사이안화물
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1. 개요
사이안화물은 탄소와 질소의 삼중 결합을 가진 화학 물질로, 시안화 수소, 시안화 칼륨, 시안화 나트륨 등 다양한 형태로 존재하며, 특정 세균, 곰팡이, 조류에 의해 생성되거나 식물에서 식독제 역할을 한다. 사이안화물은 화학 반응성이 높고 전이 금속과 착화합물을 형성하며, 유기 합성, 광업, 산업, 의학 등 다양한 분야에서 사용된다. 그러나 사이안화물은 시토크롬 c 산화효소의 억제제로 작용하여 호흡을 방해하고, 중추신경계와 심장에 치명적인 영향을 미쳐 극도로 위험하며, 흡입, 섭취 시 수 초에서 수 분 안에 사망에 이를 수 있다. 해독제로는 히드록소코발라민, 아질산 아밀, 아질산나트륨, 티오황산나트륨 등이 사용되며, 시안화물 검출 방법으로는 전위차 적정법, 벤지딘 반응, 프러시안 블루 생성 반응 등이 있다.
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| 사이안화물 - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
| 화학식 | CN⁻ |
| 계통명 | 니트리도탄산염(II) |
| IUPAC 명칭 | 해당 없음 |
| 다른 이름 | 해당 없음 |
| 식별 정보 | |
| CAS 등록번호 | 57-12-5 |
| UNII 참고 | FDA |
| UNII | OXN4E7L11K |
| PubChem | 5975 |
| ChEBI | 17514 |
| SMILES | [C-]#N |
| ChemSpider ID | 5755 |
| InChI | 1S/CN/c1-2/q-1 |
| InChIKey | XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N |
| 특성 | |
| 분자식 | CN⁻ |
| 모양 | 해당 없음 |
| 용해도 | 해당 없음 |
| 짝산 | 사이안화 수소 |
| 위험성 | |
| 주요 위험 | 사이안화물 이온 CN⁻은 가장 유독한 화학 물질 중 하나임. 몇 분 안에 사망을 초래할 수 있음. |
| 인화점 | 해당 없음 |
| 자연 발화점 | 해당 없음 |
| 구조 | |
 | |
| |
2. 화학적 특성
시안화 이온(
시안화물은 염기성을 띠며, 시안화 수소(HCN)의 pKa는 9.21이다. 따라서 시안화물 염 용액에 시안화 수소보다 강한 산을 첨가하면 시안화 수소가 방출된다.
시안화물은 물에 불안정하지만, 약 170°C까지는 가수 분해 반응이 느리게 진행된다. 가수 분해를 통해 암모니아(
:
시안화물 가수 분해 효소는 이 반응을 촉매하는 효소이다.
시안화물 이온은 친핵체로 작용하여 다양한 유기 반응에 참여한다. 시안화 칼륨(KCN)과 시안화 나트륨(NaCN)은 유기 합성에서 시안화물 이온 공급원으로 사용된다.
- 할로젠화 알킬과의 반응: 시안화물 이온은 할로젠화 알킬(
R-X )과 친핵성 치환 반응을 통해 유기 시안화물(니트릴,R-CN )을 생성한다. 이 반응은 탄소 사슬을 하나 늘리는 데 유용하게 사용된다.[13]
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- 할로젠화 아릴과의 반응: 전이 금속 화합물(예: 시안화 구리, CuCN) 촉매 하에 할로젠화 아릴(
Ar-X )과 반응하여 방향족 니트릴(Ar-CN )을 생성한다. (로젠문트-폰 브라운 합성)
:
샌드마이어 반응에서도 시안화 구리가 친핵체로 사용될 수 있다.
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- 카르복실산 할로겐화물과의 반응: 카르복실산 할로겐화물과 반응하여 시안화 아실을 생성한다.
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- 알데하이드 및 케톤과의 반응: 알데하이드나 케톤에 시안화물 이온이 부가되면 시아노히드린이 생성된다. 암모니아 존재 하에서는 이민에 부가되어 α-아미노니트릴이 생성되며, 이는 슈트레커 합성을 통해 아미노산으로 합성되는 중간체이다.
