생물기반 용제 vs 친환경용제
액체 크로마토그래피liquid chromatography에서의 이동상mobile phase으로써 일반적으로
적용된 용제들은 메탄올methanol, 에탄올ethanol, 그리고 아세토니트릴acetonitrille이 있습니다.
후자는 친환경용제biosolvent라고여겨질 수 없습니다, 그리고 다른 두 용제들 보다
더 큰 환경적인 문제들을 일으킵니다. 적합한 조절제와 메탄올과 에탄올의 적용은
액체 크로마토그래피 분리의 과반수에서 만족할만한 결과를 주어야합니다.
또한 극성이나 많은 고체 매트릭스solid matrix들로부터 완화된 극성 화합물을 추출하기 위해 적용된 많은 극성 용매들이 있습니다. 물 샘플로부터의 비극성 피분석물의 추출을 위한 알맞은 비극성 생물기반
용제들을 찾는 것이 더 문제가 많을 수도 있습니다.
이 영역에서의 주된 선택은 특정 환경 이슈들과 연계된
테르펜terpene입니다. 여기서의 주된 걱정은 우리에게 꼭 친환경인 것만은 아닌 바이오자원에서
파생된 용제를 떠올리게 하는 광화학스모그photohemical somg의 세대을 용이하게하는 그들의
높은 잠재력입니다. 이 이슈는 벌써 바이오자원에서 얻어지지만 유독하고 암을 유발한다고 여겨지는
푸르푸랄furfural과의 관계에서 의논되어져왔습니다. 하단의 표(Table 1)에 언급된 많은 용제들은 그들의 친환경 용제green solvent로써의 적용가능성에관해 연구되어져왔고, 결론적으로 분석화학이 테르펜terpene 이외의 비극성 생물기반 용제들의 적용 기회가 적다는 성명을 뒷받침했습니다.
Table1은 친환경용제biosolvent들을 그들의 친환경성 점수(물고기에게의 유독성)와
생물분해성에 따라 나열합니다. 대부분의 생물기반 용제들이 손쉽게 생분해(자연분해) 할 때,
몇몇(테르펜과 같은)은 조류들에게 유독합니다. 용제 친환경성의 GSK 평가를 위한 결과는
몇몇의 생물기반 용제들은 문제가 많다는 것을 보여줍니다.
Table 1
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친환경용제Biosolvent
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㉠의 자료에 의거한
녹색도 평가 |
조류에대한 유독성 (LC50, in mg L−1)
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생물분해성 반감기Biodegradability half-life (일days)
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아세트알데히드
Acetaldehyde |
해당 안됨
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31
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7
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아세트산
Acetic acid |
문제있음
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1000
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2
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아세톤
Acetone |
추천함
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5500
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3
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i-부탄올
i-Butanol |
추천함
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1120
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7
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n-부탄올
n-Butanol |
추천함
|
1200
|
7
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n-부틸 젖산염
n-Butyl lactate |
해당 안됨
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75
|
10
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에탄올
Ethanol |
추천함
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14,500
|
2
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에틸 아세테이트
Ethyl acetate |
추천함
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350
|
5
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에틸 젖산염
Ethyl lactate |
문제있음
|
320
|
14
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디-리모넨
D-Limonene |
문제있음
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0.7
|
7
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알파-피넨
α-Pinene |
해당 안됨
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0.28
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21
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n-프로판올
n-Propanol |
해당 안됨
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4500
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3
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테트라하이드로푸란
Tetrahydrofuran |
문제있음
|
2160
|
40
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㉠ Prat D, Wells A, Hayler J, Sneddon H, McElroy CR, Abou-Shehada S, et al. CHEM21 selection guide of classical—and less classical—solvents. Green Chem. 2015;18(1):288–96.
몇몇의 저자들은 녹색도 비교는 맥락과 관련지어져야하고 평가는 특정한 과정나 적용을 위해
이루어져야한다고 말합니다. 생물기반 용제의 평가는 후보들의 수가 매 단계마다 절감되고 후보들은
과정이 속행됨으로써 세목증가에서 고려된 하는 다단계 과정입니다.
