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<자기조립체에서 초분자 카이랄성이 발현되는 메커니즘 모식도(KAIST제공)>
KAIST 화학과 서명은 교수 연구팀이 생명의 기원과 직결된 카이랄성(비대칭성)의 탄생과 증폭에 대한 실마리를 풀었다.
광학 활성이 뛰어난 신소재, 입체 선택성 높은 촉매, 거울상 분자 검출 센서 개발 등에 응용이 기대된다.
16일 KAIST에 따르면 카이랄(Chiral)은 수학, 화학,물리 등 다양한 과학 분야에서 비대칭성을 가리키는 용어 중 하나다.
지구상에서 탄생한 생명은 한 종류의 거울상 아미노산만을 선택해 단일한 카이랄성을 띠게끔 진화했다.
어떻게 카이랄성이 탄생하고 증폭됐는지는 자연이 단일 카이랄성을 지니게 된 이유와 연관 지을 수 있어, 생명의 기원과 깊게 관련된 문제다.
자연적으로 지구에 내리쬐는 원편광은 그 회전 방향이 무작위에 의할 것이므로 분자와 원편광에 담긴 카이랄 정보가 서로 경쟁하는 가운데 어느 순간 한쪽 거울상이 과잉되면서 단일한 카이랄성이 출현했을 것으로 추론할 수 있다.
그러나, 분자와 원편광으로부터 카이랄 정보가 동시에 전달될 때 어떤 현상이 일어나는지는 거의 연구된 바 없었다.
이에 연구팀은 빛에 반응해 자기조립되는 프로펠러 모양의 분자를 찾고, 분자와 빛에 담긴 카이랄 정보가 전달돼 초분자 나선으로 나타날 때 각각 얼마나 효과적인지 연구했다.
먼저 원편광의 회전 방향과 분자 프로펠러 방향이 맞을 때 광화학 반응이 우세하게 일어나고, 이는 자기조립을 유도해 정해진 나선 방향으로 성장함을 밝혀냈다.
나아가 한쪽 거울상 분자가 과잉된 조건에서 원편광을 쬐어 나선 방향이 어느 쪽을 따라가는지 살폈다.
그 결과 양자의 정보가 일치할 때 초분자 카이랄성이 증폭되고 반대일 때 상쇄되며, 심지어 빛으로 분자 카이랄 정보를 눌러 나선 방향을 반전할 수 있음을 정량적으로 보였다.
또, 일정 비율 이상의 거울상 분자가 축적되면 빛과 관계없이 단일한 나선 방향이 유지되는 것 역시 확인했다.
초분자 나선 구조를 한 번 더 조립해 분자-초분자-거시적 규모에서 모두 카이랄성을 띠는 멀티스케일 카이랄 구조체를 구현한다면 카이랄성을 극도로 증폭할 수 있는 소재를 만들 수 있을 것으로 기대된다.
연구진은 “이번 연구를 발판으로 카이랄 광학 소재, 비대칭 촉매 등 미래 먹거리가 될 수 있는 멀티스케일 카이랄 신소재 개발로 연구를 확장하겠다”고 소감을 밝혔다.
한편, 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘미국화학회지’ 에 지난 4일 온라인판에 게재됐다.
출처 : https://www.news1.kr/articles/?4586428
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