촉매의 마법사, 료지 노요리: 비대칭 합성, BINAP, 과학에 대한 열정과 헌신

료지 노요리 사진 "출처: 위키미디어 커먼즈(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ryoji_Noyori_20021212.jpg), 라이선스: CC BY 4.0"

 

 

혹시 '카이랄성'이라는 단어를 들어보셨나요? 우리 주변의 많은 분자들은 마치 오른손과 왼손처럼 거울상 대칭이지만 겹쳐지지 않는 특징을 가지고 있는데, 이를 카이랄성이라고 합니다. 료지 노요리(野依 良治, 1938년 9월 3일 ~ )는 이러한 카이랄성을 가진 분자를 선택적으로 합성하는 촉매를 개발한 일본의 화학자입니다. 그는 비대칭 합성 분야의 선구자로, BINAP이라는 독창적인 카이랄 리간드를 개발하여 2001년 노벨 화학상 을 수상했습니다. 이 글에서는 노요리의 삶과 그의 핵심 연구 업적인 비대칭 합성과 BINAP에 대해 자세히 알아보고, 그것이 현대 화학에 미친 영향을 살펴보겠습니다.

1. 비대칭 합성: 카이랄 분자, 생명의 키랄성, 그리고 선택적 합성의 중요성

료지 노요리는 1938년 일본 고베에서 태어났습니다. 그는 교토 대학교에서 화학을 전공했고, 1967년 같은 대학에서 박사 학위를 받았습니다. 이후 하버드 대학교에서 박사 후 연구원으로 활동했으며, 1972년부터 나고야 대학교에서 교수로 재직하며 유기 화학 분야 연구를 수행했습니다. 노요리는 카이랄 분자의 합성에 대한 연구를 시작했습니다. 카이랄 분자는 거울상 이성질체를 갖는 분자로, 왼손과 오른손처럼 서로 겹쳐지지 않는 두 가지 형태가 존재합니다. 이러한 두 가지 형태를 거울상 이성질체(enantiomer)라고 합니다. 카이랄 분자는 자연계에 널리 존재하며, 특히 생명체를 구성하는 많은 분자가 카이랄성을 가지고 있습니다. 예를 들어, 아미노산, 당, 그리고 DNA 등이 카이랄 분자입니다. 흥미로운 것은 카이랄 분자의 두 거울상 이성질체는 물리적 및 화학적 성질이 거의 동일하지만, 생체 내에서 전혀 다른 활성을 나타낼 수 있다는 것입니다. 한쪽 거울상 이성질체는 약효를 나타내지만, 다른 쪽 거울상 이성질체는 독성을 나타내거나 아무런 효과가 없을 수도 있습니다. 따라서 의약품이나 향수 등을 합성할 때 원하는 카이랄 분자만을 선택적으로 합성하는 것이 매우 중요합니다. 노요리는 비대칭 합성 분야의 선구자입니다. 비대칭 합성은 카이랄 촉매를 사용하여 원하는 카이랄 분자만을 선택적으로 합성하는 것을 말합니다. 노요리는 다양한 카이랄 촉매를 개발하고, 이를 이용하여 다양한 카이랄 분자를 선택적으로 합성하는 데 성공했습니다. 그의 연구는 의약품, 농약, 그리고 향수 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.

2. BINAP: 카이랄 리간드의 혁신, 비대칭 합성의 새로운 지평을 열다

노요리의 가장 큰 업적 중 하나는 BINAP(2,2'-bis(diphenylphosphino)-1,1'-binaphthyl)이라는 카이랄 리간드를 개발한 것입니다. 리간드는 중심 금속 원자에 결합하는 분자 또는 이온으로, 촉매의 활성과 선택성에 큰 영향을 미칩니다. 카이랄 리간드는 카이랄성을 갖는 리간드로, 비대칭 합성에 사용되는 촉매의 핵심 요소입니다. BINAP은 두 개의 나프탈렌 고리 가 결합된 구조를 가진 카이랄 리간드입니다. BINAP은 뛰어난 입체 선택성을 가지고 있어, 비대칭 수소화 반응, 비대칭 이성질화 반응, 그리고 비대칭 탄소-탄소 결합 형성 반응 등 다양한 비대칭 반응에 활용될 수 있습니다. BINAP을 리간드로 사용하는 촉매는 높은 활성과 선택성을 나타내며, 다양한 반응 조건에서 사용할 수 있습니다. 또한, BINAP은 안정적이고 재사용이 가능하기 때문에, 산업적으로도 매우 유용합니다. BINAP의 개발은 비대칭 합성 분야에 큰 영향을 미쳤습니다. BINAP을 이용한 촉매는 의약품, 농약, 그리고 향수 등 다양한 카이랄 분자를 합성하는 데 사용되고 있으며, 더 효율적이고 선택적인 합성 방법을 제공합니다.

3. 과학에 대한 열정과 헌신

료지 노요리는 평생 동안 과학 연구에 몰두했으며, 화학반응의 본질을 이해하고자 하는 열정을 가지고 있었습니다. 그는 자신의 연구 결과를 통해 세상을 더 잘 이해하고, 인류 사회에 기여하고자 했습니다. 노요리는 과학자의 자세에 대해서도 깊이 생각했습니다. 그는 과학자가 갖추어야 할 가장 중요한 덕목으로 호기심, 창의성, 그리고 끈기를 꼽았습니다. 그는 끊임없이 새로운 질문을 던지고, 독창적인 아이디어를 제시하며, 어려움에 굴하지 않고 연구를 계속해야 한다고 강조했습니다. 노요리는 또한 과학 교육의 중요성을 강조했습니다. 그는 나고야 대학교에서 오랫동안 교수로 재직하며 많은 학생들을 지도했고, 그들 중 일부는 후에 저명한 화학자가 되었습니다. 노요리는 학생들에게 과학적 사고방식과 창의적인 연구 자세를 가르치는 것을 중요하게 생각했으며, 학생들이 자신의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있도록 격려했습니다. 료지 노요리는 비대칭 합성 분야의 선구자로, BINAP이라는 독창적인 카이랄 리간드를 개발하여 노벨 화학상을 수상했습니다. 그는 유기 합성 분야에 큰 영향을 미쳤으며, 그의 연구는 의약품, 농약, 그리고 향수 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 노요리의 삶과 업적은 과학적 호기심, 창의성, 그리고 끈기의 중요성을 보여주는 훌륭한 사례입니다.