다이하이드록시아세톤
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1. 개요
다이하이드록시아세톤(DHA)은 흡습성이 있는 흰색 결정성 분말로, 주로 선리스 태닝 제품의 주요 성분으로 사용된다. 1920년대에 피부 착색제로 처음 발견되었으며, 피부 표면의 케라틴 단백질과 반응하여 멜라닌과 유사한 색소인 멜라노이딘을 생성하여 피부를 갈색으로 변화시킨다. DHA는 피부에 국소적으로 사용하는 것은 승인되었지만, 스프레이 형태로 흡입하는 것은 세포 손상 및 암 유발 가능성으로 인해 승인되지 않았다. DHA를 포함한 셀프 태너는 햇빛에 노출 시 자유 라디칼 손상을 증가시킬 수 있으며, 접촉성 피부염과 같은 부작용을 일으킬 수 있다.
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다이하이드록시아세톤 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
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일반 정보 | |
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IUPAC 명칭 | 1,3-다이하이드록시-2-프로파논 |
다른 이름 | 1,3-다이하이드록시프로파논 다이하이드록시아세톤 DHA 글리세론 |
식별자 | |
UNII | O10DDW6JOO |
KEGG | D07841 |
InChI | 1/C3H6O3/c4-1-3(6)2-5/h4-5H,1-2H2 |
PubChem | 670 |
ChEMBL | 1229937 |
InChIKey | RXKJFZQQPQGTFL-UHFFFAOYAE |
표준 InChI | 1S/C3H6O3/c4-1-3(6)2-5/h4-5H,1-2H2 |
표준 InChIKey | RXKJFZQQPQGTFL-UHFFFAOYSA-N |
CAS 등록번호 | 96-26-4 |
EC 번호 | 202-494-5 |
ChemSpider ID | 650 |
DrugBank | DB01775 |
ChEBI | 16016 |
일본화학물질사전 | J4.719H |
J-Global ID | 200907085673563690 |
SMILES | O=C(CO)CO |
특성 | |
분자식 | C3H6O3 |
겉모습 | 흰색 분말 |
녹는점 | 89–91°C |
위험성 | |
신호어 | 경고 |
유해 문구 | H319 |
예방 문구 | P264, P280, P305+351+338, P337+313 |
2. 화학
다이하이드록시아세톤(DHA)은 화학적으로 여러 특징을 가진다. 흡습성이 있는 흰색 결정성 분말 형태로, 달콤하고 시원한 맛과 독특한 냄새를 지닌다.[23] 모든 케토스 중에서 가장 단순하며, 키랄 중심이나 광학 활성이 없다.
글리세르알데하이드는 다이하이드록시아세톤의 구조 이성질체이다. 다이하이드록시아세톤은 글리세롤의 약한 산화를 통해 합성될 수 있는데, 예를 들어 과산화 수소와 Fe2+을 촉매로 사용한다. 또한, 산소, 공기, 벤조퀴논을 산화제로, 양이온 팔라듐계 촉매를 사용하여 상온에서 글리세롤로부터 선택적으로 제조할 수도 있다.[24][25][26]
2. 1. 구조 및 성질
흡습성을 띄는 흰색 결정성 분말이며, 달고 시원한 맛과 독특한 냄새가 난다. 다이하이드록시아세톤은 모든 케토스 중에서 가장 단순하며, 키랄 중심이나 광학 활성이 없다. 일반적인 형태는 이량체인 2,5-비스(하이드록시메틸)-1,4-다이옥세인-2,5-다이올이며, 물과 에탄올에 서서히 용해된다.[23] 새로이 준비하면, 용액에서 단량체로 빠르게 되돌아간다.단량체는 물, 에탄올, 다이에틸 에테르, 아세톤, 톨루엔에 매우 잘 용해된다.
