KAIST, 약한 수소결합으로 ‘결합 1등’ 구리 밀어냈다 작성일 09-06 47 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">백윤정 교수팀, 금속 안정성 순서 뒤집는 구조 구현<br>직접 결합 구조 유지한 채 주변 수소결합만 조절<br>금속 분리·촉매·생체모사 시스템 설계 활용 기대</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="4DfkYTNdD7"> <p contents-hash="b40e49f3a6dfe5bec4d68302beca26a39752a3b89d7aab25673c9d1e0d36c002" dmcf-pid="8w4EGyjJsu" dmcf-ptype="general"> [이데일리 이소현 기자] 늘 ‘결합 1등’으로 여겨졌던 구리가 밀려났다. KAIST 연구진이 금속과 직접 결합하는 구조는 그대로 둔 채 주변의 약한 수소결합만 조절해 구리가 가장 안정적으로 결합한다는 오랜 금속 안정성 순서를 뒤집는 데 성공했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="b1e338e5f2da41bbc4e0676512a1dce32e6eb4b05e435002ab1bda4bb746ab15" dmcf-pid="6r8DHWAiwU" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="서창현(왼쪽부터) 석박사통합과정, 니투 싱(Neetu Singh) 박사, 백윤정 교수, 임하늘 석박사통합과정(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120443166suwi.jpg" data-org-width="411" dmcf-mid="9z1BJRu5rb" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120443166suwi.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 서창현(왼쪽부터) 석박사통합과정, 니투 싱(Neetu Singh) 박사, 백윤정 교수, 임하늘 석박사통합과정(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <div contents-hash="0f3c3270e7bda30c42d4be6aca40dc08d83b4b75fc1be6bc23f6459aab408dbb" dmcf-pid="Pm6wXYcnsp" dmcf-ptype="general"> KAIST는 화학과 백윤정 교수 연구팀이 비타민 B2의 핵심 구조인 플라빈을 이용해 금속 착물을 개발하고, 금속 주변의 수소결합을 조절해 기존 ‘어빙-윌리엄스 계열’과 반대되는 금속 안정성 경향을 구현했다고 6일 밝혔다. </div> <p contents-hash="7f581fe47df49f03a8205e44c64b7714dc8c3e4aae1f8ff7d572edd9c856fa6e" dmcf-pid="QsPrZGkLw0" dmcf-ptype="general">어빙-윌리엄스 계열은 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn) 등 전이금속이 주변 분자와 얼마나 안정적으로 결합하는지를 나타낸 경험 법칙이다. 일반적으로 망간에서 구리로 갈수록 안정성이 높아지고, 특히 구리가 매우 안정한 결합을 만드는 것으로 알려져 있다.</p> <p contents-hash="5b2f78960e416e764ed3ecff83b46ffd57e2a3d2d55bcc10f7c83486976de71c" dmcf-pid="xOQm5HEos3" dmcf-ptype="general">이러한 차이는 금속 안에서 전자들이 어떻게 배치돼 있는지를 뜻하는 전자 구조에 따라 나타나는 것으로 이해돼 왔다. 어떤 금속이 더 잘 붙는지는 각 금속이 가진 고유한 특성에 크게 좌우된다고 본 것이다.</p> <p contents-hash="48e0c20cf9c70b69c198573e0e93d576c179c91a95f1e63495ab7c88424907da" dmcf-pid="y2TKndztEF" dmcf-ptype="general">지금까지 이 순서를 바꾸려면 금속을 직접 붙잡는 분자인 리간드를 새롭게 만들거나, 금속과 주변 분자가 결합하는 방식인 배위 구조를 바꾸는 것이 일반적이었다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f9fd55ab7540014e69a258d86c9eb478b87971f79197c46f883ebf170954efa9" dmcf-pid="WVy9LJqFmt" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="금속 주변의 수소결합이 구리의 구조 변형을 제한해 안정성을 선택적으로 낮추는 그림(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120444405zrig.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="2LLwXYcnrB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120444405zrig.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 금속 주변의 수소결합이 구리의 구조 변형을 제한해 안정성을 선택적으로 낮추는 그림(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <div contents-hash="847e5b2528aae62c5f6428c0f0717091d1a039a5e7a4e45fc7697509d9a83a48" dmcf-pid="YZjHKqyOD1" dmcf-ptype="general"> <strong>직접 결합 대신 주변 수소결합에 주목</strong> </div> <p contents-hash="7a227c5ea54e5014e00cf53fe3cb4d02efe23e1924e1613ee4de6447b62779e8" dmcf-pid="G5AX9BWIs5" dmcf-ptype="general">연구팀은 금속과 직접 결합하는 부분이 아니라 그 바깥에서 작용하는 수소결합에 주목했다. 수소결합은 분자와 분자 사이에서 작용하는 비교적 약한 힘으로, 주변 구조를 일정한 형태로 잡아주는 역할을 한다.</p> <p contents-hash="6a760f4c3463997a26c67bd309f972304f95642d40dc343724ef15e678f47ca1" dmcf-pid="H1cZ2bYCmZ" dmcf-ptype="general">연구팀은 플라빈의 일부 화학 구조를 변형한 ‘플라빈 유도체’를 이용했다. 망간부터 아연까지 서로 다른 금속을 넣되, 각 금속을 둘러싼 분자들이 같은 방식으로 결합하도록 만들었다. 금속 주변의 기본 조건을 같게 한 뒤 수소결합이 각 금속의 안정성에 어떤 차이를 만드는지 살펴본 것이다.</p> <p contents-hash="6c839f288427b1c4eea791d90cb1f05e3224060ba671c8e4e823b8741ef0e4e3" dmcf-pid="Xtk5VKGhsX" dmcf-ptype="general">그 결과 수소결합이 특히 구리가 안정해지는 데 필요한 구조 변화를 막는다는 사실을 확인했다. 