연구성과

화학 이은성 교수팀, 120년 유기 라디칼 역사를 새롭게 쓰다

2021-06-18 285

[생체 내 안정한 첫 유기 라디칼 개발]

라디칼은 화학변화가 일어날 때 분해되지 않고 다른 분자로 이동하는 원자의 무리로, 짝지어지지 않은 홀전자를 가진 원자나 분자를 말한다. 전자가 짝지어지지 않았기에 매우 불안정하여 반응성이 큰 특징이 있다. 최근 POSTECH 연구팀이 극한 환경에서도 안정적인 유기 라디칼을 개발했다. 특히 이번에 개발된 라디칼은 생체에서도 살아남은 첫 사례다.

화학과 이은성 교수, 김영석 박사로 이루어진 연구팀은 가혹한 환경에서도 살아남는 새로운 유기물 자성소재인 다이카보닐 라디칼을 개발했다. 이 연구성과는 화학 분야 국제 학술지 ‘미국화학회지(JACS)‘ 게재됐으며, 표지논문으로 채택됐다.

다이카보닐은 탄소와 산소가 이중결합으로 연결된 구조인 카보닐 두 개가 결합한 화합물을 말한다. 연구팀은 이러한 다이카보닐 구조를 질소-헤테로고리 카벤이라 불리는 유기물질과 결합했다. 그 과정에서, 자성을 띤 새로운 유기물질인 다이카보닐 라디칼이 생성되는 것을 관찰했다.

라디칼 물질들은 전자가 쌍을 이루지 않아 자성을 나타내는 특성이 있는데, 이들은 매우 불안정하여 다른 물질들과 쉽게 반응하기 때문에 매우 다루기 어려운 물질이다.

그러나 연구팀이 발견한 다이카보닐 라디칼은 다른 라디칼 물질들과 달리 200℃의 고온 및 산염기 수용액, 산화제, 환원제 등에서 매우 높은 안정성을 보였으며, 특히 세계 최초로 생체 내에서도 안정성을 보여준 유기 라디칼로 앞으로 새로운 응용성이 기대된다.

이은성 교수는 “생체 내 안정한 유기 라디칼이 아직 존재하지 않아서, 노화 및 다양한 질병에 관여한다고 알려진 라디칼들을 활용한 신약 개발이 전무했지만, 이번 연구를 통해 생체 내 안정한 유기 라디칼이 합성됐다“며, ”이 연구를 바탕으로 신약 개발 및 다른 응용성을 찾을 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

또 “특히, 유기 라디칼 기반의 MRI 조영제를 만들게 된다면, 인체에 유해하나 대체재가 없어서 사용하고 있는 가돌리늄 기반의 조영제를 대체하는 데 크게 이바지할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

한편, 이 연구는 한국연구재단개인연구지원사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다.