아세트알데하이드

3. 화학적 성질

3. 1. 반응

4. 제조

아세트알데하이드는 주로 에틸렌을 산화시키는 바커 공정을 통해 공업적으로 생산된다.^[97] 1970년대에 바커-회흐스트 직접 산화 공정의 세계 생산 능력은 연간 200만 톤을 초과했다. 2003년 세계 연간 생산량은 100만 톤이었다.^[77] 2016년도 일본 국내 생산량은 87,066톤, 공업 소비량은 37,313톤이다.^[76]

: 2CH2=CH2 + O2 ->[\ce{PdCl2, CuCl2}] 2CH3CHO

에탄올을 산화시켜 소량의 아세트알데하이드를 제조할 수도 있다. 이 공정은 약 500–650℃에서 은 촉매를 사용하여 수행된다.^[26]

: 2CH3CH2OH + O2 -> 2CH3CHO + 2H2O

과거에는 수은 촉매를 사용하여 아세틸렌을 수화하는 방법으로 아세트알데하이드를 생산했다.^[75] 그러나 이 과정에서 생성된 메틸수은이 무처리로 배출되어 미나마타병의 원인이 되었다.

: CH#CH + H2O ->[\ce{Hg^{2+}}] CH2=CHOH <=> CH3CHO

5. 생화학

간에서 알코올 탈수소 효소는 에탄올을 아세트알데하이드로 산화시키고, 이는 다시 아세트알데히드 탈수소 효소에 의해 무해한 아세트산으로 산화된다.^[41] 이 두 산화 반응은 를 NADH로 환원시키는 것과 결합된다.^[41] 뇌에서는 카탈라아제 효소가 주로 에탄올을 아세트알데히드로 산화시키는 역할을 하며, 알코올 탈수소 효소는 부차적인 역할을 한다.^[41]

많은 동아시아인은 아세트알데히드를 산화시키는 효율을 현저히 떨어뜨리는 ALDH2 돌연변이를 가지고 있다. 알코올을 섭취하면 신체는 과도한 양의 아세트알데히드를 축적하여 소위 알코올 홍조 반응을 일으킨다.^[42] 그들은 얼굴과 몸에 특징적인 홍조를 띠며, "메스꺼움, 두통 및 전반적인 신체적 불편함"을 겪는다.^[43]

아세트산으로 아세트알데하이드를 전환하는 효소의 유전적 결핍이 있는 사람들은 알츠하이머병의 위험이 더 높을 수 있다. "이러한 결과는 ALDH2 결핍이 후기 발병 알츠하이머병의 위험 요소임을 나타냅니다..."^[54] 818명의 과음자를 대상으로 한 연구에서, ADH1C 유전자의 변이체인 ADH1C*1을 통해 정상보다 더 많은 아세트알데하이드에 노출된 사람은 상부 위장관 및 간암 발생 위험이 더 높다는 사실이 밝혀졌다.^[55]

디설피람(안타부스)은 아세트알데히드를 아세트산으로 산화시키는 효소인 아세트알데히드 탈수소효소를 억제하는 약물이다.^[56] 디설피람을 복용하는 동안 에탄올을 섭취하면 에탄올의 숙취 효과가 더 빠르고 강렬하게 느껴진다(디설피람-알코올 반응). 따라서 디설피람은 술을 끊고 싶어하는 알코올 중독자에게 억제제로 사용되기도 한다.^[56]

많은 미생물은 에탄올로부터 아세트알데하이드를 생성하지만, 아세트알데하이드를 제거하는 능력이 낮아 타액, 위산 및 장 내용물에 아세트알데히드가 축적될 수 있다. 발효 식품과 많은 알코올 음료에도 상당한 양의 아세트알데히드가 포함될 수 있다. 에탄올의 점막 또는 미생물 산화, 담배 연기 및 식단에서 유래된 아세트알데하이드는 인간의 상부 소화관에서 누적 발암 물질로 작용하는 것으로 보입니다.^[66]

폐나 소화관 등에서 흡수되어 혈액, 간, 비장, 심장, 근육에 분포한다. 음주 후 혈중에서는 적혈구에 존재하는 농도가 혈장의 농도의 약 10배이며, 거의 대부분이 적혈구에 존재한다.^[78] 아세트알데히드는 호흡이나 피부 가스로 방산되어 체취의 원인이 된다.

세균, 식물, 효모 등에서는 알코올 발효의 최종 단계로 피루브산 탈탄산 효소에 의해 피루브산으로부터 아세트알데히드가 합성되고, 그것이 에탄올로 변환된다. 이 마지막 반응에도 알코올 탈수소 효소가 역반응 형태로 기여하고 있다.