2. 2. 합성
다이하이드록시아세톤은 글리세롤의 약한 산화, 예를 들어 과산화 수소와 Fe2+을 촉매로 하여 제조될 수 있다. 또한 산화제로 작용하는 산소, 공기, 벤조퀴논과 함께 양이온 팔라듐계 촉매를 사용하여 상온에서 글리세롤로부터 고수율 및 선택적으로 제조될 수 있다.[24][25][26] 글리세르알데하이드는 다이하이드록시아세톤의 구조 이성질체이다.3. 생물학
다이하이드록시아세톤 인산(DHAP)은 해당과정 및 과당 대사의 중요한 중간생성물이다. 인산기가 결합된 다이하이드록시아세톤 인산은 해당 과정이나 캘빈 회로의 중간 대사 물질이다.[1]
피루브산과 결합된 다이하이드록시아세톤은 지방 연소 효과를 통해 근육 증강을 돕는 보충제로 판매되기도 한다.[3]
4. 이용
다이하이드록시아세톤(DHA)은 1920년대 독일 과학자들에 의해 피부 착색제로 처음 발견되었다. X선 조사 과정에서 피부 표면을 갈색으로 변화시키는 것이 확인되었다.
1950년대 신시내티 대학교의 에바 비트겐슈타인은 당원병을 앓는 어린이들에게 다이하이드록시아세톤을 경구약으로 투여하는 과정에서 피부 착색 효과를 발견하고 추가 연구를 진행했다. 비트겐슈타인의 연구를 통해 다이하이드록시아세톤의 피부 착색 효과와 작용 기전이 밝혀졌다.
피부 갈변 효과는 마이야르 반응의 결과이며, 생성된 멜라노이딘은 멜라닌과 비슷한 색을 띤다.
다이하이드록시아세톤은 선리스 태닝, 포도주 양조 외에도 다양한 분야에서 활용된다. 제2차 세계 대전 중에는 관련 연구가 일시 중단되기도 했다.[9]
4. 1. 선리스 태닝
다이하이드록시아세톤(DHA)은 1920년대 독일 과학자들에 의해 피부 착색제로 처음 발견되었다. X선 조사 과정에서 다이하이드록시아세톤을 사용했을 때 피부 표면이 갈색으로 변하는 현상이 나타났다.[27]1950년대 신시내티 대학교의 에바 비트겐슈타인은 다이하이드록시아세톤을 이용한 추가 연구를 진행했다.[28][29][30] 그녀는 당원병을 앓는 어린이들에게 다이하이드록시아세톤을 경구약으로 사용했고, 이 과정에서 피부에 묻은 다이하이드록시아세톤이 몇 시간 만에 갈색으로 변하는 것을 발견했다. 비트겐슈타인은 자신의 피부에 다이하이드록시아세톤 용액을 칠하는 실험을 통해 색소 침착 효과를 확인하고, 이것이 각질층을 통과하지 못한다는 것을 알아냈다.[31] 이후 백반증 환자 치료와 관련된 연구가 계속되었다.
피부 갈변 효과는 마이야르 반응의 결과로, 케라틴 단백질의 아미노산과 다이하이드록시아세톤이 화학 반응을 일으켜 나타난다. 이 반응으로 생성되는 멜라노이딘은 멜라닌과 비슷한 색을 띤다.
1960년대 코퍼톤(Coppertone)사는 "퀵 탠(Quick Tan)" 또는 "QT"라는 이름으로 최초의 선리스 태닝 로션을 시장에 선보였다. 그러나 초기 제품은 손바닥 착색, 줄무늬, 고르지 못한 색상 등의 문제로 소비자들의 불만을 샀다.
1970년대 미국 식품의약국(FDA)는 다이하이드록시아세톤을 화장품 원료로 승인했다.[14]
1980년대에는 제조 공정 개선으로 자연스러운 색상과 옅어짐을 가진 새로운 선리스 태닝 제품들이 출시되었다. 또한 자외선 태닝의 위험성에 대한 인식이 높아지면서 선리스 태닝 제품이 대안으로 인기를 얻었다.
현재 다이하이드록시아세톤은 많은 선리스 태닝 제품의 주성분으로 사용되며, 로션, 스프레이, 젤, 무스 등 다양한 형태로 판매된다. 단독으로 사용되거나 에리트룰로스 등 다른 태닝 성분과 함께 사용될 수 있다. 제품 내 다이하이드록시아세톤 농도는 1%~20%이며, 농도에 따라 착색 정도가 달라진다. 피부에 나타나기 시작하는데 2~4시간이 걸리고, 배합 유형에 따라 24~72시간 동안 효과가 지속된다. 착색 후에는 땀이나 물로 씻어도 지워지지 않으며, 3~10일 후 자연스럽게 사라진다.
