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[[파일:Decarboxylation reaction.png|섬네일|오른쪽|300px|탈카복실화 반응]]

'''탈카복실화'''({{llang|en|decarboxylation}})는 [[카복실기]]를 제거하여 [[이산화 탄소]](CO<sub>2</sub>)를 방출하는 [[화학 반응]]이다. 일반적으로 탈카복실화는 [[카복실산]]의 반응으로, 탄소 사슬에서 탄소 원자를 제거한다. 탈카복실화의 역반응은 [[카복실화]]라고 하는데, 카복실화 반응의 대표적인 예는 [[광합성]]에서 [[캘빈 회로]]의 첫 번째 단계로 [[리불로스 1,5-이중인산]]에 이산화 탄소(CO<sub>2</sub>)를 첨가하여 [[3-포스포글리세르산]]을 생성하는 반응이다. 탈카복실화를 촉매하는 효소를 [[탈카복실화효소]]라고 부르는데, 보다 공식적인 용어는 카복시-분해효소([[효소 번호|EC]] 4.1.1)이다.

== 유기화학에서 ==
탈카복실화라는 용어는 일반적으로 [[카복실기]](-COOH)를 [[수소]] [[원자]]로 치환하는 것을 의미한다.

:RCO<sub>2</sub>H  →  RH  +  CO<sub>2</sub>
탈카복실화는 가장 오랫 동안 알려져 온 유기 반응 중 하나이다. 탈카복실화는 [[열분해]] 및 [[분해 증류]]를 수반하는 것으로 가정되는 과정 중 하나이다. 금속염, 특히 구리 화합물<ref>{{OrgSynth|title=m-Nitrostyrene|author=Richard H. Wiley and Newton R. Smith|prep=cv4p0731|collvol=4|collvolpages=731}}</ref>은 금속 카복실레이트 착물의 중개를 통해 반응을 촉진시킨다. 아릴 카복실레이트의 탈카복실화는 상응하는 아릴 음이온의 등가물을 생성할 수 있으며, 이는 차례로 [[교차 짝지음 반응]]을 겪을 수 있다.<ref>{{저널 인용|last1=Weaver|first1=J. D.|last2=Recio|first2=A.|last3=Grenning|first3=A. J.|last4=Tunge|first4=J. A.|title=Transition Metal-Catalyzed Decarboxylative Allylation and Benzylation Reactions|journal=Chem. Rev.|year=2011|volume=111|issue=3|page=1846–1913|doi=10.1021/cr1002744|pmc=3116714}}</ref>

알칸산의 탈카복실화 반응의 속도는 보통 느리다. 따라서 전형적인 [[지방산]]은 쉽게 탈카복실화되지 않는다. 전반적으로 탈카복실화 기능은 위의 메커니즘에서 형성된 탄소 음이온 중간생성물의 안정성에 달려있다.<ref>March, Jerry (1985), ''Advanced Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structure'' (3rd ed.), New York: Wiley, (ISBN 0-471-85472-7)</ref><ref>http://www.chem.ucalgary.ca/courses/350/Carey5th/Ch19/ch19-3-4.html, Decarboxylation, Dr. Ian A. Hunt, Department of Chemistry, University of Calgary</ref> 중요한 예외는 베타-[[케토산]], β,γ-불포화산, α-페닐, α-나이트로, α-사이아노산의 탈카복실화이다. 이러한 반응은 카보닐기가 양성자화되고, 카복실기가 탈양성자화된 [[양쪽성 이온]]의 [[호변이성질체]]의 형성으로 인해 가속화된다.<ref>{{웹 인용| url = http://www.chemguide.co.uk/organicprops/acids/decarbox.html | author = Jim Clark | year = 2004 | publisher = Chemguide | title = The Decarboxylation of Carboxylic Acids and their Salts | access-date = 2007-10-22}}</ref>

=== 명명된 탈카복실화 반응 ===
탈카복실화는 많은 [[인명 반응]]들의 기반을 이루고 있다. 여기에는 [[바톤 탈카복실화]], [[콜베 전해]], [[코치 반응]], [[훈스디커 반응]]이 포함된다. 이들은 모두 라디칼 반응이다. [[크라프초 탈카복실화]]는 에스터의 탈카복실화와 관련되어 있다. [[츠지-트로스트 반응]]은 [[전이금속 알릴 착물]]의 중개를 포함한다.

[[케톤성 탈카복실화]]에서 카복실산은 케톤으로 전환된다.

