2026 노벨화학상 카간·소아이: 소아이 반응과 호모키랄성 풀이

2026 노벨화학상은 프랑스의 앙리 B. 카간과 일본의 소아이 겐소에게 돌아갔어요. 두 사람은 아주 작은 '한쪽 손' 쏠림이 화학 반응 속에서 크게 불어날 수 있다는 걸 보였어요. 생명체는 거울상 분자 가운데 거의 한쪽만 쓰는데, 이 상태를 호모키랄성이라고 해요. 이 현상이 어떻게 생겼는지 설명할 실마리로 평가받았어요.

2026 노벨화학상, 누가 무엇으로 받았나요?

스웨덴 왕립과학원은 10월 7일(수) 스톡홀름에서 2026 노벨화학상을 발표했어요. 선정 이유는 '비대칭 유기합성에서 비선형 효과와 자기촉매의 발견'이에요. 공식 문구가 '연구'가 아니라 '발견'이라는 게 눈에 띄어요.

두 수상자는 이래요.

• 앙리 B. 카간: 수상 당시 95세, 프랑스 파리-쉬드 대학교(오르세) 소속이에요.
• 소아이 겐소: 수상 당시 76세, 일본 도쿄이과대학 소속이에요.

상금은 1,200만 스웨덴 크로나(약 120만 달러)예요. 두 사람이 똑같이 반씩 나눠요.

화학위원회 위원장 하이너 링케는 이렇게 말했어요. 두 사람의 연구가 100년 넘은 수수께끼에 해답을 내놓았다고요. 그 수수께끼는 "호모키랄성이 어떻게 저절로 생겨날 수 있는가"예요.

카이랄성과 거울상 과잉률(ee)은 무엇인가요?

오른손을 거울에 비추면 왼손 모양이 돼요. 그런데 오른손과 왼손을 포개면 딱 겹치지 않아요. 이렇게 거울에 비치면 같아 보이지만 포개지지 않는 성질을 카이랄성이라고 해요. 분자 가운데도 이런 '손잡이'가 있는 분자가 있어요. 이런 분자 한 쌍을 '거울상'이라고 불러요.

같은 원자로 이루어진 거울상 분자라도 성질이 다를 수 있어요. 카르본이 좋은 예예요. 카르본의 한쪽 거울상에서는 민트 향이 나요. 다른 쪽 거울상에서는 캐러웨이 향이 나요.

약도 마찬가지예요. 노벨위원회 위원 페테르 솜파이는 "약의 왼손형은 한 가지 효과를, 오른손형은 다른 효과를 낼 수 있다"고 했어요. 약을 만들 때 원하는 손 한쪽만 골라 만드는 기술이 필요한 이유예요.

생명체는 이 거울상 두 형태 가운데 거의 한쪽만 써요. DNA는 오른쪽으로 꼬여 있어요. 단백질은 주로 왼손형 빌딩블록으로 이루어져요. 이렇게 한쪽으로 통일된 상태가 호모키랄성이에요.

한쪽이 얼마나 우세한지는 거울상 과잉률(ee)로 나타내요. 두 거울상이 섞여 있을 때 한쪽이 얼마나 더 많은지를 백분율로 적은 값이에요. 정확히 반반이면 0%, 한쪽만 있으면 100%예요.

예를 들어 볼게요. 분자 100개 가운데 왼손형이 51개, 오른손형이 49개라고 해 볼게요. 차이 2개를 전체 100개로 나누면 ee는 2%예요. 거의 반반이지만 한쪽이 아주 조금 많은 상태예요.

이 글에 나오는 숫자는 모두 ee예요. "ee 2%에서 55%가 됐다"는 말은 거의 반반이던 혼합물이 한쪽으로 뚜렷하게 쏠렸다는 뜻이에요.

카간의 비선형 효과: 촉매보다 생성물이 더 한쪽으로 쏠리는 이유

카간 연구팀은 1986년 미국화학회지에 비선형 효과를 보고했어요. 서지 정보는 J. Am. Chem. Soc. 108권 2353쪽이에요. 공저자는 Puchot, Samuel, Duñach, Zhao, Agami, Kagan이에요.

한쪽 손 분자를 만들 때는 손잡이가 있는 촉매(키랄 촉매)를 써요. 상식적으로는 촉매의 ee와 생성물의 ee가 정비례한다고 예상하죠. 촉매가 반쯤 섞여 있으면 생성물도 그만큼 덜 쏠린다는 생각이에요.

