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아줄렌

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1. 개요

아줄렌은 사이클로펜타디엔과 사이클로헵타트라이엔 고리가 융합된 구조를 가진 방향족 화합물이다. 짙은 청색을 띠며, 10개의 파이 전자를 가지고 있으며, 7원 고리가 친전자성, 5원 고리가 친핵성을 띠는 특징이 있다. 아줄렌은 버섯의 푸른색을 나타내는 유도체로 존재하며, 항염증 효과가 있어 화장품, 의약품 등에 사용된다.

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아줄렌 - [화학 물질]에 관한 문서
기본 정보
아줄렌 번호
아줄렌의 구조식, 적색 글자는 위치 번호를 나타냄
아줄렌 3D 구조
아줄렌의 구-막대 모델
IUPAC 명칭비시클로[5.3.0]데카펜타엔
다른 이름해당사항 없음
식별 정보
UNII82R6M9MGLP
KEGGC13392
InChI1/C10H8/c1-2-5-9-7-4-8-10(9)6-3-1/h1-8H
InChIKeyCUFNKYGDVFVPHO-UHFFFAOYAT
표준 InChI1S/C10H8/c1-2-5-9-7-4-8-10(9)6-3-1/h1-8H
표준 InChIKeyCUFNKYGDVFVPHO-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록번호275-51-4
ChemSpider ID8876
PubChem CID9231
ChEBI31249
SMILESc1cccc2cccc2c1
화학적 성질
분자식C10H8
몰 질량128.17 g/mol
외형해당사항 없음 (짙은 청색 결정으로 기재된 문서도 있음)
밀도해당사항 없음
녹는점99–100 °C
끓는점242 °C
용해도해당사항 없음
자기 감수율-98.5·10−6 cm3/mol
물에 대한 용해도g/L
열화학
연소열−1266.5 kcal/mol
생성열해당사항 없음
엔트로피해당사항 없음
열용량해당사항 없음
위험성
주요 위험해당사항 없음
인화점해당사항 없음
자연 발화점해당사항 없음

2. 구조 및 성질

아줄렌은 사이클로펜타디엔과 사이클로헵타트라이엔 고리가 융합된 형태를 가지는 방향족 화합물이다. 10개의 파이 전자를 가지며, 나프탈렌과 달리 1.08 D의 분자 쌍극자 모멘트를 갖는다.[6] 이는 7원 고리가 친전자성, 5원 고리가 친핵성을 띠는 특징으로 이어진다.[7]

짙은 청색의 승화성이 높은 결정으로, 스페인어로 "푸른"을 의미하는 "azul"에서 이름이 유래했다. 소염 작용이 있어 화장품, 비누, 입욕제 등의 일용품과 가글, 안약, 위장약 등의 의약품에 사용된다.[19][20] 15세기 캐모마일 증기 증류를 통해 처음 발견되었으며, 1863년 영국의 조향사 세프티머스 피스에 의해 서양톱풀쓴쑥에서 분리되어 명명되었다. 1937년 플라시두스 안드레아스 플랫너에 의해 처음 합성되었다.

물에는 녹지 않고 유기 용매에 녹는다.

2. 1. 방향족성

아줄렌의 공명 구조


아줄렌은 사이클로펜타디엔과 사이클로헵타트라이엔 고리가 융합된 것으로, 나프탈렌과 사이클로데카펜타엔처럼 10개의 파이 전자를 가진다. 아줄렌은 다음과 같은 방향족성을 나타낸다.[4]

방향족성으로 인한 안정화 에너지는 나프탈렌의 절반 정도로 추정된다.

분자 쌍극자 모멘트는 1.08 D로,[6] 0 D인 나프탈렌과 대조적이다. 이러한 극성은 아줄렌이 6개의 π-전자를 가진 사이클로펜타디에닐 음이온과 6개의 π-전자를 가진 트로필륨 양이온이 융합된 것으로 설명할 수 있다. 7원 고리에서 5원 고리로 전자가 이동하여 각 고리가 휠 규칙에 따라 방향족 안정성을 갖는다. 반응성 연구에 따르면 7원 고리는 친전자성이고 5원 고리는 친핵성이다.[7]

아줄렌은 짙은 색을 띠는데, 이는 작은 불포화 방향족 화합물에서는 드문 현상이다.[7] 또한, 아줄렌은 상위 여기 상태(S2 → S0)에서 형광을 나타내 카샤 규칙을 위반한다.[8]

2. 2. 특이한 광학적 성질



아줄렌은 짙은 청색을 띠는데, 이는 작은 불포화 방향족 화합물에서는 드문 현상이다.[7] 또한 상위 여기 상태 (S2 → S0)에서 형광을 나타내어 카샤 규칙을 위반한다.[8]

