화학 이야기, “동이부동同而不同”

과학과 신학의 대화
2021-11-10
조회수 121


화학 이야기 “동이부동同而不同”

- 로얼드 호프만의《같기도 하고 아니 같기도 하고The Same and Not the Same》서평

 

 

 

1. 몇 년 전까지 가습기 살균제 사망사건으로 한동안 온 나라가 시끄러웠다.

 

옥시로 대표되는 가습기 살균제를 사용한 사람들의 폐에서 섬유화 증세가 나타나 사망한 사람 수가 정부의 공식 집계만 92명에 달하는 사건이었다. 이 살균제에는 회사에 따라 CMIT/MIT, PHMG 또는 PGH라는 화학물질이 원료로 사용되고 있다. 그런데 회사는 이 성분이 어떠한 방식으로 사람의 몸에 영향을 미치는지 사전에 충분한 안정성 테스트를 거치지 않고 ‘인체에 무해하다’는 표시까지 하여 판매함으로써 많은 사람이 죽거나 심각한 장애를 겪게 되었다.

 

이 살균제는 가습기에 넣는 물에 첨가하도록 되어 있어, 가습기가 뿜어내는 증기에 섞여서 인체에 흡입된다. 이 살균제를 흡입한 사람은 처음에는 폐렴 비슷한 증세를 보이는데, 한번 증세가 나타나면 어떠한 항생제나 항바이러스제도 듣지 아니하며 점점 증세가 악화되어 심하면 사망까지 이르게 된다고 한다.

 

이 제품이 국내에 처음 판매되기 시작한 것은 1994년부터라고 하는데, 1995년에 최초 사망자가 나왔지만, 그 원인이 밝혀지지 않아서 계속 시판되다가 17년이 지난 2011년에야 최종적으로 원인이 확정되어 판매중지가 되었다.

 

이 사건의 피해자는 원인 규명의 어려움으로 인하여 제대로 피해보상을 받지 못했다. 총 사망자 1,647명을 포함하여 7,372명의 피해자 신고가 있었지만, 지금까지 실질적으로 배상받은 사람은 630명에 불과하다고 한다. 소송과정에서도 PHMG 만 유해성이 입증되어 이 성분이 포함된 제품을 판매 및 유통한 회사의 임직원 몇 명만 유죄판결을 받았고, 나머지는 무죄를 선고받았다. 재판과정에서 제조 및 판매 회사는 물론 연구용역을 맡은 학계, 인허가를 책임지는 정부에서 많은 문제점이 밝혀졌지만 거의 처벌을 받지 않은 것이다. 

 

(참고: 르몽드 디플로마티크 한국어판, 2021.04.10 “집 안에 숨어든 살인자, 최악의 환경재해를 일으키다”

      동아사이언스, 2021.03.06 “[프리미엄 리포트] 가습기 살균제 ‘무죄 판결’ 둘러싼 과학적 쟁점들”)

 

 

2. 이 사건은 1950~60년대에 전세계적으로 큰 물의를 일으켰던 탈리도마이드 사건의 복사판처럼 보인다.

 

탈리도마이드 사건은 소위 입덧이라고 하던 임신중독을 예방하는 약으로 선풍적인 인기를 끌었던 탈리도마이드가 많은 기형아 탄생의 원인으로 밝혀져 물의를 일으켰던 사건이다. 이 사건 역시 수많은 희생자가 나왔고 제약사를 비롯하여 관련 기관과 학계 정부의 많은 잘못이 지적되었지만 아무도 형벌을 받지 않고 사건은 마무리되었다.

 

내가 지금부터 소개하려고 하는 책 [같기도 하고 아니 같기도 하고(The same and not the same) 1995, 국내 출판 1996년 이덕환 역 까치 간]에 이 사건이 화학에 관련된 대표적인 참사로 인용되고 있다.

 

 

3. 이 책의 저자 로얼드 호프만은 1981년 미국 코넬 대학 교수로 있으면서 분자의 대칭성을 기초로 복잡한 분자의 성질과 화학반응을 규명한 성과로 40대의 젊은 나이에 노벨 화학상을 수상한 뛰어난 화학자이다.

