찰스 J. 피더슨

1. 개요

찰스 J. 피더슨은 대한민국 부산에서 태어난 미국 화학자이다. 그는 1967년 크라운 에테르로 명명된 고리 모양의 분자가 금속 이온을 포획하는 성질을 발견하여 초분자 화학 연구의 기초를 다졌으며, 이 업적으로 1987년 도널드 크램, 장마리 렌과 함께 노벨 화학상을 수상했다. 듀폰 사에서 42년간 연구원으로 근무하며 25편의 논문과 65건의 특허를 남겼으며, 1989년 사망했다.

2. 생애

1904년 광무 8년, 해기사인 노르웨이인 아버지 브레데 페데르센과 한반도에서 콩과 누에 무역에 종사했던 후쿠오카현 출신 일본인 어머니 야스이 타키노 사이에서 태어났다. 대한제국 경상남도동래군에서 출생하였는데, 이는 아버지가 당시 부산세관에 근무했기 때문이다. 8세까지 한반도 (1910년부터 일제강점 시작)에서 지낸 후 나가사키현으로 이주했고, 10세에 가나가와현요코하마시로 이사하여 국제학교인 세인트 조셉 인터내셔널 컬리지에서 공부했다.

1922년 미국으로 건너가 데이턴 대학교에서 화학을 전공하여 학위를 받은 후, 매사추세츠 공과대학교(MIT)에서 석사 과정을 마쳤다. MIT 교수들은 박사 과정을 권했지만, 아버지에게 학비를 부담시키는 것을 꺼린 페데르센은 듀폰사에 연구원으로 취직하였다. 1927년부터 65세로 퇴직할 때까지 42년 동안 듀폰사에서 근무하며 25편의 논문과 65건의 특허를 남겼다. 1967년 발표된 두 편의 논문에서는 크라운 에테르라는 고리 모양의 분자가 안정된 구조를 가지며 금속 이온 등 전하를 띤 이온을 포획하는 성질을 가지고 있음을 밝혔다. 이는 초분자 화학 연구의 기초를 다졌으며, 오늘날 화학 논문 중 가장 위대한 논문 중 하나로 여겨지고 있다.

1983년 골수종 진단을 받았으나, 1987년 노벨 화학상을 수상하기 위해 스톡홀름으로 갔다. 노벨상 수상 2년 후인 1989년에 사망했다.

2.1. 어린 시절과 교육

1904년 10월 3일, 대한제국 부산에서 찰스 J. 피더슨은 세 자녀 중 막내로 태어났다. 그의 아버지 브레데 피더슨은 노르웨이 해양 기술자로, 가족 문제로 집을 떠난 후 한국 세관에 합류하기 위해 한국으로 이민을 왔다. 이후 그는 현재의 북한 운산군 광산에서 기계 기술자로 일했다. 그의 일본인 어머니 야스이 타키노는 가족과 함께 일본에서 한국으로 이민을 와서 부부가 결국 만난 운산군 광산 근처에서 콩과 누에를 거래하여 사업을 성공적으로 운영했다. 피더슨이 태어나기 전에 소아병으로 사망한 형에 대해서는 별로 언급된 내용이 없지만, 그에게는 다섯 살 위인 언니 아스트리드가 있었다. 일본에서 그는 일본식 이름 요시오(良男)를 사용했는데, "좋음"과 "남자"를 뜻하는 한자를 사용했다. 피더슨은 어린 시절에 대한 별도의 자서전에서, 그가 러일 전쟁 전에 태어났고 어머니가 당시 최근에 세상을 떠난 형을 잃은 슬픔에서 벗어나지 못했기 때문에, 어린 시절에 환영받는다고 느끼지 못했다고 말했다.

현재 대한민국에 살았지만, 피더슨은 약 약 1294.99km²에 달하는 미국 소유의 운산군 광산 근처에서 살았기 때문에 주로 영어를 사용하며 자랐다.

약 8살 무렵, 피더슨은 가족에 의해 일본 나가사키로 유학을 갔고, 이후 일본 요코하마에 있는 세인트 조셉 칼리지로 전학했다.

