다이에틸렌 글라이콜
1. 개요
다이에틸렌 글라이콜(DEG)은 에틸렌 옥사이드의 가수분해로 생성되는 무색의 끈적한 액체로, 포화 폴리에스터 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 폴리우레탄, 가소제 등의 제조에 사용된다. DEG는 에틸렌 글라이콜 및 트리에틸렌 글라이콜과 관련되어 생성되며, 용매, 습윤제, 건조제 등으로도 활용된다. DEG는 독성이 있어 섭취 시 간, 중추 신경계, 신장에 손상을 줄 수 있으며, 1937년 엘릭서 설파닐아미드 사건을 비롯하여 여러 중독 사고를 통해 사망자를 발생시켰다. 현재는 식품 및 의약품 사용에 엄격한 규제가 적용되며, 중독 시 포메피졸 또는 에탄올 투여, 혈액 투석 등의 치료가 필요하다. 한국에서는 2008년 약사법 개정을 통해 치약에 DEG 배합이 금지되었다.
| IUPAC 이름 | 2,2′-옥시디에탄올 |
|---|---|
| 기타 이름 | 2,2′-옥시비스(에탄-1-올) 2-(2-하이드록시에톡시)에탄-1-올 다이에틸렌 글라이콜 에틸렌 다이글라이콜 다이글라이콜 2,2′-옥시비스에탄올 2,2′-옥시디에탄올 3-옥사-1,5-펜탄다이올 다이하이드록시 다이에틸 에터 다이제노스 다이골 |
| 화학식 | C₄H₁₀O₃ |
| 분자량 | 106.12 g/mol |
| 외형 | 무색 액체 |
| 밀도 | 1.118 g/mL |
| 녹는점 | -10.45 °C |
| 끓는점 | 244 ~ 245 °C |
| 용해도 | 임의의 비율로 혼합 가능 |
| CAS 등록번호 | 111-46-6 |
|---|---|
| PubChem | 8117 |
| ChEBI | 46807 |
| ChemSpider | 13835180 |
| UNII | 61BR964293 |
| KEGG | C14689 |
| SMILES | OCCOCCO |
| InChI | 1/C4H10O3/c5-1-3-7-4-2-6/h5-6H,1-4H2 |
| InChIKey | MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYAK |
| 표준 InChI | 1S/C4H10O3/c5-1-3-7-4-2-6/h5-6H,1-4H2 |
| 표준 InChIKey | MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N |
| 주요 위험 | 가연성, 약한 독성 |
|---|---|
| GHS 그림 문자 | |
| NFPA 704 | 보건: 2 화재: 1 반응성: 0 |
| 인화점 | 가연성 |
| LD50 | 2 — 25 g/kg (경구, 쥐) |
| 관련 다이올 | 에틸렌 글라이콜 트라이에틸렌 글라이콜 폴리에틸렌 글라이콜 |
|---|
-
글라이콜 에터 -
페녹시에탄올
페녹시에탄올은 살균 및 정균 특성을 가진 유기 화합물로, 향수 고정제, 방충제, 방부제, 용매 등 다양한 용도로 사용되며 특히 화장품 및 의약품의 방부제, 수산 양식의 마취제로 널리 쓰이지만 알레르기 유발 및 신경 독성 우려로 사용량에 대한 규제가 있다. -
글라이콜 에터 -
히드록시진
히드록시진은 항히스타민제, 항정신병제, 항불안제로 사용되며 가려움증, 불안, 멀미로 인한 구역질 치료에 사용되고 히스타민 H1 수용체에 대한 역작용을 통해 효과를 나타내며 졸음, 피로감 등의 부작용이 있을 수 있다. -
다이올 -
클로람페니콜
클로람페니콜은 광범위 항균 스펙트럼을 가진 항생제로서 세균의 단백질 합성을 억제하여 장티푸스, 수막염 등의 치료에 사용되지만, 항생제 내성 및 골수 억제, 재생불량성 빈혈, 회색 아기 증후군과 같은 심각한 부작용 때문에 사용이 제한적이며, 1947년 베네수엘라에서 처음 분리되었고 과거 터스키기 매독 연구와 관련된 논란이 있다. -
다이올 -
로수바스타틴
로수바스타틴은 스타틴 계열 약물로, 심혈관계 질환 예방과 이상지질혈증 치료에 사용되며, LDL 콜레스테롤 수치를 낮추고 HDL 콜레스테롤 수치를 약간 증가시키는 효과가 있고, 드물게 근육병증과 같은 심각한 부작용이 나타날 수 있으며, 이상지질혈증 치료 및 심혈관 질환 예방 목적으로 154개국에서 승인되었다. -
알코올 용매 -
메탄올
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알코올 용매 -
에탄올
에탄올은 두 개의 탄소로 된 알코올로, 음료의 주성분, 살균제, 용매, 연료 등으로 쓰이며 에틸렌 수화 반응이나 당 발효를 거쳐 생산되고, 인화성이 높으며 섭취 시 건강에 해로운 영향을 줄 수 있다.
