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Review on the Synthesis and Biological Activities of Acrolein and Its Acetal Form
Yakhak Hoeji 2024;68(1):1-9
Published online February 29, 2024
© 2024 The Pharmaceutical Society of Korea.

Eun Kang Cho, Ye Eun Kim, and Sang Hyup Lee#

College of Pharmacy, Duksung Women’s University
Correspondence to: #Sang Hyup Lee, College of Pharmacy, Duksung Women’s University, 33, Samyang-ro 144-gil, Dobong-gu, Seoul 01369, Korea
Tel: +82-2-901-8393, Fax: +82-2-901-8386
E-mail: sanghyup@duksung.ac.kr
These authors equally contributed to this work
Received December 14, 2023; Revised January 5, 2024; Accepted January 5, 2024.
Abstract
Acrolein (2-propenal) is the simplest α,β-unsaturated aldehyde. Humans are exposed to acrolein by smoking, burning woods, oil or fats in meats and vegetables, and by endogenous formation through lipid peroxidation. Acrolein is a highly electrophilic molecule, and readily reacts with nucleophilic biomolecules such as peptides, proteins, and nucleic acids. This high reactivity causes acrolein to have detrimental effects on human or bacteria. The syntheses of acrolein from several starting materials were described. Additionally, several acrolein derivatives and their synthetic process were described with particular emphasis on the acetal forms of acrolein. It is suggested that acrolein and its acetal forms need to be further investigated for medicinal properties.
Keywords : Acrolein, Acrolein acetal form, Aldehyde, Antibacterial
서론(Introduction)

Acrolein (1, Fig. 1, 2-propenal)은 구조적으로 가장 단순한 α,β-불포화 알데히드이다. Acrolein은 상온에서 무색의 액체로 존재하며, 자극적인 냄새를 가지고 있다. 이러한 acrolein은 비누의 생산과정에서 생긴 부산물로부터 발견되었는데, 글리세린의 열분해로 생성된 것에서부터 유래하였다. Acrolein이라는 이름은1839년 Berzelius에 의해 명명되었으며, 톡 쏘는 냄새를 의미하는 ‘acrid’와 oil 형태를 의미하는 ‘oleum’ 단어가 합쳐져 명명된것이다.1) Acrolein은 주로 담배, 나무, 플라스틱, 가솔린, 디젤 연료를 태우거나 동물이나 채소에 함유된 지방과 기름을 고온으로 가열할 때 발생하며,2) 자연적으로는 체내 지질과산화 과정에서 부산물로서 소량 생성된다고 알려져 있다.3) 따라서 일반적으로는 acrolein에 높은 수준으로 노출되지는 않지만, 흡연자, 소방관이나 교통이 밀집된 곳에서 생활하는 사람의 경우 acrolein에높은 수준으로 노출될 수 있다.



Fig. 1. Structures of acrolein 1 and its acetal forms 2-4



Fig. 2. Formation of acrolein-dG adducts

Acrolein은 카보닐기와 바이닐기가 콘쥬게이션 되어있는 구조를 가지며, 이러한 구조적 특성으로 인해 매우 높은 반응성을 나타낸다. 특히 acrolein은 친전자성이 매우 크기 때문에 펩타이드, 단백질이나 핵산과 같은 친핵성 분자와 쉽게 반응할 수 있다고 알려져 있다.4-6) 이러한 화학적 특성으로 인해 acrolein은 생체 고분자에 강하게 결합하여 산화적 스트레스,7) 미토콘드리아기능 이상,8) 염증9)이나 비정상적 면역반응10)을 야기할 수 있다고 알려져 있다. 또한 최근 몇 년간 acrolein과 질병, 특히 심혈관 질환11), 알코올 간질환,12) 알츠하이머병,13,14) 만성 폐쇄성 폐질환15)과 같은 만성질환과의 관련성에 대한 연구가 많이 보고되고 있는 실정이다. 이러한 acrolein의 위험성으로 인해 미국 환경보호청 (EPA)에서는 acrolein을 고순위 독성 물질 (high-priority toxic chemical)로 지정하였으며,16) 세계보건기구 (WHO)에서는acrolein의 일일 허용 섭취량 (tolerable daily intake, TDI)을 7.5 μg/kg bw/day로 설정하였다.17)

