아지리딘
1. 개요
아지리딘은 약 60°의 결합각을 갖는 3원자 고리 화합물로, 각 변형을 보이며 비고리형 지방족 아민보다 덜 염기성이다. 아지리딘은 폴리에틸렌이민(PEI)으로 알려진 고분자 유도체를 형성하며, 가교제 및 코팅의 전구체로 사용된다. 아미노에탄올을 이용한 산업적 합성, 할로아민 및 아미노알코올의 환화, 니트렌 첨가, 트리아졸린 분해, 에폭사이드로부터의 합성 등 다양한 방법으로 아지리딘 고리를 합성할 수 있다. 아지리딘은 친핵성 고리 열림 반응을 통해 다양한 화합물을 생성하며, 의약품 합성에 활용된다. 아지리딘은 독성이 매우 강하며 피부 자극 및 돌연변이 유발성이 있어 취급에 주의해야 한다.
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| IUPAC 명칭 | 아자사이클로프로판 |
|---|---|
| 다른 이름 | 아지란 에틸렌이민 아미노에틸렌 다이메틸렌이민 다이메틸렌이민 에틸리민 |
| 화학 물질 식별자 (ChemSpider) | 8682 |
|---|---|
| KEGG | C11687 |
| InChI | 1/C2H5N/c1-2-3-1/h3H,1-2H2 |
| InChIKey | NOWKCMXCCJGMRR-UHFFFAOYAE |
| ChEMBL | 540990 |
| 표준 InChI | 1S/C2H5N/c1-2-3-1/h3H,1-2H2 |
| 표준 InChIKey | NOWKCMXCCJGMRR-UHFFFAOYSA-N |
| CAS 등록번호 | 151-56-4 |
| EINECS | 205-793-9 |
| PubChem | 9033 |
| RTECS | KX5075000 |
| UN 번호 | 1185 |
| UNII | 54P5FEX9FH |
| Beilstein 등록번호 | 102380 |
| Gmelin 등록번호 | 616 |
| ChEBI | 30969 |
| SMILES | C1CN1 |
| 화학식 | C2H5N |
|---|---|
| 분자량 | 43.07 g/mol |
| 외형 | 무색의 유성 액체 |
| 냄새 | 암모니아 유사 |
| 밀도 | 0.8321 g/mL (20 °C) |
| 녹는점 | -77.9 °C |
| 끓는점 | 56 °C |
| 용해도 | 혼화성 |
| 증기압 | 160 mmHg (20 °C) |
| 주요 위험 | 가연성이 매우 높고 유독함 |
|---|---|
| NFPA 704 | 건강: 4 화재: 3 반응성: 3 |
| GHS 그림 문자 | 인화성, 부식성, 독성, 건강 위험, 환경 위험 |
| 신호어 | 위험 |
| H 문구 | H225, H300, H310, H314, H330, H340, H350, H411 |
| P 문구 | P201, P202, P210, P233, P240, P241, P242, P243, P260, P262, P264, P270, P271, P273, P280, P281, P284, P301+P310, P301+P330+P331, P302+P350, P303+P361+P353, P304+P340, P305+P351+P338, P308+P313, P310, P320, P321, P322, P330, P361, P363, P370+P378, P391, P403+P233, P403+P235, P405, P501 |
| 인화점 | -11 °C |
| 자연 발화 온도 | 322 °C |
| 폭발 한계 | 3.6–46% |
| 즉시 위험한 농도 (IDLH) | Ca [100 ppm] |
| 권장 노출 기준 (REL) | Ca |
| 허용 노출 기준 (PEL) | OSHA 규제 발암 물질 |
| 최저 치사 농도 (LCLo) | 25 ppm (기니피그, 8시간) 56 ppm (토끼, 2시간) |
| LC50 | 250 ppm (쥐, 1시간) 250 ppm (기니피그, 1시간) 62 ppm (쥐, 4시간) 223 ppm (생쥐, 2시간) 56 ppm (쥐, 2시간) 2236 ppm (생쥐, 10분) |
| 관련 헤테로 고리 | 보리란 산화 에틸렌 티이란 |
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아지리딘 -
미토마이신
미토마이신은 마이토산 코어 생합성을 통해 만들어지는 항암 물질로, 다양한 암 치료 및 증상 완화에 사용되며 라임병 원인균에 대한 활성을 보이고 위장관 협착, 녹내장 수술 후 상처 치유, 각막 엑시머 레이저 수술, 내시경 눈물주머니코안 성형술 등의 치료 가능성에 대한 연구가 진행 중이지만, 신부전증, 용혈성 요독 증후군, 골수억제 등의 부작용을 유발할 수 있다. -
IARC 2B군 발암 물질 -
클로로포름
클로로포름은 화학식 CHCl3을 갖는 무색의 휘발성 액체 유기 화합물로, 마취 효과가 있어 과거에 마취제로 사용되었으나 독성 문제로 현재는 냉매 생산, 유기 용매 등으로 사용되며, 발암 가능성과 유독 물질 생성 위험으로 취급에 주의가 필요하고 사용을 줄이는 추세이다. -
IARC 2B군 발암 물질 -
다우노루비신
다우노루비신은 DNA에 삽입되어 복제와 전사를 억제하는 항암제로, 급성 골수성 백혈병과 신경모세포종 치료에 사용되며, 암세포 성장과 증식을 억제하고 다른 항암제 원료나 유사 약물 제조에도 사용되지만 심각한 심장 독성 부작용이 있다. -
작용기 -
황화물
황화물은 황이 다른 원소와 결합한 화합물로, 금속 황화물, 황화광물, 유기 황화물 등 다양한 형태로 존재하며 반도체 특성, 안료, 촉매 등으로 활용되지만 부식성과 유해성을 지니기도 한다. -
작용기 -
에스터
에스터는 옥소산의 수산화기에서 수소 원자가 유기 원자단으로 치환된 화합물로, 카복실산 에스터가 대표적이며, 자연계에 널리 분포하고 향료 및 향수 산업에 사용되며 폴리에스터와 같은 중합체에서도 발견된다.