대부분의 단계들은 분석적인 적용에 관련이 있습니다:
대체제 후보들의 선발, 특성들의 silico prediction에서, 물리적 특성들을 실험하는데서, 독성학 분석, 그리고 녹색도와 생활환life-cycle 분석.
옥수수의 당질carbohydrates, 바이오매스의 리그닌lignin으로부터 , 옥수수가 아닌 공급원료
당질(탄수화물)carbohydrate으로부터 용제를 얻어내는 것의 장점은 그들의 화선연료기반 대응물와 함께 생활환
온실가스 배출물의 비교(백분율로 표현됨, 양수값와 함께 상승된 온실가스 배출물을 보여주고 절댓값와함께 감소된 배출물을 보여줌)에 근거해 평가되었습니다. 배출에 있어서 에틸 젖산염과 n-부탄올의 값은 각각 -87%와 -76%로 나타난 반면에 옥수수 당질에서 얻어진 아세트산은 44%로 가까이 증가된 것과 관련이 있습니다.
리그닌 기반 물질에서 메탄올을 얻는 것은 온실가스 배출에 있어서 76% 감소를 야기했습니다.
옥수수가 아닌 당질에서 얻어진 용제(사탕무, 감자 즙, 감자 당밀糖蜜, 사탕수수, 그리고 수수속풀switchgrass)
값은 n-부탄올은 -168%, i-부탄올은 -94%, 아세트산은 -7%, 그리고 p-xylene은 12%로 나타났습니다.
이것은 생물기반 용제들이 항상 더 친환경적인 선택은 아니라는 것, 또는 적어도 모든 면에서
친환경 적인 것은 아니라는 것을 보여줍니다. 청소용품에 쓰이는 톨루엔toluene을 위한 대체제로써 감귤류의
부산물로부터 추출된 디-리모넨의 사용은 바이오용제 활용이 고농도의 감귤 부산물을 발생시키는
영역에서만 실현 가능하다는 것을 보여줍니다.
전망
앞서 설명한 양상들에 의거하면, 우리는 분석적인 적용에 있어서 생물기반 유기용제들의 사용이
더욱 더 널리 쓰일 것이라는 것을 예상할 수 있습니다. 그러나, 발전과 새로운 바이오용제의 적용을 위한
추진력은 분석화학이 아니라 화학 기술입니다. 그러므로, 새로운 생물기반 용제들을 적용하거나 이와같은
용제들에 기반한 참신한 분석적인 절차을 개발하길 원하는 분석가들은 친환경 화학과
기술적인 분리공정technological separation process들에서의 동향를 항시 관찰해야합니다. 바이오용제의
녹색도 평가는 정량적 구조 활성 관계성quantitative structure-activity relationship들과 같은빠른 계산적방식에 의해 지원되어야합니다. 불수용성(물에 녹지 않는)과 추출에 적용되는 친환경 바이오용제들의 탐색는 용제들이
급히 필요할 때 같은 경우에 특히 매우 중요합니다.
바이오용제의 발전과 분석적인 추출과 관련 분야에서의 바이오용제 적용의 연구는 점점 눈에 띄고있습니다.
지금까지의 주목은 대부분 알코올, 에스테르 그리고 테르펜terpene에 집중되어있었습니다.
이것은 분석화학에서의 몇몇의 용제 필요조건은 추출 용제나 액체 크로마토그래피liquid chromatography에서의
이동성 성분mobile-pase constituent로써 적용된 극성 바이오용제들에 의해 충족될 수 있다는 것이 나타나지만,
극성 매체로부터의 지방성 물질lipophilic substance의 추출에 적용되는 비극성 바이오용제들을 찾기 어렵습니다.
바이오용제에서의 최근 논점은 그들중 대부분이(특히 극성의 것들) 더 친환경적인 용제들로 다뤄질 수 있다는 것을 보여주지만, 생물기반 용제들이 자동적으로 친환경적인 것은 아니라는 것(이를테면 테르펜 등이 해당)
또한 보여줍니다.
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citation: Tobiszewski, M. Analytical chemistry with biosolvents.Anal Bioanal Chem411,4359–4364 (2019). https://doi.org/10.1007/s00216-019-01732-2