아세토아세트산

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아세토아세트산
Acetessigsäure.svg
Acetoacetic-acid-3D-balls.png
일반적인 성질
IUPAC 이름 3-oxobutanoic acid[1]
화학식 C4H6O3
별칭 diacetic acid
CAS 번호 541-50-4
PubChem 96
ChemSpider 94
물리적 성질
분자량 102.09 g/mol
녹는점 309.65 K
36.5 °C
97.7 °F
형태 무색의 유성 액체
열화학적 성질
안전성

아세토아세트산(영어: acetoacetic acid)은 화학식이 CH3COCH2COOH인 유기 화합물이다. 아세토아세트산은 가장 단순한 β-케토산이며, 이 부류의 다른 화합물들과 마찬가지로 불안정하다. 매우 안정한 메틸 에스터 및 에틸 에스터는 염료의 전구체로 산업적으로 대규모로 생산된다. 아세토아세트산은 약산이다.[2]

생화학[편집]

전형적인 생리 조건 하에서 아세토아세트산은 그의 짝염기인 아세토아세테이트(영어: acetoacetate)로 존재한다.

아세토아세트산은 미토콘드리아에서 아세토아세틸-CoA로부터 생성된다. 먼저, 아세토아세틸-CoA는 다른 아세틸-CoA로부터 아세틸기를 첨가하여 β-하이드록시 β-메틸글루타릴-CoA(HMG-CoA)를 형성한 다음, 이것에서 아세틸-CoA가 떨어져 나와 아세토아세트산을 생성한다. 아세토아세틸-CoA는 지방산β 산화의 마지막 주기에서 생성되거나 싸이올레이스에 의해 촉매되는 반응에서 2분자의 아세틸-CoA로부터 생성될 수 있다.[3]

포유류에서 간에서 생성되는 아세토아세트산(다른 두 가지 케톤체와 함께)은 단식, 운동 또는 제1형 당뇨병을 앓는 동안 에너지원으로 혈류로 방출된다.[4] 먼저, 석시닐-CoA로부터 CoA가 효소적으로 아세토아세트산으로 전달되어 다시 아세토아세틸-CoA로 전환되고, 아세토아세틸-CoA는 싸이올레이스에 의해 2분자의 아세틸-CoA로 분해되고, 아세틸-CoA는 시트르산 회로로 들어간다. 심근과 콩팥 겉질은 포도당보다 아세토아세트산을 선호한다. 뇌는 단식 또는 당뇨병으로 인해 포도당 수치가 낮을 때 아세토아세트산을 사용한다.[3]

합성 및 특성[편집]

아세토아세트산은 다이케텐가수분해에 의해 제조될 수 있다. 아세토아세트산의 에스터는 다이케텐과 알코올 사이의 반응을 통해 유사하게 생성되며,[2] 아세토아세트산은 이들 화합물의 가수분해에 의해 제조될 수 있다.[5] 일반적으로 아세토아세트산은 0 °C에서 생성되고, 즉시 현장에서 사용된다.[6] 아세토아세트산은 적당한 속도로 다음과 같이 아세톤이산화 탄소로 분해된다.

CH3C(O)CH2CO2H → CH3C(O)CH3 + CO2

산의 형태는 37 °C의 물에서 140분의 반감기를 갖는 반면, 염기의 형태(음이온)는 130시간의 반감기를 갖는다. 염기의 형태는 약 55배 더 느리게 반응한다.[7] 아세토아세트산은 pKa가 3.58인 약산(대부분의 알킬 카복실산과 유사)이다.

아세토아세트산은 케토-엔올 호변 이성질화를 나타내며, 엔올 형태는 확장된 컨쥬게이션 및 분자 내 수소 결합에 의해 부분적으로 안정화된다. 평형은 용매에 강하게 의존하는 데, 극성 용매(물에서는 98%)에서는 케토형이 지배적이며, 비극성 용매에서는 에놀형이 25~49%를 차지한다.[8]

아세토아세트산의 호변이성질화: 케토형(왼쪽), 엔올형(오른쪽)

적용[편집]

아세토아세트산 에스터는 아세토아세틸화 반응에 사용되며, 이는 아릴라이드 옐로우다이아릴라이드 안료의 제조에 널리 사용된다.[2] 에스터가 이 반응에서 사용될 수 있지만, 다이케텐은 또한 아세토아세틸화라고 불리는 과정에서 알코올아민과 상응하는 아세토아세트산 유도체와 반응한다. 예를 들어, 4-아미노인데인과의 반응은 다음과 같다.[9]

4-아미노인데인과 다이케텐의 반응

탐지[편집]

안료 황색 16은 아세토아세틸기를 가지고 있는 전형적인 염료이다.

