아크롤레인

3. 생산

아크롤레인은 주로 프로펜의 산화를 통해 산업적으로 생산된다.^[5] 이 공정은 공기를 산소 공급원으로 사용하며 금속 산화물을 불균일 촉매로 사용한다. 반응식은 다음과 같다.

: CH₂CHCH₃ + O₂ → CH₂CHCHO + H₂O

이러한 방식으로 북미, 유럽 및 일본에서 연간 약 500000ton의 아크롤레인이 생산된다. 또한 모든 아크릴산은 아크롤레인의 일시적인 생성을 통해 생산된다.

글리세롤(글리세린)을 280°C로 가열하면 아크롤레인으로 분해된다.^[6][7]

: (CH₂OH)₂CHOH → CH₂=CHCHO + 2 H₂O

이 경로는 바이오디젤을 생산할 때 글리세롤이 함께 생성될 때 활용될 수 있다.

실험실에서는 중황산 칼륨을 글리세롤에 작용시켜 아크롤레인을 생산할 수 있다.^[8]

Degussa가 개발한 기존 산업적 생산 경로는 포름알데히드와 아세트알데히드를 알돌 축합 반응시키는 것이다.

: HCHO + CH₃CHO → CH₂=CHCHO + H₂O

4. 화학적 성질 및 반응

녹는점은 -87℃, 끓는점은 53℃로, 자극적인 냄새를 가진 무색 또는 황색 액체이다. 공기 중에서 산화되기 쉬우므로 산화 방지제로 폴리페놀이 첨가된다. 반응성이 매우 풍부한 물질이므로 안정제를 첨가하고 공기를 차단하여 저장한다. 20℃ 물에 대한 용해도는 20g/100ml이다.

아크롤레인은 비교적 친전자체 화합물이자 반응성이 높은 화합물이므로 독성이 높다. 이는 훌륭한 마이클 수용체이므로 티올과의 유용한 반응을 보인다. 아세탈을 쉽게 형성하며, 그중 하나가 펜타에리트리톨에서 유래한 스피로사이클인 diallylidene pentaerythritol이다. 아크롤레인은 디엘스-알더 반응에 많이 참여하며, 심지어 자기 자신과도 반응한다. 디엘스-알더 반응을 통해 미락 알데히드("리랄") 및 노르보르넨-2-카르복스알데히드를 포함한 일부 상업용 향수의 전구체이다.^[5]

환원하면 프로피온알데히드를 거쳐 프로판올을 생성한다.^[40]

5. 용도

아크롤레인은 주로 메티오닌, 글루타르알데히드, 피리딘 합성 원료로 사용된다. 그 외에 냉동기 탐지제, 알코올 변성제, 살균제 등으로도 사용된다.^[38]

제1차 세계 대전 동안 프랑스군은 "파피테"라는 이름으로 수류탄과 포탄에 아크롤레인을 사용했다.^[10]

관개수로에서 침수 및 부유 잡초와 조류를 방제하는 접촉 제초제로 사용되며, 관개수 및 재순환수에서 10ppm 수준으로 사용된다. 석유 및 가스 산업에서는 시추수의 살생물제로, 황화 수소 및 머캅탄 제거제로도 사용된다.^[5]

아미노산 메티오닌은 메탄티올을 첨가하고 슈트레커 합성을 거쳐 생성된다. 아크롤레인은 아세트알데히드 및 아민과 축합하여 메틸피리딘을 생성한다.^[11] 또한 퀴놀린의 스크라웁 합성의 중간체이기도 하다.

전자 현미경용 생물학적 표본을 준비하는 고정제로 사용되어 왔다.^[12]

6. 독성 및 건강 위험

아크롤레인은 독성이 있으며 피부, 눈, 비강에 강한 자극을 준다.^[5] 주요 대사 경로는 글루타티온의 알킬화이다. 세계 보건 기구(WHO)는 체중 1kg당 하루 7.5μg의 아크롤레인 경구 섭취를 허용량으로 제안한다. 아크롤레인은 프렌치 프라이 등 튀긴 음식에 미량 존재하지만, kg당 수 μg 수준이다.^[29]

미국 직업 안전 보건청은 아크롤레인에 대한 직업적 노출 허용 노출 한계를 8시간 시간 가중 평균 0.1 ppm (0.25 mg/m³)으로 설정했다.^[13] 아크롤레인은 면역 억제 방식으로 작용하여 조절 세포를 촉진함으로써 알레르기 발생을 예방할 수 있지만, 암 위험을 증가시킬 수도 있다.^[14]

2019년 킴킴강 유해 물질 유출 사건과 관련된 화학 물질 중 하나로 확인되었다.^[15] 녹는점 -87℃, 끓는점 53℃의 자극적인 냄새를 가진 무색 또는 황색 액체이다. 공기 중에서 산화되기 쉬워 폴리페놀을 산화 방지제로 첨가한다. 반응성이 매우 풍부한 물질이므로 안정제를 첨가하고 공기를 차단하여 저장한다. 20℃ 물에 대한 용해도는 20g/100ml이다.