2. 제조
에틸렌 옥사이드의 부분적인 가수분해로 생성된다. 조건에 따라 다양한 양의 DEG 및 관련 글리콜이 생성된다. 결과 생성물은 에테르 결합으로 연결된 두 개의 에틸렌 글라이콜 분자이다.
에틸렌 글라이콜(MEG) 및 트리에틸렌 글라이콜과 함께 부산물로 얻어진다. 업계는 일반적으로 MEG 생산을 최대화하는 방향으로 운영된다. 에틸렌 글리콜은 다양한 응용 분야에서 글리콜 제품 중 가장 큰 생산량을 차지한다. DEG의 가용성은 DEG 시장 요구 사항보다는 1차 제품인 에틸렌 글라이콜 유도체의 수요에 달려 있다.
에틸렌 글라이콜의 반응 부생성물로 얻어진다.
2016년도 일본 국내 생산량 및 소비량은 다음과 같다.
| 항목 | 생산량 (톤) | 공업 소비량 (톤) |
|---|---|---|
| 다이에틸렌 글라이콜(에틸렌 글리콜 에테르) | 66,309 | 12,060 |
3. 구조
에틸렌 옥사이드의 부분적인 가수분해로 생성된다. 조건에 따라 다양한 양의 다이에틸렌 글라이콜 및 관련 글리콜이 생성된다. 결과 생성물은 에테르 결합으로 연결된 두 개의 에틸렌 글리콜 분자이다.
다이에틸렌 글라이콜은 에틸렌 글라이콜(MEG) 및 트리에틸렌 글라이콜과 함께 부산물로 얻어진다. 에틸렌 글라이콜은 다양한 응용 분야에서 글리콜 제품 중 가장 큰 생산량을 차지한다. 다이에틸렌 글라이콜의 가용성은 다이에틸렌 글라이콜 시장 요구 사항보다는 1차 제품인 에틸렌 글라이콜 유도체의 수요에 달려 있다.
다이에틸렌 글라이콜은 에틸렌옥사이드에서 파생된 여러 글리콜 중 하나이며, HOCH2CH2(OCH2CH2)nOH의 화학식을 갖는다. 관련 글리콜은 다음과 같다.
* n = 0 에틸렌 글라이콜 ("부동액"); 모노에틸렌 글라이콜 (MEG)
* n = 1 다이에틸렌 글라이콜 (DEG)
* n = 2 트리에틸렌 글라이콜, TEG 또는 트라이글라이콜
* n = 3 테트라에틸렌 글라이콜
* n = 4 펜타에틸렌 글라이콜
* n > 4 폴리에틸렌 글라이콜
이 화합물들은 모두 친수성이며, 다이올보다 더 친수성이 높은데, 이는 에테르 기능 때문이다.