6. 용도

과거에는 아세트산 생산의 주요 원료였으나, 현재는 메탄올을 이용한 카르보닐화 공정이 주로 사용된다.^[44] 아세트산 에틸, 피리딘 유도체, 펜타에리트리톨, 크로톤알데히드 등 다양한 화학 물질 합성의 중간체로 사용된다.^[97][26] 합성수지, 염료, 폭발물 등의 유기 합성 원료, 환원제, 방부제 등으로 사용된다.^[97]

중국은 2012년에 전 세계 소비량의 거의 절반을 차지했으며, 주요 사용처는 아세트산 생산이었다.^[45] 피리딘 및 펜타에리트리톨과 같은 다른 용도는 아세트산보다 더 빠르게 성장할 것으로 예상되지만, 그 양은 아세트산의 감소를 상쇄할 만큼 크지 않다. 결과적으로, 중국의 전체 아세트알데히드 소비량은 2018년까지 연간 1.6% 증가했다. 서유럽은 2012년에 세계 소비량의 20%를 차지했다. 중국과 마찬가지로, 서유럽 아세트알데히드 시장은 2012-2018년 동안 연간 1% 증가했다. 일본은 부타디엔의 상업적 생산에 대한 새로운 용도로 인해 향후 5년 동안 아세트알데히드의 잠재적 소비국으로 부상할 수 있다.^[45]

공업적으로 합성된 아세트알데히드의 대부분은 티센코 반응을 이용한 아세트산 에틸의 합성에 사용된다. 알콕시드의 촉매 작용에 의해, 아세트알데히드 2분자가 카르복실산과 알코올로 불균등화되면서 탈수 축합하여 아세트산 에틸을 생성한다.

7. 안전성

아세트알데하이드는 섭취 시 위장 자극, 구역, 구토, 설사 등을 유발할 수 있으며, 다량 흡입 시 호흡 곤란, 경련, 호흡계 마비로 이어질 수 있어 인체에 해롭다.^[101] 중추신경억제제로 작용하며, 노출될 경우 중추신경억제 효과가 나타날 수 있다.^[101] 피부, 눈, 점막, 목, 호흡기 등에 자극을 줄 수 있으며, 고농도에서는 마취 효과가 있을 수 있다.^[101][26] 1000 ppm과 같은 낮은 농도에서도 자극이 발생하며, 메스꺼움, 구토, 두통 등의 증상이 나타날 수 있다. 이러한 증상은 즉시 나타나지 않을 수 있다.^[26]

아세트알데히드의 인지 역치는 0.07~0.25 ppm 사이이며, 이 농도에서 과일 냄새가 감지된다.^[26] 25 ppm 및 50 ppm 농도에 15분 동안 노출된 후 결막 자극이 관찰되었으며, 200 ppm에 15분 동안 노출된 후에는 일시적인 결막염 및 호흡기계 자극이 보고되었다. 노출 기준은 25ppm(단시간 노출 기준/상한값)이며, 최대 작업장 농도(MAK)는 50 ppm이다. 50ppm에서는 비강 점막에서 자극이나 국소 조직 손상이 관찰되지 않는다.^[26] 아세트알데하이드는 유기체에 흡수되면 간에서 아세트산으로 빠르게 대사되며, 아주 소량만이 변하지 않은 상태로 배출된다. 정맥 주사 후 혈액 내 반감기는 약 90초이다.^[26]

국제 암 연구 기구(IARC)는 알코올 음료에 포함되거나 체내에서 생성되는 아세트알데하이드를 그룹 1 발암 물질로 분류하고 있다.^[50] 1988년 IARC는 아세트알데히드의 발암성에 대한 실험 동물 증거가 충분하다고 언급했다.^[49] 2009년 10월에는 알코올 음료에서 포함되고 내인성적으로 생성되는 아세트알데히드를 그룹 1 인간 발암 물질로 분류했다.^[50] 아세트알데하이드는 DNA에 손상을 입히고^[51] 단백질에 결합하여 비정상적인 근육 발달을 유발할 수 있다.^[52] 또한, DNA 가닥간 가교를 유도하여 돌연변이를 유발할 수 있다.^[2]

음주로 생성되는 아세트알데하이드는 DNA나 단백질에 결합하여 부가체를 형성하며, 이는 다양한 질병에 관여하는 것으로 알려져 있다. 또한, 새집 증후군의 원인 물질 중 하나로 알려져 있다.^[80] 동물 실험에서 쥐나 햄스터에게 아세트알데히드를 흡입시키면 호흡기에 암이 생기는 것이 확인되었고, 세균이나 배양 세포를 사용한 실험에서 돌연변이원성이 인정되었다.^[85]