Acrolein은 전 세계적으로 대량 생산되어 다양한 고분자 물질,합성 섬유, 접착제 등의 물질 합성의 주요 중간물질로 이용된다.특히 acrolein은 methionine, acrylic acid, acrylonitrile와 glutaraldehyde등의 합성 중간체로서 산업 분야에서 많이 이용되고 있다.18) 또한 acrolein 자체로는 제초제, 살조제로 이용되기도 한다. 이렇듯acrolein이 산업계에서 다양하게 이용됨에 따라 acrolein의 합성에 관한 연구가 많이 이루어져 왔다. 다양한 출발 물질로부터acrolein 합성 연구가 진행되었으나, 높은 합성 난이도로 인해 초기 연구에서는 수율과 순도가 다소 낮았다. Acrolein 합성법으로는 propylene의 산화 방법19)이나 glycerol의 탈수 방법20-22)이 주로 이용되었으며, 이를 기반으로 다양한 촉매를 이용한 연구가이루어지면서 acrolein의 수율이 크게 향상될 수 있었다.

Acrolein acetal form (2)은 acrolein의 알데히드기가 아세탈화(acetalization) 된 구조이며, acrolein 보다 안정하고 반응성이 다소 낮은 특징이 있다. 현재까지는 acrolein을 산 촉매 조건에서저급 알코올과 반응하여 acrolein acetal 화합물을 합성하는 방법이 알려져 있다.23) 상대적으로 분자량이 작은 화합물(R=Me, Et, n-Pr, i-Pr, n-Bu, t-Bu 등)이나 cyclic acetal form (3,4)24)이 보고되었다. 이러한 acrolein acetal form은 화합물 합성의 building block으로 이용되고 있는 수준이며, 관련 합성법이나 생물학적활성에 관한 연구는 많이 이루어지지 않은 상태이다.

본 논문은 acrolein과 acrolein acetal form에 대한 고찰 논문으로서, 이 화합물들이 인체에 미치는 영향, 생물학적 활성 및 기작, 그리고 화학적 합성법과 유도체화에 관한 내용을 포함한다. Acrolein은 독성으로 인해 여전히 부정적 인식이 강하지만, 이는체내에서 대사를 통해 생성되기도 하는 화합물이며, 어떤 생활환경에서는 쉽게 노출될 수 있는 화합물이기도 하다. 본 논문에서는 acrolein의 합성 및 유도체화, 그리고 acrolein acetal 화합물의 합성을 중점으로 한 종합적 고찰을 통해 이 화합물들에 대한 위험성뿐만 아니라 화학적, 생물학적 활용 가능성을 평가하고자 하였다.

Acrolein의 생물학적 효능 및 기작

전술한 바와 같이 acrolein은 카보닐기와 콘쥬게이션된 이중결합을 가져 높은 친전자적 성질을 갖는다. 이에 따라 acrolein은단백질, DNA 나 RNA와 쉽게 반응하는데, 특히 cysteine의 thiol기, histidine의 imidazole기나 lysine의 amine기는 acrolein과 쉽게반응한다고 알려져 있다.4,5,25,26) 이러한 아미노산의 잔기는 효소촉매작용, 산화-환원 신호전달과 활성산소종(reactive oxygen species, ROS) 감지 등의 생리학적 기능 유지에 주요한 역할을 수행한다. Acrolein은 환원형 글루타치온(GSH)의 유리 thiol기와 반응하여세포내에서 산화적 스트레스를 유발할 수 있다고 보고되었다.또한 acrolein은 글루타치온의 환원형과 산화형의 비율 변화를유도하여 산화-환원 항상성 유지를 방해하고, 결과적으로 지속적인 산화적 스트레스를 유발하는 것으로 알려져 있다.27)

