하이드로퀴논

3. 제조 방법

하이드로퀴논은 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 산업적으로 주로 사용되는 두 가지 주요 방법 외에도, 덜 일반적인 방법들과 역사적인 방법, 그리고 최근 연구되는 방법들이 존재한다.

하이드로퀴논의 제조 방법은 다음과 같이 요약될 수 있다.

• 산업적 생산:
• 큐멘법과 유사한 방식으로 벤젠을 프로펜으로 이중 알킬화하여 1,4-디이소프로필벤젠을 생성하고, 이를 산화시켜 하이드로퀴논을 얻는 방법.^[11]
• 촉매를 이용하여 페놀을 과산화수소로 하이드록실화하여 하이드로퀴논과 카테콜의 혼합물을 생성하는 방법.
• : C6H5OH + H2O2 -> C6H4(OH)2 + H2O
• 기타 합성법:
• 아세틸렌과 오탄화철을 반응시켜 하이드로퀴논을 합성하는 방법.^{[12][13][14][15][16][17]}
• 아닐린, DIPB 등 다양한 페놀 화합물을 산화시켜 하이드로퀴논 또는 그 유도체를 제조하는 방법.^[18]
• 엘브스 과황산염 산화 반응
• 데이킨 산화 반응
• 역사적 방법:
• 1820년 프랑스 화학자 펠레티에와 카방투가 퀴닌산을 건류하여 하이드로퀴논을 처음으로 얻었다.^[19]
• 기타 방법:
• 염소화 페놀의 가수분해.^[18] (오염이 심한 방법)
• 과황산칼륨을 사용하는 엘브스 과황산 산화
• ''p''-벤조퀴논의 환원을 통한 방법

3. 1. 산업적 생산

• 가장 널리 사용되는 방법은 큐멘법과 유사하게 벤젠을 프로펜으로 이중 알킬화하여 1,4-디이소프로필벤젠을 생성하는 것이다. 이 화합물은 공기와 반응하여 비스(하이드로퍼옥사이드)를 생성하는데, 이는 큐멘 하이드로퍼옥사이드와 구조적으로 유사하며, 산성에서 재배열되어 아세톤과 하이드로퀴논을 생성한다.^[11]
• 두 번째 방법은 촉매를 이용한 페놀의 하이드록실화 반응이다. 이 반응은 과산화수소를 사용하며 하이드로퀴논과 그 오쏘 이성질체인 카테콜(벤젠-1,2-디올)의 혼합물을 생성한다.
• : C6H5OH + H2O2 -> C6H4(OH)2 + H2O

• 아세틸렌과 오탄화철로부터 하이드로퀴논을 합성하는 방법이 제안되었다.^{[12][13][14][15][16][17]} 자유 일산화탄소 기체가 존재하는 경우 오탄화철은 시약이 아닌 촉매 역할을 한다. 로듐 또는 루테늄이 철을 대체할 수 있지만, 반응 혼합물로부터 회수하는 비용 때문에 일반적으로 사용되지 않는다.^[12]
• 하이드로퀴논과 그 유도체는 아닐린 및 DIPB와 같은 다양한 페놀의 산화에 의해서도 제조될 수 있다.^[18]
• 엘브스 과황산염 산화와 데이킨 산화도 페놀로부터 하이드로퀴논을 얻는 방법이다.
• 1820년 프랑스 화학자 펠레티에와 카방투는 퀴닌산의 건류를 통해 하이드로퀴논을 처음으로 얻었다.^[19]
• 중국에서는 염소화된 페놀의 가수분해를 통해 하이드로퀴논을 생산하는 것으로 알려져 있다.^[18]

3. 2. 기타 합성법

4. 반응

하이드로퀴논은 하이드록실기 반응, 산화-환원 반응, 아민화 반응 등 다양한 반응을 보인다. 하이드록실기 반응은 약한 산성을 띠며, ''O''-알킬화되어 에테르를 생성하거나 프리델-크래프츠 반응에 의해 고리 치환을 겪는다. 온화한 조건에서 산화되어 벤조퀴논을 생성하며, 이 과정은 가역적이다. 또한, 하이드로퀴논은 모노아민 및 디아민 유도체로 전환될 수 있다.^[10][20]

4. 1. 하이드록실기 반응

4. 2. 산화-환원 반응

4. 3. 아민화 반응

5. 용도

하이드로퀴논은 다양한 용도로 사용된다. 주요 용도는 다음과 같다.