구리는 주변 결합 구조를 조금 변형해 자신에게 유리한 형태를 만들면서 더 안정해지는 특성이 있다. 사람이 몸을 움직여 가장 편한 자세를 찾는 것과 비슷하다.</p> <p contents-hash="ac820f4f4bb222e4f183a4a9a45425bc6b7dfcee36fecb5e147cfae113a1fd27" dmcf-pid="ZFE1f9HlrH" dmcf-ptype="general">하지만 연구팀이 만든 구조에서는 주변의 수소결합이 구리를 단단히 잡아주면서 이런 ‘편한 자세’를 취하기 어려워졌다. 그 결과 구리가 안정화 과정에서 얻던 이점이 줄어들었고, 기존과 반대되는 ‘반(反) 어빙-윌리엄스 경향’이 나타났다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="5005c2bb50c5b566e22bb558254b428224d3b852c00c33fbab08fff6baabd859" dmcf-pid="53Dt42XSEG" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="금속 주변의 수소결합이 구리의 안정성을 선택적으로 낮춰 기존 Irving-Williams series를 뒤집음을 보여주는 그림(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120445650raxl.jpg" data-org-width="1097" dmcf-mid="VEhZ2bYCwq" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120445650raxl.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 금속 주변의 수소결합이 구리의 안정성을 선택적으로 낮춰 기존 Irving-Williams series를 뒤집음을 보여주는 그림(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <div contents-hash="04667a67adcc64ba59ad9c3992abf2c031f2b7afc3cd448828b094742163c831" dmcf-pid="10wF8VZvEY" dmcf-ptype="general"> 이번 연구의 의미는 구리가 결합 1등에서 밀려났다는 사실 자체보다, 금속마다 정해져 있다고 여겨졌던 결합 안정성의 순서를 주변 환경을 바꿔 조절할 수 있음을 보였다는 데 있다. </div> <p contents-hash="d8827fae553a5e8bf8bc0dbe44388b409aca4d1285fbed1bec22563da6ee7041" dmcf-pid="tpr36f5TrW" dmcf-ptype="general">예컨대 여러 금속이 섞여 있을 때 원하는 금속은 잘 붙게 하고 다른 금속은 덜 붙게 만들 수 있다면, 필요한 금속만 골라내거나 회수하는 기술에 활용할 수 있다. 원하는 금속이 더 잘 작용하도록 주변 환경을 조절하는 촉매 설계에도 적용 가능성이 있다.</p> <p contents-hash="f7520f8c684d40ac1b815b6fc1f1c835b6d94b252a5a62321d6d98e9b8554dd3" dmcf-pid="FUm0P41yry" dmcf-ptype="general">또 우리 몸의 단백질과 효소가 철, 구리, 아연 등 여러 금속 가운데 필요한 금속을 골라 사용하는 것처럼, 생명체의 작동 원리를 본뜬 생체모사 시스템 설계에도 새로운 방법을 제시할 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="1648abfabbf5fae1b2b460b387095dc2bd152c77cd722756682f674b57b9cda9" dmcf-pid="3uspQ8tWsT" dmcf-ptype="general">백윤정 교수는 “이번 연구의 핵심은 구리의 안정성을 낮췄다는 것 자체보다, 금속이 가진 고유한 특성으로 여겨졌던 결합 안정성의 순서를 주변 환경을 통해 바꿀 수 있음을 보여줬다는 데 있다”며 “앞으로 원하는 금속을 선택적으로 붙잡거나 반응시키는 새로운 화학 시스템을 설계하는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.</p> <p contents-hash="35decbc7286264cdaa04f498d092f3b5b62a3bd74f77b0551d4369bfe23160d0" dmcf-pid="07OUx6FYIv" dmcf-ptype="general">이번 연구는 덴마크에서 열린 국제배위화학학술대회(ICCC)에서도 주목받았다. 제1 저자인 KAIST 화학과 임하늘 석박사통합과정 학생은 이번 연구를 포스터로 발표해 한국인 학생으로는 유일하게 우수 포스터상을 받았다.</p> <p contents-hash="b6b662dcd019b4c27ef17a72c288be538bdc75549dcd372232f50605e0660284" dmcf-pid="pYoyzUlwDS" dmcf-ptype="general">임하늘 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 미국화학회가 발행하는 국제 학술지 ‘미국화학회지(JACS)’에 지난 3일 게재됐다. 논문명은 ‘When Copper Falls: Overriding the Irving-Williams Stability Trend through Outer-Sphere Hydrogen Bonding’이다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="4705894899de97dfa6304374e59fc1468bd1ee8ef1ecbecace6dee49c7791def" dmcf-pid="UGgWquSrOl" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="AI 생성 연구 이미지(사진=KAIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120446898foqy.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="fSLT7phDmz" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202609/06/Edaily/20260906120446898foqy.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> AI 생성 연구 이미지(사진=KAIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="794ec9cd09200b1ca72db787d6a01b51afc1e6858cfad51b094efeda642d5381" dmcf-pid="uHaYB7vmwh" dmcf-ptype="general">이소현 (atoz@edaily.co.kr) </p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 이데일리. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 비타민 B2가 구리를 왕좌에서 끌어내렸다…70년 화학 교과서 뒤집혀 09-06 다음 AI로 우주전파재난 예측…우주항공청·UN, 서울서 국제행사 09-06 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