세인트 조셉 칼리지에서 교육을 성공적으로 마친 후, 그의 가족이 마리아 수녀회와 긴밀한 관계를 맺고 있었기 때문에, 피더슨은 미국 오하이오에 있는 데이턴 대학교에 입학하기로 결정했다.

1922년 오하이오 데이턴 대학교에서 화학 공학을 전공하며 학부 생활을 하는 동안, 피더슨은 스포츠, 학문, 사회적 측면에 몰두하며 균형 잡힌 학생이었다. 테니스에 대한 열정으로, 피더슨은 전 데이턴 대학교 테니스 주장인 프랭크 크로나우지 코치 밑에서 학교 대표 테니스 팀에서 선수로 활약했다. 4년 동안 선수로 활약하며, 피더슨은 3학년과 4학년 시즌 모두 팀의 주장을 맡았다. 또한, 피더슨은 엔지니어 클럽의 부회장과 데이토니안 편집부의 문학 담당자를 역임했다. 1926년 데이턴 대학교에서 화학 공학 학위를 취득하여 졸업했으며, 그는 대학교에서의 시간과 학부생으로 공부하면서 이룬 다양한 업적에 헌신했다.

화학 공학 학사 학위를 취득한 피더슨은 유기 화학 석사 학위를 취득하기 위해 매사추세츠 공과대학교에 진학하기로 결정했다. 당시 그의 교수들은 그에게 남아 유기 화학 박사 학위를 취득하도록 권했지만, 피더슨은 아버지의 지원을 더 이상 받고 싶지 않았기 때문에, 대신 경력을 시작하기로 결정했다. 그는 박사 학위 없이 과학 분야에서 노벨상을 수상한 몇 안 되는 인물 중 한 명이다.

2.2. 듀폰 사에서의 연구

매사추세츠 공과대학교를 졸업한 후, 피더슨은 연구 지도교수인 제임스 F. 노리스 교수의 인맥을 통해 1927년 델라웨어주 윌밍턴에 있는 듀폰사(DuPont Company)에 고용되었다. 듀폰에서 피더슨은 윌리엄 S. 캘코트 아래의 잭슨 연구소에서 연구를 시작했고, 델라웨어주 윌밍턴의 실험 연구소에서 듀폰에서의 경력을 마쳤다. 듀폰의 젊은 화학자였던 피더슨은 줄리안 힐과 로이 J. 플런켓과 같은 많은 화학자들에게 영감을 받았으며, 고분자 분야의 획기적인 발전과 유기 화학 분야의 연구도 접했다. 피더슨은 화학 경력을 시작하면서 사기업에 특별한 관심을 가졌으며, 이는 그가 화학자로서 해결하려 했던 문제의 방향에 영향을 미쳤다. 그는 새로운 화학자로서 문제에 착수하면서, 그를 매료시키는 모든 문제에 자유롭게 매달릴 수 있었고, 빠르게 산화 분해와 기질의 안정화에 관심을 갖게 되었다. 피더슨의 논문과 연구는 이를 넘어 확장되었으며, 이는 그의 노벨상 수상 연구에 큰 영향을 미쳤다.

65세에 은퇴하면서, 그의 연구는 25편의 논문과 65개의 특허로 이어졌으며, 1967년에는 크라운 에테르(cyclic polyethers, 고리형 폴리에테르)를 합성하는 방법을 설명하는 두 편의 논문을 발표했다. 도넛 모양의 분자는 알칼리 금속 이온과 안정한 구조를 형성하는 일련의 특별한 화합물 중 첫 번째였다. 1987년, 그는 이 분야의 연구로 도널드 크램과 장마리 렌과 함께 노벨 화학상을 공동 수상했는데, 이들은 그의 독창적인 발견을 확장했다. 듀폰사는 노벨상 수상 과정에서 그에게 전임 홍보 담당자와 파트타임 비서를 제공하여 피더슨을 전적으로 지원했다. 또한 듀폰사는 피더슨과 그의 가족이 상업용 항공기를 이용할 수 없었기 때문에 그들을 동행하기 위해 자체 기업 비행기를 사용했다.

