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안트라센

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1. 개요

안트라센은 석탄 타르에서 발견된 다환 방향족 탄화수소이다. 1832년 장-바티스트 뒤마와 오귀스트 로랑에 의해 발견되었으며, 처음에는 파라나프탈렌으로 명명되었으나 이후 석탄을 뜻하는 그리스어 'anthrax'에서 유래된 안트라센으로 이름이 변경되었다. 안트라센은 주로 염료의 전구체인 안트라퀴논으로 전환되며, 유기 반도체, 섬광체, UV 추적자, 목재 방부제 등 다양한 용도로 사용된다. 안트라센은 피부 자극성이 있으며, 유럽 화학 물질청(ECHA)에 의해 고위험 우려 물질 후보로 지정되었다.

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안트라센
식별자
UNIIEH46A1TLD7
ChEBI35298
DrugBankDB07372
ChemSpider ID8111
PubChem8418
KEGGC14315
InChI1/C14H10/c1-2-6-12-10-14-8-4-3-7-13(14)9-11(12)5-1/h1-10H
InChIKeyMWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYAK
SMILESc1ccc2cc3ccccc3cc2c1
ChEMBL333179
표준 InChI1S/C14H10/c1-2-6-12-10-14-8-4-3-7-13(14)9-11(12)5-1/h1-10H
표준 InChIKeyMWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N
CAS 등록번호120-12-7
RTECSCA9350000
EINECS217-004-5
Beilstein1905429
Gmelin67837
일반 정보
안트라센의 골격 구조 및 번호 매기기 체계
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안트라센 분자의 공-막대 모델
안트라센 분자의 공-막대 모델
안트라센
안트라센
IUPAC 명칭안트라센
분자식C14H10
몰 질량178.23
겉모습무색
냄새약한 방향족
밀도1.28 g/cm³ (25 °C)
밀도(220°C)0.969 g/cm³
녹는점216 °C (760 mmHg에서)
끓는점341.3 °C (760 mmHg에서)
물에 대한 용해도0.022 mg/L (0 °C), 0.044 mg/L (25 °C), 0.29 mg/L (50 °C), 0.00045% w/w (100 °C, 3.9 MPa)
기타 용해도에탄올, 다이에틸 에터(C2H5)2O, 아세톤, 벤젠(C6H6), 클로로포름(CHCl3), 이황화탄소(CS2)에 용해됨
에탄올 용해도0.76 g/kg (16 °C), 19 g/kg (19.5 °C), 3.28 g/kg (25 °C)
메탄올 용해도18 g/kg (19.5 °C)
헥세인 용해도3.7 g/kg
톨루엔 용해도9.2 g/kg (16.5 °C), 129.4 g/kg (100 °C)
사염화탄소 용해도7.32 g/kg
증기압0.01 kPa (125.9 °C), 0.1 kPa (151.5 °C), 13.4 kPa (250 °C)
헨리 상수0.0396 L·atm/mol
LogP4.56
열전도율0.1416 W/(m·K) (240 °C), 0.1334 W/(m·K) (270 °C), 0.1259 W/(m·K) (300 °C)
점도0.602 cP (240 °C), 0.498 cP (270 °C), 0.429 cP (300 °C)
최대 흡수 파장345.6 nm, 363.2 nm
자기 감수율-129.8×10⁻⁶ cm³/mol
구조
결정 구조단사정계 (290 K)
공간군P21/b
점군D52h
격자 상수 a8.562 Å
격자 상수 b6.038 Å
격자 상수 c11.184 Å
격자 상수 베타124.7°
열화학
열용량210.5 J/(mol·K)
엔트로피207.5 J/(mol·K)
생성 엔탈피129.2 kJ/mol
연소 엔탈피7061 kJ/mol
위험성
GHS 그림 문자
GHS 신호어경고
H 문구H302
H305
H315
H319
H335
H410
P 문구P261
P273
P305+351+338
P501
인화점121 °C
자연 발화점540 °C
NFPA 704 - 건강1
NFPA 704 - 화재1
NFPA 704 - 반응성0
LD50100-149 mg/kg (쥐, 경구), 4900mg/kg (쥐, 경구)