4. 2. 포도주 양조
아세트산 박테리아인 ''아세토박터 아세티''(Acetobacter aceti)와 ''글루코노박터 옥시단스''(Gluconobacter oxydans)는 글리세롤을 탄소원으로 사용하여 다이하이드록시아세톤을 생성한다. 다이하이드록시아세톤은 글리세롤의 케토 생성에 의해 만들어진다.[32] 다이하이드록시아세톤은 달콤한 에테르성을 지닌 포도주의 감각적인 품질에 영향을 줄 수 있다. 또한 다이하이드록시아세톤은 프롤린과 반응하여 "빵 껍질 같은" 냄새를 만들 수 있다.[32][33][34] 다이하이드록시아세톤은 이산화황(SO2)에 결합할 수 있기 때문에 포도주의 항균 활성에 영향을 줄 수 있다.[35]4. 3. 기타 이용
제2차 세계 대전 중에는 다이하이드록시아세톤 관련 연구가 일시 중단되기도 했다.[9]5. 다이하이드록시아세톤의 안전성
다이하이드록시아세톤(DHA)은 일반적으로 안전하다고 알려져 있지만, 일부 연구에서는 잠재적 위험성을 제기하고 있다.
- 자유 라디칼 생성 증가: 고농도 DHA는 피부의 자유 라디칼 생성을 증가시켜 햇빛에 의한 손상을 악화시킬 수 있다.[36]
- DNA 손상 가능성: DHA는 세포 배양 실험에서 DNA 손상, 세포 주기 차단, 세포자살을 유발하는 것으로 나타났다.[37],[49],[31]
- 접촉성 피부염: 드물게 접촉성 피부염을 일으킬 수 있다.[43]
- 스프레이 태닝의 위험성: 미국 식품의약국(FDA)은 스프레이 태닝 시 DHA 흡입의 안전성을 승인하지 않았다.[45] DHA 흡입은 폐 손상, 암 위험 증가 등과 관련될 수 있다는 우려가 제기된다.[46],[8]
미국 피부암재단, 미국 피부과학회, 캐나다 피부과학회, 미국의학협회는 다이하이드록시아세톤 기반의 선리스 태닝을 일광욕의 안전한 대안으로 추천한다. 그러나, 유럽 위원회의 소비자 안전 과학위원회는 다이하이드록시아세톤을 스프레이 선탠에 사용하는 것이 위험을 초래하지 않는다고 보았지만, 전문가들은 이에 대해 심하게 비판했다.[47][48]
5. 1. 자유 라디칼 생성 증가
2007년 베를린의 게마트리아 시험 연구소의 카틴카 융(Katinka Jung)이 주도한 연구에 따르면, 고농도(약 5% 이상)의 다이하이드록시아세톤을 바른 피부는 24시간 동안 햇빛에 노출될 경우 자유 라디칼 손상이 증가할 수 있다.[36] 연구진은 다량의 다이하이드록시아세톤으로 처리된 피부 샘플이 그렇지 않은 피부에 비해 태양에 노출되는 동안 형성된 자유 라디칼이 180% 이상 증가하는 것을 발견했다. 또 다른 셀프 태너 성분인 에리트룰로스도 고농도에서 비슷한 반응을 보였다. 따라서 셀프 태너를 바른 후 하루 동안은 과도한 햇빛 노출을 피하고, 야외에서는 자외선 차단제를 발라야 한다. 항산화 크림은 자유 라디칼 생성을 줄이는 데 도움이 될 수 있다. 일부 셀프 태너에는 자외선 차단제가 포함되어 있지만, 그 효과는 오래 지속되지 않으며, 태닝 제품 자체가 피부를 자외선으로부터 보호하지는 못한다.5. 2. DNA 손상 가능성
