페놀프탈레인
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1. 개요
페놀프탈레인은 산성 조건에서 페놀과 프탈산 무수물의 축합 반응으로 합성되는 화합물이다. 무색에서 옅은 노란색을 띠는 흰색 결정으로, pH 9 이상의 염기성 용액에서 자홍색을 나타내 산-염기 적정에 사용된다. 한때 변비 치료제로 사용되었으나, 발암성 의혹으로 인해 일반 의약품에서는 제외되었다. 현재는 혈액 검출, 콘크리트 탄산염 검사, 장난감 등에 활용되며, pH 변화에 따른 구조 변화 및 색상 변화를 보인다.
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| 페놀프탈레인 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
![]() | |
| PIN | 3,3-비스(4-하이드록시페닐)-2-벤조푸란-1(3H)-온 |
| 다른 이름 | 3,3-비스(4-하이드록시페닐)아이소벤조푸란-1(3H)-온 |
| 식별자 | |
| UNII | 6QK969R2IF |
| ChemSpider ID | 4600 |
| InChI | 1/C20H14O4/c21-15-9-5-13(6-10-15)20(14-7-11-16(22)12-8-14)18-4-2-1-3-17(18)19(23)24-20/h1-12,21-22H |
| InChIKey | KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYAH |
| ChEMBL | 63857 |
| 표준 InChI | 1S/C20H14O4/c21-15-9-5-13(6-10-15)20(14-7-11-16(22)12-8-14)18-4-2-1-3-17(18)19(23)24-20/h1-12,21-22H |
| 표준 InChIKey | KJFMBFZCATUALV-UHFFFAOYSA-N |
| CAS 등록번호 | 77-09-8 |
| PubChem | 4764 |
| KEGG | D05456 |
| DrugBank | DB04824 |
| SMILES | O=C1OC(C2=C1C=CC=C2)(C3=CC=C(C=C3)O[H])C4=CC=C(C=C4)O[H] |
| MeSH 이름 | 페놀프탈레인 |
| 속성 | |
| 분자식 | C20H14O4 |
| 겉모습 | 흰색 분말 |
| 밀도 | 1.277 g/cm3 (32 °C) |
| 녹는점 | 258-263 °C |
| 용해도 | 400 mg/L |
| 용매 | 다른 용매 |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 벤젠 및 헥산에 불용성; 에탄올 및 에테르에 매우 잘 용해됨; DMSO에 약간 용해됨 |
| 최대 흡수 파장 | 552 nm (1st), 374 nm (2nd) |
| 약리학 | |
| ATC 코드 | A06AB04 |
| 위험성 | |
| GHS 그림 문자 | '' |
| GHS 신호어 | 위험 |
| H 문구 | '' |
| P 문구 | '' |
| NFPA 704 | NFPA-H: 2 NFPA-F: 3 NFPA-R: 0 |
2. 성질
페놀프탈레인의 이온화 상수는 5.01×10-10, pKa=9.3이다. 무색에서 옅은 노란색을 띠는 흰색 결정이며 고온에서는 승화하는 성질이 있다. 에탄올에는 잘 녹으며 에테르에는 잘 녹지 않고, 물에는 거의 녹지 않는다. 산성 용액 속에서는 무색이며, pH 9 이상의 염기성 용액에서는 자홍색을 띠기 때문에 산·염기 적정에 많이 이용된다.
페놀프탈레인은 한 세기 이상 하제로 사용되었지만, 설치류 실험에서 발암성 의혹이 제기되어 현재는 일반 의약품에서 제외되었다.[31][32][33]
또한, 초강산과 반응하면 주홍색으로 변한다.
3. 용도
카슬-마이어 검사로 알려진 혈액 검출에도 사용된다. 건조 검체에 알코올, 페놀프탈레인, 과산화 수소 수를 차례로 떨어뜨려 헤모글로빈 포함 여부에 따라 분홍색으로 변하는 반응을 확인한다. 이 검사는 검체를 파괴하지 않지만, 사람 외 다른 생물의 혈액에도 반응하므로 추가 검사가 필요하다.
페놀프탈레인은 장난감에도 사용된다. 무광택 잉크나 바비 인형 머리 염색에 사용되며, 수산화 나트륨과 혼합하여 공기 중 이산화 탄소와 반응시켜 색을 변화시킨다.
