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생성물

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목차

1. 개요

생성물은 화학 반응의 결과로 생성되는 물질을 의미한다. 생성물의 에너지 수준은 반응의 자발성, 즉 에너지 방출 반응(발열 반응)인지 에너지 흡수 반응(흡열 반응)인지를 결정하며, 레플러-해먼드 가설은 생성물의 안정성이 반응의 전이상태에 미치는 영향을 설명한다. 생성물은 반응물과 다를 경우 쉽게 정제될 수 있다. 19세기부터 화학자들은 물질 합성에 몰두해 왔으며, 신약 개발과 공정 화학 분야에서 생성물의 연구가 중요하다. 생화학에서 효소는 기질을 생성물로 전환하는 촉매 역할을 하며, 생성물 저해는 대사 조절에 중요한 역할을 한다.

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  • 화학 반응 - 촉매
    촉매는 화학 반응에서 자신은 소모되지 않으면서 반응 속도를 변화시키는 물질로, 활성화 에너지를 낮추는 새로운 반응 경로를 제공하여 반응 속도를 증가시키며, 균일계, 불균일계, 생체 촉매 등 다양한 종류가 있고 여러 산업 분야에서 활용된다.
  • 화학 반응 - 축합 반응
    축합 반응은 두 작용기가 결합하며 작은 분자를 생성하고 제거되어 새로운 작용기를 형성하는 화학 반응으로, 중축합이나 탈수 축합으로 응용되며 에스터화, 아미드화, 알돌 축합 반응 등이 대표적이다.
생성물
화학
정의화학 반응의 결과로 생성되는 종(種)
관련 용어반응물
화학 반응
참고 문헌McNaught, A. D.; Wilkinson, A. (2006). 《Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. ("Gold Book")》. Blackwell Scientific Publications, Oxford. doi:10.1351/goldbook. ISBN 978-0-9678550-9-7.
Henry, Celia M. (2002년 5월 27일). 《DRUG DEVELOPMENT》. Chemical and Engineering News.
추가 정보프로세스 화학자는 제품 생산에 관여함

2. 반응의 결정

화학 반응의 생성물은 반응의 여러 측면에 영향을 미친다. 생성물이 반응물보다 에너지가 낮으면, 반응은 에너지 방출반응이 된다. 에너지 방출반응은 열역학적으로 유리하며, 자발적으로 일어나는 경향이 있다. 그러나 반응의 동역학이 충분히 높으면, 반응이 너무 느리게 일어나거나 아예 일어나지 않을 수 있다. 이는 대기압에서 다이아몬드가 저에너지 상태의 흑연으로 전환되는 경우로, 이러한 반응에서 다이아몬드는 준안정 상태로 간주되며 흑연으로 전환되는 것이 실제로 관찰되지는 않을 것이다.[28][29][4][5][16][17]

생성물이 반응물보다 화학 에너지가 더 높을 경우, 반응을 진행시키는데 에너지가 투입되므로 에너지 흡수반응이 된다. 또한 생성물이 반응물보다 안정하지 못한 경우, 레플러-해먼드 가설에 따르면 전이 상태가 반응물보다 생성물과 더 유사할 것이라고 가정한다.[30][6][18] 때때로 생성물은 반응물과 상당히 다를 경우, 예를 들면 반응물이 용해될 때, 생성물이 불용성이거나 용액에서 침전되는 경우와 같이 반응 후에 쉽게 정제될 수 있다.

2. 1. 열역학적 측면

화학 반응의 생성물은 반응의 여러 측면에 영향을 미친다. 생성물이 반응물보다 에너지가 낮으면, 반응은 에너지 방출반응이 된다. 에너지 방출반응은 열역학적으로 유리하며, 자발적으로 일어나는 경향이 있다. 그러나 반응의 동역학이 충분히 높으면, 반응이 너무 느리게 일어나거나 아예 일어나지 않을 수 있다. 이는 대기압에서 다이아몬드가 저에너지 상태의 흑연으로 전환되는 경우로, 이러한 반응에서 다이아몬드는 준안정 상태로 간주되며 흑연으로 전환되는 것이 실제로 관찰되지는 않을 것이다.[28][29]

