알파-하이드록시카복실산

α-하이드록시카복실산, β-하이드록시카복실산, γ-하이드록시카복실산의 구조

알파-하이드록시카복실산(영어: alpha-hydroxycarboxylic acid) 또는 α-하이드록시카복실산(영어: α-hydroxy carboxylic acid)은 인접한 (α) 탄소에 하이드록실기 치환기가 있는 카복실산으로 구성된 화합물의 부류이다. 2-하이드록시카복실산(영어: 2-hydroxycarboxylic acid)이라고도 한다. α-하이드록시카복실산의 대표적인 예로는 글리콜산, 젖산, 만델산, 시트르산이 있다.

α-하이드록시카복실산은 대응하는 비α-하이드록시카복실산보다 강산이다. 이들의 증가된 산성도는 수소 결합에 기인한다.[1][2]

α-하이드록시카복실산은 다양한 용도로 사용된다. α-하이드록시카복실산은 사료 첨가제 및 중합체의 단위체로 산업적으로 사용된다.[3][4][5][6] α-하이드록시카복실산은 또한 화학적으로 각질을 제거하고 보습을 하기 위한 용도로 화장품에 일반적으로 사용된다.[7]

산업적 활용

사료 첨가제

2-하이드록시-4-(메틸싸이오)뷰티르산은 동물 사료에서 메티오닌을 대체하기 위해 라세미 혼합물로 상업적으로 생산된다.[8]

젖산 및 글리콜산 기반의 중합체

젖산과 젖산의 고리형 에스터인 락타이드는 폴리젖산(PLA)의 전구체이다.[3] 폴리젖산은 생분해성 의료 임플란트, 약물 전달 시스템 및 봉합사로 사용할 수 있다.[4]

글리콜산은 또한 압축 중합체 또는 폴리글리콜산(PGA)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이 중합체의 조밀한 특성은 높은 결정화도, 열 안정성 및 기계적 강도를 포함하여 바람직한 물리적 특성을 나타낸다.[5] 폴리글리콜산은 때때로 바이오플라스틱으로 선전되지만 단위체는 천연의 글리콜산에서 얻는 것이 아니라 합성된 것이다, 폴리젖산과 마찬가지로 폴리글리콜산은 완전히 생분해되므로 일반 플라스틱보다 환경 친화적이다.[5]

만델산 기반 중합체

또 다른 α-하이드록시카복실산인 만델산은 헬스 케어 분야에서 중요하다. 만델산을 황산으로 처리했을 때의 축합 생성물은 SAMMA이다.[6] 실험실 테스트에서 SAMMA는 인간 면역결핍 바이러스(HIV) 및 단순포진 바이러스(HSV) 변종에 대해 항바이러스 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.[6]

합성 및 반응

α-하이드록시카복실산은 유기 합성에서 유용한 빌딩 블록이다. 예를 들어 이들은 산화적 결합 절단을 통해 제조되는 알데하이드의 전구체이다.[9][10] 이 부류의 화합물은 산업적 규모로 사용되며 글리콜산, 젖산, 시트르산 및 만델산을 포함한다.[11][12] 이들은 일산화 탄소 외에 케톤/알데하이드 및 물을 제공하는 산 촉매 탈카보닐화에 민감하다.[13]

가수분해 경로

흔히 쉽게 얻을 수 있는 α-할로카복실산은 가수분해되어 2-하이드록시카복실산을 생성한다. 글리콜산은 이러한 방식으로 생성된다. 반응은 일반적으로 염기로 처리된 다음 산으로 처리된다. 순 반응은 다음과 같다.

RCH(Cl)CO
2H + H
2O → RCH(OH)CO
2H + HCl

불포화산과 에스터도 수화된다. 이러한 방식으로 푸마르산 및 말레산 에스터는 말산 유도체를 생성한다. 아크릴산은 3-하이드록시프로피온산을 생성한다.[11]

α-하이드록시카복실산은 케톤 또는 알데하이드에 사이안화 수소를 첨가한 후 생성된 사이아노하이드린 생성물을 산성 가수분해하여 제조된다.[14]

RCHO + HCN → RCH(OH)CN
RCH(OH)CN + 2 H
2O → RCH(OH)CO
2H + NH
3

특수 경로

α-하이드록시카복실산은 또한 수성 워크업 후 이리튬화 카복실산(dilithiated carboxylic acid)과 산소 사이의 반응에 의해 생성된다.[15]

RCHLiCO2Li + O2 → RCH(O2Li)CO2Li
RCH(O2Li)CO2Li +  H+ → RCH(OH)CO2H + 2 Li+ + ...