나프탈렌이 2개의 벤젠 고리가 한 변을 공유하는 구조인 반면, 아줄렌은 7원 고리와 5원 고리가 축합된 구조를 갖는다. 나프탈렌과 마찬가지로 10개의 π 전자를 포함하는 공명 구조를 갖지만, 공명 안정화 에너지는 나프탈렌의 절반이다. 쌍극자 모멘트가 0인 나프탈렌과는 대조적으로, 아줄렌의 쌍극자 모멘트는 1.08 D이다.[21] 이 분극은 각각 방향족성을 갖는 6π 전자 구조의 시클로헵타트리에닐리움 이온 (트로필륨 이온)과 시클로펜타디에닐 음이온이 축합된 구조로 아줄렌을 봄으로써 설명할 수 있다. 그 극성 때문에, 친전자성 반응은 5원 고리 쪽에서, 친핵성 반응은 7원 고리 쪽에서 일어나기 쉽다. 나프탈렌 등보다 방향족성은 다소 낮으며, 수소화 등의 반응을 잘 받는 성질이 있다.

아줄렌은 카샤의 법칙에서 벗어나는 분자로 알려져 있으며, 그 유도체 또한 최저 여기 일중항 상태에서 형광을 내지 않는 경우가 많다.

3. 역사

그 역사는 오래되어, 15세기에는 캐모마일의 증기 증류를 통해 아줄렌을 포함한 짙은 청색의 정유가 얻어졌다.[19] 1863년에 영국의 조향사 George William Septimus Piesse영어 (피스&류뱅의 공동 설립자)에 의해 서양톱풀이나 쓴쑥에서 단리되었으며, 그에 의해 명명되었다.[19] 레오폴드 루지치카가 아줄렌의 구조를 해명했으며, 1937년에 스위스의 화학자 플라시두스 안드레아스 플랫너 (Placidus Andreas Plattner, 1904년–1975년)에 의해 처음으로 합성되었다.[19][20]

4. 합성

아줄렌은 그 독특한 구조로 인해 다양한 합성 방법이 연구되어 왔다.[9] 1939년 St. Pfau와 Plattner가 인다인과 에틸 디아조아세테이트를 사용한 최초의 합성법을 보고한 이후,[10] 불포화 C5-신톤을 사용한 고리화 반응을 포함하는 효율적인 원-팟 합성법[11], 사이클로헵타트라이엔을 이용하는 방법[12][13] 등이 개발되었다.

피리디늄 또는 피릴륨 염과 사이클로펜타디에닐 음이온으로부터 시작하는 합성 경로[14], 디엘스-알더 반응과 역 디엘스-알더 반응을 이용한 합성법도 알려져 있다.[14]

하지만, 아줄렌 합성은 여전히 어려운 과제로 남아있으며, 2019년 기준 250mg 당 10500JPY의 높은 가격으로 판매되고 있다.[23]

4. 1. 초기 합성법

1939년, St. Pfau와 Plattner는 인다인과 에틸 디아조아세테이트를 이용한 최초의 아줄렌 합성법을 보고했다.[10][24]

4. 2. 현대 합성법

아줄렌의 합성 경로는 독특한 구조 때문에 오랫동안 관심을 받아왔다.[9] 1939년, St. Pfau와 Plattner는 인다인과 에틸 디아조아세테이트로부터 시작하는 최초의 방법을 보고했다.[10]

효율적인 원-팟 경로는 불포화 C5-신톤을 사용한 고리화 반응을 포함한다.[11] 사이클로헵타트라이엔으로부터의 대안적인 접근법은 오랫동안 알려져 왔으며, 한 가지 예시적인 방법은 아래에 나와있다.[12][13]

720px


위 그림의 절차는 다음과 같다.

# 사이클로헵타트라이엔과 디클로로 케텐의 2+2 고리 부가 반응

# 디아조메탄 삽입 반응

# DMF를 이용한 탈할로겐화 반응

# 나트륨 붕수소화물을 이용한 알코올로의 Luche 환원

# Burgess 시약을 이용한 제거 반응

# p-클로라닐을 이용한 유기 산화

# 폴리메틸하이드로실록산, 아세트산 팔라듐(II), 인산 칼륨 및 DPDB 리간드를 이용한 탈할로겐화 반응

또 다른 합성 경로는 피리디늄 또는 피릴륨 염과 사이클로펜타디에닐 음이온으로부터 시작한다.[14]



아줄렌은 또한 디엘스-알더 반응과 역 디엘스-알더 반응을 통해 합성될 수 있다.[14]