다양한 연구를 통해 acrolein이 발암성을 나타낸다는 사실과이에 대한 기작이 보고되었다. 그중 하나로, acrolein이 DNA와반응하여 acrolein-DNA adduct를 형성하여 DNA 돌연변이를 유발함으로써 발암성을 나타낸다고 보고된 바 있다.28,29) Acrolein과 deoxyguanosine (5, Fig. 2, dG)이 Michael-type addition 후분자 내 고리화 반응을 거쳐 위치 이성질체인 두 분자, α-OH-PdG (6, α-hydroxypropano-dG)와 γ-OH-PdG (7, γ-hydroxypropano-dG)를 생성한다. 이러한 α-OH-PdG는 사람의 세포에서 DNA 복제를 방해하며, G-to-T와 G-to-A 돌연변이를 유발할 수 있다고알려져 있다.

일부 연구에서는 acrolein이 암세포의 성장과 분열을 조절하여항암 시스템에 어느 정도 기여할 수 있다고 하는 다소 상충되는 추측도 있다.30) 이러한 가설은 acrolein이 세포 내 GSH 수준의 감소를 유도함으로서 세포 방어력을 감소시켜 직접적인 세포 독성 효과를 나타낸다는 결과와, acrolein이 항암 물질로 알려진 spermine의 효소적 산화 과정이나 cyclophosphamide의 대사과정에서 생성되는 강한 세포독성 물질이라는 사실에 기반을두고 있다. 하지만 이는 여전히 추측에 기반한 가설이며, acrolein의 항암 효과에 관해서는 검증이 다소 필요한 상황이다. 이에따라 내인적 또는 외인적 경로에 의해 acrolein에 노출됨으로써유발될 수 있는 DNA 손상이나, 돌연변이에 의한 발암성에 관련하여 추가적인 연구가 요구되고 있다.

또한 acrolein의 항균 활성을 나타낸다는 연구 결과가 보고되었다. Acrolein은 유리 thiol기와 반응함으로써 박테리아에서 산화적 스트레스를 유발한다고 알려져 있다.25) Acrolein에 노출된후 Escherichia coli (E. coli)에서 세포 내 thiol의 양이 초기 상태보다 20% 감소하였으며, GSH-결핍 돌연변이 E. coli는 야생형 E. coli보다 acrolein에 훨씬 민감한 것으로 관찰되었다.31) 또한 Christina 그룹은 강한 항균 활성을 갖는다고 알려진 3-hydroxypropionaldehyde (8, 3-HPA, reuterin)가 lysogeny broth (LB) 배지에서 일부 acrolein으로 전환되며 3-HPA, 3-HPA hydrate (9), 3-HPA dimer (10)와 acrolein이 동적 평형을 이루며 reuterin system을 구성하는 것을 확인하였다(Fig. 3).32,33)



Fig. 3. Kinetic equilibrium of 3-HPA and acrolein (reuterin system)

그들은 Listeria innocua (L. innocua)와 E. coli 균주를 이용하여 reuterin system, (acrolein을 포함하지 않는) 3-HPA, 그리고acrolein의 최소저해농도-50 (MIC50)을 측정하였다. Acrolein은 L. innocua에 대해 MIC50 137.0±46.6 μM, 그리고 E. coli에 대하여61.9±27.0 μM값을 가지며 3-HPA에 대해 5-14배 높은 MIC50 값을 나타냈다. 또한 선택적 acrolein scavenger로 알려진 GSH와N-acetyl cysteine (NAC)을 첨가한 경우, acrolein은 항균 효력을잃게 되었다. 이 결과는 acrolein이 GSH의 유리 thiol과의 반응을 통해 항균 활성을 나타낸다는 선행 연구31)와 어느 정도 부합하는 것으로 나타났다. 또한, Richard 그룹은 acrolein이 Salmonella typhimurium (S. typhimurium)과 E. coli 균주에서 항균효과를 나타냈다고 보고하였다.34) Acrolein 투여시 S. typhimurium TA98 균주에서 대사적 활성화 유/무와 무관하게 약한 돌연변이가 유발되었으며, 세포독성 실험에 대해서는 높은용량에서도 효력이 미비하였다. 반면, TA100 균주에서는 대사적활성화 유/무에 무관하게 용량 의존적으로 세포 독성 효과를 나타냈다. 이렇듯 몇몇의 연구에서 acrolein의 항균 활성에 관하여다루고 있지만, 균주의 다양성에 한계가 있다고 보여진다. 이러한 acrolein 화합물 외에도 glutaraldehyde나 3-HPA과 같이 알데히드 작용기를 포함하는 화합물이 미생물의 세포 표면 단백질과 cross-linking을 이루며 필수적인 세포 기능을 억제하고, 세포표면 구조를 파괴하고, 세포질 내의 진공을 형성하는 등의 형태학적 변화를 유발함으로써 항균 효과를 나타낸다는 연구 결과가 많이 보고되었다.35) 따라서, acrolein은 일반적으로 반응성이높고 독성이 크다고 알려져 있지만, 유도체화 연구를 통해 반응성을 조절할 수 있다면 유망한 항균 물질 발굴로 이어질 수 있으리라 기대된다.