2007년 베를린의 게마트리아 시험 연구소의 카틴카 융(Katinka Jung)이 주도한 연구에 따르면 셀프 태너(고농도의 다이하이드록시아세톤을 포함, ~5%)가 적용된 후 24시간 동안 피부는 햇빛으로부터 자유라디칼 손상을 받기 쉽다.[36] 연구진은 피부 샘플을 다량의 다이하이드록시아세톤으로 처리한 지 40분 만에 처리하지 않은 피부에 비해 태양에 노출되는 동안 형성된 자유라디칼이 180% 이상 형성된다는 것을 발견했다. 또 다른 셀프 태너의 구성 성분인 에리트룰로스는 고농도에서 비슷한 반응을 나타냈다.정(Jung) 등의 연구는 다이메틸아이소소바이드(dimethylisosorbide)와 배합된 다이하이드록시아세톤이 선탠 과정을 향상시킨다는 것을 입증하는 이전의 결과를 확인했다. 또한, 이러한 초기 연구는 다이하이드록시아세톤이 아미노산과 핵산에 영향을 미치기 때문에 피부에 좋지 않다는 사실도 밝혀냈다.[37]
자유라디칼은 부분적으로 다이하이드록시아세톤과 피부의 반응 결과로 아마도리 생성물(Amadori products)과 같은 최종 당화 산물(advanced glycation end-products)에 자외선이 작용하기 때문에 발생한다. 최종당화산물은 비슷한 당화(glycation)가 일어나는 당뇨병의 고혈당에서 발생하는 피부 손상과 관련있다.
《돌연변이 연구(Mutation Research)》에 발표된 덴마크 코펜하겐에 있는 비스페베르그 병원 피부과의 연구에 따르면 다이하이드록시아세톤은 배양된 세포에서 DNA 손상, 세포 주기 차단 및 세포자살을 유도한다고 결론지었다.[49]
ABC 뉴스에 발표된 보고서에서 미국 식품의약국의 과학자들은 다이하이드록시아세톤이 피부 바깥의 죽은 세포층에서 멈추지 않는다고 결론지었다. 연구팀은 다이하이드록시아세톤이 피부의 살아있는 층에 실제로 존재한다는 결과를 발표했다. 그들은 "피부에 바른 다이하이드록시아세톤의 약 11%가 흡수되어 살아있는 표피와 진피에 남아있게 된다"라고 결론내렸다.[31]
5. 3. 접촉성 피부염
다이하이드록시아세톤(DHA)은 드물게 접촉성 피부염을 일으킬 수 있다.[43] 최근 연구에 따르면 다이하이드록시아세톤은 멕시칸 헤어리스 도그에게 심한 접촉성 피부염을 일으키는 것으로 나타났다.[44]5. 4. 스프레이 태닝의 위험성
미국 식품의약국(FDA)은 스프레이 태닝 부스에서 다이하이드록시아세톤을 흡입하는 것에 대한 안전성을 승인하지 않았다.[45] 흡입된 다이하이드록시아세톤은 세포 손상 및 암을 유발할 수 있다는 우려가 제기되고 있다.[46] 스프레이 태닝에 자주 노출되면 폐 질환, 천식, 만성 폐쇄성 폐 질환(COPD), 암의 위험이 증가할 수 있다.[8] 다이하이드록시아세톤 함유 제품의 잦은 사용은 여러 부작용으로 인해 문제가 될 수 있다.유럽 위원회의 소비자 안전 과학위원회는 다이하이드록시아세톤을 스프레이 선탠에 사용하는 것이 위험을 초래하지 않는다고 보았지만, 전문가들은 이에 대해 심하게 비판했다.[47][48] 이는 유럽의 화장품 산업이 자체 위원회에 따라 검토할 증거를 선택했기 때문이다. 위원회의 최종 견해에 언급된 거의 모든 보고서는 출판되지 않았거나 동료 심사를 거치지 않은 연구에서 나온 것이며, 대부분 다이하이드록시아세톤 제조와 관련된 회사 또는 산업 그룹에 의해 수행되었다. 관련 업계는 잠재적인 돌연변이 유발 물질인 다이하이드록시아세톤을 밝힌, 공개된 과학 저널에 발표된 동료 평가 연구의 거의 모든 것을 생략했다. 덴마크 코펜하겐에 있는 비스페베르그 병원 피부과의 연구에 따르면 다이하이드록시아세톤은 배양된 세포에서 DNA 손상, 세포 주기 차단 및 세포자살을 유도한다고 결론지었다.[49]