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- 벤조인 축합: 시안화 칼륨은 벤조인 축합의 촉매로 사용된다.
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- 가터만 반응: 시안화 아연(
Zn(CN)_2 )과 염산(HCl)을 이용해 방향환을 친전자적으로 포르밀화한다.
:
시안화물 이온은 환원제이며, 염소(
시아노기(시안화 이온)는 전이 금속과 반응하여 M-CN 결합을 형성한다. 이 반응은 시안화물의 독성과 관련이 있다.[17] 금속이 시안화 이온과 높은 친화성을 갖는 이유는 음전하, 작은 크기, 그리고 π-결합에 참여하는 능력 때문이다.
페로시안화 칼륨과 프러시안 블루는 시안화물이 중심 철 원자에 단단히 결합되어 있어 독성이 거의 없는 중요한 시안화물 배위 화합물이다.[18] 프러시안 블루는 청사진, 블루잉, 시아노타입 등에 파란색을 부여하는 등 다양한 용도로 사용된다.
2. 1. 결합
시안화 이온(cyanide ion|사이안화 이온영어)은 일산화 탄소 및 분자 질소(N≡N)와 같은 등전자체이다. C와 N 사이에는 삼중 결합이 존재한다. 음전하는 탄소에 집중되어 있다.[3][4]2. 2. 반응
시안화 칼륨과 시안화 나트륨은 유기 합성에서 시안화물 이온 공급원으로 사용된다. 시안화물 이온은 친핵체로서, 탄소 친전자체에 치환 또는 부가되어 니트릴을 생성한다.할로젠화 알킬과의 친핵성 치환 반응은 다음과 같다.
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할로젠화 아릴을 방향족 니트릴로 만들기 위해서는 전이 금속 화합물이 필요하다. 시안화 구리를 사용하는 고전적인 방법은 로젠문트-폰 브라운 합성이라고 한다.
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샌드마이어 반응에서도 시안화 구리가 친핵체로 사용될 수 있다.
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카르복실산 할로겐화물과 시안화물의 반응을 통해 시안화 아실이 생성된다.
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알데히드나 케톤에 시안화물 이온이 부가되면 시아노히드린이 생성된다. 암모니아가 존재하면 이민에 부가되어 α-아미노니트릴이 생성되며, 이는 슈트레커 합성을 통해 아미노산으로 합성되는 중간체이다.
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이 반응들은 기질 탄소가 하나 증가하는 탄소 증가 반응이다. 시아노기는 카르복실산, 아민, 알데히드 등으로 쉽게 변환 가능하다. 시안화 수소나 시안화 트리메틸실릴이 사용되기도 한다.
시안화 칼륨은 벤조인 축합의 촉매로 사용된다.
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가터만 반응에서는 시안화 아연과 염산을 통해 방향환이 친전자적으로 포르밀화된다.
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2. 2. 1. 양성자화
사이안화물은 염기성이다. 시안화 수소의 pKa는 9.21이다. 따라서 사이안화물 염 용액에 시안화 수소보다 강한 산을 첨가하면 시안화 수소가 방출된다.2. 2. 2. 가수분해
시안화물은 물에 불안정하지만, 약 170°C까지는 반응이 느리게 진행된다. 이는 가수 분해를 거쳐 암모니아와 포름산염을 생성하는데, 이들은 시안화물보다 훨씬 독성이 적다.[28]: CN- + 2 H2O → HCO2- + NH3
시안화물 가수 분해 효소는 이 반응을 촉매하는 효소이다.
2. 2. 3. 알킬화
시안 음이온(CN-)은 친핵성이 높아 할로젠화 알킬과 치환 반응하여 유기 시안화물(니트릴)을 쉽게 생성한다. 유기 합성에서 시안화물은 탄소 사슬을 하나 늘리는 데 사용되며, 작용기로도 활용 가능하다.[13]: RX + CN- → RCN + X-
시안화 칼륨(KCN)과 시안화 나트륨(NaCN)은 시안화물 이온 공급원으로 사용되며, 친핵체로서 탄소 친전자체에 치환 또는 부가되어 니트릴을 생성한다.
할로젠화 알킬과의 친핵성 치환 반응은 다음과 같다.
