[화학] 2016년 – 분자 기계 설계 및 합성(장피에르 소바주, 프레이저 스토더트, 베르나르트 페링하)

장피에르 소바주(Jean-Pierre Sauvage)

Jean-Pierre Sauvage

출생: 1944년 10월 21일, 프랑스, 파리
수상 당시 소속: 프랑스, 스트라스부르, 스트라스부르 대학
 

생애

장피에르 소바주는 프랑스 파리 태생으로 1971년 스트라스부르의 루이파스퇴르 대학에서 박사학위를 받았다. 노벨상 수상자 장마리 렌(Jean-Marie Lehn)이 그의 조언자였다. 그는 프랑스국립과학연구센터(CNRS)에서 근무하였고, 현재 스트라스부르 대학 교수로 재임 중이다.

업적

분자를 부품으로 한 세상에서 가장 작은 기계가 있다고 상상해보자. 기계가 기능하려면, 그 부품들이 서로 연계되어 작동할 수 있어야 한다. 1983년 장피에르 소바주는 두 개의 고리모양 분자를 이어 ‘캐터네인(catenane)’이라는 연결체를 만드는데 성공했다. 일반적인 화학 결합과 달리, 캐터네인의 분자들은 사슬처럼 연결되어 있고, 그 연결이 서로 연계되어 작동할 수 있다. 향후, 분자기계는 신소재, 센서 및 에너지 저장 시스템에 사용될 수 있을 것이다.

 

프레이저 스토더트(Fraser Stoddart)

Fraser Stoddart

출생: 1942년 5월 24일, 영국, 에든버러
수상 당시 소속: 미국, 일리노이 주, 에번스턴, 노스웨스턴 대학
 

생애

프레이저 스토더트는 스코틀랜드 에든버러 태생으로 1966년 에든버러 대학에서 박사학위를 받았다. 이후 캐나다 온타리오주 킹스턴의 퀸즈 대학, 영국 셰필드 대학, ICI 기업 연구소, 버밍엄 대학, 미국 캘리포니아 주 로스앤젤레스 대학 및 일리노이 주 에번스턴 노스웨스턴 대학에서 근무했다. 2004년 아내 노르마 스토더트(Norma Stoddart)와 사별하였고 슬하에 자녀가 두 명 있다.

업적

분자를 부품으로 한 세상에서 가장 작은 기계가 있다고 상상해보자. 기계가 기능하려면, 그 부품들이 서로 연계되어 작동할 수 있어야 한다. 프레이저 스토더트는 1991년 ‘로탁세인(rotaxane)’을 개발하는 등 분자기계 발전에 기여했다. 고리 모양의 분자를 차축 기능을 하는 다른 분자와 연결했다. 향후, 분자기계는 신소재, 센서 및 에너지 저장 시스템에 사용될 수 있을 것이다.

 

베르나르트 페링하(Bernard Feringa)

Bernard Feringa

출생: 1951년 5월 18일, 네덜란드, 바르허르콤파스큄
수상 당시 소속: 네덜란드, 흐로닝언, 흐로닝언 대학
 

생애

베르나르트 페링하는 네덜란드 바르허르콤파스큄의 한 농가에서 태어났다. 1978년 흐로닝언 대학에서 박사학위를 받았다. 네덜란드와 영국의 쉘 석유 회사에서 수 년 간 근무를 마치고 흐로닝언 대학 소속이 되었다. 결혼하여 슬하에 두 명의 두 딸을 두고 있다.

업적

분자를 부품으로 한 세상에서 가장 작은 기계가 있다고 상상해보자. 기계가 기능하려면, 그 부품들이 서로 연계되어 작동할 수 있어야 한다. 베르나르트 페링하는 분자기계의 개발에 기여했다. 일례로 1999년에는 같은 방향으로 계속해서 회전하는 분자 날개를 만들어 분자 모터를 제작했다. 향후, 분자기계는 신소재, 센서 및 에너지 저장 시스템에 사용될 수 있을 것이다.