생성물이 반응물보다 화학 에너지가 더 높을 경우, 반응을 진행시키는데 에너지가 투입되므로 에너지 흡수반응이 된다. 또한 생성물이 반응물보다 안정하지 못한 경우, 레플러의 가정(Leffler's assumption)은 전이 상태가 반응물보다 생성물과 더 유사할 것이라고 가정한다.[30] 때때로 생성물은 반응물과 상당히 다를 경우, 예를 들면 반응물이 용해될 때, 생성물이 불용성이거나 용액에서 침전되는 경우와 같이 반응 후에 쉽게 정제될 수 있다.

2. 2. 동역학적 측면

화학 반응의 생성물은 반응의 여러 측면에 영향을 미친다. 생성물이 반응물보다 에너지가 낮으면, 반응은 에너지 방출반응이 된다. 에너지 방출반응은 열역학적으로 유리하며, 자발적으로 일어나는 경향이 있다. 그러나 반응의 동역학이 충분히 높으면, 반응이 너무 느리게 일어나거나 아예 일어나지 않을 수 있다. 이는 대기압에서 다이아몬드가 저에너지 상태의 흑연으로 전환되는 경우로, 이러한 반응에서 다이아몬드는 준안정 상태로 간주되며 흑연으로 전환되는 것이 실제로 관찰되지는 않을 것이다.[28][29][4][5][16][17]

생성물이 반응물보다 화학 에너지가 더 높을 경우, 반응을 진행시키는데 에너지가 투입되므로 에너지 흡수반응이 된다. 또한 생성물이 반응물보다 안정하지 못한 경우, 레플러-해먼드 가설에 따르면 전이 상태가 반응물보다 생성물과 더 유사할 것이라고 가정한다.[30][6][18] 때때로 생성물은 반응물과 상당히 다를 경우, 예를 들면 반응물이 용해될 때, 생성물이 불용성이거나 용액에서 침전되는 경우와 같이 반응 후에 쉽게 정제될 수 있다.

2. 3. 생성물의 분리 및 정제

화학 반응의 생성물은 반응의 여러 측면에 영향을 미친다. 생성물이 반응물보다 에너지가 낮으면 에너지 방출반응이 일어나는데, 이는 열역학적으로 유리하여 자발적으로 일어나는 경향이 있다. 그러나 반응 속도가 충분히 높지 않으면 반응이 너무 느리게 일어나거나 아예 일어나지 않을 수 있다. 대기압에서 다이아몬드가 저에너지 상태의 흑연으로 전환되는 경우가 그 예인데, 이러한 반응에서 다이아몬드는 준안정 상태로 간주되며 흑연으로 전환되는 것은 실제로 관찰되지 않는다.[28][29]

생성물이 반응물보다 화학 에너지가 더 높을 경우, 반응을 진행시키는데 에너지가 투입되므로 에너지 흡수반응이 된다. 생성물이 반응물보다 안정하지 못한 경우, 레플러-해먼드 가설에 따르면 전이 상태가 반응물보다 생성물과 더 유사하다.[30] 때때로 생성물은 반응물과 상당히 다를 경우 쉽게 정제될 수 있는데, 예를 들어 반응물이 용해될 때 생성물이 불용성이거나 용액에서 침전되는 경우가 그렇다.

3. 역사

19세기 중반 이래로 화학자들은 화학 물질을 합성하는데 몰두해왔다.[31] 천연물화학자와 같이 생성물의 분리와 특성을 연구하는데 초점을 맞춘 분야는 현장에서 여전히 중요하며, 합성화학자들과 함께 천연물화학자들의 성과들은 오늘날 화학을 이해하는데 많은 기여를 하였다.[31][7][19]

화학 합성의 대부분은 새로운 합성 기술의 발견 뿐만 아니라 신약 설계 및 신약 개발에서 발생하는 새로운 화학 물질의 합성과 관련이 있다. 2000년대 초부터 공정 화학은 화학 합성을 산업적인 수준으로 확장하고, 이러한 과정들을 보다 효율적이고, 안전하며, 환경적으로 책임있게 만드는 방법들을 찾는데 초점을 맞춘 합성화학의 뚜렷한 분야로 부상하기 시작했다.[27][3][15]