Acrolein과 acrolein acetal form의 합성 및 관련 유도체화

Acrolein은 1942년 Degussa에서 산업적으로 생산이 시작되었다. 이러한 생산 방법은 formaldehyde (11, Scheme 1)와acetaldehyde (12)의 aldol condensation을 통해 acrolein을 합성하는 방법으로,36) 1950년대 말까지도 산업계에서 일반적으로 이용되었다. 그러나 이러한 방법은 반응물과 생성물의 물리적 성질이 유사하여 반응물이 생성물로 완전히 전환되지 않았을 때 후속의 분리 과정에 많은 어려움이 있었다.



Scheme 1. Synthesis of acrolein 1 from various materials 11-15

이후, propylene (13)의 산화를 이용한 acrolein의 합성법이 연구되었다. 1957년 Standard Oil of Ohio (Sohio) 사에서는bismuth molybdate 촉매를 이용하여 낮은 압력에서 propylene으로부터 acrolein을 합성하였는데, 수율이 90% 이상으로 매우 우수하였다. 이후 많은 산업 분야나 연구 분야에서 bismuth molybdate 촉매를 개선하는 방향으로 연구가 진행되었으며, 최근까지도 이를 기반으로 acrolein의 상업적 생산이 이루어져 왔다.19,37) 이후 여러 연구를 통해 다양한 금속 산화물 촉매가 개발되었으며, 더 높은 수율(93-98%)로 acrolein을 선택적으로 합성할 수 있었다.38) 이러한 propylene을 이용한 합성법 외에도propane (14)의 부분 산화를 통한 acrolein의 합성 연구가 함께진행되었다.39) 하지만 propane을 바로 acrolein으로 전환하는 것은 열역학적 한계로 성공적인 결과를 내지 못하였다. 이후 propane이 탈수소화 과정을 거쳐 propylene으로 전환 후, 이를 산화하여 acrolein을 합성하는 방식으로 연구가 이루어졌으나, 수율이낮아 상업적으로 이용되기 어려웠다.40)

최근에는 환경 오염 문제와 석유 고갈에 대한 인식이 증가하며 바이오 자원을 이용하려는 움직임이 생겨났다. 이로 인해acrolein 합성에 바이오디젤(biodiesel) 생산 과정에서 부수적으로생성되는 glycerol (15)을 이용하는 방법이 연구되었다. Glycerol이 산 촉매 조건에서 탈수되어 acrolein을 형성하는데, 적절한 산촉매 하에서 acrolein을 선택적으로 합성할 수 있었다. 1987년Ramayya 그룹은 고압에서 0.5M의 glycerol 용액에 0.005M H2SO4를 가하여 acrolein을 선택적으로 합성하였지만 40% 이하의 낮은 수율을 나타냈다.41) 이후 텅스텐(W) 함유 금속산화물21)이나 헤테로폴리산20) 등의 다양한 촉매를 이용한 생산법이 연구되었으며 90% 이상의 높은 수율을 달성하기도 하였다. 하지만,대부분의 생산법이 파일럿 플랜트 생산 단계까지 도달하지 못하였는데, 이는 산소가 부족한 상태에서 발생하는 코크스(coke)에 의해 촉매가 급격하게 비활성화되며, 이때 제거가 어려운 많은 부산물들이 생성되기 때문이었다. 많은 연구가 이루어지며높은 수율을 달성했음에도 불구하고 바이오디젤을 이용한 acrolein의 합성은 기대만큼 큰 발전을 이루지는 못하였는데, acrolein의생산에 과량의 바이오디젤이 요구되는 문제점과 원료 사용 제한 등의 규정상의 난점이 있었다.42)