8. 환경

아세트알데하이드는 작업장, 실내 및 주변 환경에서 잠재적인 오염 물질이다.^[57] 대부분의 인간은 시간의 90% 이상을 실내 환경에서 보내기 때문에 노출과 인간 건강에 대한 위험이 증가한다.^[57] 프랑스의 한 연구에서 16개 가정에서 측정된 아세트알데히드의 평균 실내 농도는 실외 아세트알데히드 농도보다 약 7배 높았다. 거실의 평균은 18.1±17.5 μg m⁻³였고, 침실은 18.2±16.9 μg m⁻³였으며, 실외 공기의 평균 농도는 2.3±2.6 μg m⁻³였다.

휘발성 유기 화합물(VOC)인 벤젠, 포름알데히드, 아세트알데히드, 톨루엔, 자일렌 등은 건강에 미치는 영향과 관련하여 우선적인 오염 물질로 간주된다. 개조되거나 완전히 새로운 건물에서는 VOC 농도 수준이 종종 여러 자릿수 이상 높다. 가정 내 아세트알데히드의 주요 공급원으로는 건축 자재, 라미네이트, PVC 바닥재, 니스칠된 목재 바닥재 및 니스칠된 코르크/소나무 바닥재(목재가 아닌 바니시에서 발견됨)가 있다. 또한 플라스틱, 유성 및 수성 페인트, 복합 목재 천장, 파티클 보드, 합판, 처리된 소나무 목재, 라미네이트 칩보드 가구에서도 발견된다.^[58]

아세트알데하이드는 다양한 산업 분야에서 널리 사용되며, 생산, 사용, 운송 및 보관 과정에서 폐수 또는 대기 중으로 배출될 수 있다. 아세트알데히드의 발생원으로는 화석 연료, 나무 또는 쓰레기를 태우는 고정식 내연 기관 및 발전소의 연료 연소 배출, 석유 및 가스 추출, 정유 공장, 시멘트 가마, 제재소, 목재 공장 및 제지 공장이 있다.^[59] 아세트알데히드는 자동차 및 디젤 배기가스에도 존재한다.^[60] 그 결과 아세트알데히드는 "백만 명 중 한 명 이상에서 암 위험이 있는 가장 빈번하게 발견되는 대기 유해 물질 중 하나"이다.^[15]

천연 다당류인 담배 셀룰로스는 아세트알데히드를 담배 연기의 주요 성분으로 만드는 주요 전구체인 것으로 나타났다.^[61][62] 이는 중독에 관한 설치류 동물 실험에서 니코틴과 상승 작용을 하는 것으로 입증되었다.^[63][64] 아세트알데하이드는 또한 담배 연기에서 가장 풍부한 발암 물질이며, 흡연 시 침에 녹아든다. 아세트알데하이드는 담배 연기에 포함되어 있으며, 니코틴과 상승 작용을 나타내 담배에 대한 의존성을 증가시킨다.^[81] 아세트알데히드 자체에도 독성이 있지만, 연소되면 메탄과 일산화 탄소로 분해되어 더욱 독성이 증가한다.

아세트알데하이드는 담배 첨가물로, 담배 제조 회사에서 첨가하고 있다. 그 이유는 암모니아와 마찬가지로 니코틴의 흡수 및 효과를 증폭시켜, 더 적은 양의 니코틴으로 의존성을 나타내게 하기 위해서^[82], 또는 연소를 촉진시키기 위해서 등이다. L-시스테인 방출제를 통해 아세트알데하이드를 제거하면 금연 성공률이 상승한다.^[83]

9. 법규 (대한민국)

아세트알데하이드는 대한민국에서 다양한 법률에 의해 규제되는 화학 물질이다. 화학물질관리법에 따라 제1종 지정 화학물질(1-11)로 분류되며, 화학물질의 등록 및 평가 등에 관한 법률에 의거, 우선평가 화학물질(2-485)로 지정되어 있다. 소방법상으로는 위험물 제4류 특수 인화물에 해당한다.

산업안전보건법에서는 위험물 인화성 물질이자 명칭 등을 통지해야 할 유해물질이며, 변이원성이 인정된 기존 화학물질로 관리된다. 식품위생법상 식품 첨가물(향료)로 사용될 수 있다.

이 외에도 대기오염 방지법상 유해 대기 오염 물질(우선 처리 물질), 선박 안전법, 항공법, 항만법상 인화성 액체류, 악취 방지법상 특정 악취 물질, 고압가스 안전 관리법상 가연성 가스 및 액화 가스로 규제된다.

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