2. 역사 및 어원

1832년, 장-바티스트 뒤마와 오귀스트 로랑은 석탄 타르에서 조잡한 안트라센을 발견했다.[14] 로랑은 이 물질을 ''파라나프탈렌''(paranaphtaline)이라고 명명했으나,[14] 이후 ἄνθραξ|anthraxgrc(석탄)에서 유래한 현재 이름으로 변경했다.[16]

2. 1. 발견

1832년, 장-바티스트 뒤마와 오귀스트 로랑은 석탄 타르의 한 분획(나중에 "안트라센 오일"로 알려짐)에서 결정화하여 녹는점이 180°C에 불과한 조잡한 안트라센을 발견했다.[14] 로랑은 (부정확한) 측정 결과 탄소와 수소의 비율이 나프탈렌과 동일한 것으로 나타나자, 1835년 발견에 대한 논문[15]에서 이 물질을 ''paranaphtaline''이라고 명명했는데, 이는 '''파라나프탈렌'''으로 번역된다.[14] 그러나 2년 후, 다른 다환 방향족 탄화수소를 발견한 후 나프탈렌의 이성질체가 아닌 것으로 판단하여 ἄνθραξ|anthraxgrc(석탄)에서 유래한 현재 이름으로 변경했다.[16] 이러한 개념은 1850년대와 1860년대에 반증되었다.[17][18]

2. 2. 초기 연구

장-바티스트 뒤마와 오귀스트 로랑은 1832년 석탄 타르의 한 분획(나중에 "안트라센 오일"로 알려짐)에서 결정화하여 녹는점이 180°C에 불과한 조잡한 안트라센을 발견했다.[14] 로랑은 1835년 발견에 대한 논문[15]에서 탄소와 수소의 비율이 나프탈렌과 동일하다는 (부정확한) 측정 결과에 따라 이 물질을 ''paranaphtaline'' ('''파라나프탈렌'''으로 번역됨)이라고 명명했다.[14] 그러나 2년 후, 그는 다른 다환 방향족 탄화수소를 발견한 후 나프탈렌의 이성질체 중 하나일 뿐이라고 판단하여 ἄνθραξ|lit=coal|translit=anthraxgrc(석탄이라는 뜻)에서 유래한 현대적인 이름으로 화합물의 이름을 바꾸기로 결정했다.[16] 이러한 개념은 1850년대와 1860년대에 반증되었다.[17][18]

3. 존재 및 생산

콜타르는 안트라센 함량이 약 1.5%이며, 주된 불순물은 페난트렌카바졸이다. 안트라센의 광물 형태는 프라이탈라이트(freitalite)라고 하며 석탄 매장지와 관련이 있다.[19] o-메틸 또는 o-메틸렌 치환된 디아릴케톤의 시클로탈수반응인 엘브스 반응은 안트라센을 제조하는 고전적인 실험실 방법이다.[20]

3. 1. 자연적 존재

콜타르는 안트라센 함량이 약 1.5%로, 여전히 안트라센의 주요 공급원이다.[19] 안트라센의 광물 형태는 프라이탈라이트(freitalite)라고 하며 석탄 매장지에서 발견된다.[19]

3. 2. 산업적 생산

콜타르를 증류하여 안트라센을 추출한다. 콜타르에는 안트라센이 약 1.5% 함유되어 있으며, 주요 공급원이다. 일반적인 불순물로는 페난트렌카바졸이 있다. 안트라센의 광물 형태는 프라이탈라이트(freitalite)라고 하며 석탄 매장지와 관련이 있다.[19] 엘브스 반응과 같은 고전적인 실험실 합성법도 존재한다.[20]