아세토아세트산은 당뇨병 환자의 소변에서 케톤산증[10]을 검사하고 케톤체생성성 식이요법 또는 저탄수화물 식이요법을 하는 사람들을 모니터링하기 위해 측정된다.[11][12] 이는 나이트로프루사이드 또는 유사한 시약으로 코팅된 딥스틱을 사용하여 수행된다. 아세토아세트산의 짝염기인 아세토아세테이트의 존재 하에서 나이트로프루사이드는 분홍색에서 보라색으로 변하고, 색의 변화는 육안으로 등급이 매겨진다. 이 검사에서는 신체에서 가장 풍부한 케톤인 β-하이드록시뷰티르산을 측정하지 않는다. 케톤산증의 치료 동안, β-하이드록시뷰티르산은 아세토아세트산으로 전환되기 때문에 치료가 시작된 후에는 검사가 유용하지 않으며[10] 진단시 거짓으로 낮을 수 있다.[13]

젖소에서도 케톤증을 검사하기 위해 비슷한 검사법이 사용된다.[14]

같이 보기[편집]

각주[편집]

  1. 〈Front Matter〉. 《Nomenclature of Organic Chemistry : IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013 (Blue Book)》. Cambridge: The Royal Society of Chemistry. 2014. 748쪽. doi:10.1039/9781849733069-FP001. ISBN 978-0-85404-182-4. 
  2. Franz Dietrich Klingler; Wolfgang Ebertz (2005). 〈Oxocarboxylic Acids〉. 《Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry》. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a18_313. ISBN 978-3527306732. 
  3. Lubert Stryer (1981). 《Biochemistry》 2판. 
  4. Stryer, Lubert (1995). 《Biochemistry.》 Four판. New York: W.H. Freeman and Company. 510–515, 581–613, 775–778쪽. ISBN 0 7167 2009 4. 
  5. Robert C. Krueger (1952). “Crystalline Acetoacetic Acid”. 《Journal of the American Chemical Society》 74 (21): 5536. doi:10.1021/ja01141a521. 
  6. Reynolds, George A.; VanAllan, J. A. (1952). “Methylglyoxal-ω-Phenylhydrazone”. 《Organic Syntheses32: 84. doi:10.15227/orgsyn.032.0084. ; 《Collective Volume》 4, 633쪽 
  7. Hay, R. W.; Bond, M. A. (1967). “Kinetics of decarboxilation of acetoacetic acid”. 《Aust. J. Chem.》 20 (9): 1823–8. doi:10.1071/CH9671823. 
  8. Grande, Karen D.; Rosenfeld, Stuart M. (1980). “Tautomeric equilibriums in acetoacetic acid”. 《The Journal of Organic Chemistry》 45 (9): 1626–1628. doi:10.1021/jo01297a017. ISSN 0022-3263. 
  9. Kiran Kumar Solingapuram Sai; Thomas M. Gilbert; Douglas A. Klumpp (2007). “Knorr Cyclizations and Distonic Superelectrophiles”. 《J. Org. Chem.》 72 (25): 9761–9764. doi:10.1021/jo7013092. PMID 17999519. 
  10. Nyenwe, EA; Kitabchi, AE (April 2016). “The evolution of diabetic ketoacidosis: An update of its etiology, pathogenesis and management”. 《Metabolism: Clinical and Experimental》 65 (4): 507–21. doi:10.1016/j.metabol.2015.12.007. PMID 26975543. 
  11. Hartman, AL; Vining, EP (January 2007). “Clinical aspects of the ketogenic diet”. 《Epilepsia》 48 (1): 31–42. doi:10.1111/j.1528-1167.2007.00914.x. PMID 17241206. 
  12. Sumithran, Priya; Proietto, Joseph (2008). “Ketogenic diets for weight loss: A review of their principles, safety and efficacy”. 《Obesity Research & Clinical Practice》 2 (1): I–II. doi:10.1016/j.orcp.2007.11.003. PMID 24351673. 
  13. Misra, S; Oliver, NS (2015년 10월 28일). “Diabetic ketoacidosis in adults.” (PDF). 《BMJ (Clinical Research Ed.)》 351: h5660. doi:10.1136/bmj.h5660. hdl:10044/1/41091. PMID 26510442. 
  14. Tatone, EH; Gordon, JL; Hubbs, J; LeBlanc, SJ; DeVries, TJ; Duffield, TF (2016년 8월 1일). “A systematic review and meta-analysis of the diagnostic accuracy of point-of-care tests for the detection of hyperketonemia in dairy cows.”. 《Preventive Veterinary Medicine》 130: 18–32. doi:10.1016/j.prevetmed.2016.06.002. PMID 27435643.