Acrolein의 유도체화를 통해 산업계에 이용되는 다양한 고분자 합성을 위한 중간체를 확보할 수 있는데, 그중 acrylic acid (16)를 대표적으로 언급할 수 있다. Acrolein은 산화 몰리브덴(MoO3) 또는 산화 바나듐(V2O5)43) 촉매 조건에서 acrylic acid로산화될 수 있다(Scheme 2). 미국의 경우 acrylic acid 생산량의대부분은 propylene의 산화를 통해 acrolein을 합성하고, 이후 이를 촉매 조건에서 산화하는 방식으로 acrylic acid를 합성하고 있다. 이는 위생 용품에 많이 이용되는 고분자인 sodium polyacrylate (17)를 구성하는 단위체로 이용된다.



Scheme 2. Synthesis of sodium polyacrylate from acrolein

또한 acrolein은 동물 사료에 이용되는 methionine 생산 원료중 큰 부분을 차지하는 화합물이다. 매년 methionine의 연간 요구량은 약 500,000 톤 이상이지만, 식물이나 미생물로부터 얻을수 있는 천연 methionine은 매우 소량이기 때문에 methionine의산업적 생산이 요구되었다.18) 구체적인 반응 과정으로는 우선적으로 acrolein이 methyl mercaptan과 반응하여 β-(methylmercapto) propionaldehyde (18)로 전환된다. 이후 HCN, NH3와 CO2를 첨가하면 5-(β-methylmercaptoethyl)-hydantoin (19)이 생성되며, 이를 염기 조건에서 ring cleavage 후 산을 첨가하면 methionine (20)이 합성된다(Scheme 3).44,45)



Scheme 3. Synthesis of methionine from acrolein

Acrolein acetal form을 합성하는 연구 또한 지속적으로 이루어졌다. Acrolein의 이중결합은 카보닐기와 콘쥬게이션 되어 단순 이중결합보다 더 높은 반응성을 나타낸다. 따라서 acrolein의유도체화 과정에서 acrolein의 이중결합을 유지한 상태에서 알데히드기의 유도체화를 통해 acetal form으로 전환하기에는 많은어려움이 있었다. 1945년 Pingert는 염산 존재 하에 acrolein과 에탄올을 반응하여 acrolein diethyl acetal (2a, Fig. 1)을 합성하였다. 이때 acrolein acetal은 24-30% 수율로 합성되었으며, 부산물로 β-ethoxypropionaldehyde acetal이 24-26% 수율로 함께 생성되었다.46) Acrolein을 acetal form으로 직접적으로 전환하는 것이 어려움에 따라, acrolein acetal 형성 과정에 앞서 이중결합을 보호하고 반응 과정을 거친 후 마지막에 보호기를 제거하여 acrolein acetal을 합성하는 방법이 보고되었으나, 수율과 순도가 낮은 문제점이 있었다.23)

이후 산 조건에서 카보닐기가 바이닐기보다 약간 더 높은 반응성을 나타낸다고 알려지면서, Donald 그룹은 para-toluenesulfonic acid (p-TsOH) 존재 하에 acrolein을 acetal form으로 전환하는 방법을 보고하였다(Scheme 4).23) 이는 p-TsOH 존재 하에 1가의 저급 알코올을 사용하여 acrolein acetal form을 합성하는 방법이다.이때 탄화수소나 할로겐화 탄화수소와 같이 물과 섞이지 않는유기용매를 사용하였으며, 반응 과정 중에 생성되는 물을 바로제거하였다. 이 합성법에서는 부반응으로 β-alkoxypropionldehyde (21) 유도체가 합성됨에 따라 p-TsOH의 양과 반응 온도가 매우중요하게 작용하였다. p-TsOH는 0.001-0.010 mol%, 그리고 반응온도는 25-35oC에서 acrolein의 acetal form을 최대 수율로 (82%)합성할 수 있었다.



