키랄성 충격: 제네바 화학자들이 수천 년 동안 안정적인 '거울 방지' 약물을 만들어냈다

이 연구에서 합성된 거울 분자는 비대칭 탄소(회색)가 산소 원자(빨간색)로 완전히 치환된 형태이고, 수소 원자는 흰색으로 표시되어 있습니다. 출처: © Pierrick Berruyer

생명을 구하는 분자의 "쌍둥이"가 치명적인 독이라는 것을 상상해 보세요. 놀랍게도 이러한 화학적 실체는 "키랄성"이라고 합니다. 오른손과 왼손처럼 두 분자는 같은 구성을 가질 수 있지만, 공간상에서 모양과 배열이 다를 수 있습니다. 그리고 이러한 차이는 모든 것을 바꿀 수 있습니다. 이러한 현상을 이해하고 제어하는 것은 약물 설계에 매우 중요합니다. 제네바 대학교(UNIGE)의 한 연구팀은 피사 대학교와 협력하여 놀랍도록 안정적인 키랄 분자군을 개발했습니다. 이 연구는 기하 구조 제어 약물 설계에 새로운 가능성을 열어줍니다. 이 연구는 미국 화학회 저널(Journal of the American Chemical Society)에 게재되었습니다.

분자 또는 어떤 물체가 회전, 이동, 그리고 기하학적 변화의 조합으로 거울상에 겹쳐질 수 없을 때, 그 물체는 카이랄하다고 합니다. 이는 마치 우리의 두 손이 겉보기에는 똑같아 보이지만, 등에서 보든 손바닥에서 보든 겹쳐질 수 없는 것과 같습니다. 이러한 보편적인 분자 비대칭성은 화학자들이 생명체와 정밀하게 상호작용할 수 있는 카이랄 분자를 설계하도록 요구합니다.

분자 내에서 카이랄성은 종종 입체 중심(stereogenic center)이라고 하는 하나 이상의 비대칭 중심의 존재로 인해 발생합니다. 입체 중심은 종종 중심 탄소 원자로 구성되며, 이 중심 탄소 원자는 네 개의 서로 다른 원자 그룹 또는 사슬, 보통 탄소와 결합합니다. UNIGE 과학부 화학 및 생화학부 유기화학과 정교수인 제롬 라쿠르(Jérôme Lacour)가 이끄는 연구팀은 새로운 유형의 입체 중심을 개발했습니다. 이번에는 중심 탄소 원자가 탄소 사슬로 둘러싸여 있지 않고 산소와 질소 원자로만 둘러싸여 있습니다. 이는 화학 분야 최초입니다.

"이러한 새로운 유형의 입체 중심을 가진 분자는 이전에는 안정된 형태로 분리된 적이 없었습니다. 이들의 합성과 특성 규명은 중요한 개념적, 실험적 돌파구를 제시합니다."라고 제롬 라쿠르는 설명합니다.

뛰어난 안정성

키랄 분자의 안정성은 특히 중요한 매개변수입니다. 거울 분자 쌍은 구조적으로 매우 가깝기 때문에, 많은 경우 온도의 영향 등으로 인해 한쪽 분자에서 다른 쪽 분자로 자발적으로 전환될 수 있습니다. 마치 왼손이 갑자기 오른손으로 변하는 것처럼 말입니다. 이렇게 하면 약물에서 비활성 또는 심지어 독성 분자로 전환될 수 있습니다! UNIGE 연구팀이 개발한 새로운 분자 구조는 탁월한 키랄 안정성을 특징으로 하며, 이는 한 분자에서 거울 분자로의 전환이 매우 드물다는 것을 의미합니다.

박사과정 학생이자 이 연구의 제1저자인 올리비에 뷰데스는 다음과 같이 설명합니다. "동적 크로마토그래피 기술과 양자화학 계산을 사용하여, 개발된 첫 번째 분자의 경우, 샘플의 절반이 거울 분자로 변환되는 데 실온에서 84,000년이 걸린다는 것을 보였습니다." 약물의 경우, 이러한 안정성은 특정 조건 없이도 안전한 보관을 보장합니다. 두 번째 분자의 경우, 이 시간은 25°C에서 227일로 추산되었습니다.

제네바 연구팀이 개발한 새로운 입체 중심 구조는 안정적이고 제어된 3차원 키랄 분자의 설계를 가능하게 할 것입니다. 이러한 구조는 약물 설계 및 신소재 개발에 새로운 가능성을 열어줍니다. 피사 대학교 교수이자 본 논문의 공동 책임 연구원인 제나로 페시텔리는 "이러한 새로운 입체 중심 구조는 분자 공간을 구성하는 새로운 방식을 제시합니다. 화학 합성에 완전히 새로운 수준의 자유와 상상력을 열어줍니다."라고 결론지었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/07/250715043355.htm