소아이 켄소 프로필·소아이 반응 연구로 일본 32번째 노벨상 화학상 수상

일본 32번째 노벨상 소아이 켄소 교수는 비대칭 자기촉매 반응을 발견했습니다.

1995년 발표한 연구에서 피리미딜 알칸올이 비대칭 자기촉매로 작용해, 처음에 한쪽 거울상 분자가 조금 더 많은 상태에서 그 차이를 크게 키웠습니다.

(거울상(Mirror Image)이란 물체가 거울에 비쳤을 때 나타나는 상으로, 실제 물체와 좌우가 반대로 뒤집힌 형태를 말합니다.)

2003년에는 처음에 우연히 생긴 미세한 차이가 반응을 거치며 증폭돼 사실상 한쪽 거울상 분자만 만들어지는 반응을 구현했습니다.

생명체에서 나타나는 분자의 비대칭성이 작은 우연에서 시작해 커질 수 있는 경로를 실험으로 보였습니다.

공동 수상자 앙리 카강은 1986년 촉매에서 한쪽 거울상 분자가 조금 더 많으면 반응 결과물에서는 그 차이가 훨씬 벌어질 수 있다는 비선형 효과를 발견했습니다.

카강이 제시한 비선형 효과를 소아이가 자기촉매 반응으로 발전시켜, 한쪽 거울상 분자가 스스로 더 많이 만들어지는 반응을 구현했습니다.

이 발견은 원하는 형태의 분자를 높은 순도로 만들어야 하는 의약품 제조에 쓰이는 도구가 됐습니다.

향료와 농약처럼 생명체와 상호작용하는 물질을 개발할 때도 활용할 수 있습니다.

하이너 링케 노벨화학 위원회 위원장은 “앙리 카간과 켄소 소아이는 100년이 넘는 화학적 미스테리에 대한 해답을 제시했다”라며 수상 이유를 밝혔습니다.

일본 32번째 노벨상 소아이 켄소

1950년 5월 3일 일본 히로시마현 아키군 후추정(安芸郡府中町)에서 태어난 유기화학자로 도쿄이과대학 명예교수입니다. 주요 연구 분야는 유기화학 가운데 비대칭 합성, 비대칭 자기촉매, 비대칭 촉매, 자기증식, 비대칭의 기원, 유기합성으로 1979년 도쿄대학에서 받은 이학박사를 받았습니다.

1969년 히로시마대학 부속고등학교를 졸업했고, 1974년 도쿄대학 이학부 화학과를 졸업한 뒤 1976년 도쿄대학 대학원 이학연구과 석사과정 화학전공을 마쳤고, 1979년 같은 대학원에서 무카이야마 데루아키 밑에서 박사과정을 마쳤습니다.

1979년에는 일본학술진흥회 장려연구원이 됐고, 1981년까지 미국 노스캐롤라이나대학에서 어니스트 L. 엘리엘과 함께 박사후연구원 과정을 수행했습니다. 1981년 도쿄이과대학 이학부 응용화학과 강사를 시작으로 1986년 조교수, 1991년 교수가 됐고, 교수직을 거쳐 도쿄이과대학 명예교수가 됐습니다.

ESPCI 파리(2001년), 규슈대학(2005년), 와세다대학(2007년부터 2010년까지), 스트라스부르대학교(2008년), 지린대학(2010년부터 2015년까지)의 객원교수를 맡았습니다. 화학계에서 주목받게 된 것은 1995년에 발견한 비대칭 자기촉매 반응입니다.

반응에서 만들어진 물질이 다시 촉매로 작용해 자신과 같은 형태의 분자를 더 만드는 반응으로, 피리미딘 카발데하이드에 디이소프로필아연이 붙는 과정에서 확인했습니다. 생성물인 2급 알코올이 스스로를 만드는 촉매가 되고, 그 과정에서 한쪽 거울상 분자의 비율이 크게 커지는 비대칭 증폭이 일어나는 소아이 반응(硤合反応) 현상을 발견했습니다.

이후 수많은 상을 수상한 끝에 드디어 2026년 앙리 카강 프랑스 파리 쉬드대 명예교수와 함께 노벨 화학상을 수상하는 영광을 누렸습니다. 2026년 노벨상 상금은 1200만 스웨덴 크로나 (SEK)로 각가 600만 SEK(한화 16억원)를 받게 됩니다.

소아이 켄소의 연구 소아이 반응이란?

 연구는 유기화학, 특히 불균일 합성과 불균일 자기촉매 반응에 집중되어 있습니다. 대표적인 연구 성과인 소아이 반응은 피리미딘-5-카르발데히드에 디이소프로필아연을 부가하는 반응에서 생성물인 2급 알코올 자체가 촉매로 작용하는 자기촉매 반응입니다.

이 반응에서 매우 큰 불균일 증폭이 일어난다는 사실을 발견했습니다. 1995년 발표된 연구에서 소아이 연구팀은 5-피리미딜 알칸올이 불균일 자기촉매로 작용하면서 초기의 작은 거울상 과잉을 증폭시킬 수 있음을 실험적으로 보여주었습니다.

일반적인 촉매는 반응을 촉진하지만 자신과 동일한 생성물을 스스로 증식시키는 구조를 갖지 않는 반면, 불균일 자기촉매에서는 키랄 생성물이 자기 자신의 생산을 촉진하는 촉매 역할을 합니다. 때문에 작은 차이가 반복적인 화학반응을 거치면서 크게 확대될 수 있습니다.

2003년에는 연속적인 불균일 자기촉매 반응을 이용하면 극히 작은 거울상 과잉도 크게 증폭시킬 수 있다는 사실이 확인되었습니다. 관련 연구에서는 매우 낮은 수준의 초기 불균일성에서 출발해 99.5% 이상의 높은 거울상 과잉률에 도달하는 현상까지 보고되었습니다.

소아이 켄소 연구의 의의

노벨위원회는 소아이 교수가 1995년 최초의 중요한 자기촉매 반응을 제시한 데 이어 2003년에는 사실상 한쪽 거울상 분자만 형성되는 반응을 구현했다고 설명했습니다. 이 연구는 생명의 기원을 연구하는 화학자들에게 처음에 존재했던 아주 작은 비대칭성이 어떻게 생명체에서 나타나는 압도적인 한쪽 선택으로 발전할 수 있는가라는 질문에 실험적인 단서를 제공했습니다.

생명체를 구성하는 아미노산과 당류 등은 특정한 키랄 형태를 선호하는데, 초기 지구의 화학반응에서 특별한 이유 없이 한쪽 거울상 분자만 선택적으로 만들어지는 것은 직관적으로 설명하기 어렵습니다. 하지ㅏㄴ 소아이의 불균일 자기촉매는 이 문제에 중요한 화학적 메커니즘을 제공합니다.

이후 켄소 소아이 교수의 연구는 키랄 광물, 원형편광, 키랄 결정 등 다양한 초기 비대칭성의 원인이 불균일 자기촉매와 결합할 가능성을 연구하는 분야로 확장되었습니다. 또한 현대 제약산업에서 키랄성 제어는 핵심적인 합성 기술이기 때문에, 소아이 반응은 의약품 후보물질의 제조와 최적화에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

카강 교수가 제시한 불균일 증폭 개념과 소아이 교수가 구현한 불균일 자기촉매는 화학자들이 특정한 키랄 구조를 선택적으로 만들어내는 방법을 확장하는 데 결정적인 영향을 미쳤습니다.

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