펨토초보다 짧은 순간 전이상태 분자구조 관측

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 빛과 분자의 상호작용을 이용하는 분광학 기법을 통해 펨토초보다 짧은 순간 전이상태의 분자구조 변화를 측정하는데 성공했다.

한국과학기술원(KAIST)은 김상규 화학과 교수 연구팀이 화학반응의 전이상태 구조를 실험적으로 확인했다고 4일 밝혔다.

연구자들의 증명사진.(왼쪽부터)김정길 박사, 강민석 학생, 김상규 교수, 윤준호 박사(사진=KAIST)

화학반응 속도론이 개발되면서, 가장 중요한 핵심으로 자리잡은 개념이 ‘전이상태 (Transition-State)’다. 전이상태 이론에서는 반응물과 생성물 중간에 위치한 전이상태의 분자구조와 동역학적 특성에 따라 반응속도, 생성물의 상대적 수율, 에너지 분포가 결정된다. 이 이론은 지난 1세기 동안 모든 환경에서 연소, 유기, 생화학 반응에 널리 쓰인 가장 보편적인 반응속도론이다.

그러나, 전이상태는 펨토초보다 더 짧은 시간 동안만 존재하므로, 전이상태를 직접 실험적으로 관찰하기 어려웠다.

이에 연구팀은 분광학적 기법을 이용해 분자가 전이상태로 접근하면서 가지는 구조 변화를 측정했다. 정확한 전이상태 분자구조 변화에 따라 관찰된 반응속도의 급격한 변화를 통해 분자구조와 화학반응성 간 상관관계도 증명했다.

김상규 교수는 “앞으로 많은 이론과 실험 연구를 촉진할 것으로 기대한다”며 “전이상태 구조는 특정 화학반응을 선택적으로 빠르게 할 수 있는 고효율 촉매 설계에 가장 근원적인 정보를 제공할 것”이라고 말했다.

연구 결과는 올해 1월자로 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐다.