ABC 뉴스의 보고서에서, 미국 식품의약국의 과학자들은 다이하이드록시아세톤이 피부 바깥의 죽은 세포층에서 멈추지 않는다고 결론지었다. 연구팀은 다이하이드록시아세톤이 피부의 살아있는 층에 실제로 존재한다는 결과를 발표하며, 피부에 바른 다이하이드록시아세톤의 약 11%가 흡수되어 살아있는 표피와 진피에 남아있게 된다고 밝혔다.[31] 미국 펜실베니아 대학교 페렐만 의대의 독성학자이자 폐 전문가인 레이 파네티에리(Rey Panettieri) 박사는 태닝 물질을 폐에 침착시키는 것이 온몸으로 흡수되는 것을 촉진하거나 도울 수 있으며, 일부 세포에서 이러한 화합물은 암이나 악성 종양으로의 발전을 촉진할 수 있으므로 조심해야 한다고 언급했다.[46]
FDA는 피부에 국소적으로 사용하는 DHA는 승인했지만, 눈, 입술, 점막과의 접촉은 승인하지 않았다. DHA는 이러한 민감한 부위의 노출 위험 때문에 스프레이 태닝 부스에서 사용할 수 없다.[8]
DHA가 함유된 스프레이 태닝은 발진, 기침, 현기증, 실신과 같은 부작용과 관련이 있다. 또한, 피부 내 DHA의 화학 반응은 불쾌한 냄새를 유발할 수 있다. 냄새를 가리기 위해 첨가되는 향료는 알레르기 반응을 일으키거나 천식 증상을 악화시킬 수 있으며, 파라벤과 같은 화학 방부제는 주사비와 알레르기성 접촉 피부염을 유발하고 약한 에스트로겐으로 작용할 수 있다.[8]
FDA 보고서에 따르면 적용된 DHA의 11%가 표피와 진피의 살아있는 세포로 침투할 수 있다. 이전 연구에서는 DHA가 살아있는 세포의 DNA 손상, 세포 주기 차단 및 세포 자멸사와 관련이 있음을 밝혀냈다. 5% 이상의 농도로 국소적으로 DHA를 사용하면 적용 후 24시간 동안 햇빛으로부터의 자유 라디칼 손상을 증가시키는 것으로 보인다. 무일광 태닝 제품의 사용은 피부의 인공적인 착색이 햇빛에 대한 피부의 자연적인 적응을 방해하므로 일광 화상의 가능성을 증가시킬 수 있다. DHA에 의해 유도된 태닝은 3의 낮은 자외선 차단 지수(SPF)로 평가되었으므로, 강렬한 햇빛에 피부를 노출시키기 전에 일반적인 자외선 차단제를 바르는 것을 대체할 수 없다.[8]
5. 5. 기타
피부 내 DHA의 화학 반응은 불쾌한 냄새를 유발할 수 있다. 냄새를 가리기 위해 향료가 종종 제제에 첨가되는데, 이는 알레르기 반응을 일으키거나 천식 증상을 악화시킬 수 있다.[8] 일부 제품에는 파라벤과 같은 화학 방부제가 들어 있는데, 이는 주사비와 알레르기성 접촉 피부염을 유발하고 약한 에스트로겐으로 작용할 수 있다.[8]DHA 함유 제품을 자주 사용하면 여러 부작용이 나타날 수 있다. 미국 식품의약국(FDA) 보고서에 따르면 적용된 DHA의 11%가 표피와 진피의 살아있는 세포로 침투한다. 이전 연구에서는 DHA가 살아있는 세포의 DNA 손상, 세포 주기 차단 및 세포 자멸사와 관련이 있음을 밝혀냈다. DHA에 의해 유도된 태닝은 3의 낮은 자외선 차단 지수(SPF)로 평가되었다.[8] 따라서 강렬한 햇빛에 피부를 노출시키기 전에 일반적인 자외선 차단제를 바르는 것을 대체할 수 없다.
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