디클로로아세트산: 성질, 생산 및 응용
디클로로아세트산이란 무엇인가?
디클로로아세트산은 아세트산의 유도체로, 화학식은 CHCl2COOH입니다. 강한 부식성을 가진 액체이며 점막에 자극을 줄 수 있는 산성 증기를 방출합니다.
디클로로아세트산은 물과 완전히 혼합되며 알코올, 케톤, 탄화수소 및 염화 탄화수소와 같은 다양한 유기 용매에 쉽게 용해됩니다.
목차
1. 디클로로아세트산의 물리적 성질
2,2-디클로로에탄산으로도 알려진 디클로로아세트산의 물리적 성질은 다음과 같습니다.
| 항목 | 수치 및 조건 |
|---|---|
| 몰 질량 | 128.95 g/mol |
| 끓는점 | 192 °C (101.3 kPa) |
| 어는점 | 13.5 °C |
| 밀도 | 1.564 |
| 증기압 | 0.19 kPa (20 °C 기준) |
| 해리 상수 | 5×10-2 mol/L (18 °C 기준) |
2. 디클로로아세트산의 화학 반응
디클로로아세트산은 치환 반응에 민감한 두 개의 염소 원자를 가지고 있습니다.
방향족 화합물과 반응하면 디아릴 아세트산을 형성하며, 페놀이 존재하는 경우 디페녹시 아세트산이 생성됩니다.
클로로아세트산(모노클로로아세트산)과 비교했을 때, 디클로로아세트산은 가수분해에 대한 민감도가 더 낮습니다. 그러나 클로로아세트산 내에 불순물로 존재하는 디클로로아세트산은 카르복시메틸 셀룰로오스(CMCs) 및 전분 생산 과정에서 가교(cross-linking) 현상을 유발할 수 있습니다. 이러한 가교 효과는 최종 제품의 의도된 용도에 따라 유익할 수도 있고 바람직하지 않을 수도 있습니다.
3. 디클로로아세트산의 생산 방법
디클로로아세트산을 생산하는 가장 경제적인 방법은 디클로로아세틸 클로라이드를 가수분해하는 것입니다.
또한, 88~99% 황산을 사용하여 펜타클로로에탄을 가수분해하거나, 질산과 공기를 사용하여 1,1-디클로로아세톤을 산화시킴으로써 98% 순도의 디클로로아세트산을 90% 수율로 얻을 수 있습니다.
조(crude) 디클로로아세트산의 에스테르화를 통해 쉽게 얻을 수 있는 메틸 에스테르를 가수분해하면 매우 순수한 디클로로아세트산을 생산할 수 있습니다.
아울러, 팔라듐 촉매 하에서 수소를 이용하여 트리클로로아세트산 또는 에틸 트리클로로아세테이트를 선택적으로 탈염소화함으로써 디클로로아세트산과 에틸 디클로로아세테이트를 얻는 방법도 있습니다.
다른 클로로아세트산 혼합물로부터 순수한 디클로로아세트산을 분리하는 것은 분별 증류와 같은 물리적 수단으로는 상당히 어렵습니다. 이는 특히 디클로로아세트산과 트리클로로아세트산 사이의 끓는점 차이가 매우 작기 때문입니다.
하지만 효율적인 증류탑을 사용하면 에스테르 혼합물을 만족스럽게 분별할 수 있습니다. 또한, 세 가지 클로로아세트산에서 유도된 염 혼합물을 물, 알코올 또는 물-알코올 용액으로 세척하여 디클로로아세테이트를 우선적으로 용해시킨 후, 이를 산성 화하여 순수한 디클로로아세트산을 얻을 수 있습니다.
실험실 환경에서 디클로로아세트산은 클로랄 하이드레이트를 시안화칼륨 또는 시안화나트륨과 반응시켜 합성할 수 있습니다.
Cl3CCH(OH)2 + KCN → HCN + KCl + Cl2CHCOOH
4. 디클로로아세트산의 응용
디클로로아세트산은 섬유 제조 공정, 특히 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET) 생산 시 분석 측정용 시험 시약으로 유용하게 사용됩니다. 또한 포르말린의 대체제로서 의료용 소독제 역할을 하기도 합니다.
더불어, 디클로로아세트산은 올리고뉴클레오티드의 고상 합성(solid-phase synthesis)에서 디블로킹제(deblocking agent, 탈보호제)로 중요한 역할을 합니다. 이 기능을 수행하기 위해서는 클로랄(트리클로로아세트알데히드)이 실질적으로 제거된 고순도의 디클로로아세트산이 필요합니다.
유기 합성에서 디클로로아세트산, 특히 에스테르 형태는 반응성이 높은 출발 물질로 사용됩니다. 이는 글리옥실산, 디알콕시 및 디아록시산, 술폰아미드 생산에 활용되어 핵심적인 중간체 화합물로 기능합니다.
참고 문헌
Chloroacetic Acids; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a06_537.pub3