2. 구조
아지리딘의 결합각은 약 60°로 일반적인 탄화수소 결합각인 109.5°보다 상당히 작다. 이는 비슷한 사이클로프로페인 및 에틸렌옥사이드 분자에서처럼 각 변형을 초래한다. 바나나 결합 모델은 이러한 화합물의 결합을 설명한다. 아지리딘은 질소 자유 전자쌍의 증가된 s 특성으로 인해 짝산의 pKa가 7.9인 비고리형 지방족 아민보다 덜 염기성이다. 아지리딘의 각도 변형은 또한 질소 반전에 대한 장벽을 증가시킨다. 이 장벽 높이는 별도의 반전 이성질체(예: N-클로로-2-메틸아지리딘의 시스 및 트랜스 반전 이성질체)의 분리를 허용한다.
3. 합성
아지리딘 고리는 여러 가지 방법으로 합성할 수 있으며, 이를 아지리딘화라고 한다.
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아지리딘은 폴리에틸렌이민(PEI)으로 알려진 광범위한 고분자 유도체를 형성하며, 이들은 가교제 및 코팅의 전구체로 유용하다.
3.1. 아미노에탄올로부터의 합성 (산업적 합성)
아지리딘은 아미노에탄올로부터 두 가지 주요 경로를 통해 산업적으로 생산된다. 니폰 쇼쿠바이 공정은 탈수를 위해 산화 촉매와 고온이 필요하다. 벤커 합성에서는 아미노에탄올이 황산 에스터로 전환되고, 염기 유도 황산 제거 반응을 거친다. 과거에는 1,2-디클로로에탄의 아민화와 2-클로로에틸아민의 고리화 반응을 통해 생산되었다.
3.2. 할로아민과 아미노알코올의 환화
아미노기가 인접한 할로겐과 치환되는 분자 내 친핵성 치환 반응으로 할로아민으로부터 아지리딘이 생성된다. 아미노알코올에서도 유사한 반응이 일어나지만, 수산기를 좋은 이탈기로 미리 변환해야 한다. 아미노알코올의 환화 반응은 벤커 합성이라고 불리며, 할로아민으로부터의 반응은 가브리엘 에틸렌이민법이라고 불린다.
3.5. 에폭사이드로부터 합성
아지드화 나트륨 존재 하에 에폭사이드를 고리 열기 반응을 시키고, 이어서 트리페닐포스핀으로 환원하여 질소 원자를 제거하면 아지리딘이 생성된다.
4. 반응
아지리딘 고리는 입체적 뒤틀림이 커서 여러 친핵체에 의해 고리 열림 반응을 일으킨다. 알코올, 아민, 티올 등이 첨가되어 아미노에틸화 생성물을 제공하며, 알킬리튬이나 그리냐르 시약도 효과적인 친핵체가 된다.
4.1. 친핵성 고리 열림 반응
아지리딘 고리는 입체적 뒤틀림이 크기 때문에 많은 친핵체에 의해 고리 열림 반응을 일으킨다. 알코올, 아민, 티올 등이 첨가되어 아미노에틸화 생성물을 제공한다. 알킬리튬이나 그리냐르 시약도 효과적인 친핵체가 된다.
고리 열림 반응의 응용으로, 트리메틸실릴 아지드와 비대칭성을 가진 리간드로부터 오셀타미비르를 비대칭 합성하는 반응이 있다.
6. 안전성
아지리딘은 LD50 14mg(경구, 쥐)으로 독성이 매우 강하며, 피부 자극제이기도 하다. 알킬화제로서 돌연변이를 유발할 수 있으며, DNA와 반응하여 돌연변이를 유발할 수 있다. 아지리딘 함유 화합물 역시 비슷한 위험성을 보이는 것으로 알려져 있다.
6.1. 독성
아지리딘은 LD50 14mg(경구, 쥐)으로 독성이 매우 강하며, 피부 자극제이기도 하다. 알킬화제로서 돌연변이를 유발할 수 있다. DNA에 반응하여 돌연변이 유발성과 관련이 있을 수 있으며, 아지리딘 함유 화합물 역시 비슷한 위험성을 보이는 것으로 알려져 있다.
아지리딘류의 독성은 구조에 따라 다르지만, 공통적인 독성도 있다. DNA의 핵산 염기 등 친핵체와 만나면 고리가 열리면서 결합하여 변이원성을 유발한다.
토탈 위험 점수에서 아지리딘은 1위를 차지하고 있다. ([http://www.p2pays.org/ref/16/15734_files/hazscore-a.pdf]) 참고로 2위는 니켈 카르보닐, 3위는 메틸히드라진이다.
6.3. 발암성
국제 암 연구 기관(IARC)은 아지리딘류를 "발암성이 있을지도 모른다"는 그룹 2B로 지정했다. 아지리딘류는 DNA에 알킬화를 일으킬 가능성이 지적되고 있다.