:
2. 2. 4. 산화환원 반응
시안화물 이온은 환원제이며, 분자 염소(Cl2), 차아염소산염(ClO-), 과산화 수소(H2O2)와 같은 강력한 산화제에 의해 산화된다. 이러한 산화제는 금광에서 나오는 폐수의 시안화물을 제거하는 데 사용된다.[14][15][16]2. 2. 5. 금속 착화합물 형성
시아노기( 시아노 음이온)는 전이 금속과 반응하여 M-CN 결합을 형성한다. 이 반응은 시안화물의 독성의 근본이다.[17] 금속이 이 음이온과 갖는 높은 친화성은 음전하, 콤팩트함, 그리고 π-결합에 참여하는 능력에 기인한다.가장 중요한 시안화물 배위 화합물 중에는 페로시안화 칼륨과 안료 프러시안 블루가 있는데, 이들은 시안화물이 중심 철 원자에 단단히 결합되어 있어 본질적으로 무독성이다.[18] 프러시안 블루는 1706년경에 철, 탄소, 질소를 포함하는 물질과 다른 시안화물(이후에 만들어지고 그 이름을 따서 지어짐)을 가열하여 처음으로 우연히 만들어졌다. 프러시안 블루는 청사진, 블루잉, 시아노타입에 파란색을 부여하는 등 여러 용도로 사용된다.
3. 존재
사이안화물은 특정 종류의 세균, 곰팡이, 조류에 의해 생성되며, 일부 음식이나 식물에도 포함되어 있다. 예를 들어 사과 씨앗이나 아몬드에 미량이지만 존재한다[50]。식물에서 사이안화물은 당 분자에 결합된 시안 배당체(아미그달린) 형태로 존재하며, 초식 동물로부터 자신을 보호하는 역할을 한다. 열대 지방에서 식용으로 사용되는 카사바 뿌리에도 시안 배당체가 들어있다[51][52]。
철 수소화 효소나 니켈-철 수소화 효소는 활성 부위의 금속 클러스터에 사이안화물 배위자를 갖는다. 니켈-철 수소화 효소의 생합성 과정에서 카르바모일 인산으로부터 시스테인의 티오시안산 에스테르를 거쳐 사이안화물 이온이 생성된다[53]。
시안화 수소는 연소 과정에서 발생한다. 내연 기관이나 흡연, 아크릴 섬유 등 아크릴로니트릴을 원료로 하는 고분자가 연소될 때 시안화 수소가 발생한다.
광물 중 사이안화물이 존재하는 경우는 매우 드물다. 요아네움석(Joanneumite)이 알려진 유일한 사이안화물 화학 조성을 가진 광물이다[55]。
3. 1. 자연
사이안화물은 특정 세균, 곰팡이, 조류에 의해 생성되며, 여러 식물에서 식독제 역할을 한다. 사이안화물을 방출할 수 있는 화학 물질은 시안 발생 화합물로 알려져 있다.[5]수소화효소 효소는 활성 부위에 철에 부착된 사이안화물 리간드를 포함한다. NiFe 수소화효소에서 사이안화물의 생합성은 카바모일 인산염으로부터 시스테인yl 티오시안산염으로 전환되는 과정으로 진행된다.[8]
3. 1. 1. 식물 내 존재
사이안화물은 특정 세균, 곰팡이, 조류에 의해 생성되며, 여러 식물에서 식독제 역할을 한다. 쓴 아몬드, 살구, 사과, 복숭아 등 특정 씨앗과 과일 씨앗에 상당한 양의 사이안화물이 존재한다.[5] 식물에서 사이안화물은 일반적으로 시안 발생 배당체 형태로 당 분자와 결합하여 초식 동물로부터 식물을 방어한다. 열대 국가에서 재배되는 중요한 감자와 같은 음식(그리고 타피오카를 만드는 기반)인 카사바 뿌리(마니옥이라고도 함)에도 시안 발생 배당체가 포함되어 있다.[6][7]
마다가스카르 대나무 ''Cathariostachys madagascariensis''는 풀을 뜯는 동물을 막기 위해 사이안화물을 생성한다. 이에 대응하여 대나무를 먹는 황금대나무여우원숭이는 사이안화물에 대한 높은 내성을 갖게 되었다.