5. 용도
다이에틸렌 글라이콜(DEG)은 포화 폴리에스터 수지, 불포화 폴리에스터 수지, 폴리우레탄, 가소제 제조에 사용된다. 모르폴린과 1,4-다이옥산의 전구체이며, 니트로셀룰로스, 수지, 염료, 오일 및 기타 유기 화합물의 용매로 쓰인다. 담배, 코르크, 인쇄용 잉크 및 접착제의 습윤제로도 사용되며, 브레이크액, 윤활유, 벽지 제거제, 인공 안개 및 연무 용액, 난방/취사용 연료의 구성 요소이기도 하다. 과거 개인 위생용품(예: 피부 크림 및 로션, 데오드란트)에 사용되었으나, 현재는 대부분 글리콜 에테르로 대체되었다. 에틸렌 글라이콜 부동액에는 에틸렌 글라이콜 생산의 부산물로 존재하는 소량의 다이에틸렌 글라이콜이 포함되어 있다.
DEG는 천연 가스에서 물을 흡수하여 메탄 하이드레이트 형성을 최소화해 파이프를 막는 것을 방지하는 중요한 산업용 건조제이다.
물리적 특성으로 인해 글리세린 (또는 글리세롤) 또는 프로필렌 글라이콜의 위조품으로 사용되어 여러 국가에서 많은 사망자를 발생시키기도 했다. 중국에서 저렴한 치약의 성분으로 사용된 경우와 유럽의 와인 제조업자들이 "달콤한" 와인을 만들기 위해 혼합물로 사용한 경우가 대표적이다.
에틸렌 글라이콜의 반응 부산물로 얻어진다.
일본에서는 불포화 폴리에틸렌 수지의 원료로 사용되며, 2016년도 일본 국내 생산량은 66,309 t, 공업 소비량은 12,060 t이었다. 부동액, 브레이크액, 윤활제, 잉크, 담배 첨가물(보습제), 섬유 유연제, 코르크 가소제, 접착제, 종이, 포장 재료, 페인트 등에 사용된다. 인화되지 않고, 유독한 증기를 발생시키거나 피부 흡수되지 않기 때문에, 일정한 반응에서 우수한 용매로 사용된다.
피부 흡수되지 않는다는 특성으로 인해 과거에는 화장품에도 많이 사용되었다. 음용/식용으로 섭취하지 않는 한, 독성은 인정되지 않는 것으로 알려져 있었다. 약사법 "화장품 기준"에서 규제 대상이 아니었지만, 2008년 기준 개정을 통해 치약에는 배합 금지되었고, 글리세린은 다이에틸렌 글라이콜 0.1% 이하의 것만 사용할 수 있게 되었다. 종전 규제인 약사법 "화장품 종류별 허가 기준"에서는 아이라이너 화장품에만 배합이 금지되었다.
6. 독성
에틸렌 글라이콜처럼 다이에틸렌 글라이콜(DEG)은 인체에 유독하다. 1937년 설파닐아마이드 사태로 그 독성이 널리 알려졌다. DEG의 독성 용량은 체중 1kg당 0.14mg이며, 치사량은 1.0~1.63g/kg이다. 중간 치사량(LD50)에 대해서는 자료에 따라 약 1mL/kg, LD30 등으로 다르게 보고된다. 이러한 유해성 때문에 DEG는 식품 및 의약품에 거의 사용이 허용되지 않는다.
미국 연방 규정집에서는 폴리에틸렌 글라이콜이 식품 첨가제로 사용될 때 DEG 함량을 0.2% 이하로 제한하고 있다. 호주에서는 치약에 포함된 폴리에틸렌 글라이콜(PEG)의 불순물로 DEG를 0.25% w/w 미만으로 허용한다.
DEG는 동물 실험에서 "중간에서 낮은" 급성 독성을 보이며, 작은 포유류의 LD50은 2~25g/kg이다. 이는 에틸렌 글라이콜보다는 덜 독성이지만, 여전히 인체에는 독성을 유발할 수 있다(고농도에서만). DEG는 실험 동물에서의 경구 독성 데이터보다 인체에 더 위험할 수 있는 것으로 보인다.
