국내 연구진이 아질산염이 일산화질소로 전환되는 과정에서 순간적으로 생성됐다 사라지는 중간체를 세계 최초로 포착하고 그 구조와 역할을 규명했다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 조재흥 교수팀은 전북대 화학과 조경빈 교수팀과 공동으로 해당 반응 과정에서 형성되는 철(Fe) 기반 중간체를 실제로 분리·확인했다고 8일 밝혔다.

아질산염이 환원돼 일산화질소로 바뀌는 반응은 공기 약 78%를 차지하는 질소의 자연 순환 과정이자, 혈관 확장과 면역 작용을 돕는 중요한 생체 반응이다. 기존에도 철 기반 중간체의 존재는 예측됐지만, 불안정성 탓에 직접 관측된 사례는 드물었다.

연구진은 철-아질산 복합체에 산을 가하고 영하 40도 저온 조건에서 반응을 천천히 진행해 '철-엔오 식스' 중간체를 분리하는 데 성공했다. 분석 결과 이 중간체는 일산화질소 생성 직전 단계의 물질로 확인됐다.

아질산염이 양성자를 받아 분리된 뒤 질소-산소 결합이 끊어지면서 생성된 이온이 철과 결합한 상태를 이루고, 이후 전자를 추가로 받으면 일산화질소가 방출되는 구조다.

반응 조건에 따라 경로가 달라지는 점도 확인됐다. 양성자와 전자가 차례대로 전달될 때는 이 중간체를 거치지만, 동시에 전달될 경우 다른 형태로 직접 전환됐다.

조재흥 교수는 "아질산염이 일산화질소로 전환되는 중간 단계를 처음으로 명확하게 밝혀냈다"며 "특정 단계를 활성화하거나 억제하는 방식의 혈관 질환 치료제 개발이나 새로운 촉매 설계에 이론적 토대가 될 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 화학 분야 권위 국제 학술지인 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 3월 30일 공개됐다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단과 보건복지부의 지원으로 수행됐다.