3. 2. 성간 물질
사이안화 라디칼 •CN은 성간 공간에서 확인되었다.[9] 시아노젠((cyanogen|(CN)₂영어))은 분자 구름의 온도를 측정하는 데 사용된다.[10]3. 3. 연소 생성물
수소 시안화물은 산소가 부족한 환경에서 특정 물질의 열분해 또는 연소로 생성된다. 예를 들어, 내연 기관과 담배 연기의 배기 가스에서 검출될 수 있다. 특정 플라스틱, 특히 아크릴로니트릴에서 파생된 플라스틱은 가열되거나 연소될 때 수소 시안화물을 방출한다.[23]시안화 수소는 내연 기관이나 흡연에서의 연소, 그리고 아크릴 섬유 등 아크릴로니트릴을 원료로 하는 고분자가 연소하면 발생한다.
4. 제조
사이안화물을 제조하는 주요 공정은 기체 상태의 시안화 수소를 메탄과 암모니아로부터 산소와 백금 촉매의 존재 하에 생성하는 안드루소프 공정이다.[19][20]
:2 CH4 + 2 NH3 + 3 O2 → 2 HCN + 6 H2O
대부분의 사이안화물의 전구체인 시안화 나트륨은 시안화 수소를 수산화 나트륨으로 처리하여 생산된다.[28]
:HCN + NaOH → NaCN + H2O
5. 용도
시안화물은 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다.
- 광업: 금과 은 채굴 과정에서 광석에서 금속을 분리하는 데 중요한 역할을 한다. 이를 ''시안화 공정''이라고 부르는데, 미세하게 분쇄된 광석을 시안화물 용액과 혼합하여 금속을 용해시킨 후, 아연 가루나 활성탄을 이용하여 회수한다.[28] 이 과정은 효율적이지만, 환경 오염 및 인명 피해를 유발할 수 있어 주의가 필요하다.[29]
- 유기 합성: 시안화 칼륨이나 시안화 나트륨은 친핵체로 작용하여 다양한 유기 화합물을 합성하는 데 사용된다. 예를 들어, 할로겐화 알킬과의 반응을 통해 니트릴을 생성하거나, 샌드마이어 반응에서 시안화 구리를 사용하여 방향족 니트릴을 합성할 수 있다.[11][12]
- 의학: 니트로프루시드나트륨과 같은 일부 시안화물 화합물은 혈압을 낮추거나 혈관 확장제로 사용되며, 임상 화학에서 케톤체 측정에도 사용된다.[32] 제1차 세계 대전 중에는 일본에서 결핵과 나병 치료에 시안화구리 화합물이 사용되기도 했다.[32]
5. 1. 유기 합성
IUPAC 명명법에 따르면 작용기를 가진 유기 화합물을 니트릴이라고 한다.[11][12] 시안화 칼륨과 시안화 나트륨은 시안화물 이온의 공급원으로서 유기 합성에 사용된다. 시안화물 이온은 친핵체로서의 성질을 가지며, 적절한 탄소 친전자체에 치환 또는 부가되어 대응하는 니트릴을 생성한다.할로겐화 알킬과의 친핵성 치환 반응
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할로겐화 아릴을 방향족 니트릴로 만들기 위해서는 전이 금속 화합물을 이용한다. 시안화 구리를 사용하는 고전적인 방법은 로젠문트-폰 브라운 합성이라고 한다.
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샌드마이어 반응도 시안화 구리를 친핵체로 사용할 수 있다.
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카르복실산 할로겐화물과 시안화물이 작용하면 시안화 아실이 얻어진다.
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알데히드나 케톤에 시안화물 이온이 부가되면 시아노히드린을 생성한다. 또한 암모니아를 공존시키면 이민에 부가되어 α-아미노니트릴이 얻어지며, 이는 슈트레커 합성에서의 아미노산으로 향하는 중간체가 된다.
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이러한 반응은 기질로부터 탄소가 1개 증가하는 탄소 증가 반응이다. 도입되는 시아노기는 카르복실산, 아민, 알데히드 등으로 쉽게 변환될 수 있다는 점도 특징이다. 시안화 수소나 시안화 트리메틸실릴을 사용하는 경우도 있다.
