본 연구에서는 미생물 대사산물들의 고부가 가치화 중 하나로 사상 곰팡이로부터 만들어지는 유기산으로 두 개의 카르복실 그룹과 메틸렌 그룹간의 결합을 통해 고분자로 결합되는 itaconic acid를 기초원료로 결정하였다. polymerization에는 olefin 부분 구조가 필요한데 itaconic acid는 이 구조를 가진 C-4 골격에 양 말단이 acid 형태인 관계로 양 말단을 다양한 형태로 변형할 수 있다. 본 논문에서는 이를 이용한 재료 및 방법에 대해서 다룬다.
<p>Itaconic acid (methylene succinic acid; \( \mathrm { C } _ { 5 } \mathrm { H } _ { 6 } \mathrm { O } _ { 4 } \) )는 Aspergillus terreus, Aspergillus itaconicus 같은 사상 곰팡이로 부터 생산되는 유기산으로 두개의 카르복실 그룹과 메틸렌 그룹간의 결합을 이용하여 이합체나 올리고머 등의 고분자로 중합되는 특성을 가지고 있다[11]. 이러한 결합 특성으로 인해 itaconic acid는 저가의 기초 원료로 폴리에스테르 수지나 N-치환 파이롤리딘 및 스티렌부타디엔 등 고분자 물질의 중요한 전구체로써 섬유, 세척제, 코팅제, 화장품조제, 식품 첨가제, 저분자 기초 원료와 SB latex Emulsion 안정제 등 제약 산업에 널리 이용되고 있다.</p> <p>본 연구에서는 천연에서 쉽고 값싸게 얻어지는 미생물 대사산물들의 고부가 가치화의 일환으로 미생물 Aspergillus terreus, A. itaconicus 등이 생산하는 itaconic acid를 기초원료로 선정하였으며, itaconic acid의 경우 polymerization에 필요한 olefin 부분 구조를 가진 C-4 골격에 양 말단이 acid 형태(di-acid)인 관계로 양 말단을 다양한 형태로의 변형이 가능하다. 기존에 많이 사용되고 있는 C-3 골격의 HEMA(2-hydroxyethyl methacrylate)를 기본 monomer로 하여, 이보다 탄소 수가 한 개 더 많으며 확장성이나 변형이 용이한 양 말단을 acid group으로 가지는 C-4골격의 천연 발효산 물인 itaconic acid를 유기합성으로 유도체로 변형하여 새로운 첨가제로 합성하였으며 HEMA와 itaconic acid로 부터 합성한 monomer를 적당한 혼합비율로 중합하여 함수율과 산소투과도가 뛰어난 새로운 소재의 soft contact lens를 제작하였다. 그리고 식약청 고시에 따른 한천중층실험과 세포성장저해실험 등을 실시하여 독성이 없는 친생물학적인 소재로서 높은 산소 투과도와 함수율이 뛰어난 soft contact lens의 기능성 polymer 소재를 개발하였기에 보고하고자 한다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>시약 및 재료</h2> <p>Itaconic acid는 순도 \( 99 \% \)를 Fluka사(Switzerland)에서 구입하였으며 HEMA(2-hydroxyethyl methacrylate)는 순도 \( 98 \% \)를 Junsei사(Japan)에서 구입하였으며 순도를 높이기 위해 재증류하여 사용하였다. 가교제로 EGDMA (ethylene glycol dimethacrylate)를 사용했으며 개시제로 \( \alpha \) - \( \alpha ^ {\prime } \)-azobis를 사용하였다.</p> <h2>합성(Monomer synthesis)</h2> <h3>mono-ester compound 1 의 합성</h3> <p>탈수장치와 reflux condenser가 부착된 11 round flask에 \( \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { SO } _ { 4 } \) 를 산촉매로 사용하여 itaconic acid \( 65 \mathrm { ~g } (0.5 \mathrm { ~mol } ) \) 과 isopropyl alcohol \( 175 \mathrm { ml } , \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } 18 \mathrm { ml } \)를 주입한 후 가열, 교 반하였다. 온도 \( 65 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 를 유지 하면서 3일간 유지하였으며 TLC로 반응의 진행을 확인한 뒤 반응물을 \( \mathrm { NaHCO } _ { 3 } \) 로 중화하고 농축하였다. Saturated \( \mathrm { NaHCO } _ { 3 } \) 수용액으로 산을 완전히 씻어낸 뒤 brine 처리하고 재결정으로 4-isopropoxy-2-methylene-4-oxobutanoic acid 1을 합성하였다.</p>