. 올해 노벨 화학상은 분자 사이를 버클로 끼우듯이 편리하게 결합하는 방법을 찾아낸 화학자들이 수상했습니다!
클릭 한 번이면 복잡한 화학 물질도 척척!
블록으로 복잡한 건축물을 만든다고 생각해 봐요. 바닥에서부터 쌓을 수도 있지만, 한 층씩 따로 만든 뒤 결합할 수도 있겠죠. 서울대학교 화학부 김병문 교수는 “복잡한 화학 물질을 만들 때는 하나씩 붙여나가기보다는 작은 단위로 쪼개어 덩어리를 따로 만든 뒤에 합치는 것이 일반적으로 효율적”이라고 말했어요. 하지만 분자들끼리 결합하는 과정도 여전히 시간과 비용이 많이 든다는 어려움이 있었습니다.
올해 노벨 화학상을 받은 미국 스크립스연구소 배리 샤플리스 석좌교수와 덴마크 코펜하겐대학교 모르텐 멜달 교수는 두 개의 탄소 원자가 삼중 결합한 구조 ‘알카인’이 질소 원자 3개로 이루어진 ‘아자이드’와 결합하는 화학 반응에 주목했습니다. 두 구조는 구리 이온(Cu+)만 있으면 높은 온도로 가열하거나, 필요 없는 부산물을 만들지 않고도 버클을 채우듯 쉽고 안정적으로 결합했거든요.
결합하고 싶은 두 물질이 있을 때 한쪽에는 아자이드를, 다른 한쪽에는 알카인을 붙이기만 하면 두 구조를 결합해 원하는 물질을 손쉽게 만들 수 있는 거예요. 김병문 교수는 “클릭화학은 실험실과 공장에서 원하는 물질을 만들 때 획기적인 편리함을 제공했다”고 설명했습니다.
내 몸속에서도 클릭화학이 가능하다?!
한편, 미국 스탠퍼드대학교 캐럴린 버토지 교수는 클릭화학을 활용하면 몸속의 원하는 곳으로 원하는 물질을 쉽게 전달할 수 있을 거라고 생각했습니다. 하지만 몸속에서 기존 클릭 반응을 일으키기는 어려웠어요. 클릭 반응을 위해 촉매로 활용하는 구리 이온은 체내에 많아지면 독성을 나타냈거든요. 버토지 교수는 구리 이온의 도움 없이도 체내에서 안전하게 클릭 반응을 사용할 수 있는 방법을 알아냈습니다. 덕분에 클릭화학을 우리 몸에서도 안전하게 자유롭게 쓸 수 있게 된 거죠.
버토지 교수는 클릭화학의 범위를 생물체까지 확장한 성과를 인정받아 샤플리스, 멜달 교수와 함께 노벨 화학상을 공동으로 수상했습니다. 김병문 교수는 “형광 물질을 의약품에 붙여 이동 경로를 추적하거나, 암세포만 특정해서 죽이는 치료법에도 응용할 수 있다”고 전망했답니다.
➊ 물속에서 반응한다
생명체 내부 환경인 물속에서 결합 반응이 잘 일어난다.
➋ 체온에서도 잘 결합한다
많은 화학 반응은 물이 끓을 정도의 고온이 필요하지만, 클릭 결합은 체온 정도의 낮은 온도에서도 쉽게 일어난다.
➌ 몸속의 다른 세포나 물질과 반응하지 않는다
아자이드는 우리 몸에 자연 상태로 만들어지지 않기 때문에, 의도치 않은 부작용이 일어나지 않는다.
➍ 필요 없는 부산물이 생기지 않는다
클릭 결합이 완료되어도 잔여 물질이 남지 않아 깔끔하다.
