비타민의 과학 5: 이물질의 문제.

비타민의 과학 4: 비타민 C 는 발암물질을 만드는가? 에 이어서 생각해볼 문제는 이물질의 문제. 아래와 같은 글이 있다.

"더욱 심각한 것은 합성 비타민제의 폐해다. 화학에 대해 교양 수준의 상식이 있다면 누구나 알겠지만, 모든 합성물질은 이물질을 포함한다. 합성 비타민제도 예외는 아니다. 합성 비타민제 역시 다양한 이물질을 포함한다.

인간은 신이 아니다. 무에서 유를 창조할 수는 없다. 어떤 물질을 얻고 싶다? 다양한 다른 물질을 이용해 그 물질을 합성해내야 한다. 고등학교 때 흔히 보는 A + B -> C + D 의 구조식이 바로 그 과정을 표현한 것이다.

문제는, 우리가 "C"만 얻으려고 합성 작업을 했다 할지라도, 결과적으로는 "C"와 "D"가 함께 합성된다는 점이다. 어디 그 뿐인가? 채 합성되지 않고 남아있는 "A"와 "B"도 존재한다. 결국 "C"를 얻기 위해 합성작업을 시작했지만, 최종적으로는 "A" "B" C" "D"가 모두 존재하는 최종 결과물을 얻게 되는 것이다. 이 중 "C"만을 추출하기 위해 다양한 분리 방법을 동원하지만, 안타깝게도 현재 과학의 수준으로 100% 분리는 불가능하다. 수 십 번의 분리작업을 거친다 해도, 소량의 이물질은 남는 것이다."

굉장히 낯이 익은 논리이다. 현대 제약학에 대한 마타도어중 대표적인 것이라 할 수 있다. 이런 주장의 부분부분은 팩트에 가깝지만, 종합적으로 볼 때, 여러가지 개념을 정확하게 규정하지 않고 사용하는 대단히 질이 낮은 주장이다. 100% 분리가 불가능한 것도 사실이고 소량의 이물질이 남을 가능성이 있는 것도 사실이다. 그러나 99.999% 와 90% 와 9 % 는 모두 100% 가 아닌데, 그렇다고 이들이 도매금으로 불순하다고 욕을 먹을 이유는 없다. 소량이라면 얼마나 소량인가, 어느정도가 용납가능한 정도인가에 대한 기준을 고의로 무시하여 순수 라는 환상에 호소하는 것이 이런 주장의 전략. 100% 순수는, 100% 진공과 마찬가지로 존재하지 않는다.이런 주장은 무지와 악의가 가장 고약하게 결합한 예라고 할 수 있다. 그리하여 이에 대한 나의 대답은 한 줄로:

현대 제약 및 화학공업은 그렇게 만만하지 않단다.

합성 비타민 가운데 가장 많은 양이 합성되고 사용되는 것은 비타민 C 이다. 문헌에 따르면 (가령 Appl. Microbiol Biotechnol., 2001, 56, 567-576 그리고 Trends in Biotechnology, 2002, 20(7), 299-305) 한해 전세계적으로 8만톤이 합성되며 달러로 환산하면 6억달러 가량이 된다고. 8만톤이라면, 80kg 무게를 가진 사람 백만명의 몸무게이다. 이 가운데 50% 는 비타민제제 및 의료용 (가령 연고제) 으로 사용되며, 25% 는 식품첨가물로 (변색 방지, 향의 보존, 방부제), 15% 는 음료수에 사용되며 나머지 10% 는 동물들에게 사용된다고 한다. 대부분의 포유류는 비타민 C 를 체내 합성할 수 있긴 하지만 가축들에게 비타민 C 를 주면 스트레스를 줄이는데 도움이 되고, 일부 양식생선 (가령 연어) 은 비타민 C 를 합성할 수 없기 때문에 공급해줘야 한다고 한다.

비타민 C 가 Szent-Gyorgi 에 의해 처음 분리된 것은 1928년이다. 비타민 C 가 최초로 합성된 것은 1933년인데 Haworth 와 Hirst 팀과 Reichstein 팀은 독립적으로 합성법을 발견했다. 그리고 1934년에 그 유명한 Reichstein 프로세스가 보고되었다. 오늘날의 비타민 C 합성은 약간의 변화는 있지만 기본적으로 이 프로세스에서 크게 벗어나지 않는다. 1934년의 합성방법과 지금 약간 달라진 것은 마지막 스텝에서 비타민 C 의 링구조를 닫는 방법이다. 이 포스팅에서는 대표적인 비타민인 비타민 C 의 합성과정을 살펴봄으로써, 도대체 "합성 비타민제의 폐해" 가 있기나 한가를 살펴보도록 한다. (좀 다른 이야기인데, 우리가 식품을 통해 비타민을 섭취할 때도, 비타민의 전구체 및 중간체들을 함께 먹게 된다. 천연물은 뭐 순수한 줄 아나. 식품 및 약초들이야말로 이것저것 정체도 알 수 없는 수많은 화합물이 마구 뒤섞여있는 혼합물이다. 초콜릿만 해도 300 종이 넘는 화합물이 섞여있다. 에에 관두자. 내 입만 더러워진다.)

