흥미로운 화학사, 물리학자가 내다버린 NMR을 화학자가 줍게 된 계기

NMR은 화학의 발전에 있어서 정말로 엄청나게 혁혁한 공을 세운 기술임에 틀림없다. 지금은 모든 사람들이 이렇게 생각하지만 처음 발견 당시엔 이런 반응이 아니었다. NMR이 처음 확인되었을 당시 이를 발견한 물리학자인 Isidor Rabi나 이후 이를 액체와 고체영역으로 확장한 Felix Bloch와 Edward Mills Purcell은 이 연구(NMR을 정확히 측정하는 방법에 관한 연구)로 노벨 물리학상을 받았음에도 불구하고, 이 기술이 그렇게 화학에서 유용하게 쓰일 것이라고는 예상하지 못했다. 핵(nuclei)이 가지고 있는 자기적 성질을 정확히 측정하는 기술은 맞는데, 분자들마다 일관성 없는 결과들이 주르륵 나왔기 때문이다. 

그래서 에잇 이런 쓸모없는 발견! 하고 버려질 뻔한 NMR은 미국 UIUC의 교수였던 Gutowsky에 의해 재평가되게 된다. 분자마다 일관적이지 않은 스펙트럼이 나타난다는 것은 이를 구분할 수 있는 힘을 가지고 있다는 것이고, 이는 구조분석에 도움이 될 것이란 생각을 했던 것이다. 그래서 그는 처음으로 이 기술을 화학에 적용할 생각을 하게 된다. 

Prof. Gutowsky

펀딩을 받아 NMR을 들인 Gutowsky 교수는 우리가 이제 너무나도 잘 알고 있는 chemical shift를 처음으로 발견했으며, spin-spin coupling, conformational changes 등을 발견하고 적용하기도 했다. 

"Chemists learn very early to look for periodicities in the chemical and physical properties of compounds, or they don't stay in chemistry very long... it seemed to me that the chemical shift, as an electronic phenomenon, should be related in some way to the nature of the chemical bonds. This, in turn, depends upon the nature of the atoms bonded together."

이후 많은 연구들을 통해 업적을 인정받은 그는 Wolf Prize 화학상을 받게 되고 해당 위원회로부터 다음과 같은 극찬을 받게된다. 

"Professor Herbert S. Gutowsky was the first to apply the nuclear magnetic resonance method to chemical research. His experimental and theoretical work on the chemical shift effect and its relation to molecular structure has provided the chemist with working tools to study molecular conformation and molecular interactions in solutions. Gutowsky's pioneering work on the spin-spin coupling effect developed this phenomenon into a 'finger print' method for the identification and characterization of organic compounds. He was also the first to observe the effect of dynamic processes on the lineshape of high resolution nuclear magnetic resonance spectra, and exploited it for the studies of hindered rotation in molecules, Simultaneously with others he discovered the effect of the scalar and dipole-dipole interaction with unpaired electrons in solutions of paramagnetic ions."

어떤 과학적인 발견도 누가 어떻게 응용하느냐에 따라서 필요없는 기술이 될 수도 있고 엄청나게 소중한 발견이 될 수 있다는 것을 보여준 좋은 예시가 아닐까 싶다. 마치 원자력의 발견이 어느쪽에선 핵무기로 어느쪽에선 원자력 발전으로 이어진 경우처럼 말이다.