• '''사진 현상''': 흑백 사진 현상액의 주요 성분으로, 메톨과 함께 할로겐화 은을 은으로 환원시킨다.^[21]
• '''중합 억제''': 항산화제 특성을 이용하여 아크릴산, 메틸 메타크릴레이트 등 단량체의 중합을 방지한다.^[21]
• '''고분자 합성''': 디나트륨 디페놀레이트 염 형태로 고분자 PEEK 생산에 사용된다.
• '''피부 미백''': 피부 미백을 위한 국소 도포제로 사용되나, 안전성 문제로 인해 사용에 제한이 있다.^{[22][23][24][25][26]}
• '''과산화수소 생산''': 안트라퀴논 공정에서 치환된 하이드로퀴논이 과산화수소 생산에 사용된다.

5. 1. 산업적 용도

5. 2. 미용 및 의학적 용도

6. 안전성 및 부작용

하이드로퀴논은 피부 미백을 위해 사용되지만, 여러 부작용이 나타날 수 있다. 메톨보다는 덜하지만, 피부염을 유발할 수 있으며, 일부 국가에서는 처방전이 있어야 구매할 수 있다.^[22][23]

흔한 부작용으로는 피부 자극, 알레르기성 접촉 피부염^[44] 등이 있다. 장기간 사용 시에는 피부 변색, 조직 흑갈색 반점^[57][45] 등이 나타날 수 있으며, 특히 고농도 사용 시 주의해야 한다.^[46] 2% 농도의 외용약을 장기간 사용한 경우에도 1980년대 이후 흑갈색 반점이 보고되었다.^[46]

백반증을 유발할 수 있다는 보고도 있지만,^[54] 2017년 검토에서는 명확한 관계가 불분명하며, 아마도 안전하게 사용할 수 있을 것이라고 제시되었다.^[53] 다만, 2014년 검토에서는 하이드로퀴논에 의한 색소 탈락 보고가 있었고, 의사는 환자에게 이러한 잠재적 부작용을 알려야 한다고 권장했다.^[54] 일본에서는 2014년 이후 "색깔이 빠짐(백반)이나 검은 반점"에 대한 주의 사항을 제품에 표기하고 있다.^[55]

제인 오바지(Zane Obagi)는 하이드로퀴논을 장기간 사용하면 심각한 리바운드성 색소 침착을 일으킬 수 있다고 경고했다.^[49] 또한, 하이드로퀴논은 내성 문제가 있어 4~5개월 후에는 피부색 개선이 멈추는 경우가 있으며, 이 때문에 사용 중단 기간을 갖는 것이 권장된다.^[49]

일부 연구에서는 하이드로퀴논의 발암 가능성을 제기했다.^[26] 2006년 미국 식품의약국(FDA)은 하이드로퀴논의 잠재적 발암성을 이유로 일반의약품 판매 금지를 제안했다.^[24] FDA는 2020년 하이드로퀴논을 공식적으로 금지했다.^[25] 동물 실험에서 종양, 갑상선암, 백혈병 등 발생률 증가가 확인되었다.^[57] 그러나 국제암연구소(IARC)는 1977년 하이드로퀴논을 인체 발암성 분류 불가능 그룹으로 분류했다.^[56] 2016년까지의 연구 결과는 모순되어 발암 물질로 분류되지 않았다.^[58]

