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1. 아스피린의 역사와 특성
1.1. 아스피린의 역사
아스피린의 역사는 약 5000년 전으로 거슬러 올라간다. 고대 이집트인들이 남긴 기록인 '에버스 파피루스(Ebers Papyrus)'에는 800여 종의 약물 처방과 700여 종의 동식물, 광물성 약에 대한 내용이 기록되어 있는데, 여기에 버드나무를 강장제나 진통제로 사용했다는 기록이 포함되어 있다. 이는 버드나무 껍질에 포함된 살리실산이 진통 효과를 가지고 있었음을 보여준다.
이후 그리스의 "의학의 아버지"로 불리는 히포크라테스(Hippokrates)와 "식물학의 아버지"인 테오프라스투스(Theophrastus)도 버드나무 껍질에서 추출한 성분의 진통 효과를 발견했다. 1763년에는 영국의 에드워드 스톤(Edward Stone) 목사가 50명의 발열 환자를 대상으로 버드나무 껍질 추출물을 실험한 결과, 해열과 진통 효과가 있다는 것을 영국 왕립협회(British Royal Society)에 보고했다.
1829년 프랑스 약사 피에르 조세프 르루(Pierre Joseph Leroux)는 버드나무 껍질 추출물에서 '살리신'이라는 물질을 결정화했고, 이를 이탈리아 화학자 라파엘 피리아(Raffaelle Piria)가 살리실산(Salicylic Acid)으로 발전시켰다. 이후 1897년, 독일 부페르탈(Wuppertal)의 바이엘(Bayer) 연구소에 근무했던 펠릭스 호프만(Felix Hoffmann) 박사가 살리실산나트륨의 단점을 개선한 아세틸살리실산을 합성하는 데 성공했다. 이것이 오늘날 널리 알려진 아스피린(Aspirin)의 탄생 비화이다."
1.2. 아스피린의 효능
아스피린의 효능은 다음과 같다.
500 mg 정제의 아스피린은 해열, 진통, 소염작용이 있다. 소염작용이 있어 관절염 등 퇴행성 관절질환이나 강직성 척추염에 사용된다. 또한 해열작용이 있어 감기로 인한 발열에 사용된다. 진통작용이 있어서 두통, 관절통, 근육통 등에도 사용될 수 있다. 바이엘 아스피린정® 등의 제품이 있다.
100 mg(또는 81 mg, 75 mg) 정제, 캡슐제의 아스피린은 혈전 생성을 억제하기 위해 심근경색, 뇌경색, 협심증이나 CABG(관상동맥 우회술) 또는 PTCA(경피적 관상동맥 중재술)를 시행한 후에 사용된다. 또한 혈전이 생기기 쉬운 환자에서 심혈관계 위험성을 감소시킬 목적으로도 사용된다. 아스피린 프로텍트정®, 아스트릭스 캡슐® 등의 제품이 있다.
1.3. 에스터화 반응
에스터화 반응은 카르복실산과 알코올이 반응하여 에스터가 생성되는 반응이다. 이때 카르복실산의 수소 원자와 알코올의 수소 원자가 결합하여 에스터와 물이 생성된다. 카르복실산 대신 카르복실 무수물을 이용하기도 하며, 이러한 경우 반응속도가 더 빨라질 수 있다. 아스피린 합성에 사용되는 에스터화 반응에서는 살리실산과 아세트산 무수물이 반응하여 아세틸살리실산(아스피린)이 생성되며, 이때 소량의 인산이 촉매로 사용된다. 이 반응은 산성 용액에서 매우 빠르게 일어나며, 생성된 아스피린에는 불순물이 포함되어 있어 재결정 과정을 거쳐 정제해야 한다.
1.4. 아스피린의 합성
아스피린의 합성은 살리실산과 아세트산 무수물의 에스터화 반응을 통해 이루어진다. 살리실산의 하이드록시기와 아세트산 무수물의 아세트기가 반응하여 에스터기가 생성되면서 아세틸살리실산, 즉 아스피린이 합성된다.
이 반응은 산 촉매하에 일어나며, 일반적으로 인산을 촉매로 사용한다. 반응 과정은 다음과 같다.
먼저 살리실산 2.5g을 50 mL 삼각 플라스크에 넣고 아세트산 무수물 3 mL를 첨가한다. 플라스크 벽면에 붙은 살리실산도 모두 씻어 내린다. 그 다음 물 중탕 장치에 플라스크를 고정시킨 후 85% 인산을 3~4 방울 넣어주고 70~80°C를 유지하며 10분간 가열한다. 이때 반응은 완결된다.
이어서 증류수 2 mL를 조심스럽게 넣어 반응하지 않고 남은 아세트산 무수물을 분해시킨다. 아세트산 무수물이 분해되면서 아세트산 증기가 발생하므로 충분한 환기가 필요하다. 아세트산 증기 발생이 멈추면 플라스크를 물 중탕에서 꺼내 증류수 20 mL를 넣고 실온까지 냉각시킨다.
이 과정에서 아스피린 결정이 생성되지 않으면 얼음물로 냉각시키고 유리막대로 플라스크 안쪽을 긁어 결정 생성을 유도할 수 있다. 생성된 결정은 감압 여과기로 걸러내고 얼음물로 씻은 후 공기 중에서 건조시킨다.
아스피린 합성 반응의 이론적 수득량은 살리실산 투입량과 반응 화학량론을 고려하여 계산할 수 있다. 실제 실험에서는 여러 요인으로 인해 이론적 수득량보다 적은 양의 아스피린이 얻어지게 되며, 이를 통해 수율을 계산할 수 있다. 또한 반응 과정에서 부산물이 생성되므로 이를 처리하는 것도 중요하다.
2. 실험 기구 및 시약
2.1. 살리실산
살리실산은 방향족 카르복실산의 일종으로, 벤젠 고리에 하이드록시기(O...