<시상식 연설>

국왕 폐하, 왕실가족 여러분, 존경하는 노벨상 수상자 여러분, 그리고 신사숙녀 여러분

기계는 인간 발전의 필수적인 부분으로, 우리의 역량을 초월하는 과업을 달성하는데 도움을 주고 있습니다. 수천 년에 걸쳐 우리 사회에는 다양한 목적의 유용한 기계들이 점차 늘어나면서, 다방면에서 삶의 질이 개선되었습니다. 이러한 진보는 특히 산업혁명 이후 가속화 되었고, 중요한 발견들로 인해 인류는 비약적으로 발전하며 세계는 큰 변화를 겪었습니다.

오늘날, 우리는 또 다른 도약에 이를 수 있는 신 혁명의 여명기에 있습니다. 인류는 늘, 기계의 소형화 제작 등, 기계 기능 및 제작의 한계를 극복하고자 노력해왔습니다. 이러한 노력의 궁극적 한계는 분자 크기의 기계, 즉 인간 모발 굵기의 1/1000도 채 안 되는 구조를 만드는 것입니다. 이러한 근본적 과제는 분자기계의 합리적 설계 및 합성이 정말로 가능하다는 것을 성공적으로 증명한 올해 수상자들에 의해 해결되었습니다.

1980년대 초반 장피에르 소바주 교수와 그가 지휘하는 그룹이 기계적 결합으로 분자를 효율으로 연결하는 방법을 발견한 것은, 이 연구의 선구적인 업적입니다. 이 그룹은 두 개의 분자 고리들이 소위 캐터네인으로 연결하여 분리되지 않고 서로 자유롭게 연계하여 작동할 수 있도록 했습니다. 이것은 분자기계의 혁신이었고, 소바주 교수는 그러한 구조가 제어된 움직임을 어떻게 수행할 수 있는지 보여줄 수 있었습니다.

1990년대로 들어서면서 프레이저 스토더트 교수가 지휘하는 그룹이 분자기계 분야에서 다른 중요한 성과를 이끌어 냈습니다. 일례로 이 그룹은 또 다른 기계 결합 유형을 사용하여 고리 모양 분자가 축을 중심으로 설정된 위치 사이를 움직이도록 연결되는 로탁세인을 개발했습니다. 스토더트 교수와 소바주 교수 모두 이러한 구조 상 움직임이 외부 입력으로 어떻게 제어될 수 있는지 증명할 수 있었고, 추후 분자 근육, 작동기, 엘리베이터, 메모리, 모터 및 펌프 등 다양한 기계와 같은 구조를 개발했습니다.

다른 부품들을 가동할 수 있게 하는 모터 부품들은 기계의 핵심입니다. 1990년대 후반, 벤 페링하 교수가 지휘하는 그룹은 분자 회전 모터의 작동 과정을 보여주면서 중요한 혁신을 이루어냈습니다. 해당 기계는 빛과 열에 의해 가동되며 이성질 결합과 분자 비대칭을 토대로 하여, 모터 부품들이 서로 연계되어 한 방향으로 회전할 수 있었습니다. 이 그룹은 추후 매우 높은 속도에서 각 방향으로 회전할 수 있도록 모터 제작 설계를 개선할 수 있었고, 그 부품들이 훨씬 더 큰 물체의 회전에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 보여주었습니다. 더욱 재미있는 사례를 들면, 페링하 교수가 지휘하는 그룹은 표면 위에서 움직일 수 있는 4륜 구동 “나노카”도 제작했습니다.

소바주 교수, 스토더트 교수, 페링하 교수는 움직임 및 기능 제어에 대한 이해 및 개발과 함께 매우 어려운 구조의 설계 및 합성을 통해 기능적 분자기계를 개발했습니다. 이 세 명의 노벨상 수상자들의 업적은 그들이 개척해 온 완전히 새로운 연구 분야의 토대를 다졌습니다.

장피에르 소바주 교수님, 프레이저 스토더트 교수님, 벤 페링하 교수님,

여러분의 분자기계 설계 및 합성의 노력에 대해 노벨 화학상을 수여하는 바입니다. 스웨덴 왕립과학 아카데미를 대표해서 축하의 말씀을 전합니다. 이제 국왕께서 노벨상을 수여하시겠습니다.

2016 노벨상 수상자