DEG는 물리적 특성 때문에 글리세린이나 프로필렌 글라이콜의 위조품으로 사용될 수 있으며, 이로 인해 여러 국가에서 많은 사망자가 발생했다. 중국에서는 저렴한 치약 성분으로 사용되었고, 유럽 와인 제조업자들은 "달콤한" 와인을 만들기 위한 혼합물로 사용하기도 했다. 경구 섭취 시 간, 중추 신경계, 신장에 독성이 있으며, 사망 사례에서는 설사나 구토 후 신부전으로 이어지는 경우가 많다. DEG는 단맛을 가지고 있어 부동액 오음이나 와인 첨가물 등으로 인한 중독 사건을 일으키기도 한다.
6.1. 독성 기전
다이에틸렌 글라이콜(DEG)은 섭취 후 위장관을 통해 흡수되어 혈류를 통해 신체 전체로 분포되며, 30~120분 이내에 혈중 최고 농도에 도달한다. 간에서 DEG는 효소에 의해 대사된다.
처음에는 DEG가 간에서 유독한 에틸렌 글리콜로 전환된다고 생각되었으나, 옥살산 칼슘 결정이 신장에 침착되지 않아 에틸렌 글리콜은 DEG 대사 경로에 있지 않음이 밝혀졌다. 쥐 모델에 따르면 DEG는 간에서 NAD 의존성 알코올 탈수소 효소(ADH)에 의해 2-하이드록시에톡시아세트알데히드(C4H8O3)로 대사된다. 그 후, 2-하이드록시에톡시아세트알데히드는 알데히드 탈수소 효소(ALDH)에 의해 약산인 2-하이드록시에톡시아세트산(HEAA, C4H8O4)으로 대사된다. HEAA는 혈류를 통해 간을 떠나 부분적으로 신장에서 걸러져 배설된다.
현재 문헌에 따르면 과학자들은 대사되지 않은 DEG와 HEAA가 사구체 여과를 통해 부분적으로 재흡수된다고 제안한다. 결과적으로 HEAA와 그 대사 산물은 신장 지연을 일으켜 대사성 산증을 유발하고, 간과 신장 손상을 일으킬 수 있다.
6.2. 중독 증상
다이에틸렌 글라이콜(DEG) 중독 증상은 일반적으로 세 단계로 나타난다.
*1단계: 메스꺼움, 구토, 복통, 설사 등 위장 증상이 나타난다. 일부 환자는 정신 상태 변화, 중추 신경계 억제, 혼수와 같은 초기 신경학적 증상과 경미한 저혈압을 보일 수 있다.
*2단계: 섭취 후 1~3일 이내에 (섭취량에 따라) 환자는 대사성 산증을 겪으며, 이는 급성 신부전, 핍뇨, 혈청 크레아티닌 농도 증가, 그리고 이후 무뇨증을 유발한다. 산증 및/또는 신장 부전으로 인한 다른 증상으로는 고혈압, 빈맥 및 기타 심장 부정맥, 췌장염, 고칼륨혈증 또는 경미한 저나트륨혈증이 보고되었다.
*3단계: 섭취 후 최소 5~10일이 지나면 대부분의 증상은 진행성 기면, 안면 마비, 발성 장애, 동공 확장 및 무반응, 사지 마비, 그리고 사망으로 이어지는 혼수와 같은 신경학적 합병증과 관련이 있다.
6.3. 중독 치료
포메피졸 또는 에탄올을 신속하게 투여하여 다이에틸렌 글라이콜이 신장 손상을 유발하는 화합물로 대사되는 것을 방지해야 한다.
* 포메피졸: 알코올 탈수소 효소(ADH) 억제제로, 에탄올보다 8000배 더 높은 친화력을 가진다. 이 치료법은 부작용이 거의 없다. 그러나 치료 비용이 매우 비싸다(치료당 3000USD).
