————비타민 B1에 관한 67세의 ‘미친’ 이론이 마침내 입증되었습니다.

발견의 중심에는 6개의 원자가 전자를 가진 탄소 형태인 카르벤이 있습니다. 정상적인 조건에서 탄소 원자는 8개의 전자로 가장 안정적입니다. 6개만 있으면 카르벤은 매우 불안정하며 주변 환경과 거의 즉각적으로 반응합니다. 물에서는 일반적으로 즉시 분해됩니다.

수십 년 동안 과학자들은 티아민이라고도 알려진 비타민 B1이 세포 내부에서 카르벤과 같은 구조를 잠시 형성하여 필수적인 생화학 반응을 촉진할 수 있다고 믿었습니다. 그러나 분자의 극도의 불안정성으로 인해 그러한 조건에서 직접 관찰할 수 있는 사람은 아무도 없었습니다.

물에서 최초로 관찰된 안정적인 카르벤

연구자들은 이제 물 속에서 안정하게 유지되는 카르벤을 만드는 데 성공했습니다. 그들은 그것을 생성했을 뿐만 아니라, 그것을 분리하고 튜브에 밀봉하고 몇 달 동안 그대로 유지되는 것을 관찰했습니다. 이번 연구 결과는 Science Advances에 발표된 연구에 자세히 나와 있습니다.

논문의 교신저자이자 UC 리버사이드 화학 교수인 빈센트 라발로(Vincent Lavallo)는 “물 속에서 안정한 카르벤을 관찰할 수 있었던 것은 이번이 처음이다”고 말했다. “사람들은 이것이 미친 생각이라고 생각했습니다. 그러나 알고 보니 Breslow가 옳았습니다.”

1958년 가설이 마침내 확인됨

Lavallo는 1958년에 비타민 B1이 주요 생화학 반응을 활성화하기 위해 카르벤으로 전환될 수 있다고 제안한 컬럼비아 대학의 화학자 Ronald Breslow를 언급하고 있습니다. 이 아이디어는 영향력이 있었지만 카르벤은 특히 물에서 너무 불안정하여 포획하거나 연구할 수 없기 때문에 입증되지 않았습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 Lavallo 팀은 카르벤을 둘러싸는 보호 분자 구조를 개발했습니다. 그는 이것을 물과 근처의 다른 분자로부터 반응 센터를 보호하도록 설계된 “갑옷”이라고 설명합니다. 이러한 보호 기능을 통해 카르벤은 핵자기공명 분광법과 X선 결정학을 사용하여 상세한 분석을 할 수 있을 만큼 충분히 안정해지며, 이는 그러한 분자가 물에 존재할 수 있다는 명확한 증거를 제공합니다.

UCR에서 대학원생으로 연구를 마치고 현재 UCLA에서 박사후 연구원인 제1저자 Varun Raviprolu는 “우리는 역사적인 이론을 쫓는 것이 아니라 화학을 탐구하기 위해 이러한 반응성 분자를 만들고 있었습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리의 연구는 Breslow가 수년 전에 제안한 것을 정확히 확인하는 것으로 나타났습니다.”

보다 친환경적인 화학 및 의약품 생산을 향하여

그 의미는 과학적 미스터리를 해결하는 것 이상입니다. 카르벤은 화학 반응을 촉진하는 데 도움이 되는 금속 기반 촉매의 “리간드” 또는 지지 성분으로 널리 사용됩니다. 이러한 촉매는 의약품, 연료 및 기타 재료를 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 이러한 공정 중 상당수는 독성 유기 용매에 의존합니다.

연구진은 물 속에서 카르벤을 안정화함으로써 보다 안전하고 환경 친화적인 화학 물질 생산의 문을 열었을 수 있습니다.

“물은 이상적인 용매입니다. 물은 풍부하고 무독성이며 환경 친화적입니다.”라고 Raviprolu는 말했습니다. “이러한 강력한 촉매를 물에서 작동시킬 수 있다면 이는 친환경 화학을 향한 큰 진전입니다.”

살아있는 세포의 화학을 모방하는 데 더 가까워졌습니다.

물 속에서 반응성 중간 분자를 생성하고 유지하는 능력은 과학자들이 대부분 물로 구성되어 있는 살아있는 세포 내부에서 자연적으로 발생하는 화학을 복제하는 데 더 가까워지도록 해줍니다.

Lavallo는 “이와 같이 우리가 결코 분리할 수 없었던 다른 반응성 중간체도 있습니다”라고 말했습니다. “우리와 같은 보호 전략을 사용하면 마침내 그들을 보고 배울 수 있을 것입니다.”

이정표가 되는 해

20년 동안 카르벤을 연구해 온 Lavallo에게 이번 성과는 과학적, 개인적 의미를 모두 갖습니다.

“불과 30년 전만 해도 사람들은 이러한 분자가 만들어질 수도 없다고 생각했습니다.”라고 그는 말했습니다. “이제 우리는 그것들을 물에 담아 병에 담을 수 있습니다. Breslow가 몇 년 전에 했던 말은 — 그가 옳았습니다.”

라비프롤루는 이번 혁신을 과학의 지속성에 대한 더 넓은 교훈으로 본다.

그는 “우리가 과학에 계속 투자한다면 오늘은 불가능해 보이는 일이 내일은 가능할 수도 있다”고 말했다.