‘마법의 분자’ 벤젠… 혁신과 독성의 두 얼굴
물보다 가벼운 물질1825년 고래기름서처음으로 분리 성공플라스틱·합성고무아스피린·타이레놀기초 원료로 활용돼고농도로 노출 땐골수 손상 등 유발1군 발암물질 분류
많은 사람이 학창 시절 화학 수업하면 ‘수헬리베붕탄~’ 하며 이해도 못한 채 외웠던 주기율표 순서와 거북이 등껍질처럼 생긴 분자 구조식에 대한 기억이 떠오를 것이다.
거북이 등딱지처럼 생긴 구조식을 가진 대표적인 방향족 화합물이 ‘벤젠’(C6H6)이다. 무색투명한 액체인 벤젠은 녹는점 5.53℃, 끓는점 80.1℃이며, 밀도는 20℃에서 0.8765g/㎤로 물보다 가볍다. ‘전자기학의 아버지’로 불리는 영국 과학자 마이클 패러데이가 1825년 조명용으로 사용됐던 고래기름에서 벤젠을 처음으로 분리하는 데 성공하고 ‘벤졸’이라는 이름을 붙였다.
1834년 독일 화학자 에일하르트 미처리히가 안식향산을 석회와 같이 가열해 벤젠을 만들면서 비로소 벤젠이라는 이름을 갖게 됐다. 1845년 독일 화학자 아우구스트 빌헬름 폰 호프만은 석탄에서 벤젠을 분리하는 방법을 개발해 대량 생산의 기틀을 마련했다.
벤젠을 분리하고 특성은 밝혀냈지만, 아직 ‘2%’ 부족했다. 다양한 응용을 위해서는 분자 구조를 알아야 했던 것이다. 탄소는 지구 온난화의 주범으로 지목받는 메탄(CH4)에서 볼 수 있듯이 다른 원자 4개와 결합한다. 탄소가 길게 이어진 사슬형 탄화수소는 탄소 n개에 수소 2n+2개가 붙어있는 구조를 갖는다. 문제는 벤젠은 탄소 6개와 수소 6개가 정확히 1대 1로 구성돼 있어서 당대 화학자들의 골머리를 앓게 했다.
이런 상황에서 1865년 독일 화학자 프리드리히 아우구스트 케쿨레 폰 슈트라도니츠가 벽난로 앞에서 졸다가 꼬리를 물고 빙글빙글 도는 뱀이 탄소 원자와 수소 원자로 변하는 꿈을 꾸면서 ‘고리형 탄화수소’ 벤젠 구조를 떠올리게 됐다는 일화는 유명하다. 사실 여부를 떠나 케쿨레의 벤젠 구조 발견은 유기화학 발전에도 큰 전환점으로 꼽힌다.
20세기 들어 석유화학 산업이 발전하면서 벤젠은 많은 유도체를 통해 폴리스타이렌, 나일론, 에폭시 수지 등 플라스틱뿐 아니라 합성 고무, 염료, 세제 등은 물론 아스피린과 타이레놀 같은 의약품의 기초 원료로까지 쓰이고 있다. 이렇듯 벤젠은 현대 화학산업의 출발점이자, 산업과 일상생활을 잇는 핵심 분자다. 그렇지만, 다른 한편으로 고농도 노출 시 현기증, 골수 손상 등을 유발하고, 장기 노출될 경우 백혈병을 일으킬 수 있어 ‘국제암연구소’(IARC)는 담배, 석면 등과 함께 1군 발암물질로 분류하기도 했다.
국내에서 가장 규모가 크고 오래된 학술단체인 대한화학회(회장 이필호 강원대 화학과 교수)는 이런 양면성을 가진 마법의 분자이자, 발견 200주년이 되는 벤젠을 ‘2025년 올해의 분자’로 선정했다.
학회의 화학대중화위원장인 김태영 GIST 교수는 “벤젠은 화학산업에서 중요한 분자지만 독성도 있는 이중적 물질로 화학의 특성을 보여주는데 아주 적합하다”며 올해의 분자로 벤젠을 선정한 이유를 밝혔다.
이필호 회장도 “물리학은 우주의 언어, 생물학은 생명의 이야기로 받아들여지고 있지만, 화학은 학생들에게는 어렵고 외울 것 많은 과목으로, 대중에게는 ‘화학=사고, 위험’이라는 부정적 인식이 강하다”며 “화학은 ‘위험한 학문’이 아니라 물질의 변화와 생성을 탐구하는 창조의 과학이며, 인류의 건강·환경·기술 혁신을 이끄는 핵심 학문임을 알리기 위해 올해의 분자로 선정하게 됐다”고 설명했다.
