POSTECH 화학공학과 윤용주 교수, 통합과정 정일준 씨, 송병주 씨, 김정명씨 연구팀이 백금 나노입자의 선택적인 표면 구조 노출을 통해 거울상 이성질체 중 하나를 선택적으로 생산하는 백금 나노촉매를 개발했다고 11일 밝혔다.

거울상 이성질체 선택도란 분자의 카이랄성과 관련이 있다. 카이랄성은 원자들의 연결 관계는 똑같지만, 왼손과 오른손처럼 좌우가 서로 뒤집혀 대칭을 이루는 3차원 분자 특성을 가리킨다. 원자 구성과 결합이 같아도 좌우 구조가 대칭을 이루면 거울상 이성질체가 되는데, 인체를 포함한 자연에 존재하는 단백질은 모두 단일 카이랄성을 가지기 때문에 두 거울상 이성질체는 생체 내에서 서로 다른 생리 작용을 나타내는 것으로 알려졌다.

실제로 1950년대에 임산부들의 입덧 방지용으로 판매된 탈리도마이드는 의도치 않게 두 거울상 이성질체가 함께 만들어져 기형아 출산이라는 심각한 부작용을 유발했으며, 결핵 치료제 성분인 에탐부톨의 한 거울상 이성질체는 실명을 유발할 수 있다.

전 세계 의약품 중 절반 이상은 카이랄성을 지니는 화합물을 주성분으로 하기 때문에 의약품의 개발 또는 생산 과정에서 거울상 이성질체의 순도는 항상 중요한 기준에 포함된다. 따라서 고순도의 단일 거울상 이성질체를 생산하기 위한 하나의 방법으로 선택적 촉매 반응을 활용한 연구들이 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 그중에서도 반응물 및 생성물과의 분리와 재사용이 쉬워 산업적 활용 측면에서 큰 장점이 있는 불균일계 촉매를 활용한 거울상 이성질체 선택적 촉매 반응을 연구해왔다. 수 나노미터 크기의 백금 나노입자 합성 과정에서 사용된 고분자들을 간단히 열처리함으로써 특정 표면 구조만 노출된 백금 촉매를 제조하는 데에 성공했다.

또한, 노출된 특정 표면 구조와 거울상 이성질체 선택도 간의 관계 분석을 통해, 거울상 이성질체 선택도를 극대화할 수 있는 백금 나노촉매의 표면 구조를 규명했다.

연구팀은 이번 연구 결과가 높은 거울상 이성질체 선택도를 나타내는 금속 나노촉매의 설계 방향을 제시할 것으로 내다봤다.