국내 연구진이 아질산염(NO₂⁻)이 일산화질소(NO)로 바뀌는 과정에서 순식간에 나타났다 사라지는 중간체를 최초로 포착했다. 아질산염이 환원돼 일산화질소로 바뀌는 반응은 공기 약 78%를 차지하는 질소의 자연 순환 과정의 일부이자, 혈관 확장과 면역 작용을 돕는 일산화질소를 만들어 내는 중요한 생체 반응이다.

UNIST 화학과 조재흥 교수팀은 전북대 화학과 조경빈 교수팀과 공동으로 아질산염이 일산화질소로 전환되는 과정에서 형성되는 철(Fe) 기반 중간체를 실제로 포착하고 그 구조와 역할을 규명했다고 8일 밝혔다.

 화학 반응은 교과서에는 ‘출발물질 → 생성물질’로 단순화해 쓰지만, 실제로는 여러 단계를 거치며 진행된다. 반응 단계별로 중간체 물질이 생겼다 사라지는데 이 중간체를 확인하지 못하면 전체 반응 경로가 가설로만 머물 수밖에 없다. 아질산염 환원 반응에서도 철 기반 중간체가 존재할 것이라고 여겨졌지만, 불안정성 때문에 직접 관측된 사례는 드물었다. 

연구진은 철-아질산 복합체에 산을 가하고 영하 40도 저온 조건에서 반응을 천천히 진행해 ‘철-엔오 식스({FeNO}⁶)’ 중간체를 분리·확인하는 데 성공했다. 

분석 결과, 이 중간체는 일산화질소가 생성되기 직전 단계의 물질로 확인됐다. 아질산염이 양성자를 받아 분리된 뒤 질소-산소 결합이 끊어지면서 생성된 이온이 철과 결합해 {FeNO}⁶ 상태를 이루고, 이후 전자를 추가로 받으면 일산화질소가 방출되는 형태다.

또 반응 조건에 따라 경로가 달라지는 점도 밝혀졌다. 양성자와 전자가 순차적으로 전달될 때는 이 중간체를 거치지만, 동시에 전달되면 다른 형태로 바로 전환됐다.

조재흥 교수는 “아질산염이 일산화질소로 전환되는 과정에서의 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 말했다.

연구 결과는 화학 분야 권위 국제학술지인 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 3월 30일 공개됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부 한국연구재단, 보건복지부 등의 지원을 받아 이뤄졌다.