 

화학자로서는 드물게 시인으로도 활동하고 있는 저자는 딱딱하고 어려울 수 있는 화학 이야기를 이 책에서는 문학, 음악 미술까지 이야기하면서 문외한도 이해하기 쉽게 유려한 문체로 풀어가고 있다. 보통 화학 하면 복잡하고 어려운 분자식을 생각하기 쉽지만, 이 책을 읽는 데는 그런 분자식에 대한 지식이 없어도 큰 문제가 없다.

 

 

4. 물리학이 원자를 연구하는 학문이라면 화학은 분자의 세계를 취급하는 학문이다.

 

화학은 ‘발견의 학문’이라기 보다는 자연의 세계에 없는 물질을 창조하는 것에 관심이 있는 학문이다. 화학은 지금까지 1천만 개 이상의 새로운 물질을 생성했다.

 

이 책의 제목 “같기도 하고 아니 같기도 하고”는 화학에서는 새로 만들어진 물질이 기존의 것과 같은지 다른지를 규명하는 것이 가장 핵심적인 요소라는 데서 붙어진 것이다. 저자는 사물의 정체성에 대한 질문을 화학의 출발점으로 보고 있다. 화학물질은 정적이냐 동적이냐, 창조냐 발견이냐, 자연적이냐 비자연적이냐, 드러낸 것이냐 감추어진 것이냐 와 같은 대립적인 요소를 규명함으로써 정체가 밝혀질 수 있다.

 

 

5. 작가는 미국 작가 조이스 캐롤 오츠의 소설 [Lives of the Twins(쌍둥이의 삶)]에 대한 이야기로 이 책을 시작하고 있다. 

 

같기도 하면서 다른 쌍둥이의 삶을 화학의 세계에 비유하고 있는 것이다. 우리가 일반적으로 생각하는 것과 달리 저자는 자연상태에서 존재하는 화학물질과 실험실에서 만들어진 화학물질은 근본적으로 차이가 없다고 한다. 다만 천연상태의 화학물질에는 인공물보다 훨씬 많은 불순물이 섞여 있는데, 이것이 인공물보다 좋을 수도 있고 나쁠 수도 있다고 한다. 화학에서는 이런 화합물의 분자 구조를 분석하여 분리 또는 결합하는 새로운 물질을 생성한다.

 

화학을 이해하기 위해서는 몇 가지 용어들에 대한 기초지식이 필요하다.

 

 

6. 첫째, 이성질 현상(isomerism)

 

이성질 현상이란 분자는 구성하는 원자의 종류와 수는 같지만, 그 구조가 다른 현상을 말한다. 한 분자의 이성질체 수는 원자의 수가 늘어날수록 기하급수적으로 증가한다. 예를 들어 탄화수소에서 CH4의 이성질체는 1개이지만, 간단한 분자에 속하는 C40H82의 정도만 되어도 이성질체의 수는 62조 개가 넘는다. 그런데 실제 생명체의 분자는 이보다 훨씬 크다.  헤모글로빈 분자의 화학식은 C2954H4516N780O806S12Fe4인인데, 이 천연분자의 이성질체의 수는 상상하기도 어렵다!

 

그런데 이게 끝이 아니다. 구조도 같고 원자수도 같은 분자라도 원자들이 공간적으로 배열하는 모양의 차이로 시스(cis)이성질체와 트랜스(trans)이성질체로 구분된다. 이 미묘한 차이로 인하여 생물학적 반응성이 크게 달라질 수 있다.  예를 들면 트랜스 지방산은 혈액에 나쁜 LDL은 증가시키고, 혈액에 좋은 HDL은 감소시킨다. 그래서 불포화 지방산은 몸에 좋은 것이지만 트랜스 불포화 지방산은 몸에 좋지 않은 물질이 된다.