4. 반응

알칼리 금속을 이용한 안트라센의 환원은 짙은 색을 띠는 라디칼 음이온 염 M+[안트라센] (M = Li, Na, K)을 생성한다.[21] 안트라센은 광반응성을 가지며, 자외선에 의해 광이량화 반응을 일으킨다. 이량체는 [4+4] 고리화 반응의 결과, 두 개의 공유 결합으로 연결되어 있다. 이 이량체를 가열하거나 300nm 이하의 파장의 자외선을 조사하면 단량체로 되돌릴 수 있다. 이러한 가역적인 결합과 포토크로믹 성질은 다양한 안트라센 유도체의 응용의 기초가 된다. 이 반응은 산소에 민감하다. 중앙 고리의 반응성이 높아 방향족 친전자성 치환 반응은 주로 9, 10번 위치에서 일어난다. 또한, 쉽게 산화되어 안트라퀴논을 생성한다.[25]

4. 1. 환원 반응

알칼리 금속을 이용한 안트라센의 환원은 짙은 색을 띠는 라디칼 음이온 염 M+[안트라센] (M = Li, Na, K)을 생성한다.[21] 수소화 반응은 두 개의 측면 고리를 이루는 방향족성을 유지하면서 9,10-디하이드로안트라센을 생성한다.[21]

4. 2. 고리화 첨가 반응 (Cycloaddition)

안트라센은 물을 제외한 모든 용매에서[22] 자외선(UV) 조사에 의해 이량체화한다. 이 이량체는 [4+4] 사이클로부가반응의 결과로, 두 개의 새로운 탄소-탄소 결합으로 연결된 디안트라센(또는 파라안트라센)이다.

디안트라센은 열이나 300nm 미만의 자외선(UV) 조사를 통해 다시 안트라센으로 되돌아갈 수 있다. 치환된 안트라센 유도체도 유사하게 반응하며, 이 반응은 산소의 존재에 영향을 받는다.[23][24]

안트라센은 또한 [4+2]-사이클로부가반응(디일스-알더 반응)에서 디엔친전자체인 일중항 산소와 반응한다.

4. 3. 친전자성 치환 반응

안트라센의 친전자성 치환 반응은 주로 9번 위치에서 일어난다. 예를 들어, 포르밀화는 9-안트라센카르복스알데하이드를 제공한다. 다른 위치에서의 치환은 안트라퀴논으로 시작하는 등 간접적으로 수행된다.[26]

방향족 친전자성 치환 반응은 주로 9, 10번 위치에서 일어난다. 안트라센의 브롬화는 9,10-디브로모안트라센을 생성한다.[27]

화학적 산화는 쉽게 일어나며, 예를 들어 과산화수소와 아세틸아세토네이트 바나딜을 사용하여 안트라퀴논을 생성한다.[25]

5. 용도

안트라센은 목재 방부제, 살충제 및 코팅 원자재로 사용된다. 또한 인쇄 회로 기판에 적용되는 적합 코팅에서 UV 추적자로 흔히 사용되며, 안트라센 추적자를 사용하면 자외선 아래에서 적합 코팅을 검사할 수 있다.[29]

자외선 아래 안트라센의 형광

5. 1. 염료 및 안료

안트라센은 주로 염료의 전구체인 안트라퀴논으로 전환된다.[28]

5. 2. 섬광체

안트라센은 넓은 띠 간격을 가진 유기 반도체로, 고에너지 광자, 전자, 그리고 알파 입자 검출기의 섬광체로 사용된다. 폴리비닐톨루엔과 같은 플라스틱에 안트라센을 첨가하여 방사선 치료 선량 측정에 사용되는, 물과 거의 동등한 플라스틱 섬광체를 만들 수 있다. 안트라센의 방출 스펙트럼은 400nm와 440nm 사이에서 최고점에 이른다.[29]

5. 3. 기타 용도

안트라센은 목재 방부제, 살충제 및 코팅 원자재로 사용된다.

또한 인쇄 회로 기판에 적용되는 적합 코팅에서 UV 추적자로 흔히 사용된다. 안트라센 추적자를 사용하면 자외선 아래에서 적합 코팅을 검사할 수 있다.[29]

5. 4. 유도체

안트라센은 광반응성을 가지며, 자외선에 의해 광이량화 반응을 일으킨다.