카간은 이 비례 관계가 깨지는 반응을 찾았어요. 이것이 비선형 효과예요. 생성물의 ee가 촉매의 ee에 정비례하지 않는 현상을 말해요.

카간이 1986년에 살펴본 반응은 세 가지예요.

• 티타늄 촉매로 제라니올을 산화하는 샤플리스 에폭시화 반응
• 티타늄 촉매로 메틸 p-톨릴 설파이드를 산화하는 반응
• 프롤린을 촉매로 쓰는 하요스-패리시 반응

이 가운데 샤플리스 반응에서는 생성물 ee가 촉매 ee보다 높게 나왔어요. 이를 '양의 비선형 효과'라고 불러요. 나머지 두 반응은 반대로 생성물 ee가 예상보다 낮게 나왔어요.

왜 이런 일이 생길까요? 촉매 분자끼리 뭉치는 방식 때문이에요. 비선형 효과는 금속 촉매가 기질(반응 재료) 둘 이상과 결합하는 반응에서 나타나요. 촉매 분자 두 개가 짝을 지을 때 같은 손끼리 뭉친 쌍이 생기고, 다른 손끼리 뭉친 쌍도 생겨요.

두 쌍은 안정성과 반응성이 서로 달라요. 어느 쌍이 더 안정하고 어느 쌍이 더 잘 반응하느냐가 갈림길이에요. 그에 따라 생성물 ee가 촉매 ee보다 높아지기도 하고 낮아지기도 해요.

양의 비선형 효과는 촉매의 쏠림이 생성물에서 더 커질 수 있다는 뜻이에요. 순도가 낮은 촉매로도 순도가 더 높은 생성물을 얻을 수 있어요.

소아이 반응이란? 생성물이 자기 자신을 만드는 비대칭 자기촉매

카간의 반응에서는 촉매와 생성물이 서로 다른 물질이에요. 소아이는 여기서 한 걸음 더 나갔어요. 생성물이 곧 촉매가 되는 반응을 찾은 거예요. 이런 반응을 자기촉매 반응이라고 해요.

소아이 연구팀은 1995년 Nature 378권 767–768쪽에 논문을 실었어요. 제목은 「Asymmetric autocatalysis and amplification of enantiomeric excess of a chiral molecule」이에요. 공저자는 Shibata, Morioka, Choji예요.

반응 재료는 두 가지예요.

• 피리미딘-5-카르브알데하이드
• 다이아이소프로필아연

두 재료가 반응하면 손잡이가 있는 알코올(피리미딜 알칸올)이 생겨요. 이 알코올이 다시 같은 반응의 촉매가 돼요. 왼손형 알코올은 왼손형 알코올을 더 많이 만들어요. 오른손형은 오른손형을 만들고요.

1995년 실험에서 생성물 ee는 한 번의 반응으로 약 2%에서 55%가 됐어요. 이 생성물을 촉매로 반응을 몇 차례 되풀이하자 ee는 약 90%까지 올라갔어요. 다만 일부 리뷰 요약은 '0.00005%에서 1회 만에 57%, 2회 만에 99%'라는 수치를 적었어요. 이 수치는 1995년 이후 후속 실험의 결과일 가능성이 있어요.

후속 실험의 숫자는 더 극적이에요. ee 0.00005%에서 시작한 반응이 세 차례 만에 99.5% 이상이 됐어요. 약 63만 배 증폭이에요. ee 0.00005%는 두 거울상이 사실상 반반인 상태예요. 그 상태에서 세 번 만에 거의 한쪽만 남은 거예요.

솜파이 위원은 이 반응을 "아마 유기화학에서 가장 멋진 실험"이라고 불렀어요. 노벨위원회는 이 성과를 '생명 그 자체 말고는' 누구도 이루지 못했던 일로 묘사했어요.

소아이 반응과 생명의 호모키랄성: 의미와 한계

소아이 반응의 의미는 작은 쏠림이 크게 불어나는 '증폭 원리'를 보여 준 데 있어요.

소아이 반응에서는 아주 작은 키랄 요인도 어느 쪽 거울상이 우세해질지를 정할 수 있어요. 그런 요인으로는 이런 것들이 꼽혀요.

