말레산

1. 개요

말레산은 -1,355 kJ/mol의 연소열을 가지며, 푸마르산보다 물에 더 잘 녹고 녹는점(135 °C)이 낮은 이산 카르복실산이다. 산업적으로 무수말레산의 가수분해를 통해 얻어지며, 벤젠 또는 부탄의 산화를 통해 생산된다. 말레산은 푸마르산으로의 전환, 오존 분해를 통한 글리옥실산 생산, 약물 안정성을 위한 산 부가염 형성 등에 사용되며, 메틸 메타크릴레이트 기반 접착제의 접착 촉진제로도 활용된다. 또한 말레산 이온은 생화학에서 트랜스아미나제 반응의 억제제로 사용되며, 말레산염은 항히스타민제, 자궁 수축제, β-차단제 등 다양한 의약품의 염 형태로 사용된다.

2. 물리적 성질

말레산은 -1,355 kJ/mol의 연소열을 가지며, 이는 푸마르산보다 22.7 kJ/mol 더 높다. 말레산은 푸마르산보다 물에 더 잘 녹는다. 말레산의 녹는점(135 °C) 역시 푸마르산(287 °C)보다 훨씬 낮다. X선 결정학으로 확인된 바와 같이 말레산은 평면 구조를 갖는다. 두 개의 일반적인 수소 결합이 관찰되는데, 하나는 분자 내 수소 결합이고 다른 하나는 분자간 수소 결합이다.

이산 카르복실산이므로 물에 대한 용해도가 높다(25℃에서 78g/100mL). 기하 이성질체에는 트랜스형의 푸마르산이 있다. 이것들은 세계 최초로 발견된 기하 이성질체 쌍이다.

가열하면 135℃에서 분해되어 고리 모양의 무수말레산이 얻어진다. 이것은 말레산의 두 카르복실기가 접근한 구조를 하고 있기 때문이다.

이에 반해 푸마르산에서는 카르복실기가 접근하지 않으므로 말레산처럼 고리 모양으로 만들 수 없다.

3. 화학적 성질

말레산은 -1,355 kJ/mol의 연소열을 가지며, 이는 푸마르산보다 22.7 kJ/mol 더 높다. 말레산은 푸마르산보다 물에 더 잘 녹으며, 말레산의 녹는점(135 °C) 역시 푸마르산(287 °C)보다 훨씬 낮다. X선 결정학으로 확인된 바와 같이 말레산은 평면 구조를 갖는다. 두 개의 일반적인 수소 결합이 관찰되는데, 하나는 분자 내 수소 결합이고 다른 하나는 분자간 수소 결합이다.

말레산은 이산 카르복실산이므로 물에 대한 용해도가 높다(25℃에서 78g/100mL). 기하 이성질체에는 트랜스형의 푸마르산이 있다. 이것들은 세계 최초로 발견된 기하 이성질체 쌍이다.

가열하면 135℃에서 분해되어 고리 모양의 무수말레산이 얻어진다. 이는 말레산의 두 카르복실기가 접근한 구조를 하고 있기 때문이다. 반면 푸마르산에서는 카르복실기가 접근하지 않으므로 말레산처럼 고리 모양으로 만들 수 없다.

4. 생산 및 산업적 응용

산업에서 말레산은 무수말레산을 가수분해하여 얻으며, 무수말레산은 벤젠 또는 부탄을 산화시켜 생산한다.

말레산은 오존 분해를 통해 글리옥실산을 생산하는 데 사용되는 산업 원료이다. 또한 메틸 메타크릴레이트 기반 접착제에서 나일론, 아연 도금 강철과 같은 다양한 기질의 접착 촉진제로 사용된다.

말레산은 약물의 안정성을 높이기 위해 산 부가염 형태로 사용될 수 있다. 예를 들어 인다카테롤 말레산이 있다. 카르페나진, 클로르페니라민, 피릴라민, 메틸에르고노빈, 티에틸페라진 등 많은 약물이 말레산 염 형태로 제공된다.

4.1. 푸마르산으로의 전환

말레산의 주요 산업적 용도는 푸마르산으로의 전환이다. 이 전환은 이성질체화이며, 다양한 시약, 예를 들어 무기산과 티오요소에 의해 촉매작용된다. 물에 대한 용해도의 큰 차이로 인해 푸마르산 정제가 용이하다.