마지막으로 α-케토 알데하이드는 카니자로 반응을 거쳐 α-하이드록시카복실산을 생성할 수 있다.[16]

RC(O)CHO + 2 OH− → RCH(OH)CO2− + H2O

생성

2-하이드록시-4-(메틸싸이오)뷰티르산은 천연 다이메틸 설파이드의 전구체인 3-다이메틸설포니오프로피오네이트의 생합성의 중간생성물이다.[17]

안전

α-하이드록시카복실산은 일반적으로 권장 복용량을 사용하여 화장품으로 피부에 사용할 때 안전하다. 가장 흔한 부작용은 경미한 피부 자극 발적 벗겨짐이다.[7] 미국 식품의약국(FDA)과 미국 화장품 원료 검토위원회 전문가 패널 모두 α-하이드록시카복실산이 저농도, pH 3.5 이상으로 판매되고 철저한 안전 지침이 포함되어 있는 한 사용하기에 안전하다고 제안한다.[7]

미국 식품의약국(FDA)는 업계가 후원하는 연구에서 α-하이드록시카복실산이 일광 화상의 가능성을 증가시킬 수 있다는 사실을 발견한 후 α-하이드록시카복실산을 사용할 때 주의를 기울여야 한다고 소비자들에게 경고했다.[7] 이 효과는 α-하이드록시카복실산의 사용을 중단하면 되돌릴 수 있다. 다른 출처에서는 특히 글리콜산이 햇빛으로 인한 손상으로부터 보호할 수 있다고 제안한다.[7]

