아세트알데하이드

아세트알데하이드 CH₃CHO의 IUPAC 이름은 에탄알(ethanal) [에테인(탄소2개) +알(알데하이드)]이다. 다른 이름은 아세틸알데하이드, 에틸알데하이드 등이 있다.

CAS 등록번호는 75-07-0이다. 실험실에서는 에탄올을 산화하여 아세트알데하이드를 얻는다. 공업적으로는 에틸렌에 산소를 반응시키는 바커(Wacker) 공정에 의하여 얻거나 혹은 아세틸렌에 물을 첨가시켜 얻는다.

아세트알데하이드의 분자 구조

아세트알데하이드는 다양한 반응성을 가지는 화합물이기에 수지, 염료, 화약 등의 유기 합성의 출발 물질로 널리 사용한다. 이 화합물은 환원제, 보존제 및 은거울의 매개체로 사용한다. 저온에서 진한 황산과 작용하며 삼중합체 파라알데하이드(CH₃CHO)₃를 생성한다. 수지 합성에는 휘발성이 강한 아세트알데하이드보다는 중합체 파라알데하이드를 높은 끓는점과 인화점 때문에 선호하여 사용한다. 묽은 알칼리와 작용하면 알돌 축합 반응으로 알돌을 생성한다. 환원하면 에탄올, 산화하면 아세트산을 생성한다.

아세트알데하이드는 음주 후 숙취를 일으키는 주범으로 잘 알려져 있다. 알코올이 체내의 알코올 탈수소 효소 (alcohol dehydrogenases, ADH) 에 의하여 아세트알데하이드가 생성되고 이후 다시 알데하이드 탈수소 효소 (aldehyde dehydrogenase)에 의하여 아세트산이 되어 체외로 배출된다. 이 과정에서 알데하이드 탈수소 효소가 적은 경우에 얼굴에 홍조를 띠고 나중에 아세트알데하이드가 체내에 축적이 되면 숙취를 일으킨다. 아세트알데하이드는 발암 물질이다. 따라서 아세트알데하이드 사용시 환기가 잘 되는 흄후드에서 사용하여야 한다.

목차

아세트알데하이드의 분자식은 C₂H₄O이며 분자량은 44.05 이다. 원소 분석의 성분 백분율은 C 54.53%, H 9.15%, O 36.32%이다. 아세트 알데하이드는 자극적이고 질식할 것 같은 특이한 냄새가 나지만, 묽을 때에는 약간의 과일향이 나는 무색의 휘발성 액체이다. 녹는점은 -123.5 ℃, 끓는점은 20.2 ℃, 밀도는 0.783 g/cm³이다. 물, 알코올 및 에터에 잘 녹으며 수용액은 중성이다. 

아세트알데하이드는 공기 중에 장시간 노출하면 아세트산과 더불어 폭발성 과산화물을 형성한다. 강한 산과 염기, 산화제 및 환원제와 알코올, 아민, 페놀, 케톤, 산 무수물, 할로젠과 공존할 수 없다. 시약병은 보관 중 압력이 발생할 수 있기에 반드시 냉각시킨 후 병을 열어야 한다. 중합 반응과 자가 산화 반응을 방지하기 위하여 질소 하에서 냉장 보관한다. 정제는 분말형 NaHCO₃와 30분 흔들어 준 다음 CaSO₄로 건조 여과한 후 상압에서 분별 증류한다. 과산화물을 제거하기 위하여서는 적은 양의 하이드로퀴논과 0 ℃에서 반응시킨 후 다시 분별 증류한다.

1774년에 이산화 망가니즈와 황산을 알코올과 반응시켜 반응물을 증류하여 얻은 증류물로부터 자극적인 냄새을 맡았다는 스웨덴의 셀레(Carl Wilhelm Scheele)가 보고한 바 있다. 이 실험은 1800년 푸크롸(Fourcroy)와 보켈랑(Vauquelin)에 의하여 다시 재검되어 보고되었다. 1821년 독일의 되베라이너(Johann Wolfgang Döbereiner)가 알코올의 산화 반응 후 증류하여 새로운 화합물을 얻었다고 보고하였다. 이 새로운 화합물은 아세트알데하이드와 아세탈의 혼합물이었다. 1835년 리비히(Justus von Liebig, 1803-1873)가 되베라이너의 실험을 재검토하여 아세트알데하이드를 얻어 이름을 알코올의 탈수소화합물(라틴어 alcohol dehydrogenatum)의 조합어로 알데하이드라 명명하였지만 후에 아세트알데하이드로 바뀌었다.

아세트알데하이드는 카보닐 탄소가 편극화되어 양전자성을 가지기 때문에 다양한 친핵체와 첨가반응을 일으킨다. 사이안화물, 암모니아, 그리냐르 시약 및 알파-헤테로친핵체인 하이드록실아민, 하이드라진, 카바자이드와 반응하여 탈수 과정을 거쳐 각각 옥심, 하이드라존, 카바존을 생성한다.

아세트알데하이드의 친핵체 첨가 반응

아세트알데하이드와 알파헤테로친핵체와의 첨가 반응

산촉매하에서 아세트알데하이드는 알코올과 반응하여 중간체 헤미아세탈을 거쳐서 아세탈을 형성한다. 이 반응은 평형 반응이어서 묽은 산에서 아세탈은 분해되어 아세트알데하이드로 변한다.

아세트알데하이드는 쉽게 산화와 환원 반응을 일으킨다. 그러나 금속 촉매-수소화 반응은 쉽게 일어나지 않는다. 다음에 카보닐 탄소의 산화수 변화를 보여준다. 또한, 알데하이드 확인 시험으로 톨렌(Tollen) 시약과 반응하여 은거울 반응을 일으키고 펠링(Fehling) 시약과 반응하여 붉은 벽돌색 일산화 구리(Cu₂O) 침전을 얻어 알데하이드를 확인한다.

아세트알데하이드는 산이나 염기 존재 하에서 엔올 및 엔올레이트를 형성하여 친핵체로 작용하여 다음 친전자체와 반응한다. 생성된 알돌(생성물의 구조에 존재하는 알데하이드 + 알코올 부분의 이름을 합쳤음)을 산이나 염기 존재 하에서 가열하여 탈수 반응을 시키면 a,b-불포화 알데하이드를 얻는다.

아세트알데하이드는 염소와 반응하면 삼염소 치환체인 클로랄(chloral)을 형성한다. 클로랄은 카보닐 탄소의 양전자 밀도가 높아서 물과 쉽게 수화물을 형성한다. 에탄올과 염소를 반응시키면 염소가 산화제로 작용하여 중간체 아세트알데하이드를 형성하여 클로랄이 생성된다.

산존재하에서 아세트알데하이드를 교반하에 가해서 얻어진 생성물을 중화시켜 증류하거난 15– 20 ◦C 에서 액체의 아세트알데하이드를 양이온 교환 수지에 통과시켜서 얻어 증류하여 파라알데하이드를 얻는다. 파라알데하이드는 아세트알데하이드의 공급원으로 사용한다. 특히 수지 생산에 사용하며 피리딘 혹은 클로랄 생산에도 사용한다. 폼알데하이드의 중합체인 파라폼알데하이드와 혼동하지 않도록 하여야 한다.

1.    John McMurry, Organic Chemistry, 9^th ed, Sengage Learning, 2016.

2.    Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology 4^th ed, John-Wiley Sons, 1998.