안트라퀴논
1. 개요
안트라퀴논은 다양한 합성 방법을 통해 얻을 수 있는 유기 화합물이다. 안트라센의 산화, 벤젠과 무수프탈산의 프리델-크래프츠 반응, 딜스-알더 반응, 밸리-스콜 합성 등이 대표적이다. 안트라퀴논은 수소화, 환원, 설폰화, 염소화 등의 화학 반응을 거쳐 다양한 유도체를 생성하며, 염료, 펄프 제조 촉매, 과산화수소 제조 등에 사용된다. 또한, 조류 기피제, 설사약으로도 사용되며, 9,10-안트라퀴논 외에 여러 이성질체가 존재한다.
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| IUPAC 명칭 | 안트라센-9,10-디온 |
|---|---|
| 다른 이름 | 안트라퀴논 9,10-안트라센디온 안트라디온 9,10-안트라키논 안트라센-9,10-퀴논 9,10-디하이드로-9,10-디옥소안트라센 호엘리트 모르키트 코르비트 |
| SMILES | O=C1c2ccccc2C(=O)c3ccccc13 |
|---|---|
| ChemSpider ID | 6522 |
| ChEBI | 40448 |
| ChEMBL | 55659 |
| CAS 등록번호 | 84-65-1 |
| KEGG | C16207 |
| Gmelin | 102870 |
| Beilstein | 390030 |
| PubChem | 6780 |
| 표준 InChI | 1S/C14H8O2/c15-13-9-5-1-2-6-10(9)14(16)12-8-4-3-7-11(12)13/h1-8H |
| 표준 InChIKey | RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N |
| RTECS | CB4725000 |
| 유엔 번호 | 3143 |
| UNII | 030MS0JBDO |
| 일본화학물질사전번호 | J294A |
| 분자식 | C14H8O2 |
|---|---|
| 겉모습 | 노란색 고체 |
| 밀도 | 1.438 g/cm³ |
| 용해도 | 불용성 |
| 녹는점 | 284.8 °C |
| 끓는점 | 377 °C |
| 상대 증기 밀도 | 7.16 |
| 주요 위험 | 발암 가능성 |
|---|---|
| 인화점 | 185 °C |
| GHS 그림 문자 | '' |
| GHS 신호어 | 위험 |
| H 문구 | '' |
| P 문구 | '' |
| R 문구 | '' |
| 관련 화합물 | 퀴논 안트라센 1,4-벤조퀴논 나프토퀴논 |
|---|
2. 합성 방법
안트라퀴논은 다음과 같은 방법으로 합성할 수 있다.
* 안트라센 산화: 크롬(VI) 화합물을 산화제로 사용한다.
* 프리델-크래프츠 반응: 염화알루미늄을 촉매로 사용하여 벤젠과 무수프탈산을 반응시킨다.
* 딜스-알더 반응: 나프토퀴논과 부타디엔을 이용한다.
* 밸리-스콜 합성(Bally-Scholl synthesis): 글리세롤과 안트라퀴논을 반응시켜 벤즈안트론을 생성한다.
* 기타: BASF가 개발한 스티렌 이량화 방법, 리커트-알더 반응 등이 있다.
2.1. 안트라센 산화
안트라센을 산화시켜 안트라퀴논을 얻을 수 있다. 주로 크롬(VI) 화합물이 산화제로 사용된다.
2.2. 프리델-크래프츠 반응
염화알루미늄을 촉매로 사용하여 벤젠과 무수프탈산을 축합시키는 프리델-크래프츠 반응을 통해 o-벤조일벤조산을 생성한다. 이후 자발적인 고리화 반응을 거쳐 안트라퀴논이 생성된다. 이 반응은 치환된 안트라퀴논을 생산하는 데 유용하다.
2.3. 딜스-알더 반응
과 1,3-다이엔(부타디엔 등)을 이용한 딜스-알더 반응을 통해 안트라퀴논을 합성할 수 있다.
2.4. 밸리-스콜 합성 (Bally-Scholl synthesis)
안트라퀴논의 고전적인 반응으로 밸리-숄 합성(Bally-Scholl synthesis)이 알려져 있다. 이는 글리세롤과 안트라퀴논의 반응에 의해 벤즈안트론을 생성하는 것이다. 이 반응은 구리와 황산의 존재 하에 퀴논이 환원되고(케톤기 하나가 메틸렌이 된다), 그 후 글리세롤이 첨가된다.
2.5. 기타 합성 방법
BASF가 개발한 방법으로, 산 촉매를 사용하여 스티렌을 이량화시켜 1,3-디페닐부텐을 생성한 다음 안트라퀴논으로 전환하는 방법이 있다. 레트로-딜스-알더 반응인 리커트-알더 반응을 통해서도 생성될 수 있다.
3. 화학적 반응
안트라퀴논은 여러 화학 반응을 거쳐 유용한 화합물로 바뀔 수 있다. 구리로 환원하면 안트론이 생성되고, 황산으로 설폰화하면 안트라퀴논-1-술폰산이 생성되며, 염소산나트륨과 반응하여 1-클로로안트라퀴논을 생성한다.
3.3. 설폰화 반응
황산으로 설폰화하면 안트라퀴논-1-술폰산이 생성된다.
4. 용도
알리자린 등 색소의 원료, 제지업에서 펄프 제조 용매, 새 퇴치용 모이 등으로 사용된다. 유도체인 2-에틸안트라퀴논은 과산화수소를 공업적으로 제조할 때 사용된다. 9,10-안트라퀴논은 조류 기피제나 인공위성 기구의 기체 발생제로도 사용된다.
4.1. 산업적 용도
알리자린과 같은 많은 천연 색소가 안트라퀴논 골격을 가지고 있어 염료의 원료로 사용된다. 제지업에서 펄프 제조 과정에 용매로 사용되기도 한다.
유도체인 2-에틸안트로퀴논은 공업적으로 과산화수소를 제조하는 데 사용된다.
9,10-안트라퀴논은 크라프트법, 알칼리성 설파이트법, 소다-AQ법과 같은 알칼리 공정을 이용한 펄프 생산에서 증량제로 사용된다. 안트라퀴논은 산화환원 촉매이다. 반응 메커니즘에는 단일 전자 전달이 포함될 수 있다. 안트라퀴논은 펄프 내 다당류, 즉 셀룰로스와 헤미셀룰로스의 환원 말단을 산화시켜 알칼리 분해(박리)로부터 보호한다. 안트라퀴논은 9,10-디히드록시안트라센으로 환원되며, 이는 리그닌과 반응할 수 있다. 리그닌은 분해되어 수용성이 증가하여 펄프에서 더 쉽게 제거될 수 있으며, 안트라퀴논은 재생된다. 이 공정은 펄프의 수율을 일반적으로 1%~3% 증가시키고 카파수를 감소시킨다.
9,10-안트라퀴논은 종자에 대한 조류 기피제, 그리고 인공위성 기구의 기체 발생제로 사용된다. 또한 라놀린과 혼합하여 양떼를 뉴질랜드 케아의 공격으로부터 보호하기 위한 양털 스프레이로도 사용되었다.
5. 안전성
안트라퀴논은 물에 대한 용해도가 매우 낮기 때문에, 기록된 LD50 값은 없다.
UGT1A8 유전자에 의해 암호화되는 효소는 안트라퀴논을 포함한 많은 기질에 대해 글루쿠로니다제 활성을 갖는다.
6. 기타 이성질체
9,10-안트라퀴논 외에도 1,2-, 1,4-, 2,6-안트라퀴논 등 다양한 이성질체가 존재하지만, 9,10-안트라퀴논에 비해 중요성은 낮다.