시안화 칼륨은 벤조인 축합에서 촉매로 사용된다.
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가터만 반응에서는 시안화 아연과 염산에 의해 방향환이 친전자적으로 포르밀화된다.
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5. 2. 광업
은과 금 채굴 과정에서 시안화물이 주로 사용된다. 시안화물은 이 금속들을 용해하여 다른 고체 물질로부터 분리하는 데 도움을 준다. ''시안화 공정''에서 미세하게 분쇄된 고품위 광석은 시안화물과 혼합되며(약 1:500의 NaCN 대 광석 비율), 저품위 광석은 더미로 쌓여 시안화물 용액으로 살포된다(약 1:1000의 NaCN 대 광석 비율). 귀금속은 시안화물 음이온에 의해 복합체를 형성하여 가용성 유도체를 생성하는데, 예를 들면 dicyanoargentate(I)영어 () 및 dicyanoaurate(I)영어 () 등이 있다.[28]은은 금보다 덜 귀금속이며 종종 황화물로 나타나는데, 이 경우 산화 환원 반응이 일어나지 않는다(가 필요하지 않음). 대신 치환 반응이 일어난다.
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이온을 포함하는 "임신액"은 고체 물질과 분리되며, 이 고체 물질은 광미장 또는 폐기 더미로 버려진다(회수 가능한 금은 제거된 상태). 금속은 아연 가루로 환원하거나 활성탄에 흡착시켜 "임신 용액"에서 회수한다. 이 과정은 환경 및 건강 문제를 야기할 수 있으며, 실제로 여러 차례의 환경 재해가 금광 광미장의 범람 이후 발생했다. 수로의 시안화물 오염은 수많은 인간 및 수생 생물의 사망을 초래했다.[29]
수성 시안화물은 특히 햇빛 아래에서 빠르게 가수분해된다. 존재하는 경우 수은과 같은 일부 중금속을 동원할 수 있다. 금은 또한 황철석(바보의 금)과 유사한 비소황철석(FeAsS)과 관련될 수 있으며, 여기서 황 원자의 절반이 비소로 대체된다. 금을 함유한 비소황철석 광석은 무기 시안화물에 대해서도 유사하게 반응한다.[30][31]
5. 3. 산업
니트릴은 IUPAC 명명법에 따라 작용기를 가진 유기 화합물을 말한다.[11][12] 아세토니트릴(CH3CN)이 그 예시이다. 니트릴은 일반적으로 시안 이온을 방출하지 않는다. 반면, 동일한 탄소 원자에 수산기(-OH)와 시안기(-CN)가 결합된 작용기를 가진 시아노하이드린(R2C(OH)CN)은 유독한 시안화 수소를 방출한다.알칼리 금속 시안화물은 채광 외에도 니트릴을 포함한 CN 함유 화합물 생산에 사용된다. 아실 시안화물은 아실 클로라이드와 시안화물로부터 생산된다. 시안, 시안화 시안, 그리고 이들의 삼량체인 시안산 클로라이드는 모두 알칼리 금속 시안화물에서 파생된다.