* 에탄올: 경쟁적인 ADH 기질이다. 효소를 적절하게 포화시키기 위해 1~1.5 g/L(호흡 중 0.5~0.75 mg/L에 해당)의 일정한 혈중 농도를 유지해야 한다. 체중 킬로그램당 0.6~0.7 g의 에탄올을 초기 용량으로 투여해야 한다(약 0.8 mL/kg 또는 0.013 fl.oz/lb). 이는 에탄올 중독을 유발한다. 부작용을 피하기 위해 잦은 혈청 모니터링과 용량 조절이 이루어져야 한다.
DEG가 이미 대사되어 에탄올이나 포메피졸이 효과가 없는 늦은 진단의 경우, 혈액 투석이 유일한 치료법이 된다. 혈액 투석은 에탄올 또는 포메피졸과 단독 또는 병용하여 투여할 수 있다.
예후는 DEG 중독으로 인한 높은 사망률 때문에 신속한 진단과 치료에 달려 있다. 생존했지만 신부전이 발생한 환자는 투석 의존 상태로 남게 된다. 모든 환자는 심각한 이환율을 겪을 가능성이 높다.
7. 중독 사건
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다이에틸렌 글라이콜(DEG)은 글리세린이나 프로필렌 글라이콜의 위조품으로 사용되어 여러 국가에서 많은 사망자를 발생시켰다. 주요 중독 사건들은 다음과 같다.
| 연도 | 국가 | 사건 내용 | 사망자 수 |
|---|---|---|---|
| 1937년 | 미국 | 설파닐아미드 엘릭서 사건: S. E. 매생길 사가 제조한 설파닐아미드 엘릭서에 DEG가 사용됨. 이 사건은 1938년 연방 식품, 의약품 및 화장품법 제정의 계기가 됨. | 105명 |
| 1969년 | 남아프리카 공화국 케이프타운 | 일반 의약품 진정제에 DEG가 사용됨. | 7명 |
| 1985년 | 오스트리아 | 1985년 디에틸렌 글라이콜 와인 스캔들: 오스트리아 와인에서 최대 1,000ppm의 DEG가 검출됨. 여러 국가에서 수입 금지 및 와인 검사 실시. | - |
| 1986년 | 인도 봄베이 | 글리세린에 DEG가 오염됨. | 21명 |
| 1990년 | 나이지리아 | 파라세타몰(아세트아미노펜) 시럽에 DEG가 사용됨. | 47명 |
| 1990년~1992년 | 방글라데시 | 파라세타몰 시럽에 DEG가 오염됨. | 339명 |
| 1995년 | 아르헨티나 | 프로폴리스 시럽에 DEG가 함유됨. | 29명 |
| 1995년~1996년 | 아이티 | 아세트아미노펜 액체 제품(Afebril 및 Valodon)에 DEG가 오염됨. | 88명 |
| 2006년 | 중국 | 아밀라리신 A 등 여러 의약품에 DEG가 함유된 가짜 시럽 사용. | - |
| 2006년 | 파나마 | 사회보장연구소에서 제조한 기침 시럽 등에 DEG가 오염됨. | 219명 (2011년 6월 기준) |
| 2007년 | 파나마, 미국, 중국 등 | DEG가 함유된 중국산 치약 유통 사건. 30개국 이상에서 30개 이상의 브랜드가 연루됨. | - |
| 2008년 | 나이지리아 | 이가 나는 혼합제인 마이 피킨 베이비(My Pikin Baby)에 DEG가 오염됨. | 최소 84명 |
| 2019년~2020년 | 브라질 | Backer 양조장의 맥주에 DEG가 오염됨. | 10명 |
| 2020년 | 인도 잠무 카슈미르 연합 구역 | 콜드베스트 PC 기침 시럽에 DEG가 오염됨. | 17명 |
| 2022년~2023년 | 감비아, 우즈베키스탄, 인도네시아 | 오염된 기침 시럽으로 인해 5세 미만 어린이를 중심으로 발생. | 300명 이상 |
이 외에도 1985년에는 오스트리아에서 와인의 단맛을 높이기 위해 와인에 DEG를 혼합하여 출하한 사건이 있었다.