5. 유도체

아줄렌 유도체는 다양한 생리 활성을 나타내며, 의약품 및 화장품 등에 널리 사용된다. 아줄렌 골격은 5, 7원환이 축환한 테르펜류를 가열하여 탈수 및 공기 산화를 거쳐 생성한다. 1,4-디메틸-7-아이소프로필아줄렌은 유소목에서 유래된 구아이아줄렌이며, 4,8-디메틸-2-이소프로필아줄렌은 베티버 오일의 주성분인 베티바줄렌이다. 이들은 온화한 항염증 작용을 하여 민간 약으로 사용되어 왔으며, 현재에도 안약, 위장약 등에 배합되어 사용된다.[19][20]

함수용 아줄렌은 1-아줄렌설폰산나트륨(구아이아줄렌설폰산나트륨)을 가리키며, 설폰산염으로 만들어져 수용성을 높였다. 항염증 작용을 이용한 구강 청결제, 점안액 등이 시판되고 있다. 수용성 아줄렌과 L-글루타민 배합 제제는 "마즈렌"(수제약), "그리막"(사와이 제약)이라는 이름으로 소화성 궤양, 위염 치료제로 사용된다.[30]

2,6:2',6"-테르아줄렌의 구조식


2013년 야마가타 대학의 야마구치 유지 등이 삼량체 2,6:2',6"-테르아줄렌을 합성하여 n형 반도체가 된다는 것을 밝혔다.[31][32]

5. 1. 구아이아줄렌

구아이아줄렌 (1,4-다이메틸-7-아이소프로필아줄렌)은 짙은 파란색을 띠는 아줄렌의 알킬화 유도체이다. 화장품 산업에서 피부 컨디셔닝제로 사용하기 위해 상업적으로 이용되고 있다.[17] 유소목에서 유래된 구아이아줄렌은 온화한 항염증 작용을 하기 때문에 오래전부터 민간 약으로 사용되어 왔으며, 현재에도 그 유도체가 안약, 위장약 등에 배합되어 사용되고 있다.

5. 2. 히드록시아줄렌

1-히드록시아줄렌은 불안정한 녹색 오일이며, 케토-엔올 호변이성질화를 보이지 않는다.[16] 2-히드록시아줄렌은 2-메톡시아줄렌을 브롬화 수소산으로 가수분해하여 얻는다. 2-히드록시아줄렌은 안정적이며 케토-엔올 호변이성질화를 보인다.[17] 물에서의 2-히드록시아줄렌의 p''K''a는 8.71로, 페놀이나 나프톨보다 산성이 강하다. 6-히드록시아줄렌의 물에서의 p''K''a는 7.38로, 이 또한 페놀이나 나프톨보다 산성이 강하다.[17]

5. 3. 나프트아줄렌

나프탈렌 고리가 아줄렌의 1,2-위치에서 축합된다. 이러한 시스템 중 하나에서[18] 테트라헬리센과 유사하게 평면성에서 벗어남을 알 수 있다.

5. 4. 기타 유도체

베티버 오일의 주성분인 베티바줄렌은 4,8-디메틸-2-이소프로필아줄렌이다.[30] 캐모마일이나 서양톱풀에 함유된 프로아줄렌인 마트리신으로부터 생합성되는 카마줄렌도 아줄렌 유도체이다.[30]

1-아줄렌설폰산나트륨(구아이아줄렌설폰산나트륨)은 수용성을 높여 구강 청결제, 점안액 등에 사용된다.[30] 수용성 아줄렌과 L-글루타민 배합 제제는 "마즈렌", "그리막" 등의 이름으로 소화성 궤양, 위염 치료제로 사용된다.[30]



락타리우스 인디고(''Lactarius indigo'') 버섯의 발색 성분은 스테아르산 (7-이소프로페닐-4-메틸아줄렌-1-일)메틸이다.[30] Entoloma hochstetteri 버섯의 발색 성분은 7-아세틸-1,4-디메틸아줄렌이다.[30]

야마가타 대학에서 합성된 2,6:2',6"-테르아줄렌은 n형 반도체로 사용된다.[31][32]

6. 유기금속 착물

유기금속 화학에서 아줄렌은 저원자가 금속 중심에 대한 리간드로 작용한다. (아줄렌)Mo2(CO)6 및 (아줄렌)Fe2(CO)5 등이 알려져 있다.