• 한 방향으로 회전하는 빛(원편광)
• 손잡이가 있는 유기 결정
• 반응 재료의 일부 원자를 무게만 다른 원자(동위원소)로 바꾼 경우

얼마나 작은 불균형까지 통할까요? 한쪽 촉매 분자가 약 6만 개만 더 있어도 결과가 갈려요. 용액 1mL 기준으로 약 10⁻¹⁶M에 해당해요. 거의 완벽한 반반 혼합물에 그 정도만 섞여도 최종 결과가 한쪽으로 기운다는 뜻이에요.

화학자 Denmark는 소아이 반응을 이렇게 평가했어요. 프랭크(Frank)가 제시한 '화학적 호모키랄성 조건'을 충족하는 유일하게 알려진 반응이라고요. 링케 위원장이 말한 "호모키랄성이 어떻게 저절로 생겨날 수 있는가"라는 질문에 실험으로 답한 셈이에요.

그렇다면 소아이 반응이 원시 지구에서 실제로 일어난 반응일까요? 그렇지는 않아요. 이 반응은 물에 약해요. 생명은 물속에서 움직이니까 소아이 반응을 그대로 생명의 기원에 대입할 수는 없어요.

그래서 "노벨상이 생명의 기원 반응을 찾아냈다"고 이해하면 틀려요. 이 연구가 보여 준 건 어디까지나 '증폭 원리'예요. 작은 쏠림이 화학 반응만으로 크게 불어날 수 있다는 거죠.

반응이 정확히 어떤 경로로 일어나는지도 아직 논쟁 중이에요. Denmark는 분자 네 개가 뭉친 덩어리(사량체)를 거치는 메커니즘을 제안해요. Trapp 연구팀은 헤미아세탈레이트라는 중간 물질을 거치는 메커니즘을 제안해요. 증폭이 일어난다는 결과는 확인됐어요. 하지만 그 속의 분자 움직임은 학계가 계속 따지고 있어요.

비선형 효과와 자기촉매는 무엇이 다른가요?

두 발견은 선정 이유에 함께 묶여 있어 헷갈리기 쉬워요. 일반적인 비대칭 촉매 반응과 함께 비교하면 이래요.

카간은 촉매의 쏠림이 생성물에서 커질 수 있음을 보였어요. 소아이는 생성물이 스스로 촉매가 되어 그 증폭을 계속 이어 가는 반응을 보였어요.

자주 묻는 질문

2026 노벨화학상 연구는 실생활 어디에 쓰이나요?

의약품 개발과 촉매 설계의 도구로 쓰여요. 미국화학회 회장 Rigoberto Hernandez는 오늘날의 약들이 이 화학 없이는 가능하지 않았다고 말했어요. 약의 왼손형과 오른손형은 효과가 다를 수 있어요. 그래서 원하는 쪽만 골라 만드는 기술이 필요해요.

카간의 소속이 기사마다 다르게 나오는 이유는 무엇인가요?

매체마다 표기가 달라요. 노벨 공식 표기와 AP는 '파리-쉬드 대학교(오르세)'로 적었어요. Chemistry World는 '파리-사클레 대학교'로 적었어요. 파리-쉬드 대학교는 파리-사클레 대학교로 통합됐어요. 그래서 통합 전후 이름의 차이로 보여요.

소아이 겐소의 나이가 기사마다 다른 이유는 무엇인가요?

일부 전재 기사는 소아이를 95세로 적었어요. AP와 Al Jazeera는 카간 95세, 소아이 76세로 적었어요. 카간이 1930년생, 소아이가 1950년생이에요. 그러니 AP·Al Jazeera 표기가 맞는 것으로 보여요.

마무리

2026 노벨화학상은 두 발견에 돌아갔어요. 아주 작은 거울상 쏠림이 화학 반응만으로 거의 100%까지 커질 수 있다는 걸 보인 발견이에요. 생명의 기원이 궁금한 분이라면 소아이 반응을 '실제 기원 반응'이 아니라 '증폭 원리의 증명'으로 읽으면 돼요. 화학을 공부하는 학생이라면 카간의 1986년 논문과 소아이의 1995년 Nature 논문부터 찾아보세요. 출발점으로 좋아요.

출처

• AP (Anchorage Daily News 전재), Nobel Prize in chemistry awarded to Kagan and Soai for untangling mirror images in molecules (2026-10-07)
• Al Jazeera, Henri Kagan, Kenso Soai win chemistry Nobel for mirror-image breakthrough (2026-10-07)
• Chemistry World, How asymmetric autocatalysis won the Nobel prize (2026-10)
• Princeton Macmillan group, Nonlinear effects 강의 자료
• 일본화학회, 2010년 소아이 겐소 수상 업적 소개