=== 하이드로탈카복실화 ===
하이드로탈카복실화는 [[카복실산]]을 그에 상응하는 [[탄화수소]]로 전환시키는 과정을 포함한다. 이것은 카복실기가 예상대로 수소로 치환될 것을 구체적으로 요구하는 것을 제외하면 위에 정의된 보다 일반적인 "탈카복실화"와 개념적으로 동일하다. 이 반응은 특히 [[말론산 에스터 합성]] 및 [[크뇌페나겔 축합]]과 함께 일반적이다. 반응은 카복실기의 공액 염기, 카복실레이트 이온 및 양성자화된 카보닐기와 같은 전자 밀도의 불포화 수용체를 포함한다. 반응이 카복실산을 진한 [[염산]]으로 가열하는 것을 수반하는 경우 양성자화된 이산화 탄소를 생성할 수 있는 직접적인 경로는 불가능하다. 이 경우 반응은 물과 양성자를 초기에 첨가할 때 일어나기 쉽다.<ref>{{웹 인용| publisher = Organic Chemistry Portal | url = https://www.organic-chemistry.org/namedreactions/malonic-ester-synthesis.shtm | title = Malonic Ester Synthesis | access-date = 2007-10-26}}</ref>

== 생화학에서 ==
탈카복실화는 [[생화학]]에서 흔히 접할 수 있는 반응이다. 이들 반응은 보통 전환을 [[촉매]]하는 [[보조 인자]]에 따라 분류된다.<ref>{{저널 인용|author1=Li, T. |author2=Huo, L. |author3=Pulley, C. |author4=Liu, A.|title=Decarboxylation mechanisms in biological system. Bioorganic Chemistry|year=2012|volume=43|pages=2–14|doi=10.1016/j.bioorg.2012.03.001}}</ref> [[비오틴]]은 [[말로닐-CoA]]가 [[아세틸-CoA]]로 탈카복실화되는 반응에 관여한다. [[티아민]](T:)은 [[피루브산]]을 포함한 알파-케토산의 탈카복실화에 필요한 활성 성분이다.
:T:  + RC(O)CO<sub>2</sub>H  →  T=C(OH)R  +  CO<sub>2</sub>
:T=C(OH)R  +  R'CHO  →  T:  +  RC(O)CH(OH)R'
[[피리독살 인산]]은 아미노산의 탈카복실화를 촉진한다. [[플라빈기|플라빈]]-의존성 탈카복실화효소는 [[시스테인]]의 전환에 관여한다. 철 함유 하이드록실화효소는 [[전자 공여체]]로 [[α-케토글루타르산]]의 탈카복실화를 사용하여 O<sub>2</sub>의 환원 활성화에 의해 작동한다. 탈카복실화는 다음과 같이 설명될 수 있다.
:RC(O)CO<sub>2</sub>Fe<sup>II</sup>  +  O<sub>2</sub>  →  RCO<sub>2</sub>Fe<sup>IV</sup>=O  +  CO<sub>2</sub>
:RCO<sub>2</sub>Fe<sup>IV</sup>=O  +  R'-H  →  RCO<sub>2</sub>Fe<sup>II</sup>  +  R'OH

=== 아미노산의 탈카복실화 ===
[[아미노산]]의 [[아민]]으로의 일반적인 [[생합성]] 과정에서 [[산화적 탈카복실화]]는 다음과 같다.
* [[트립토판]]에서 [[트립타민]]으로
* [[페닐알라닌]]에서 [[펜에틸아민]]으로
* [[티로신 (아미노산)|티로신]]에서 [[티라민]]으로
* [[히스티딘]]에서 [[히스타민]]으로
* [[세린]]에서 [[에탄올아민]]으로
* [[글루탐산]]에서 [[감마 아미노뷰티르산|감마-아미노뷰티르산]](GABA)으로
* [[리신]]에서 [[카다베린]]으로
* [[아르지닌]]에서 [[아그마틴]]으로
* [[오르니틴]]에서 [[푸트레신]]으로
* [[5-하이드록시트립토판]](5-HTP)에서 [[세로토닌]]으로
* [[L-도파]]에서 [[도파민]]으로

[[시트르산 회로]]와 관련된 탈카복실화 반응들은 다음과 같다.
* [[피루브산]]에서 [[아세틸-CoA]]로 ([[피루브산 탈카복실화]] 참조)
* [[옥살석신산]]에서 [[α-케토글루타르산]]으로
* [[α-케토글루타르산]]에서 [[석시닐-CoA]]로