Scheme 4. Synthesis of acrolein acetals from acrolein using p-TsOH

이후 1963년 VanAllan은 acrolein과 ethyl orthoformate를 이용 하여 acrolein diethyl acetal (2a, Scheme 5)을 합성하였다.47 이 방법은 구체적으로 ammonium nitrate와 무수 에탄올 용액을 acrolein과 ethyl orthoformate의 혼합물에 가한 후 상온에서 6-8시간 교반하여 진행하였다. 이후 연한 붉은색의 용액을 여과한 후 sodium carbonate를 첨가하고, 이를 증류하여 acrolein diethyl acetal을 72-80% 수율로 합성하였다.



Scheme 5. Synthesis of acrolein diethyl acetal from acrolein using ethyl orthoformate

앞서 언급한 acrolein acetal 화합물의 합성법은 acrolein을 아세탈화하는 방법이었으며, 그 외에도 acrolein이 아닌 β-위치가 치환된 acetal form의 출발 물질로부터 acrolein acetal 화합물을 합성하는 방법 또한 보고되었다. 첫 번째로는 β-aminopropionaldehyde diethyl acetal (22)을 이용하는 방법이다(Scheme 6, A).48) 이 방법을 통해 β-aminopropionaldehyde diethyl acetal을 출발 물질로하여 sodium sulfite (Na2SO4), 2-nitrophenol, stannous chloride (SnCl2)을 첨가하여 acrolein diethyl acetal (2a)을 76% 수율로 합성할 수 있었다. 두 번째 합성법은 β-chloropropionaldehyde diethyl acetal (23)을 출발 물질로 사용하는 방법으로(B),49) 반응 용기에 건조된 potassium hydroxide 분말과 β-chloropropionaldehyde diethyl acetal을 첨가한 후 강하게 혼합하고, 이를 증류하고 건조하여 acrolein diethyl acetal 화합물을 75% 수율로 합성하였다. Acrolein acetal form의 산업적 용도에 관해서는 거의 연구가 진행되지 않았으며, 주로 화합물을 합성하는 building block으로 이용된다고 알려져 있다. 그 예로, 천연물 유래 항암제인 (-)-laulimalide (Scheme 7, A, 27)50)나 항균제인 (-)-botryodiplodin의 주요 중간체인 화합물 30 (B)51의 전합성에 acrolein acetal form이 이용된 연구가 있다. 먼저, (-)-laulimalide의 합성에 대한 구체적인 과정으로는 출발물질 24로부터 3단계 반응을 거쳐 화합물 25가 합성되며, 이 화합물과 acrolein diethyl acetal이 반응하여 diene 화합물 26이 합성된다. 이후 22단계 반응을 거쳐 (-)-laulimalide 27이 합성된다고 보고되었다.50 그리고 (-)-botryodiplodin의 합성에 관련해서는 출발물질 28과 acrolein diethyl acetal이 반응하여 화합물 29가 합성되며, 이후 3단계 반응을 통해 (-)-botryodiplodin의 주요 중간체 30이 합성된다고 보고되었다(B).51)



Scheme 6. Synthesis of acrolein diethyl acetal from various materials



Scheme 7. Synthetic procedure for (-)-laulimalide and (-)-botryodiplodin derivatives using acrolein diethyl acetal

또한 Heck reaction를 통해 acrolein acetal 화합물과 aryl halide (ArX) 화합물의 coupling 반응이 진행되어 aryl acrolein acetal (31)이 합성된 후, 이의 가수분해를 통해 aryl acrolein aldehyde (32)를 합성하는 방법이 알려져 있다(Scheme 8).52,53) 이 반응의한 예로 bromobenzene과 acrolein diethyl acetal이 반응하여 cinnamaldehyde 화합물 32 (Ar=Ph)가 81% 수율로 합성되었다. Cinnamaldehyde 화합물은 식품이나 화장품 산업에서도 많이 이용되며, 항진균, 항균, 그리고 항암효과를 나타내는 등 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다.