2.3. 노벨 화학상 수상

1967년, 찰스 J. 피더슨은 25편의 논문과 65개의 특허를 남기고 65세로 은퇴하면서 크라운 에테르(cyclic polyethers, 고리형 폴리에테르)를 합성하는 방법을 설명하는 두 편의 논문을 발표했다. 이 도넛 모양의 분자는 알칼리 금속 이온과 안정한 구조를 형성하는 일련의 특별한 화합물 중 첫 번째였다. 1987년, 도널드 크램, 장마리 렌과 함께 이 분야의 연구로 노벨 화학상을 공동 수상했는데, 이들은 피더슨의 독창적인 발견을 확장했다. 듀폰사는 노벨상 수상 과정에서 피더슨을 전적으로 지원하며 전임 홍보 담당자와 파트타임 비서를 제공했다. 또한 듀폰사는 피더슨과 그의 가족이 상업용 항공기를 이용할 수 없었기 때문에 그들을 동행하기 위해 자체 기업 비행기를 사용했다.

1983년 다발성 골수종 진단을 받았고, 몸이 점점 쇠약해졌음에도 불구하고 1987년 말 노벨상을 받기 위해 스톡홀름을 방문했다. 그 직후, 듀폰 연구 펠로우로부터 우수 메달을 받았다. 1989년 10월 26일 뉴저지 세일럼에서 사망했다.

2.4. 말년

피더슨은 1983년 다발성 골수종 진단을 받았으나, 몸이 점점 쇠약해졌음에도 불구하고 1987년 말 노벨상을 받기 위해 스톡홀름을 방문했다. 듀폰 연구 펠로우로부터 우수 메달을 받은 직후인 1989년 10월 26일, 뉴저지주 세일럼에서 사망했다.

3. 연구 업적

매사추세츠 공과대학교를 졸업한 피더슨은 1927년 듀폰(DuPont Company)에 고용되었다. 듀폰에서 피더슨은 유기 화학 분야의 연구와 고분자 분야의 발전에 영향을 받았다. 그는 산화 분해와 기질의 안정화에 관심을 가졌고, 이는 노벨상 수상 연구의 기초가 되었다.

65세에 은퇴할 때까지 피더슨은 25편의 논문과 65개의 특허를 발표했으며, 1967년에는 크라운 에테르(고리형 폴리에테르) 합성법을 설명하는 두 편의 논문을 발표했다. 이 연구로 1987년 도널드 크램, 장마리 렌과 함께 노벨 화학상을 공동 수상했다. 듀폰사는 피더슨의 노벨상 수상을 전폭적으로 지원했으며, 전임 홍보 담당자와 파트타임 비서를 제공하고, 가족 동행을 위해 기업 비행기를 제공했다.

3.1. 크라운 에테르 발견

1960년경, 피더슨은 배위 화학 분야의 연구로 돌아와 다좌 배위자의 화학 합성에 집중했다. 동료인 허먼 슈로더는 바나듐의 중합 및 산화 촉매 활성에 대한 연구를 시작하기 전에 바나듐의 배위 화학에 대한 연구를 할 것을 권했다. 피더슨은 이 연구를 하던 중 크라운 에터를 발견했다. 그는 생체[2-(o-하이드록시페녹시)에틸] 에터를 연구하던 중, 화합물을 정제하는 과정에서 "끈적끈적한 물질"로 묘사된 미지의 물질을 우연히 발견했다. 그는 자외선-가시광선 분광법을 사용하여 페놀 그룹과의 반응을 연구했다. 샘플을 알칼리로 처리한 후, 비록 흡수 곡선은 처음에는 변화를 보이지 않았지만, 하나 이상의 수산기가 짝을 이루지 않은 전자 상태가 되면 더 높은 흡수 수치로 이동하는 것을 관찰했다. 이러한 관찰을 바탕으로, 피더슨은 미지의 생성물을 메탄올과 수산화 나트륨에 담갔다. 용액은 메탄올에 용해되지 않았지만, 수산화 나트륨과 접촉했을 때 알칼리성을 띠게 되었다.