2019년 잉글랜드와 웨일스의 지방 자치 단체 협의회는 하이드로퀴논 함유 미백 크림이 암 위험을 증가시키고 간과 신장에 손상을 줄 수 있다며 사용 자제를 권고했다.^[59]

하이드로퀴논은 멜라닌 세포(melanocyte)에 대한 독성 작용을 통해 미백 효과를 나타낸다.^[51] 따라서 장기간 사용 시에는 주의가 필요하며, 티로시나아제(tyrosinase)에 선택적으로 작용하는 다른 성분을 찾는 연구가 진행되고 있다.^[52]

7. 규제 현황

대한민국에서는 하이드로퀴논이 전문의약품으로 분류되어 의사의 처방이 있어야 사용할 수 있다.

2006년 미국 식품의약국(FDA)은 모든 일반의약품 제제에 대한 금지를 제안했으나,^[24] 2020년에 하이드로퀴논을 공식적으로 금지했다.^[25] FDA는 하이드로퀴논이 잠재적인 발암물질로 배제될 수 없다고 밝혔다.^[26] 이는 인체 내 흡수 정도와 쥐의 종양 발생률 연구 결과를 바탕으로 한 것이다. 쥐 실험에서 갑상선 여포 세포 증식증, 이핵성(핵 크기의 변화), 단핵구성 백혈병, 간세포 선종, 신세뇨관 세포 선종을 포함한 종양 발생률 증가가 확인되었다.^[27]

과색소침착 치료제로 널리 처방되지만, EU, 일본, 미국 규제 기관에서 안전성에 대한 의문을 제기하여 다른 약물을 찾는 연구가 활발하다.^[30]

유럽 연합 회원국을 포함한 일부 국가에서는 처방전이 필요한 성분이다.^[22][23] 일본에서는 厚生労働省(후생노동성)에 의해 2%까지의 배합이 허가되어 있다.^[64] 과거 하이드로퀴논모노벤질에테르에 의한 백반증 발생으로 사용이 허가되지 않았으나,^[64] 2001년부터 법 개정에 따라 사용이 허가되었다.^[64]

2019년, 동아프리카 입법 회의(East African Legislative Assembly)는 하이드로퀴논을 포함한 미용 물질의 제조 및 수입 금지를 위한 조약 제정을 의결했다.^[66] 2010년대에는 부작용 우려로 코트디부아르에서는 2% 이상의 제품을 금지했고,^[67] 르완다^[68]와 가나는 하이드로퀴논 첨가를 금지했다.^[69]

8. 천연에서의 존재

하이드로퀴논은 폭격수 딱정벌레의 방어샘에 과산화수소(그리고 종에 따라 다른 화합물들)와 함께 두 가지 주요 시약 중 하나로, 저장소에 모인다. 저장소는 근육으로 조절되는 밸브를 통해 두꺼운 벽의 반응실로 열린다. 이 반응실은 카탈라아제와 퍼옥시다아제를 분비하는 세포로 둘러싸여 있다. 저장소의 내용물이 반응실로 강제로 들어가면, 카탈라아제와 퍼옥시다아제는 과산화수소를 빠르게 분해하고 하이드로퀴논의 산화를 ''p''-퀴논으로 촉매한다. 이러한 반응은 활성산소를 방출하고 혼합물을 비등점까지 올리고 그 약 1/5을 기화시킬 만큼 충분한 열을 발생시켜 딱정벌레의 배에서 뜨거운 분무를 생성한다.^[35]

하이드로퀴논은 ''아가리쿠스 혼덴시스'' 버섯의 활성 독소로 여겨진다.^[36]

하이드로퀴논은 천연물 프로폴리스의 화학적 구성 성분 중 하나로 밝혀졌다.^[37]

또한 캐스터리움에서 발견되는 화학 물질 중 하나이다. 이 화합물은 비버의 사향낭에서 채취된다.^[38]

참조

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