비타민 C (= L-Ascorbic acid) 의 합성은 A 라고 표시된 D-글루코즈 (포도당) 에서 시작한다. 즉, 출발물질은 이당류인 설탕을 구성하고, 몸안에서 중요한 에너지원으로 사용되는 천연물질 포도당이다. (제약산업에서 천연물로부터 합성을 시작하는 것은 드문 일이 아니다. 만일 가격과 순도가 만족스럽다면 천연물에서 출발하는 것이 시간과 돈을 절약하는 길이기 때문이다.)

포도당은 니켈촉매하에서 환원되어 B 라고 표시된 솔비톨이 된다. 이 솔비톨은 껌에도 들어가는 그 솔비톨이다. 이 반응이 끝나면 물에 녹지 않는 촉매는 필터해서 제거하고 바로 다음 스텝으로 가기 때문에 포도당의 순도는 아주 높아야 한다. 솔비톨은 발효되어 솔보즈가 된다. 이 반응은 발효이기 때문에 별다른 이물질이 발생하지 않는다. 솔보즈는 황산 촉매하에서 아세톤과 반응하여 D 라고 표시된 protected 화합물을 얻는다. 아세톤은 이후 과정에서 쉽게 제거할 수 있고 회수되어 재활용된다. 원래 프로세스에서는 D 를 산화하고, 메틸 에스테르를 만든 다음에 염기로 처리하여 링을 닫아 비타민 C 의 합성을 끝냈지만, 1980년대에 개선된 프로세스에서는 무수(無水)톨루엔이나 클로로포름같은 유기용매에 녹이고 염화수소 가스를 통과시켜서 반응을 완결시켜 비타민 C 를 침전시킨다 (비타민 C 는 비극성 유기용매에 녹지 않기 때문에 침전한다). 무수(無水) 용매를 쓰는 것은, 비타민 C 가 산성환경에서 물과 함께 있으면 쉽게 분해되기 때문이다. 침전된 비타민 C 는 순도가 무척 높지만 혹시 남아있을 지도 모를 불순물을 제거하기 위해서 물에 녹인 후 유기용매로 불순물을 추출해내고, 활성탄이나 이온교환수지로 불순물을 제거한 다음, 다시 재결정하여 순수한 비타민 C 를 얻는다.

정리하면, 순도가 높은 포도당 -> 솔비톨 -> 솔보즈 (이 단계까지는 최초 물질의 순도와 마찬가지로 순수) -> -> -> 비타민 C -> purification.

나중 반응에서 미반응한 물질들 및 반응이 끝나지 않은 side product 가 생기는데 이것들은 다시 앞 공정으로 돌려보내어 재활용한다. 이 공정에서 사용된 유기용매들은 버리지 않고 다시 재활용한다.

이상에서 살펴보았듯이, 화학에 대해 교양 수준의 상식이 있다면 누구나 알겠지만, 비타민 C 의 공업적 제법에는 특별히 유해한 물질이 사용되거나 특별히 유해한 이물질이 발생하지 않으며 잔류할 가능성이 있는 극히 소량의 이물질도 최종공정에서 철저히 제거된다.

그럼에도 불구하고, 니켈같은 중금속을 사용하기 때문에, 최종물질에는 남지않지만 어쩔 수 없이 중금속 폐기물이 발생하게 된다. 그래서 이 공정을 제거하기 위해 수많은 연구가 진행중인데 가령 아예 초기반응들을 미생물을 이용해서 처리하는 연구가 활발하다. 그리하여 KLG 라고 표시된 중간체에 가기까지 모든 공정을 미생물을 이용하는 연구가 상당히 진척되어 있다.

이상에서 살펴본 것과 같이, 비타민 C 의 합성과정은 이물질이 거의 발생하지 않거나, 발생한다고 해도 이전 공정으로 돌려보내어 재활용 가능하며, 그럼에도 불구하고 극소량 남을 수 있는 이물질은 최종단계에서 거의 완벽히 제거되므로 그 안전성에 이론이 있을 수 없다. 그러므로 합성비타민제의 폐해 운운하며 "합성" 이라는 단어에 "위험" 이라는 이미지를 덧씌우려는 시도는 무지와 악의의 가장 질이 낮은 결합이라는 것을 알 수 있다.

오케이, 비타민 C 는 그렇다고 하자. 그러면 다른 약들은 어때?

하고 끝까지 포기하지 않는 사람들도 있을 것이다. 그리하여 다음 포스팅은 최근 발표된 감기약의 이물질 사례를 통해 현대 제약산업에서 이물질이 어떻게 관리되는가를 살펴보도록 하겠다.