코발트 금속 중심에서 활성 산소의 산소-산소 결합이 끊어지고 나이트릴의 탄소와 질소에 각자 산소원자가 결합되어 오각형을 이루는 것을 확인 할 수 있다./사진제공=한국연구재단사람 몸에는 다양한 금속 효소들이 존재한다. 금속 효소는 활성산소와 만나 금속-활성산소 종을 형성하여 산화 반응을 통해 생체 내 물질의 합성 및 분해 작용과 약물 대사 작용을 관여한다.
많은 연구팀들이 금속-활성산소를 모방한 물질을 합성하여 생체 내 효소 반응을 연구한다. 하지만 기존에는 탄소(C)와 질소(N)의 삼중결합으로 이루어진 유기화합물의 일종인 나이트릴과 반응하는 금속-활성산소 종이 없었다. 나이트릴은 식물 호르몬이나 화합물의 합성에서 중요한 역할을 한다. 반면 제초제에 포함된 나이트릴 작용기를 갖는 화합물들은 농업 폐기물 등에 남아 환경에 피해를 주기도 한다. 그러므로 나이트릴 작용기의 변환은 환경적으로 중요한 반응이다.다. 일반적으로 나이트릴이 반응하기 위해서는 강한 산이나 염기 하에서 진행되거나 높은 온도가 필요하다.
한국연구재단은 조재흥 교수 대구경북과학기술원(DGIST) 연구팀이 나이트릴과 반응하는 생체모방물질인 금속-활성산소 종(코발트-퍼옥소 종)을 처음으로 합성했다고 28일 발표했다.
연구팀은 금속인 코발트 화합물에 산화제를 이용하여 합성한 코발트-퍼옥소종이 상온·상압의 조건에서 나이트릴과 반응하는 것을 확인했다. 이는 금속-활성산소 종이 나이트릴과 반응하는 것을 처음으로 확인한 것이다. 퍼옥소는 산소 분자에 전자 2개가 추가된 활성산소다. 특히 코발트-퍼옥스 종이 나이트릴과 반응하여 생성된 합성물인 하이드록시메이토코발트(III)화합물은 향후 프로드러그로 발전할 수 있다. 프로드러그는 그 자체로는 약물 효과가 없지만, 생체 내 효소반응 또는 화학반응으로 약효가 나타나는 물질이다. 하이드록시메이토코발트(III) 화합물이 생체 내 환원에 의해 코발트(Ⅱ) 상태가 되면 암세포에서 많이 발현되는 특정 효소를 억제할 수 있기 때문이다.
조재흥 교수는 “이번 연구는 금속-활성산소 종의 새로운 반응성을 보여주는 것으로 앞으로 나이트릴을 활성화 할 수 있는 촉매 개발에 기여할 것으로 기대한다”라며 “항암 프로드러그로서의 개발도 기대된다”라고 말했다.
과학기술정보통신부·한국연구재단 C1 가스리파이너리 사업의 지원으로 수행된 이번 연구결과는 화학 분야 국제학술지인 미국화학회지에 지난 16일자 논문으로 게재됐다.
조재흥 DGIST교수/사진제공=한국연구재단
노현주 DGIST 연구원/사진제공=한국연구재단