5. 4. 의학
니트로프루시드나트륨은 주로 임상 화학에서 소변 내 케톤체를 측정하는 데 사용되며, 특히 당뇨병 환자의 추적 관찰에 활용된다.[32] 응급 의료 상황에서 인간의 혈압을 빠르게 낮추거나, 혈관 연구에서 혈관 확장제로 사용되기도 한다.[32] 인공 비타민 B12의 코발트에는 정제 과정에서 생긴 시안화물 리간드가 포함되어 있는데, 생화학적으로 사용하기 위해 비타민 분자를 활성화하려면 신체에서 이를 제거해야 한다.[32] 제1차 세계 대전 중, 일본 의사들이 결핵과 나병 치료에 시안화구리 화합물을 잠시 사용하기도 했다.[32]5. 5. 불법 어업 및 밀렵
사이안화물은 산호초 근처에서 살아있는 물고기를 잡아 수족관과 해산물 시장에 불법적으로 사용된다. 이러한 행위는 많은 논란을 일으키고 있으며, 위험하고 해롭지만, 수익성이 높은 열대어 시장에 의해 촉진된다.[33]아프리카의 밀렵꾼들은 상아를 얻기 위해 코끼리를 죽이려고 사이안화물을 사용하여 웅덩이를 독살하는 것으로 알려져 있다.[34]
5. 6. 해충 방제
M44 시안화물 장치는 미국에서 코요테를 비롯한 개과 동물을 죽이는 데 사용된다.[35] 시안화물은 뉴질랜드에서 주머니쥐 등 해충 방제에도 사용된다. 주머니쥐는 토종 종을 위협하고 소에게 결핵을 퍼뜨리는 도입된 유대류이다. 주머니쥐는 미끼를 피하는 습성이 있지만, 시안화물 함유 펠릿을 사용하면 이러한 문제를 줄일 수 있다. 그러나 시안화물은 멸종 위기에 놓인 키위 등 토종 조류를 죽이는 것으로 알려져 우려를 낳고 있다.[36] 시안화물은 뉴질랜드의 또 다른 외래 유대류 해충인 담마왈라비 방제에도 효과적이다.[37] 뉴질랜드에서는 시안화물을 보관, 취급, 사용하려면 면허가 필요하다.시안화물은 선박 훈증에 살충제로 사용된다.[38] 시안화물 염은 개미 구제에 사용되며,[39] 일부 지역에서는 쥐약으로 사용되기도 한다.[40] (다만, 독성이 덜한 비소가 더 흔하다).[41]
5. 7. 기타 용도
페로시안화칼륨은 청동 조각 주조 시 푸른색을 내기 위한 마감에 사용된다. 단독 사용 시 매우 어두운 푸른색을 띠며, 원하는 색상과 색조를 위해 다른 화학 물질과 혼합하여 사용하기도 한다. 토치와 붓으로 도포하며, 녹청 도포에 사용되는 고무 장갑, 보안경, 호흡 보호구 등 표준 안전 장비를 착용해야 한다. 혼합물 내 시안화물의 실제 함량은 각 주조 공장의 제조법에 따라 달라진다.[42]시안화물은 보석 세공 및 세피아 토닝과 같은 특정 사진 현상에도 사용된다.[42]
일반적으로 독성이 있다고 알려져 있으나, 시안화물과 시아노하이드린은 여러 식물 종의 발아를 촉진하는 효과가 있다.[42][43]
6. 인체에 대한 영향 및 독성
시안화 수소(HCN), 시안화 나트륨(NaCN), 시안화 칼륨(KCN), 시안화 칼슘(Ca(CN)₂)은 독성이 매우 강한 시안화물이다. 이러한 화합물은 취급에 주의해야 한다.
시안 이온은 효소 시토크롬 c 산화효소를 억제하여 세포 호흡을 방해한다. 이로 인해 조직 저산소증이 발생하며, 중추신경계와 심장처럼 호기성 호흡 의존도가 높은 조직이 특히 영향을 받는다.[22]
시안화 수소는 기체 상태로 흡입 시 매우 위험하며, 시안염 용액에 산을 첨가하거나 폴리우레탄 연소 시 생성될 수 있다. 고체 시안화물 소량이나 200mg의 시안화물 용액 섭취, 또는 270ppm의 공기 중 시안화물에 노출되는 것만으로도 몇 분 안에 사망할 수 있다.[22]
유기 니트릴은 시안 이온을 쉽게 방출하지 않아 독성이 비교적 낮지만, 트리메틸실릴 시안화물((CH3)3SiCN)과 같은 화합물은 물과 접촉 시 시안화 수소나 시안 이온을 방출하므로 주의해야 한다.[24] 반면, 페로시안화물은 철과의 높은 배위 안정성 때문에 인체 내에서 치명적인 수준으로 분해되지 않아 식염의 고결 방지제 등으로 사용된다.[46]
청산 중독은 공업 현장에서 발생하거나 자살 수단으로 사용될 수 있다. 도금 공장 등에서 시안이 포함된 배수가 방류되면 물고기가 떼죽음을 당하는 경우도 있다. 중독 증상으로는 소화관 점막 부식, 혈액에 대한 작용, 효소 활성 저해, 호흡 중추 마비 등이 있으며, 흡입 또는 섭취 후 수 초에서 1분 내에 실신, 경련, 호흡 마비로 사망할 수 있다.