3. 1. 현대 화학 합성

19세기 중반 이래로 화학자들은 화학 물질을 합성하는데 몰두해왔다.[31] 천연물화학자와 같이 생성물의 분리와 특성을 연구하는데 초점을 맞춘 분야는 현장에서 여전히 중요하며, 합성화학자들과 함께 천연물화학자들의 성과들은 오늘날 화학을 이해하는데 많은 기여를 하였다.[31]

화학 합성의 대부분은 새로운 합성 기술의 발견 뿐만 아니라 신약 설계 및 신약 개발에서 발생하는 새로운 화학 물질의 합성과 관련이 있다. 2000년대 초부터 공정화학은 화학 합성을 산업적인 수준으로 확장하고, 이러한 과정들을 보다 효율적이고, 안전하며, 환경적으로 책임있게 만드는 방법들을 찾는데 초점을 맞춘 합성화학의 뚜렷한 분야로 부상하기 시작했다.[27]

3. 2. 공정 화학

19세기 중반 이래로 화학자들은 화학 물질을 합성하는데 몰두해왔다.[31] 천연물화학자와 같이 생성물의 분리와 특성을 연구하는데 초점을 맞춘 분야는 현장에서 여전히 중요하며, 합성화학자들과 함께 천연물화학자들의 성과들은 오늘날 화학을 이해하는데 많은 기여를 하였다.[31]

화학 합성의 대부분은 새로운 합성 기술의 발견 뿐만 아니라 신약 설계 및 신약 개발에서 발생하는 새로운 화학 물질의 합성과 관련이 있다. 2000년대 초부터 공정화학은 화학 합성을 산업적인 수준으로 확장하고, 이러한 과정들을 보다 효율적이고, 안전하며, 환경적으로 책임있게 만드는 방법들을 찾는데 초점을 맞춘 합성화학의 뚜렷한 분야로 부상하기 시작했다.[27]

4. 생화학

락테이스(효소)에 의한 이당류인 젖당(기질)이 단당류인 갈락토스(생성물)와 포도당(생성물)으로 전환되는 과정


생화학에서 효소는 기질을 생성물로 전환시키는 생물학적 촉매로 역할을 한다.[32][8][20] 예를 들어 락테이스의 생성물은 갈락토스와 포도당이며, 기질인 젖당으로부터 생성된다.

: S + E \rightarrow P + E

  • 여기서 S는 기질이고, P는 생성물이며, E는 효소이다.

4. 1. 효소의 예: 락테이스

생화학에서 효소는 기질을 생성물로 전환시키는 생물학적 촉매로 역할을 한다.[32][8][20] 예를 들어 락테이스의 생성물은 갈락토스와 포도당이며, 기질인 젖당으로부터 생성된다.

: S + E \rightarrow P + E

  • 여기서 S는 기질이고, P는 생성물이며, E는 효소이다.


4. 2. 효소의 다중기능성 (Product Promiscuity)

어떤 효소들은 단일 기질을 여러 가지의 다른 생성물들로 전환시키는 다중기능성을 나타낸다.[33] 이는 반응이 다양한 생성물들로 분해될 수 있는 고에너지 전이 상태를 통해 일어날 때 발생한다.[33][9][21] 이러한 효소의 다중기능성은 Enzyme promiscuity영어이라고 불린다.[21]

4. 3. 생성물 저해 (Product Inhibition)

어떤 효소들은 반응의 생성물이 효소와 결합하고, 효소의 활성을 감소시키는 것에 의해 저해된다.[34] 이것은 대사 경로를 조절하는 음성 피드백의 한 형태로서 대사의 조절에 중요할 수 있다.[35] 이 효과를 극복하면 생성물의 생산량을 증가시킬 수 있기 때문에 생성물 저해는 생명공학기술 분야의 중요한 주제이다.[36]