같이 보기

각주

  1. ↑ Dawson RM, 외. (1959). 《Data for Biochemical Research》. Oxford: Clarendon Press. 
  2. ↑ Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, 58th edition, page D147 (1977)
  3. ↑ 가 나 Casalini, Tommaso; Rossi, Filippo; Castrovinci, Andrea; Perale, Giuseppe (2019). “A Perspective on Polylactic Acid-Based Polymers Use for Nanoparticles Synthesis and Applications”. 《Frontiers in Bioengineering and Biotechnology》 7: 259. doi:10.3389/fbioe.2019.00259. ISSN 2296-4185. PMC 6797553. PMID 31681741. 
  4. ↑ 가 나 Storti, G.; Lattuada, M. (2017년 1월 1일). Perale, Giuseppe; Hilborn, Jöns, 편집. “8 - Synthesis of bioresorbable polymers for medical applications”. 《Bioresorbable Polymers for Biomedical Applications》 (영어) (Woodhead Publishing): 153–179. doi:10.1016/b978-0-08-100262-9.00008-2. ISBN 978-0-08-100262-9. 2023년 4월 1일에 확인함. 
  5. ↑ 가 나 다 Samantaray, Paresh Kumar; Little, Alastair; Haddleton, David M.; McNally, Tony; Tan, Bowen; Sun, Zhaoyang; Huang, Weijie; Ji, Yang; Wan, Chaoying (2020). “Poly(glycolic acid) (PGA): a versatile building block expanding high performance and sustainable bioplastic applications”. 《Green Chemistry》 (영어) 22 (13): 4055–4081. doi:10.1039/D0GC01394C. ISSN 1463-9262. S2CID 219749282. 
  6. ↑ 가 나 다 Herold, B. C.; Scordi-Bello, I.; Cheshenko, N.; Marcellino, D.; Dzuzelewski, M.; Francois, F.; Morin, R.; Casullo, V. Mas; Anderson, R. A.; Chany, C.; Waller, D. P.; Zaneveld, L. J. D.; Klotman, M. E. (2002년 11월 15일). “Mandelic Acid Condensation Polymer: Novel Candidate Microbicide for Prevention of Human Immunodeficiency Virus and Herpes Simplex Virus Entry”. 《Journal of Virology》 (영어) 76 (22): 11236–11244. doi:10.1128/JVI.76.22.11236-11244.2002. ISSN 0022-538X. PMC 136750. PMID 12388683. 
  7. ↑ 가 나 다 라 마 Nutrition, Center for Food Safety and Applied (2022년 11월 22일). “Alpha Hydroxy Acids”. 《FDA》 (영어). 
  8. ↑ Lemme, A.; Hoehler, D.; Brennan, JJ; Mannion, PF (2002). “Relative effectiveness of methionine hydroxy analog compared to DL-methionine in broiler chickens”. 《Poultry Science》 81 (6): 838–845. doi:10.1093/ps/81.6.838. PMID 12079051. 
  9. ↑ Ôeda H (1934). “Oxidation of some α-hydroxy-acids with lead tetraacetate”. 《Bulletin of the Chemical Society of Japan》 9 (1): 8–14. doi:10.1246/bcsj.9.8. 
  10. ↑ Nwaukwa S, Keehn P (1982). “Oxidative cleavage of α-diols, α-diones, α-hydroxy-ketones and α-hydroxy- and α-keto acids with calcium hypochlorite [Ca(OCl)2]”. 《Tetrahedron Letters》 23 (31): 3135–3138. doi:10.1016/S0040-4039(00)88578-0. 
  11. ↑ 가 나 Miltenberger K (2000). “Hydroxycarboxylic Acids, Aliphatic”. 《Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry》. doi:10.1002/14356007.a13_507. ISBN 978-3527306732. 
  12. ↑ Ritzer E, Sundermann R (2000). “Hydroxycarboxylic Acids, Aromatic”. 《Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry》. doi:10.1002/14356007.a13_519. ISBN 978-3527306732. 
  13. ↑ Chandler NR (1993). 《Principles of organic synthesis.》. Coxon, J. M. (James Morriss), 1941- 3.판. London: Blackie Academic & Professional. ISBN 978-0751401264. OCLC 27813843. 
  14. ↑ Vollhardt, K Peter C; Schore, Neil Eric (2018년 1월 29일). 《Organic chemistry:structure and function》 8판. New York. ISBN 9781319079451. OCLC 1007924903. 
  15. ↑ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), 《Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure》 6판, New York: Wiley-Interscience, 813쪽, ISBN 978-0-471-72091-1 
  16. ↑ Smith, Michael B.; March, Jerry (2007), 《Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure》 6판, New York: Wiley-Interscience, 1864쪽, ISBN 978-0-471-72091-1 
  17. ↑ Curson, Andrew R. J.; Liu, Ji; Bermejo Martínez, Ana; Green, Robert T.; Chan, Yohan; Carrión, Ornella; Williams, Beth T.; Zhang, Sheng-Hui; Yang, Gui-Peng; Bulman Page, Philip C.; Zhang, Xiao-Hua; Todd, Jonathan D. (2017). “Dimethylsulfoniopropionate biosynthesis in marine bacteria and identification of the key gene in this process” (PDF). 《Nature Microbiology》 2 (5): 17009. doi:10.1038/nmicrobiol.2017.9. PMID 28191900. S2CID 21460292. 

더 읽을거리

  • Atzori L, Brundu MA, Orru A, Biggio P (March 1999). “Glycolic acid peeling in the treatment of acne”. 《Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology》 12 (2): 119–22. doi:10.1111/j.1468-3083.1999.tb01000.x. PMID 10343939. S2CID 9721678. 
  • “Alpha Hydroxy Acids for Skin Care”. 《Cosmetic Dermatology, Supplement》: 1–6. October 1994. 
  • Kalla G, Garg A, Kachhawa D (2001). “Chemical peeling--glycolic acid versus trichloroacetic acid in melasma”. 《Indian Journal of Dermatology, Venereology and Leprology》 67 (2): 82–4. PMID 17664715. 
  • Kempers S, Katz HI, Wildnauer R, Green B (June 1998). “An evaluation of the effect of an alpha hydroxy acid-blend skin cream in the cosmetic improvement of symptoms of moderate to severe xerosis, epidermolytic hyperkeratosis, and ichthyosis”. 《Cutis》 61 (6): 347–50. PMID 9640557. 

외부 링크