6. 1. 독성 메커니즘
시안화물은 시토크롬 c 산화효소를 억제하여 세포 호흡을 방해하는 독성 물질이다. 시토크롬 c 산화효소는 미토콘드리아 내막에 존재하며 전자 전달 연쇄의 네 번째 복합체에 해당한다. 시안화물이 이 효소에 결합하면 전자가 시토크롬 c에서 산소로 전달되지 못한다. 결과적으로 전자 전달 연쇄가 중단되고, 세포는 ATP를 생성할 수 없게 된다.[21] 이는 중추신경계와 심장처럼 호기성 호흡에 의존하는 조직에 특히 치명적이며, 조직 저산소증을 유발한다.[22]가장 위험한 시안화물은 시안화 수소(HCN)로, 기체 상태로 흡입 시 즉시 사망에 이를 수 있다. 따라서 시안화 수소를 다룰 때는 외부 산소 공급이 가능한 호흡 장비를 착용해야 한다.[23] 시안화 수소는 시안염 용액에 산을 첨가하거나, 폴리우레탄 연소 시 생성될 수 있다. 폴리우레탄은 이러한 이유로 가정용 및 항공기용 가구에 사용하지 않는 것이 좋다. 고체 시안화물 소량이나 200mg의 시안화물 용액 섭취, 또는 270ppm의 공기 중 시안화물에 노출되는 것만으로도 몇 분 안에 사망할 수 있다.[22]
시안화 나트륨(NaCN)과 시안화 칼륨(KCN)도 섭취 시 독성이 강하다. 시안화 수소는 기체 상태이므로 더 위험하지만, 공기보다 가벼워 대기 중으로 빠르게 확산되기 때문에 화학 무기로는 비효율적이다.
유기 니트릴은 시안 이온을 쉽게 방출하지 않아 독성이 낮지만, 트리메틸실릴 시안화물((CH3)3SiCN)과 같은 화합물은 물과 접촉 시 시안화 수소나 시안 이온을 방출하므로 주의해야 한다.[24]
청산 중독사는 공업용으로 사용되는 관계상 남성에게 많으며, 자살 수단으로 사용되는 경우도 많다. 도금 공장의 시안을 포함한 배수 방류로 인해 물고기가 죽어 떠오르는 경우도 있다. 인체에 대한 맹독으로 나타나는 중독 작용으로는 소화관 점막의 부식, 혈액에 대한 작용, 효소 활성 저해, 호흡 중추를 침범하는 것 등이 있다. 증상으로는 흡입, 내복 후 수 초 ~ 1분 정도로 실신, 경련, 호흡 마비가 일어나 사망한다.
6. 2. 중독 증상
시안 이온은 효소 시토크롬 c 산화효소의 억제제로, 전자 전달 연쇄를 붕괴시켜 세포가 ATP를 호기적으로 생성할 수 없게 만든다.[21] 호기성 호흡에 크게 의존하는 중추신경계와 심장 같은 조직이 특히 영향을 받는다.[22]청산 중독은 공업용으로 사용되는 관계상 남성에게 많으며, 자살 수단으로 사용되는 경우도 많다. 물에 잘 녹으며, 도금 공장의 시안을 포함한 배수 방류로 인해 물고기가 죽어 떠오르는 경우도 있다. 인체에 대한 맹독으로 나타나는 중독 작용으로는 소화관 점막의 부식, 혈액에 대한 작용, 효소 활성 저해, 호흡 중추를 침범하는 것 등이 있다. 흡입, 내복 후 수 초 ~ 1분 정도로 실신, 경련, 호흡 마비가 일어나 사망한다.