:
티몰프탈레인도 비슷한 방식으로 파란색을 나타내는 데 사용된다.[34]
페놀프탈레인은 콘크리트 속 탄산염 포함 여부를 검사하는 데에도 응용된다. 콘크리트는 수산화 칼슘 때문에 강염기성을 띠는데, 페놀프탈레인 용액을 사용하면 탄산화되지 않은 새로운 콘크리트는 선명한 분홍색으로 변한다.
또한 카드뮴과 금 검출에도 사용된다.
3. 1. pH 지시약
페놀프탈레인은 산-염기 적정의 지시약으로 흔히 사용되며, 메틸레드, 브로모티몰블루, 티몰블루와 함께 만능 지시약의 구성 성분으로 사용된다.[2]
페놀프탈레인은 산성 용액에서는 무색이며, pH 9 이상의 염기성 용액에서는 자홍색을 띤다. 초강산과 반응하면 주홍색으로 변한다.
3. 1. 1. pH에 따른 구조 변화
페놀프탈레인은 수용액의 pH에 따라 다른 형태를 띤다.[3][4][5][6] 락톤 형태(H2In)는 강산성에서 약염기성 조건 사이에서 무색이다. 이중 탈양성자화된(In2-) 페놀레이트 형태(페놀의 음이온 형태)는 분홍색을 띤다. 강염기성 용액에서 페놀프탈레인은 In(OH)3− 형태로 변환되며, 분홍색은 다소 느린 변색 반응을 겪어[6] pH가 13보다 클 때 완전히 무색이 된다.강산성 조건에서 페놀프탈레인은 양성자화된 형태(H3In+)로 존재하여 오렌지색을 나타낸다는 보고가 있었으나, 이후의 논문에서는 이 색상이 페놀설폰프탈레인으로의 술폰화에 기인한다고 제시했다.[4]
페놀프탈레인의 p''K''a 값은 9.05, 9.50 및 12로 밝혀졌으며, 페놀설폰프탈레인의 값은 1.2 및 7.70이다.[4]
| 종 | H3In+ | H2In | In2− | In(OH)3− |
|---|---|---|---|---|
| 구조 | ||||
| 모델 | ![]() | ![]() | ![]() | ![]() |
| pH | <−1 in H2SO4[3] | 0–8.3 | 8.3–10.0[7] | >12 |
| 조건 | 강산성 | 산성 또는 중성 부근 | 염기성 | 강염기성 |
| 색상 | 오렌지 | 무색 | 분홍색 ~ 자홍색 | 무색 |
| 그림 | ![]() | ![]() |
![]() |
3. 2. 콘크리트 탄산화 검사
콘크리트는 포틀랜드 시멘트가 물과 반응하여 형성되는 수산화 칼슘 때문에 자연적으로 높은 pH를 띤다. 콘크리트가 대기 중의 이산화 탄소와 반응하면 pH는 8.5~9로 감소한다. 1% 페놀프탈레인 용액을 일반 콘크리트에 바르면 밝은 분홍색으로 변한다. 그러나 색깔이 변하지 않으면 콘크리트가 탄산화되었음을 나타낸다.[8]3. 3. 교육 및 기타 용도
매우 염기성 용액에서 페놀프탈레인이 Ph(OH)3− 형태로 변환되면서 분홍색에서 무색으로 서서히 변하는 현상은 화학 수업에서 반응 속도론 연구에 사용된다.페놀프탈레인은 장난감에도 사용되는데, 예를 들어 사라지는 잉크나 "할리우드 헤어" 바비 머리카락의 사라지는 염료의 구성 요소로 사용된다. 잉크에서는 공기 중의 이산화 탄소와 반응하는 수산화 나트륨과 혼합된다. 이 반응은 반응에 의해 수소 이온이 방출됨에 따라 pH가 색상 변화 임계값 아래로 떨어지게 한다.
: OH−(aq) + CO2(g) → (aq) + H+(aq).
머리카락과 "마법" 그래픽 패턴을 나타내기 위해 잉크는 수산화물 용액으로 분사되며, 이는 알칼리성 용액에서 색상 변화에 대해 위에서 설명한 것과 동일한 메커니즘으로 숨겨진 그래픽을 나타나게 한다. 패턴은 이산화 탄소와의 반응으로 인해 결국 다시 사라진다. 티몰프탈레인은 파란색을 원할 때 동일한 목적으로 동일한 방식으로 사용된다.[9]
페놀프탈레인은 카슬-마이어 검사로 알려진 혈액 검출에도 사용된다. 건조된 검체를 면봉 또는 여과지에 모은다. 먼저 알코올, 다음으로 페놀프탈레인, 마지막으로 과산화 수소 수를 검체에 몇 방울씩 떨어뜨린다. 검체에 헤모글로빈이 포함되어 있으면 색이 분홍색으로 변한다. 이 반응이 양성을 보이면 검체에 혈액이 포함되어 있다고 생각할 수 있다. 이 실험은 검체를 파괴하지 않기 때문에 검체를 사용하여 추가 실험을 할 때 적합하다. 그러나 이 실험은 사람 이외의 생물의 혈액에서도 동일하게 반응하므로, 추가 실험을 할 때에는 그 혈액이 사람 유래인지 여부를 조사해야 한다.