이 이성질체화는 학교에서 인기 있는 주제이다. 말레산과 푸마르산은 탄소-탄소 이중 결합 주위의 회전이 에너지적으로 유리하지 않기 때문에 자연적으로 상호 변환되지 않는다. 그러나 시스 이성질체를 트랜스 이성질체로 변환하는 것은 소량의 브롬이 존재할 때 광분해에 의해 가능하다. 빛은 원소 브롬을 브롬 라디칼로 전환시키고, 이 라디칼은 라디칼 부가 반응을 통해 알켄을 공격하여 브로모-알칸 라디칼을 생성한다. 이제 단일 결합 회전이 가능하다. 브롬 라디칼은 재결합하여 푸마르산이 형성된다. 또 다른 방법(교실 시연에 사용)으로, 말레산을 염산 용액에서 가열하는 과정을 통해 푸마르산으로 변환한다. 가역적 부가(H⁺)는 중앙 C-C 결합 주위의 자유 회전을 유도하고 더 안정하고 덜 용해되는 푸마르산을 생성한다.

일부 박테리아는 말레산 이성질화 효소를 생성하는데, 이는 박테리아가 니코틴산 대사에 사용한다. 이 효소는 푸마르산과 말레산 사이의 이성질체화를 촉매한다.

4.2. 기타 반응

말레산은 친전자성이기 때문에 많은 디엘스-알더 반응에 디엔친핵체로 참여한다. 이산 카르복실산이므로 물에 대한 용해도가 높다(25℃에서 78g/100mL). 기하 이성질체에는 트랜스형의 푸마르산이 있다. 이것들은 세계 최초로 발견된 기하 이성질체 쌍이다.

가열하면 135℃에서 분해되어 고리 모양의 무수말레산이 얻어진다. 이것은 말레산의 두 카르복실기가 접근한 구조를 하고 있기 때문이다.

:$\backslash rm\; C\_2H\_2(COOH)\_2\; \backslash longrightarrow\; C\_4H\_2O\_3\; +\; H\_2O$

이에 반해 푸마르산에서는 카르복실기가 접근하지 않으므로 말레산처럼 고리 모양으로 만들 수 없다.

4.3. 제약 분야 응용

아민을 함유하는 많은 약물은 말레산 산 염으로 제공된다. 예를 들어 카르페나진, 클로르페니라민, 피릴라민, 메틸에르고노빈, 티에틸페라진 등이 있다.

말레산은 클로르페니라민과 염으로 하면 항히스타민제로 사용되는 말레산 클로르페니라민(클로르페니라민 말레산염)이 된다. 마찬가지로 항히스타민제인 말레산 페니라민(페니라민 말레산염)이나 말레산 카르비녹사민(카르비녹사민 말레산염) 등도 마찬가지이다. 또한, 자궁 수축제의 메틸에르고메트린 말레산염, β-차단제의 티몰롤 말레산염(말레산 티몰롤), 장관 등에 작용하는 트리메부틴 말레산염(말레산 트리메부틴), 고혈압 치료제인 에날라프릴 말레산염(말레산 에날라프릴) 등과 같이 의약품에는 말레산과의 염 형태로 된 것이 다수 존재한다.

5. 말레산염

말레산 이온은 생화학에서 트랜스아미나제 반응의 억제제로서 유용하다. 말레산의 에스터는 말레산염이라고도 하며, 예를 들어 디메틸 말레산염이 있다.

말레산은 클로르페니라민과 염으로 하면 항히스타민제로 사용되는 말레산 클로르페니라민(클로르페니라민 말레산염)이 된다. 마찬가지로 항히스타민제인 말레산 페니라민(페니라민 말레산염)이나 말레산 카르비녹사민(카르비녹사민 말레산염) 등도 마찬가지이다. 또한, 자궁 수축제의 메틸에르고메트린 말레산염, β-차단제의 티몰롤 말레산염(말레산 티몰롤), 장관 등에 작용하는 트리메부틴 말레산염(말레산 트리메부틴), 고혈압 치료제인 에날라프릴 말레산염(말레산 에날라프릴) 등과 같이 의약품에는 말레산과의 염 형태로 된 것이 다수 존재한다.

6. 기타 이용

클로르페니라민과 염으로 하면 항히스타민제로 사용되는 말레산 클로르페니라민(클로르페니라민 말레산염)이 된다. 마찬가지로 항히스타민제인 말레산 페니라민(페니라민 말레산염)이나 말레산 카르비녹사민(카르비녹사민 말레산염) 등도 마찬가지이다. 또한, 자궁 수축제의 메틸에르고메트린 말레산염, β-차단제의 티몰롤 말레산염(말레산 티몰롤), 장관 등에 작용하는 트리메부틴 말레산염(말레산 트리메부틴), 고혈압 치료제인 에날라프릴 말레산염(말레산 에날라프릴) 등과 같이 의약품에는 말레산과의 염 형태로 된 것이 다수 존재한다.