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1. 의약품과 녹색화학
1.1. 아스피린의 개발과정
아스피린은 화학적 방법으로 합성한 최초의 의약품으로, 살리실산과 아세트산의 반응으로 생성된 아세틸 살리실산의 상품명이다. 고대 서양의 히포크라테스는 버드나무 껍질에 해열, 진통 효과가 있음을 발견하였다. 18세기에는 버드나무 껍질에서 살리실산을 추출하였으나, 신맛, 위자극 등 부작용이 심각하였다. 1897년 독일의 호프만이 살리실산과 아세트산을 반응시켜 아스피린을 합성하였다. 아스피린 합성반응은 살리실산의 하이드록시기(-OH)와 아세트산의 카복시기 (-COOH)사이에서 물 분자가 떨어져 나가면서 이루어진다.
1.2. 페니실린의 개발 과정
1929년 영국의 플레밍은 푸른 곰팡이 주위에서 세균이 번식하지 않는 것을 발견하여 페니실린을 추출하였다.""이는 최초의 항생제로 간주되는 의미 있는 발견이었다."" 하지만 대량 생산이 어렵고 몸에 흡수된 후 쉽게 배설되어 질병 치료에 이용되지 못하였다."" 1939년 플로리와 체인이 화학적으로 안정한 합성법을 고안하여 질병 치료에 이용할 수 있게 되었다."" 이처럼 페니실린의 개발 과정은 우연한 발견에서 출발하여 화학적 안정화와 대량생산 기술 개발을 거치면서 최종적으로 의약품으로 활용될 수 있게 되었다.""
1.3. 효소 반응 저해의 원리를 이용한 신약 개발
대부분의 질병은 효소의 작용과 직접 또는 간접적으로 관련되어 있기 때문에 신약 개발에 효소 반응 저해의 원리가 많이 이용되고 있다"". 효소와 기질은 특이적인 입체구조를 가지기 때문에 하나의 효소는 활성 부위에 맞는 특정한 기질에만 작용한다"". 즉, 효소-기질 반응이 질병의 반응에 해당한다"". 이러한 효소-기질 반응을 저해할 수 있는 저해제(의약품)를 투여하여 효소의 작용을 억제하면 질병을 치료할 수 있다""는 것이 효소 반응 저해의 원리를 이용한 신약 개발의 핵심이다"".
1.4. 녹색화학의 정의와 12원리
녹색화학의 정의와 12원리는 다음과 같다.
녹색화학은 유해 물질의 사용, 유해 물질의 발생을 줄이거나 제거하기 위해 화학 생성물이나 공정을 발명, 설계하고 응용하는 것이다. 즉, 환경을 보존하고 인간의 건강을 생각하는 화학이라고 할 수 있다.
녹색화학의 12원리는 다음과 같다.
첫째, 방지이다. 폐기물 감소와 배출물 제거보다는 유해 화학 물질의 생성을 사전에 방지한다.
둘째, 원자 경제성이다. 원료 물질을 최대한 활용하여 부산물을 최소화한다.
셋째, 덜 해로운 화학 합성이다. 화학 반응에서 인체와 환경에 유해한 물질 생성을 줄인다.
넷째, 보다 안전한 화학 물질의 고안이다. 인간의 건강과 환경에 유해하지 않은 새로운 화학 물질을 개발한다.
다섯째, 보다 안전한 용매와 보조제 사용이다. 유해하지 않은 물질을 용매와 보조제로 사용한다.
여섯째, 에너지 효율을 고려한다. 화학 공정의 에너지 소비를 최소화한다.
일곱째, 재생 가능한 공급 원료의 사용이다. 화석연료 등 재생 불가능한 원료 대신 재생 가능한 원료를 사용한다.
여덟째, 유도체의 감소이다. 유도체 합성 단계를 줄여 자원 소비와 폐기물 발생을 최소화한다.
아홉째, 촉매 사용이다. 촉매를 이용해 반응 속도를 높이고 에너지 소비를 줄인다.
열째, 분해의 고려이다. 제품이나 공정에서 발생한 물질이 환경에 안전하게 분해되도록 한다.
열한 번째, 공해 방지를 위한 실시간 분석이다. 화학 공정에서 발생하는 오염물질을 실시간으로 분석한다.
열두 번째, 사고 방지를 위한 보다 안전한 화학이다. 화학 물질 및 공정의 취급과 저장, 운송에서 안전성을 높인다.
이와 같은 12가지 원리를 통해 화학이 환경과 인체에 미치는 부정적인 영향을 최소화할 수 있다.
1.5. 녹색화학 적용 사례
1.5.1. 생분해성 플라스틱
생분해성 플라스틱은 식물의 전분과 콩의 단백질을 이용하여 생합성 방법으로 만든 고분자 플라스틱으로, 친환경 소재로 주목받고 있다.
합성 고분자 화합물에 비해 생태계에서 빨리 분해되며, 미생물에 의해 물과 이산화탄소로 완전히 분해되므로 인체와 환경에 무해하다. 화석연료 기반의 합성 플라스틱과 달리 재생 가능한 식물성 원료를 사용하기 때문에 자원의 재활용이 가능하고 생분해가 되어 환경 부하를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
생분해성 플라스틱 기술의 발전으로 다양한 용도로의 활용이 가능해지고 있으며, 기존의 합성 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경 대안 소재로 각광받고 있다. 향후 생분해성 플라스틱의 성능 향상과 생산 공정 개선을 통해 보다 경제적이고 실용적인 제품 개발이 기대된다.
1.5.2. 복분해 반응의 촉매 개발
2005년 쇼뱅, 슈록, 그럽스는 복분해 반응의 메커니즘을 밝히고, 복분해 반응을 유도하는 촉매를 개발하였다.
복분해 반응은 두 반응물의 치환제의 결합 위치가 바뀌어 새로운 물질이 생성되는 반응이다. 이 반응은 화학 합성 분야에서 많이 이용되는데, 그 이유는 다양한 복잡한 유기화합물을 효과적으로 합성할 수 있기 때문이다. 하지만 복분해 반응을 유발하기 위해서는 강한 반응 조건이 필요하여 부작용이나 문제점이 발생할 수 있었다.
쇼뱅, 슈록, 그럽스 연구팀은 이러한 단점을 해결하고자 복분해 반응...