이 이량체는 [4+4] 고리화 반응의 결과, 두 개의 공유 결합으로 연결되어 있다. 이 이량체를 가열하거나 300nm 이하의 파장의 자외선을 조사하면 단량체로 되돌릴 수 있다. 이 가역적인 결합과 포토크로믹 성질이 다양한 안트라센 유도체의 응용의 기초가 되고 있다. 이 반응은 산소에 민감하다.

중앙 고리의 반응성이 높고, 방향족 친전자성 치환 반응은 주로 9, 10위에서 일어난다. 또한, 쉽게 산화되어 안트라퀴논(C14H8O2)을 생성한다.

6. 안전성 및 독성

많은 연구 결과에서 안트라센은 발암성이 없는 것으로 나타난다. 여러 시험관 내 및 생체 내 유전독성 시험에서 일관되게 음성 결과가 나왔다. 초기 실험에서는 다른 다환 방향족 탄화수소에 오염된 조잡한 샘플 때문에 발암성이 있는 것으로 나타나기도 했다.[28]

6. 1. 인체 독성

안트라센은 피부에 대한 자극성이 있다.[36] IARC는 안트라센을 발암성 평가 불가능 물질(3군)로 분류하고 있다.[37] 염색체 이상 시험이나 DNA 손상 시험 등에서는 음성 보고가 많지만, 중국산 햄스터의 폐세포나 시리아 금햄스터의 신세포 등 제한된 조건에서 양성 보고가 약간 존재한다.[37]

6. 2. 환경 독성

안트라센은 토양에서 쉽게 생분해되며, 특히 빛이 있는 환경에서 분해가 촉진된다.[28] 피부에 자극을 준다.[36] IARC은 안트라센을 발암성 평가 불가능 물질(3군)로 분류한다. 염색체 이상 시험이나 DNA 손상 시험 등에서는 대부분 음성으로 보고되었으나, 중국산 햄스터의 폐세포나 시리아 금햄스터의 신세포 등 제한된 조건에서는 일부 양성 보고도 존재한다.[37]

그러나 안트라센은 유독성, 난분해성, 생체 축적성 등의 우려로 인해 2008년 10월 9일 ECHA이 발표한 고위험 우려 물질(SVHC) 후보 목록 15종 중 하나로 선정되었다.[38]

참조

[1] 서적
[2] 서적
[3] 서적 Solubilities of Inorganic and Organic Compounds https://archive.org/[...] D. Van Nostrand Company 1919
[4] 서적
[5] 서적
[6] 웹사이트 Properties of Anthracene http://www.infotherm[...] Wiley Information Services GmbH 2014-06-22
[7] 서적
[8] 서적 Structure and Chemistry of Crystalline Solids https://books.google[...] Springer Science+Business Media, Inc.
[9] 서적
[10] 웹사이트 Anthracene 2014-06-22
[11] 웹사이트 Anthracene 2014-06-22
[12] 웹사이트 MSDS of Anthracene https://www.fishersc[...] Fisher Scientific 2014-06-22
[13] 웹사이트 Anthracene http://omlc.ogi.edu/[...] 2014-02-20
[14] 학술지 Auguste Laurent: Radical and radicals https://www.scielo.o[...] 2009
[15] 위키소스 fr:Comptes rendus de l'Académie des sciences/Tome 1, 1835/7 décembre
[16] 서적 Annales de chimie et de physique https://books.google[...] 1837
[17] 웹사이트 À propos de l'anthracène et de l'alizarine - p3 - N°467 - L'Actualité Chimique, le journal de la SCF https://new.societec[...] 2024-11-11
[18] 학술지 Researches on the Substituted Benzyl Compounds. Ninth Paper. The Synthesis of Anthracene and Phenanthrene from Orthobrombenzylbromide https://www.jstor.or[...] 1880
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[24] 학술지 Photodimerization of anthracenes in fluid solution: Structural aspects
[25] 학술지 Coordination Complexes as Catalysts: The Oxidation of Anthracene by Hydrogen Peroxide in the Presence of VO(acac)2
[26] 학술지 Synthesis of asymmetrically disubstituted anthracenes
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[34] 서적 化学大辞典 共立 1981-10
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[50] 웹사이트 MSDS of Anthracene https://www.fishersc[...] Fisher Scientific 2014-06-22



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