== 사례 연구 ==
[[파일:Tetrahydrocannabinolicacid.svg|섬네일|테트라하이드로칸나비놀산의 구조. 열에 의한 이 화합물의 탈카복실화는 [[대마초]] 연기의 향정신성 효과에 필수적이며, 알파 탄소가 양성자화될 때 [[엔올|엔올형]]이 케토형으로 전환되는 것에 달려 있다.]]
Δ9-테트라하이드로칸나비놀산은 가열시 탈카복실화되어 향정신성 화합물인 Δ9-[[테트라하이드로칸나비놀]]로 전환된다.<ref>{{저널 인용| doi = 10.1016/j.molstruc.2010.11.061 | title = Decarboxylation of Δ9-tetrahydrocannabinol: Kinetics and molecular modeling | journal = Journal of Molecular Structure | volume = 987 | issue = 1–3 | pages = 67–73 | year = 2011 | last1 = Perrotin-Brunel | first1 = Helene | last2 = Buijs | first2 = Wim | last3 = Spronsen | first3 = Jaap van | last4 = Roosmalen | first4 = Maaike J.E. van | last5 = Peters | first5 = Cor J. | last6 = Verpoorte | first6 = Rob | last7 = Witkamp | first7 = Geert-Jan }}</ref> [[대마초]]를 [[진공]]에서 가열하면 [[테트라하이드로칸나비놀산]](THCA)의 탈카복실화는 1차 [[반응 속도식]]을 따르는 것으로 보인다. 존재하는 테트라하이드로칸나비놀산(THCA)의 로그 분율은 시간이 지남에 따라 지속적으로 감소하며, 감소 속도는 온도에 따라 달라진다. 100~140 °C에서 10 °C씩 증가하면 테트라하이드로칸나비놀산(THCA)의 절반이 30, 11, 6, 3, 2분에 소모된다. 따라서 속도 상수는 [[아레니우스 방정식]]을 따르며, 온도에 역행하는 값과의 선형 로그 관계에서 10<sup>−8</sup>~10<sup>−5</sup> 사이의 범위를 갖는다. 그러나 물 분자를 사용한 [[살리실산]]의 탈카복실화 모델링은 용매의 단일 분자에 대해 150 kJ/mol의 [[활성화 에너지]] 장벽을 제시했으며, 이는 관찰되는 속도에 비해 매우 높은 값이다. 따라서 높은 분율의 카복실산을 포함하는 식물성 물질의 고체상에서의 수행된 이 반응은 관찰된 [[속도 상수]]에 영향을 주지 않고 근처의 카복실산이 첨가되는 유사 1차 반응 속도식을 따른다는 결론이 내려졌다. 93 kJ/mol의 에너지의 간접적인 케토-엔올 경로와 104 kJ/mol의 에너지의 직접적인 케토-엔올 경로에 해당하는 두 가지 [[전이 상태]]가 가능하다. 두 가지 중간생성물 모두 알파 탄소의 양성자화를 포함하며, 방향족 고리의 이중 결합 중 하나를 파괴하고 베타-케토 그룹(THCA 및 THC에서 [[엔올]] 형태를 취함)이 탈카복실화에 참여하도록 허용한다.<ref>{{저널 인용|url=https://www.researchgate.net/publication/251476768|title=Decarboxylation of Δ9-tetrahydrocannabinol: Kinetics and molecular modeling|journal=Journal of Molecular Structure|volume=987|issue=1–3|pages=67–73|date=February 2011|doi=10.1016/j.molstruc.2010.11.061|last1=Perrotin-Brunel|first1=Helene|last2=Buijs|first2=Wim|last3=Spronsen|first3=Jaap van|last4=Roosmalen|first4=Maaike J.E. van|last5=Peters|first5=Cor J.|last6=Verpoorte|first6=Rob|last7=Witkamp|first7=Geert-Jan|bibcode=2011JMoSt.987...67P}}</ref>

장기간 동안 보관된 음료의 경우 [[아스코르브산]]의 존재에 의해 촉매되는 탈카복실화에 의해 [[벤조산]]으로부터 매우 소량의 [[벤젠]]이 생성될 수 있다.<ref>{{웹 인용|url=http://www.cfsan.fda.gov/~dms/benzdata.html |title=Data on Benzene in Soft Drinks and Other Beverages |access-date=2008-03-26 |url-status=dead |archive-url=https://web.archive.org/web/20080326000150/http://www.cfsan.fda.gov/~dms/benzdata.html |archive-date=2008-03-26 }}</ref>

[[사이클로헥센온]]을 촉매로 첨가하면 [[아미노산]]의 탈카복실화를 촉매하는 것으로 보고되었다.<ref>{{저널 인용| doi = 10.1246/cl.1986.893 | title = A Novel Decarboxylation of α-Amino Acides. A Facile Method of Decarboxylation by the Use of 2-Cyclohexen-1-one as a Catalyst | journal = Chemistry Letters | volume = 15 | issue = 6 | pages = 893–896 | year = 1986 | last1 = Hashimoto | first1 = Mitsunori | last2 = Eda | first2 = Yutaka | last3 = Osanai | first3 = Yasutomo | last4 = Iwai | first4 = Toshiaki | last5 = Aoki | first5 = Seiichi }}</ref> 그러나 이러한 촉매를 사용하면 원치 않는 부산물이 생성될 수도 있다.

== 같이 보기 ==
* [[카복실화]]
* [[탈카복실화효소]]

== 각주 ==
{{각주|2}}

[[분류:화학 반응]]
[[분류:치환 반응]]