6. 3. 해독제
히드록소코발라민은 시안화물과 반응하여 시아노코발라민을 형성하며, 이는 신장을 통해 안전하게 배설될 수 있다. 이 해독제는 시아노키트(Cyanokit)라는 브랜드로 판매되며, 2006년 미국 FDA의 승인을 받았다.[25]아질산 아밀 앰플(흡입으로 투여), 아질산나트륨, 티오황산나트륨은 더 오래된 시안화물 해독제 키트에 포함된 성분들이다. 아질산염은 헤모글로빈을 메트헤모글로빈으로 산화시켜 시안 이온에 대해 시토크롬 c 산화효소와 경쟁하게 한다. 시안메트헤모글로빈이 형성되고 시토크롬 산화효소가 복원된다. 주요 해독 기전은 미토콘드리아 효소인 로다네제에 의한 티오시안산염으로의 효소적 전환이다. 티오황산나트륨은 로다네제에 필요한 황 공여체를 제공하여 티오시안산염 생성을 가속화한다.[26]
의료 분야에서는 시안화물 중독의 해독제로 티오황산나트륨 수용액을 연속 정맥 주사하고 아질산 화합물을 병용한다. 티오황산나트륨은 시안화물을 독성이 약한 티오시안산으로 변화시킨다. 아질산염은 혈액 속의 헤모글로빈과 반응하여 메트헤모글로빈이 된다. 메트헤모글로빈은 헴 철이나 시토크롬의 철보다 시안과 강하게 결합하므로 시안 중독 증상의 발현을 늦춘다.
응급 처치로는 의료 자격이 필요한 주사가 필요 없는 아질산 아밀 흡입이 주로 사용된다. 산소 흡입과 함께 아질산 아밀을 15초간 흡입하고 15초간 공기 또는 산소를 흡입하는 조치를 5회 반복한다.
6. 4. 민감도
효소 시토크롬 c 산화효소(aa3로도 알려짐)의 억제제인 시안 이온은 이 단백질 내의 철에 결합한다. 시안화물이 이 효소에 결합하면 시토크롬 c에서 산소로의 전자 전달이 방해된다. 그 결과, 전자 전달 연쇄가 붕괴되어 세포가 에너지를 위해 더 이상 ATP를 호기적으로 생성할 수 없게 된다.[21] 호기성 호흡에 크게 의존하는 조직, 예를 들어 중추신경계와 심장은 특히 영향을 받는다. 이는 조직 저산소증의 한 예이다.[22]최소 위험 수준(MRL)은 과민성, 천식, 또는 기관지염과 같은 지연된 건강 영향이나 반복적인 아치사량 노출 후 발생하는 건강 영향으로부터 보호하지 못할 수 있다. MRL은 충분한 데이터가 축적된 후 수정될 수 있다.[27]
7. 시안화물 검출
전위차 적정법으로 정량화되며, 이 방법은 금 채광에 널리 사용된다. 또한 은 이온으로 적정하여 측정할 수도 있다.
일부 분석은 산성화된 끓는 용액을 공기로 퍼지하여 증기를 염기성 흡수 용액으로 쓸어 넣는 것으로 시작한다. 염기성 용액에 흡수된 시안화물 염은 그 후 분석된다.[47]
사이안화물의 악명 높은 독성으로 인해 많은 방법들이 연구되었다. 벤지딘은 페리시안화물이 존재할 경우 푸른색을 띤다.[48] 시안화물 용액에 황산 철(II)를 첨가하면, 예를 들어 나트륨 융합 시험에서 여과된 용액의 경우 프러시안 블루가 생성된다. DMSO에 용해된 파라-벤조퀴논 용액은 무기 시안화물과 반응하여 시아노페놀을 생성하며, 이는 형광을 띈다. 자외선으로 조사하면 검사 결과가 양성일 경우 녹색/파란색 빛을 낸다.[49]
8. 역사 속 시안화물 중독 사건
시안화 수소를 이용한 고의적인 중독은 역사적으로 여러 차례 발생했다.[44] 시안화 나트륨과 같이 흔히 사용되는 시안화물 염은 휘발성이 없으며 물에 녹는 성질이 있어 섭취했을 때 독성을 나타낸다. 시안화 수소는 기체 상태이기 때문에 더 광범위하게 위험하지만, 공기보다 가벼워 대기 중으로 빠르게 흩어지기 때문에 화학 무기로 사용하기에는 비효율적이다.
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