 

 

7. 둘째, 동위원소(isotope)

 

동위원소란 원자핵을 구성하는 양성자 수도 같고 전자의 수도 같지만, 중성자의 수가 다른 원소를 말한다. 동위원소는 질량이 다르다. 대부분의 원소에는 동위원소가 존재한다. 예를 들어 물 H2O의 원소인 수소와 산소의 동위원소는 자연상태에서 각각 3개씩이다. 동위원소의 화학적 성질은 다르지 않다. 화학적 성질은 원자핵의 특성에 의해 결정되는 것이 아니라 원자 속에 있는 전자에 의해서 결정되기 때문이다. 그래서 원소의 종류나 숫자가 많은 큰 분자의 경우, 똑같은 분자를 찾기 어렵지만 화학적으로나 생물학적으로 크게 차이는 없다. 삼중수소로 이루어진 물 분자는 일반 물 분자와 별다를 게 없지만 몸에 해로운 것은 화학적 이유 때문이 아니라 삼중수소의 방사성 때문이다.

 

 

8. 셋째, 키랄성(chirality) 분자 또는 거울상체(enantiomer)

 

왼손과 오른손의 관계같이, 서로 거울로 보는 것 같은 관계를 가진 분자를 말한다. 그러나 두 분자는 접어 겹칠 때 실제로는 정확히 서로 겹쳐지지는 않는다. 분자로 구성되어 있는 우리 몸도 전체적으로는 키랄성이다. 그러나 오른쪽과 왼쪽은 생물학적으로 차이가 있다. 키랄성 분자에 대하여도 다른 반응을 나타낸다. 키랄성 분자의 거시적인 성질은 대부분 똑같지만 어떤 성질은 결정적으로 다르기도 하다. 두 거울 상체 중 하나만 치료효과를 보이는 경우도 있고, 두 가지 모두 효과를 나타내는 경우도 있다. 또 둘 중 하나는 독성이나 부작용을 보이는 경우도 있다. 예를 들어 모르핀의 거울상체는 진통효과가 전혀 없다. 나중에 언급한 탈리도마이드의 슬픈 사례는 바로 이러한 경우이다.

 

 

9. 넷째, 분자 모방 

 

분자의 세계에서는 의도적인 파괴와 속임수도 일어난다. 이는 자연적일수도 있고, 인공적으로 만들 수도 있다. 이는 독성물질이 우리 몸을 해치는 방식이기도 하고 의약물질이 우리를 도와주는 방식이기도 하다. 예를 들면 헤모글로빈은 산소를 폐에서 세포로 운반하는 단백질이다. 그런데 산소와 비슷한 일산화탄소(CO)를 구분해내지 못하고 받아들여서 본래의 기능을 잃고 죽고 만다. 분자의 모방 효과를 이용하여 1909년 파울 에를리히가 매독 치료약 살바르산 개발했다. 1930년에는 효과적인 항균제 술파(sulfa)제를 개발하여 병 치료의 새 장을 열었다. 이 물질은 원래 염료로 사용하기 위해서 합성했던 물질이다. 

 

 

10. 화학은 분자와 분자의 변환에 관한 과학이다. 

 

화학자에 있어서 발견이란 극히 일부에 지나지 않는다. 화학자들은 자연상태에 존재하는 분자를 발견하기보다는 실험실에 새로운 분자를 만드는 일에 더 집중한다. 지금까지 지구에 존재하지 않았던 화학자가 인공적으로 만들어낸 분자만 1,000만 종이 넘는다. 분자는 주로 합성에 의해 만들어진다. 놀라울 정도로 많은 화학 합성은 우연과 논리의 중간에 의해서 이루어진다. 산업적 합성에서는 안전성이 매우 중요하다. 물론 최종 생산물이 소비자에게 안전해야 하지만 생산과정에서 작업자에게 해를 끼쳐서도 안 되고, 환경에도 해를 끼쳐서는 안 된다. 산업적 합성에서 생산원가도 중요하다. 자연에서 흔히 얻을 수 있는 값싼 원료와 시약을 찾고, 수율(yield)을 제고시키기 위하여 노력한다. 

 

 

11. 화학자들은 화학에 대한 대중의 부정적 이미지를 부당하다고 생각한다.

 

화학에 대하여는 인공, 합성, 비자연적 더 나아가 유해, 독성, 폭발성, 같은 부정적 수식어가 붙는다. 반면에 자연, 유기농법 같은 단어에 대하여는 긍정적인 이미지를 가지고 있다. 그러나 저자는 자연적인 것과 인공적인 것의 구별은 원천적으로 애매한 것이고 사실은 구별할 수 없을 정도로 밀접하게 서로 혼합되어 있다고 보는 것이 타당하다고 말한다.