메탄올에 용해되지 않았기 때문에, 피더슨은 이어서 메탄올을 가용성 나트륨 염으로 처리했고, 미지의 물질은 용해되었다. 이를 통해 그는 용해도가 알칼리성 때문이 아니라 나트륨 이온 때문임을 결론지을 수 있었다. 이 물질의 거동이 분자량이 2배인 2,3-벤조-1,4,7-트리옥사사이클로노난과 유사했기 때문에, 미지의 분자는 이후 발견된 최초의 방향족 크라운 화합물인 디벤조-18-크라운-6로 명명되었다.

3.2. 초분자 화학에의 기여

1968년 이자트는 시카고에서 생리학자 조지 아이젠만을 만나 크라운 에테르에 관한 페더슨의 논문에 대해 알게 되었다. 이자트는 페더슨에게 연락하여 새로운 크라운 에테르 화합물 샘플을 제공받았다. 이자트의 분자 인식 연구는 페더슨과의 상호 작용에 큰 영향을 받았다.

크램은 페더슨의 매크로고리 화학 분야에서 크라운 에터의 발견을 확장하여 1987년 노벨 화학상을 공동 수상했다. 페더슨의 연구가 2차원 구조에 관한 것이었던 반면, 크램은 유사한 분자를 3차원 공간에서 합성할 수 있었다. 크램의 3차원 분자 합성은 구조가 상보적인 구조를 기반으로 화학 선택성을 가지기 때문에 실험실에서 만들어지는 효소 생산에 큰 발전을 가져왔다.

렌은 초분자 화학 분야를 시작하는 데 핵심적인 역할을 한 과학자로, 크립탄드 연구로 인정받아 페더슨과 함께 노벨 화학상을 공동 수상했다.

페더슨이 디벤조-18-크라운-6의 우연한 발견과 구조를 실현한 이후, 거대 고리 및 초분자 화학 분야에서 큰 발전이 이루어졌다. 페더슨은 남은 연구 경력을 이 분자들을 연구하는 데 헌신했으며, 그의 거대 고리 화합물 발견은 분자 모터 분야의 2016년 노벨 화학상 수상자들의 연구에서 볼 수 있듯이, 분자 특유의 구조를 만드는 방법에 대한 통찰력을 제공했다.

4. 한국과의 관계

1904년 10월 3일, 대한제국 부산에서 노르웨이인 아버지 브레데 피더슨과 일본인 어머니 야스이 타키노 사이에서 세 자녀 중 막내로 태어났다. 아버지 피더슨은 해기사로, 가족 문제로 집을 떠난 후 한국 세관에 합류하기 위해 한국으로 이민을 왔으며, 이후 현재의 북한 운산군 광산에서 기계 기술자로 일했다. 어머니 야스이 타키노는 가족과 함께 일본에서 한국으로 이민을 와 운산군 광산 근처에서 콩과 누에를 거래하는 사업을 성공적으로 운영했고, 이 과정에서 부부가 만나게 되었다.

8세까지 한반도 (1910년부터 일제강점)에서 지낸 후 나가사키현으로 이주했고, 10세에 가나가와현요코하마시로 이사하여 국제학교인 세인트 조셉 인터내셔널 컬리지에서 공부했다. 당시 피더슨은 약 약 1294.99km²에 달하는 미국 소유의 운산군 광산 근처에서 살았기 때문에 주로 영어를 사용하며 자랐다.

* 페더슨의 부모는 노르웨이인과 일본인이며, 노벨 화학상을 수상했을 당시 국적은 미국이었지만, 노벨 위원회 홈페이지에서는 수상자를 출생지로 분류하여 현재 부산을 관할하는 대한민국 출신으로 표기된다.

5. 수상

페더슨의 부모는 노르웨이인과 일본인이며, 노벨 화학상을 수상했을 당시 국적은 미국이었다. 노벨 위원회 홈페이지에서는 수상자를 출생지로 분류하여 현재 부산을 관할하는 대한민국 출신으로 표기된다. 페더슨의 화학상 수상은 일본계 미국인으로서는 최초, 아시아계 미국인, 일본에 뿌리를 둔 인물로서는 모두 두 번째이다.