Scheme 8. Synthesis of aryl acroleins using acrolein diethyl acetals

앞서 살펴본 바와 같이 acrolein과 acrolein acetal 유도체는 다양한 물질 합성의 중간체나 building block으로 이용될 수 있어 충분한 유기화학적 가치를 갖는다고 판단된다. 이에 acrolein의 반응성 조절과 다양한 유도체 합성에 관한 추가적인 연구가 수반된다면 이 화합물의 활용 가능성이 더욱 높아질 것으로 기대된다.

결론(Conclusion)

Acrolein은 카보닐기와 바이닐기가 콘쥬게이션 되어있는 화학적으로 가장 단순한 구조의 α,β-불포화 알데히드이다. Acrolein은 주로 담배, 나무, 플라스틱이나 연료를 태울 때, 또는 동물이나 채소에 함유된 지방이나 기름을 고온으로 가열할 때 발생하며, 생체 내에서 발생하는 지질과산화 과정에서도 소량 생성된다고 알려져 있다. 따라서 일반적으로는 acrolein에 높은 수준으로 노출되지는 않지만, 흡연자나 일부 직업군은 acrolein에 높은수준으로 노출되기도 한다. Acrolein은 인체에 부정적인 영향을준다는 연구 결과들이 보고되었으며, 이는 주로 acrolein의 높은친전자성에 기인한 것으로 알려져 있다. 생체 내 펩타이드, 단백질이나 핵산과 같은 친핵성 분자에 결합하여 adduct를 형성하여, 세포 내 산화적 스트레스를 유발하고, DNA 돌연변이를 일으킬 수 있다고 보고되었다. 또한 acrolein의 항균 활성에 대한연구도 이루어졌는데, 이 또한 acrolein의 높은 친전자성에 기인한 활성이라고 보고되었다. Acrolein을 투여했을 때 일부 균주에서 돌연변이가 유발되기도 하였으며, 세포독성 효과를 나타내기도 하였다.

다음으로 acrolein과 acrolein acetal form의 합성과 유도체화에관해 폭넓게 다루었다. Acrolein의 합성에 관련해서는 출발물질로 propylene이나 glycerol를 이용한 acrolein 합성법을 간략하게소개하였다. 이후 acrolein의 유도체로서 acrylic acid, methionine과 acrolein acetal form을 소개하였다. 특히나 methionine은 수요량이 많지만 천연으로 소량 생산되기 때문에 산업적 생산이 요구되는 화합물이며, 미국의 경우 acrolein이 이러한 methionine의생산에 큰 비중을 차지하고 있다. Acrolein acetal form은 아직은합성이나 활성 연구가 많이 이루어지지 않았지만, 반응성이 매우 높은 acrolein 대신, 합성에 사용된 후 알데히드를 회복하는합성법도 보고되었으며, 천연물 합성에 building block으로 이용되는 사례들이 있어 산업계와 의약학 분야에서의 활용 가능성이 높은 물질이라 여겨진다. 아직은 acrolein의 인체에 대한 부정적인 효과들이 많이 보고된 상황이나, 일부 연구에서는 acrolein의 항암이나 항균 효과들이 보고되는 상황에서, 추가적인 활성 연구와 acrolein의 다양한 유도체화 연구가 수반된다면 하나의유망한 화학 물질을 발굴할 수 있을 것이라 예상된다.

감사의 말씀(Acknowledgment)

본 연구는 덕성여자대학교 2022년도 교내연구비 지원에 의해수행되었음.

Conflict of Interest

모든 저자는 이해 상충을 가지고 있지 않음을 선언한다.

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April 2024, 68 (2)
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