 

1845년 헤르만 콜베가 처음으로 초산을 합성함으로써 유기물과 무기물의 경계가 허물어졌다고 한다. 경계가 허물어졌다는 것은 유기물은 생체에서 만들어지고 무기물은 생체 밖에서 만들어진다는 구분이 없어졌다는 것이다. 예를 들면 천연 비타민C나 실험실에서 합성으로 만든 인공 비타민C는 똑같은 성분이다. 다만 차이는 불순물의 차이뿐이다.

 

사실 합성물질 덕분에 천연물질보다 내구성 있고, 유용한 물건을 훨씬 값싸게 사용할 수 있게 되었다. 그러자 사람들의 인식이 바뀌었다. 자연적인 것이 더 값지고 좋은 것으로 여기게 된 것이다. 그리고 합성물질로 제품을 만들 때 순수한 기능적인 디자인보다는 자연물을 닮은 형태 재질을 흉내 내는 경우가 많아졌다. 인공적인 제품이 우리 주변에 너무 많은 것이 우리를 거부감을 느끼게 하였기 때문이다.

 

많은 사람이 화학을 무서워한다. 그럼에도 불구하고 화학요법이나 플라스틱의 가치를 인정한다. 화학물질 때문에 폐기장에서 화학자에게 분노하면서도 화학물질이 생산되는 덕분에 치료, 대량생산 등 긍정적 효과가 있다는 것을 이해한다.

 

 

12. 탈리도마이드 사건

 

그뤼넨탈 화학은 2차 세계대전 후 독일에서 설립된 소규모 의약품 회사였다. 이 회사는 처음에는 항생제를 생산해서 다른 회사에 납품하다가 1950년대부터는 자체 개발한 변형 페니실린을 생산하기 시작했다. 당시에는 진정최면제와 신경안정제로 사용되는 발륨과 비르륨이 시장에서 인기를 얻고 있을 때였다. 그뤼넨탈의 연구원인 빌헬름 쿤츠가 기존의 다이아제팜(발륨)과 비슷한 분자 구조를 가진 탈리도마이드를 합성했다. 이는 기준 약품의 키랄성 분자, 즉 거울상체의 혼합물이었다. 회사는 분자구조의 유사성만 가지고 이 분자가 진정최면 효과를 가지고 있을 것으로 확신했다. 약품의 효과를 증명하기 위한 논문도 성의 없는 학자들에 의해 책임감 없이 이루어졌다. 그리고 약효를 직접 확인하지도 않고 독성이 아주 약하다는 이유로 시판을 결정했다. 당시 독일 의약품 시장은 상당히 개방적이어서, 의약품의 효능이나 안전성에 대한 자세한 증거를 제시할 필요도 없었다.

 

 1956년부터 호흡기 감염치료제, 진정최면제 등 10가지 조제약품의 원료로 판매했는데, 이 약은 특히 임신 초기에 입덧을 완화시키는 약으로 효과가 뛰어나다 하여 전세계적으로 많이 팔렸다. 1959년부터 심각한 신경마비 증상인 신경염에 대한 보고 나오기 시작했지만, 그 보고는 그뤼넨탈사에 의해 부정되고, 보도통제, 왜곡되었다. 이 약을 복용한 임신부로부터 1960년부터 해표지증 기형아가 태어나기 시작했다. 해표지층 기형아란 바다표범처럼 양쪽 팔 또는 다리가 기형적으로 짧고 불완전한 형태로 태어난 아기를 말한다. 이 증세를 가지고 태어난 우리가 잘 아는 대표적인 인물은 닉 부이치치다. 그러나 부이치치의 경우는 탈리도마이드보다는 다른 원인에 의해 기형이 된 거라고 한다. 그 후 20여국에서 8,000명의 사례가 보고되었다. 미국에서만 한 양심적인 의사의 노력으로 시판이 허용되지 않아 환자가 발생하지 않았다.

