▲ AI생성 이미지
건강기능식품 성분으로 알려진 코엔자임 Q10의 작동 원리를 응용한 새로운 촉매 기술이 국내 연구진에 의해 구현됐다.
KAIST는 화학과 백윤정 교수 연구팀이 기초과학연구원 권성연 박사 연구진과 협력해 코엔자임 Q10의 핵심 구조로 알려진 '퀴논(Quinone)'을 활용한 분자 촉매 시스템을 개발했다고 26일 알렸다.
퀴논은 인체 세포의 미토콘드리아에서 전자와 수소를 동시에 이동시키며 에너지 생성 과정에 관여하는 분자다. 세포 내 에너지 전달 과정에서 중요한 역할을 하지만 인공 화학 반응에서는 안정성이 낮아 활용에 제약이 있었다.
특히 반응 과정에서 형성되는 '세미퀴논' 중간체가 쉽게 분해되는 특성 때문에 촉매로 반복 사용하기 어려웠다.
▲ 왼쪽부터 IBS 권성연 박사후연구원, KAIST 원창현 석박사통합과정, 백윤정 교수
연구진은 이러한 한계를 해결하기 위해 퀴논에 금속 티타늄을 결합하는 분자 설계 전략을 도입했다.
금속 중심과의 상호작용을 통해 불안정한 세미퀴논 중간체를 안정적으로 유지하도록 만들었고, 전자와 수소가 동시에 이동하는 반응을 지속적으로 수행하는 촉매 구조를 완성했다.
이 과정에서 값싸고 풍부한 금속인 티타늄을 활용해 반응 안정성과 촉매 내구성을 동시에 확보했다.
▲ 티타늄–퀴논 복합체 기반 양성자·전자 전달 촉매 개념도
연구팀은 이번 성과가 생체 에너지 전달 분자의 반응성을 금속 화학적으로 제어해 촉매로 활용한 첫 사례라는 점에서 의미가 있다고 평가했다.
또 불안정한 반응 중간체를 안정화하는 전략이 차세대 인공 촉매 설계에 중요한 단서가 될 수 있다는 가능성도 제시됐다.
이 기술은 에너지 전환 반응과 환경 촉매, 신약 합성 등 다양한 화학 분야에서 활용 가능성이 기대된다.
백윤정 교수는 자연계에서 중요한 기능을 수행하는 퀴논의 한계를 금속 화학으로 보완해 새로운 촉매 설계 방향을 제시한 연구라고 소개했다.
이번 연구에는 KAIST 화학과 원창현 석박사통합과정이 1저자로 참여했다. 연구 결과는 미국화학회가 발행하는 국제 학술지 'Journal of the American Chemical Society'에 게재됐다. /대전=이한영기자
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