樹脂酸

樹脂酸とは、樹液に含まれるいくつかの関連カルボン酸の総称です。樹脂酸のほぼすべては、経験式 C ₁₉ H ₂₉ CO ₂ Hの 3 つの融合環という同じ基本骨格を持っています。樹脂酸は、いくつかの化合物からなる粘着性のある黄色のガムとして自然界に存在します。これらは水に不溶性です。一般的な樹脂酸はアビエチン酸です。^{[ 1 ]} 樹脂酸はさまざまな用途の石鹸の製造に使用されますが、2-エチルヘキサン酸や石油由来のナフテン酸などの合成酸によってその使用はますます置き換えられています。

樹脂酸は、温帯針葉樹林の樹木の樹脂管を取り囲む柔組織上皮細胞によって生成される保護剤および木材防腐剤です。樹脂酸は、2炭素分子と3炭素分子がイソプレン構成単位と結合して、モノテルペン（揮発性）、セスキテルペン（揮発性）、およびジテルペン（非揮発性）構造を形成することによって生成されます。

マツの木部には、木材全体に多数の垂直方向および放射方向の樹脂管が散在している。心材と樹脂管に樹脂が蓄積することで、老木の根元部分で樹脂濃度が最大となる。一方、辺材の樹脂濃度は根元部分では低く、樹高が高くなるにつれて高くなる。

2005年、カナダのブリティッシュコロンビア州北部内陸部のロッジポールパインの森林が、マウンテンパインビートル（Dendroctonus ponderosae）と青変菌の蔓延により壊滅的な被害を受けた際、感染した樹木では枯死前に樹脂酸濃度が通常より3～4倍高いことが検出された。この濃度の上昇は、樹木が防御手段として樹脂を利用していることを示している。樹脂はカブトムシと菌類の両方に毒性があり、分泌物由来のジテルペン残渣でカブトムシを閉じ込めることもできる。樹脂の生産量を増やすことは、「レッドゾーン」、つまり野生生物と都市の境界域におけるカブトムシの蔓延を遅らせる方法として提案されている。

クラフト化学パルプ化プロセスを用いた木材パルプグレード化学セルロースの商業生産では、樹脂酸が放出されます。クラフトプロセスは、水酸化ナトリウム、硫化ナトリウム、硫化水素ナトリウムの強アルカリ条件下で行われます。これらの塩基は樹脂酸を中和し、それぞれのナトリウム塩、すなわちアビエト酸ナトリウム（(CH ₃ ) ₄ C ₁₅ H ₁₇ COONa）、ピマリン酸ナトリウム（(CH ₃ ) ₃ (CH ₂ )C ₁₅ H ₂₃ COONa）などに変換します。この形態のナトリウム塩は溶解性が低く、廃パルプ化プロセス液よりも密度が低いため、濃縮プロセス中に貯蔵容器の表面に浮上し、クラフト石鹸（樹脂石鹸とも呼ばれる）と呼ばれるややゼラチン状のペースト状の黄色い液体になります。^{[ 3 ]}この石鹸は漂白や洗浄、一部のワニスの化合物として使用されます。また、ゴム産業では乳化剤としても使用されています。石鹸はしばしばホルムアルデヒドと無水マレイン酸で前処理される。^{[ 4 ]}松石鹸は、樹脂石鹸からトール油を経て酸性化、精製、再鹸化によって精製される。^{[ 5 ]}

クラフト石鹸は硫酸で中和することで、アビエチン酸、パルミチン酸、および関連する樹脂酸成分の酸性形態を回復させることができます。この精製された混合物はトール油と呼ばれます。その他の主要成分には、脂肪酸と不鹸化ステロールが含まれます。

樹脂酸は、その由来となる樹木において保護作用を発揮するのと同様に、パルプ製造工場の排水処理施設においても毒性影響を及ぼす。さらに、処理施設を通過した残留樹脂酸は、最終的に受水域に排出される河川水に毒性を加えることになる。

トール油の化学組成は、パルプ製造に使用される樹種によって異なり、ひいては地理的な場所によっても異なります。例えば、米国南東部の沿岸地域にはスラッシュマツ（Pinus elliottii）が多く分布していますが、同じ地域の内陸部にはテーダマツ（Pinus taeda）が多く分布しています。一般的に、スラッシュマツはテーダマツよりも樹脂酸の濃度が高い傾向があります。

一般的に、米国南東部の沿岸地域で生産されるトール油は、樹脂酸を40%以上、場合によっては50%以上含有しています。脂肪酸の割合は通常、樹脂酸よりも低く、不鹸化物は6～8%です。さらに北のバージニア州では、ピッチパイン（Pinus rigida）とショートリーフパイン（Pinus echinata）がより多く分布しており、樹脂酸の含有量は30～35%まで減少し、それに伴って脂肪酸の割合が増加します。

カナダでは、ブリティッシュコロンビア州とアルバータ州の内陸部でロッジポールパイン（Pinus contorta ） 、アルバータ州からケベック州にかけてジャックパイン（Pinus banksiana）、オンタリオ州からニューブランズウィック州にかけてイースタンホワイトパイン（Pinus strobus）とレッドパイン（Pinus resinosa）を製材する工場で、樹脂酸レベルが25%、不鹸化物含有量が12～25%であることが一般的です。同様の変動は、米国の他の地域や他の国でも見られることがあります。例えば、フィンランド、スウェーデン、ロシアでは、スコットランドマツ（Pinus sylvestris ）の樹脂酸値は20～50%、脂肪酸は35～70%、不鹸化物は6～30%と変動することがあります。

樹脂酸は、グリセロールまたは他の多価アルコールを一定量反応させることにより、エステルガムに変換される。

乾燥特性を持つものもあり、エステルガムは塗料、ワニス、ラッカーに使用されています。^{[ 6 ]}

樹脂酸は樹脂石鹸に変換される。

樹脂酸は水への溶解度が非常に低く（ミリグラム/リットル）、急性毒性も低い。^{[ 7 ]}

• この分野の初期段階についての議論: Zeiss, Harold H. (1948). "樹脂酸の化学". Chemical Reviews . 42 (1): 163– 187. doi : 10.1021/cr60131a004 . PMID 18904922 .