 

더 이상 피할 수 없는 확실한 증거가 쌓이고 언론에 크게 보도된 1961년 11월부터야 탈리도마이드 생산은 중단되고 제품 수거가 시작되었다. 그 후 동물실험에서 이 약품이 명백하게 기형을 유발하는 것으로 확인했다. 이로 인하여 엄격한 의약품 규제에 대한 법안 도입의 계기가 되었다. 이 사건으로 인하여 6년 이상 법정 공방이 이루어졌지만 아무도 처벌할 수 없었다. 회사, 학계, 정부의 총체적인 부실이 만들어낸 비극이었기 때문이었다.

 

 

13. 화학의 순기능과 부작용

 

티리언 퍼플, 인디고와 같은 염료는 과거에는 자연상태에서만 얻을 수 있는 아주 희귀한 염료였기 때문에 매우 높은 가격으로 거래되었고, 따라서 특별한 사람만이 이용할 수 있었다. 그러나 지금은 화학합성의 방법으로 공장에서 대량생산됨으로 누구나 사용할 수 있는 일반적인 염료가 되었다. 이런 식으로 화학은 여러 가지 귀한 물질 등의 대량생산을 가능케 하여 일반인의 삶의 질 향상에 큰 기여를 했다.

 

또 화학적 합성에 의한 약품의 대량생산은 과거의 불치병에 대한 치료의 길을 열어 인간수명 연장에도 기여하였고, 비료의 대량생산에 의한 식량문제 해결, 섬유, 플라스틱제품 기타 합성제품의 대량생산은 과거에 특권층만 사용할 수 있었던 많은 물품을 일반인 서민도 저렴한 가격에 구입하여 사용할 수 있도록 함으로써 경제적인 사회 민주화에도 기여했다고 한다.

 

그런데 문제는 너무 싼 가격에 생산 유통되다 보니 자연에서 합성되는 양에 비하여 지나치게 많은 양이 생산되고 폐기되고 있다. 폐기된 제품이 대부분 잘 썩지 않기 때문에 날이 갈수록 폐기물 처리에 골머리를 앓고 있다. 또한, 화학물질에 의한 예기치 못했던 사고나 부작용 등 환경공해 등 여러 가지 문제도 발생하고 있다.

 

 

14. 화학 자체는 선도 아니고 악도 아니다.

 

화학자들은 이러한 문제들이 자연상태에서도 얼마든지 일어날 수 있고, 화학물질의 유용성이 부작용에 비하여 큰 경우가 많은 데 반대론자들이 너무 과장되게 떠든다고 불평도 하지만 저자는 이러한 문제 제기를 무시하면 안 된다고 경고하고 있다. 화학자들은 새로운 합성물질에 대하여 좋은 점만 부각시킬 것이 아니라 조금이라도 예상되는 부작용이 있으면 적극적으로 알려서 미리 대처할 수 있도록 하는 마음가짐이 필요하다고 했다.

 

화학은 어떻게 이용되느냐에 따라 인류에게 이익이 될 수도 있고 엄청난 해를 끼칠 수도 있다. 따라서 화학제품을 사용하는 일반인들도 화학에 대한 이해가 필요하다.  무지로 인한 너무 심한 부정적 대응은 화학의 필요성을 지나치게 제한할 수도 있지만, 반면에 남용으로 인하여 문제가 야기될 수도 있기 때문이다.

 

 

15. 호프만은 노벨상까지 수상한 탁월한 과학자이지만, 시적 감성도 풍부한 문학도이기도 하다.

 

그는 이미 시집을 두 권이나 낸 시인이다.

그는 화가 비비안 토렌스와 함께 멋진 시화집 [Chemistry Imagined]을 발간하기도 했다.

그는 미당 서정주의 시를 좋아해서 우리나라에 와서 미당을 만난 적도 있다.


“Patterns” by Vivian Torrence from [Chemistry Imagined] by Roald Hoffmann.


 

마지막으로 그의 철학과 해학이 담긴 촌철 같은 짧은 시 하나를 소개한다.

 

 

Height

 

The man

who said

when you’re on top

of a mountain

you can’t see it

was a miner.

 

고지

 

산 위에

올라

산을

볼 수 없다고

말한 사람은

광부였다.

 

 




  글 | 송윤강

  과신대 기자단으로 활동하면서 과학강연, 영화, 도서 등 과학 관련 리뷰를 기고하고 있다. 현재 아름다운서당에서 대학생들을 가르치고 있다.

0 0