또한, 페놀프탈레인이 산과 염기의 차이를 색으로 나타내는 것을 이용하여 콘크리트 속에 탄산염이 포함되어 있는지 조사하는 검사에도 응용되고 있다. 콘크리트는 일반적으로 포틀랜드 시멘트가 물과 반응하여 만들어지는 수산화 칼슘 때문에 강염기성을 나타낸다. 새로운 콘크리트의 세공 내 pH는 14를 초과하지만, 콘크리트 안에서 수화물이 이산화 탄소와 반응하여 탄산염이 된다. 이 반응은 표층부에서만 일어나지만, pH 값은 8.5~9까지 떨어진다. 이 반응에는 1% 페놀프탈레인 용액을 사용하며, 새로운 콘크리트는 선명한 분홍색으로 변한다. 그러나 위의 반응을 일으킨 후에는 색 변화가 일어나지 않는다.
또한 카드뮴과 금의 검출에도 사용된다.
4. 합성
페놀프탈레인은 프탈산 무수물과 두 개의 페놀 분자를 산성 조건에서 축합 반응시켜 합성된다. 이 반응은 1871년 아돌프 폰 바이어에 의해 발견되었다.[21][22][23]
5. 과거의 의학적 용도 및 안전성 논란
페놀프탈레인은 1세기 넘게 변비약으로 사용되어 왔지만, 발암 물질 우려로 인해 현재는 일반의약품에서의 사용이 중단되고 있다.[10][11][12] 과거에 페놀프탈레인을 함유했던 변비약 제품들은 다른 활성 성분으로 대체되었다. Feen-a-Mint[13]는 비사코딜로, Ex-Lax[14]는 센나 추출물로 변경되었다.
티몰프탈레인은 티몰에서 만들어진 관련 변비약이다.
설치류 연구를 기반으로 한 발암성 우려에도 불구하고, 변비약으로서의 페놀프탈레인 사용은 난소암을 유발할 가능성은 낮다.[15] 일부 연구에서는 결장암과의 약한 연관성을 제시하는 반면, 다른 연구에서는 아무런 연관성을 보이지 않는다.[16]
페놀프탈레인은 자극성 변비약으로 묘사된다.[16] 또한, 인간 세포의 저장소 작동 칼슘 유입(SOCE, Calcium Release Activated Channels|칼슘 방출 활성화 채널영어 참조)을 ''생체 내''에서 억제하는 것으로 밝혀졌다. 이는 SOCE의 두 가지 활성제인 트롬빈과 탭시가르긴을 억제함으로써 이루어지며, 이 두 가지 활성제는 세포 내 유리 칼슘을 증가시킨다.[17]
페놀프탈레인은 유럽 화학 물질 관리청의 고위험성 물질 후보 목록에 추가되었다.[18] 이는 "인간에게 발암 가능성이 있는" 물질에 대한 IARC 그룹 2B 목록에 있다.[20]
페놀프탈레인의 변비 효과 발견은 1900년 헝가리 정부가 진짜 현지산 백포도주에 해당 물질을 표지하려는 시도에서 비롯되었다. 페놀프탈레인은 포도주의 맛을 바꾸지 않았고, 염기를 첨가하면 색깔이 변했기 때문에, 원칙적으로 좋은 표지였다. 그러나 이 물질을 섭취하면 설사를 유발한다는 사실이 밝혀졌다. 뉴욕에 거주하는 헝가리 출신 약사 맥스 키스(Max Kiss)는 이 소식을 듣고 1906년에 Ex-Lax를 출시했다.[19][20]
참조
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Phenolphthalein
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2014-10-07
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1983-03-01
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논문
Spectrophotometric Analysis of the Relationship between Dissociation and Coloration, and of the Structural Formulas of Phenolphthalein in Aqueous Solution
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논문
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1998-09-01
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논문
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2001-02
[7]
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특허
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