쥐를 이용한 경구 독성 LD₅₀은 82mg/kg, 토끼를 이용한 경피 독성 LD₅₀은 250mg/kg으로 독성이 강하고 가연성도 강해 취급에 주의해야 한다. 일본에서는 독물 및 극물 취체법에 따라 원제가 극물로 지정되어 있고^[32][33], 소방법에 의해 제1석유류로 지정되어 있다^[33] . 중합을 일으키기 쉬워 시판 제품에는 히드로퀴논이 중합 방지제로 포함된 경우가 많다^[34] . 순수한 아크롤레인이 필요할 때는 증류 등으로 정제하여 즉시 사용해야 한다.

식용유를 사용한 튀김 등 장시간 조리 작업으로 인해 발생하는 "기름 멀미"는 가열 분해된 유지에서 발생하는 아크롤레인 때문으로 여겨진다.^[35] 2013년 도쿄공과대학과 축야식품공업 주식회사 연구팀은 유지에 포함된 리놀렌산이 아크롤레인 생성에 크게 관련되어 있음을 발견했다.^[36] 이 연구를 통해 유지 중의 리놀렌산이 공기 중의 산소에 의해 산화되어 히드로페르옥시드가 발생하고, 고온에서 산화, 분해되어 아크롤레인이 발생한다는 것이 밝혀졌다.^[36] 이전에는 글리세린이 아크롤레인 발생에 관련되어 있다고 생각되었다.^[36]

가솔린 엔진, 디젤 엔진 및 담배의 불완전 연소에서도 발생하며, 제품평가기술기반기구 2005년 조사에 따르면 자동차·선박 등에서 연간 1,765톤, 환경성 2004년 조사에 따르면 담배에서 연간 97톤이 배출된다.^[37]

6. 1. 담배 연기

6. 2. 항암제 대사

6. 3. 내인성 생성

7. 분석 방법

"아크롤레인 검사"는 글리세린 또는 지방의 존재 여부를 확인하기 위한 검사이다. 시료를 황산수소칼륨과 함께 가열하면 검사 결과가 양성일 경우 아크롤레인이 방출된다. 지방을 황산수소칼륨과 같은 탈수제 존재 하에 강하게 가열하면 분자 내 글리세롤 부분이 탈수되어 불포화 알데히드인 아크롤레인(CH₂=CH–CHO)이 생성되는데, 이는 탄 요리의 냄새와 유사한 독특한 냄새를 풍긴다.^[29]

미국 EPA 방법 603과 624.1은 산업 및 도시 폐수 흐름에서 아크롤레인을 측정하도록 설계되었다.^[30][31]

8. 기타

튀김 등의 조리 작업을 장시간 할 때 몸이 안 좋아지는 현상을 "기름 멀미"라고 부르는데, 이는 가열 분해된 유지(油脂)에서 발생하는 아크롤레인 때문으로 여겨진다.^[35] 2013년 도쿄공과대학과 축야식품공업 주식회사 연구팀은 유지에 포함된 리놀렌산이 아크롤레인 생성에 크게 관련되어 있음을 발견했다.^[36] 이 연구에 따르면 유지 중의 리놀렌산이 공기 중의 산소에 의해 산화되어 히드로페르옥시드가 발생하고, 이 히드로페르옥시드가 고온에서 산화, 분해되어 아크롤레인이 발생한다.^[36] 이전에는 아크롤레인 발생에 글리세린이 관련되어 있다고 생각되었다.^[36]

가솔린 엔진, 디젤 엔진 및 담배의 불완전 연소에서도 아크롤레인이 발생한다. 자동차, 선박 등에서의 배출량은 연간 1,765톤(제품평가기술기반기구 2005년 조사)이며, 담배에서는 연간 97톤이 배출된다.(환경성 2004년 조사^[37]) 담배 1개비당 발생량은 주류 연에서 9.93~116μg, 부류 연에서 288~348μg으로 분석된다.(후생노동성 2002년 조사^[38])

참조

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_[2] 문서 IDLH
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_[7] 논문 A review on recent developments and progress in sustainable acrolein production through catalytic dehydration of bio-renewable glycerol https://linkinghub.e[...] 2022-03-01
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