4. 4. 생명공학에서의 생성물 저해

어떤 효소들은 반응의 생성물이 효소와 결합하고, 효소의 활성을 감소시키는 것에 의해 저해된다.[34] 이것은 대사 경로를 조절하는 음성 피드백의 한 형태로서 대사의 조절에 중요할 수 있다.[35] 생성물 저해는 이 효과를 극복하면 생성물의 생산량을 증가시킬 수 있기 때문에 생명공학기술 분야의 중요한 주제이다.[36]

5. 참고 항목


  • 화학 반응 - 어떤 화학 물질이 다른 화학 물질로 변화하는 과정이다.
  • * 기질 - 화학 반응에서 다른 반응물과 반응하여 생성물을 만드는 화학종이다.
  • * 시약 - 화학 반응을 일으키거나, 반응이 일어났는지 확인하기 위해 계에 더하는 물질이다.
  • * 전구체 - 어떤 화학 물질이 생성되기 전 단계의 화합물이다.
  • * 촉매 - 특정 화학 반응의 속도를 높이는 물질이다.
  • * 효소 - 화학 반응을 촉진함으로써 생체 촉매로 기능하는 단백질 분자이다.
  • 유도체 - 유사한 화합물로부터 화학 반응에 의해 얻어지는 화합물이다.
  • 화학 평형 - 화학 반응에서 정반응과 역반응의 속도가 균형을 이루어, 생성물과 반응물의 조성비에 관찰 가능한 변화가 없는 상태이다.
  • 열역학 제2법칙 - 열과 에너지의 상호 변환에 관한 보편적인 경험에 기초한 물리 법칙이다.

참조

[1] 서적 "[product] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the ""Gold Book""" Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[2] 서적 '[chemical reaction equation] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[3] 뉴스 DRUG DEVELOPMENT http://pubs.acs.org/[...] Chemical and Engineering News 2014-09-13
[4] 서적 '[diamond] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[5] 서적 '[metastability] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[6] 서적 '[metastability] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' https://doi.org/10.1[...] Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[7] 논문 Synthetic biology: lessons from the history of synthetic organic chemistry 2007-01-01
[8] 논문 The origins of enzyme kinetics. 2013-09-02
[9] 논문 Designed divergent evolution of enzyme function. 2006-04-20
[10] 논문 The Prevalence and Significance of the Product Inhibition of Enzymes
[11] 논문 Regulation of pyruvate dehydrogenase by insulin action
[12] 논문 Integrated bioprocesses
[13] 서적 "[product] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the ""Gold Book""" Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[14] 서적 '[chemical reaction equation] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[15] 뉴스 DRUG DEVELOPMENT http://pubs.acs.org/[...] Chemical and Engineering News 2014-09-13
[16] 서적 '[diamond] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[17] 서적 '[metastability] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[18] 서적 '[metastability] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' https://doi.org/10.1[...] Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[19] 논문 Synthetic biology: lessons from the history of synthetic organic chemistry 2007-01-01
[20] 논문 The origins of enzyme kinetics. 2013-09-02
[21] 논문 Designed divergent evolution of enzyme function. 2006-04-20
[22] 서적 Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology
[23] 논문 Regulation of pyruvate dehydrogenase by insulin action
[24] 논문 Integrated bioprocesses
[25] 서적 "[product] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the ""Gold Book""" Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[26] 서적 '[chemical reaction equation] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[27] 뉴스 DRUG DEVELOPMENT http://pubs.acs.org/[...] Chemical and Engineering News 2014-09-13
[28] 서적 '[diamond] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[29] 서적 '[metastability] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[30] 서적 '[metastability] Compendium of Chemical Terminology, 2nd ed. (the "Gold Book")' Blackwell Scientific Publications, Oxford 2006-01-01
[31] 논문 Synthetic biology: lessons from the history of synthetic organic chemistry 2007-01-01
[32] 논문 The origins of enzyme kinetics. 2013-09-02
[33] 논문 Designed divergent evolution of enzyme function. 2006-04-20
[34] 서적 The prevalence and significance of the product inhibition of enzymes
[35] 논문 Regulation of pyruvate dehydrogenase by insulin action
[36] 논문 Integrated bioprocesses


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