7. 한국에서의 이용

아줄렌은 소염 작용과 더불어 부작용 우려가 거의 없어, 예로부터 피부 염증을 억제하기 위한 화장품, 비누, 입욕제 등의 일용품에 사용되었다. 또한 코, 목, 위 등의 염증 억제를 위한 가글, 안약, 위장약 등의 의약품으로도 사용되고 있다.[19]

7. 1. 의약품

아줄렌은 소염 작용이 있고 부작용 우려가 거의 없어 예로부터 의약품으로 사용되었다. 코, 목, 위 등의 염증을 억제하기 위해 가글, 안약, 위장약 등으로 사용되고 있다.[19][20]

  • 위장약: 아줄렌은 위 점막 보호 및 항염증 작용을 통해 위염, 위궤양 등의 증상 완화에 도움을 줄 수 있다.
  • 구강 청결제: 아줄렌은 항염증 작용을 통해 구내염, 치은염 등의 염증 완화에 기여할 수 있다.

7. 2. 기타

아줄렌은 소염 작용이 있고 부작용 우려가 거의 없어, 예로부터 피부 염증을 억제하기 위해 화장품, 비누, 입욕제 등에 사용되었다.[19] 코, 목, 위 등의 염증 억제를 위해 가글, 안약, 위장약 등 의약품으로도 사용되고 있다.[19]

참조

[1] 서적 Nomenclature of Organic Chemistry: IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 The Royal Society of Chemistry 2014
[2] 논문 Lethal and Sublethal Effects of Azulene and Longifolene to Microtox®, Ceriodaphnia dubia, Daphnia magna, and Pimephales promelas http://deepblue.lib.[...]
[3] 논문 Naphthalene and Azulene I: Semimicro Bomb Calorimetry and Quantum Mechanical Calculations
[4] 논문 Preformed azulene pigments of ''Lactarius indigo'' (Schw.) Fries (Russulaceae, Basidiomycetes)
[5] 학위논문 Australasian fungi: a natural product study. 1998
[6] 논문 Azulene. VIII. A Study of the Visible Absorption Spectra and Dipole Moments of Some 1- and 1,3-Substituted Azulenes
[7] 논문 Why is azulene blue and anthracene white? A simple mo picture 1976
[8] 논문 Control of the Photophysical Properties of Polyatomic Molecules by Substitution and Solvation: The Second Excited Singlet State of Azulene
[9] 논문 The Azulenes 1952-02-01
[10] 논문 Zur Kenntnis der flüchtigen Pflanzenstoffe VIII. Synthese des Vetivazulens
[11] 논문 Azulene
[12] 논문 Approach to the Blues: A Highly Flexible Route to the Azulenes
[13] 논문 Synthesis of azulene, a blue hydrocarbon
[14] 논문 Synthesis of Azulene Derivatives from 2H-Cyclohepta[b]furan-2-ones as Starting Materials: Their Reactivity and Properties 2021-10-01
[15] 서적 Progress in Inorganic Chemistry
[16] 논문 1-Hydroxyazulene and 3-hydroxyguaiazulene: Synthesis and their properties
[17] 논문 Syntheses and some properties of 2- and 6-hydroxyazulenes
[18] 논문 Novel Synthesis of Benzalacetone Analogues of Naphth[''a'']azulenes by Intramolecular Tropylium Ion-Mediated Furan Ring-Opening Reaction and X-ray Investigation of a Naphth[1,2-''a'']azulene Derivative
[19] 간행물 Azulene
[20] 간행물 Approach to the Blues: A Highly Flexible Route to the Azulenes
[21] 논문 Azulene. VIII. A Study of the Visible Absorption Spectra and Dipole Moments of Some 1- and 1,3-Substituted Azulenes
[22] 논문 The Azulenes. 1952-02-01
[23] 웹사이트 アズレン https://labchem-wako[...] 富士フイルム和光純薬
[24] 논문 Zur Kenntnis der flüchtigen Pflanzenstoffe VIII. Synthese des Vetivazulens
[25] 논문 Azulene
[26] 논문 Approach to the Blues: A Highly Flexible Route to the Azulenes
[27] 논문 Synthesis of azulene, a blue hydrocarbon
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[29] 웹사이트 アズレン http://ds.cc.yamaguc[...] 山口大学村藤研究室
[30] 학위논문 Australasian fungi: a natural product study. 1998
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[32] 웹사이트 【有機半導体】Terazulene: A High-Performance n ‑ Type Organic Field-Effect Transistor Based on Molecular Orbital Distribution Control http://blog.livedoor[...] ChemASAP
[33] 논문 Lethal and Sublethal Effects of Azulene and Longifolene to Microtox®, Ceriodaphnia dubia, Daphnia magna, and Pimephales promelas http://deepblue.lib.[...]
[34] 논문 Naphthalene and Azulene I: Semimicro Bomb Calorimetry and Quantum Mechanical Calculations



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