Carbocystein (638-23-3) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Carbocystein
S-Carboxymethyl-L-cystein, ein polares Thioether-Aminosäurederivat, das als niedrigmolekularer mukolytischer Wirkstoff (API) und Forschungssubstanz für die Entwicklung von Formulierungen, analytische Qualitätssicherung (QC) und F&E-Prozesse verwendet wird.
| CAS-Nummer | 638-23-3 |
| Stoffklasse | Aminosäurederivate |
| Übliche Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Gängige Qualitäten | EP, JP |
Carbocystein ist ein S-Carboxymethyl-Derivat von L-Cystein und gehört zur Stoffklasse der aminosäurebasierten Thioether. Strukturell handelt es sich um eine L-alpha-Aminosäure, bei der das Thiol-Wasserstoffatom der Cystein-Seitenkette durch eine Carboxymethylgruppe substituiert ist. Dies ergibt ein insgesamt neutrales, kovalentes Molekül mit ionisierbaren Funktionalitäten (eine oder mehrere Carboxylgruppen und eine Aminogruppe). Das molekulare Gerüst kombiniert eine kurze aliphatische Rückgratstruktur mit einer Sulfidbindung und zwei terminalen Carboxylat-/Carboxylgruppen, was zu einer kompakten, stark polaren Struktur mit mehreren Wasserstoffbrücken-Donatoren und -Akzeptoren führt.
Elektronisch kombiniert Carbocystein ein lokalisiertes Schwefelatom in einer Thioetherbindung (reduzierter Oxidationszustand im Vergleich zu Sulfoxiden/Sulfonen) mit stark elektronenziehender Carboxylatfunktionalität im deprotonierten Zustand. Das Vorhandensein einer primären Amino- und Carboxylgruppen führt zu typisch aminosäuretypischem Säure-Base-Verhalten: Unter physiologischen Bedingungen liegt das Molekül überwiegend als Zwitterion vor (protonierte Aminogruppe, deprotonierte Carboxylgruppen). Die hohe topologische polare Oberflächenfläche (TPSA) und niedrige Verteilungskoeffizienten deuten auf eine hohe Hydrophilie und begrenzte passive Membranpermeabilität hin; das Thioether verringert dabei die Anfälligkeit für Disulfidbildung, bleibt aber eine metabolische Zielstelle für oxidative Prozesse (Sulfoxidation).
Funktionell wird Carbocystein pharmakologisch als Mukolytikum und Expektorans verwendet, da es die Mukin-Zusammensetzung verändert und die Schleimviskosität reduziert. Zudem zeigt es in vitro antioxidative und antiinflammatorische Effekte. Übliche kommerzielle Gütegrade für diesen Stoff sind: EP, JP.
Grundlegende physikalisch-chemische Eigenschaften
Dichte und Feststoffform
Für diese Eigenschaft liegen keine experimentell bestimmten Werte im vorliegenden Datensatz vor.
Feststoffform: Carbocystein tritt typischerweise als kristallines Aminosäuresalz in seiner L-isomeren Form auf; es enthält ein definiertes Stereozentrum (ein atomarer festgelegter Stereozentrum) mit der (2R)-Konfiguration.
Schmelzpunkt
Schmelzpunkt (berichtet): 185–187 \(\,^\circ\mathrm{C}\).
Dieser relativ hohe Schmelzbereich entspricht einem kleinen, stark polaren kristallinen Aminosäurederivat, das im Feststoff extensive intermolekulare Wasserstoffbrücken ausbildet.
Löslichkeit und Auflösungsverhalten
Wässrige Löslichkeit (berichtet): 1,6 \(\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\).
Angesichts der hohen topologischen polaren Oberflächenfläche (TPSA = 126 Ų) sowie der mehrfachen Wasserstoffbrückendonoren (3) und -akzeptoren (6) ist Carbocystein hydrophil und löst sich bevorzugt in polaren Lösungsmitteln (Wasser). Löslichkeit und Auflösungsrate werden durch den pH-Wert beeinflusst, da die Carboxylgruppen im wesentlichen pH-Bereich der Formulierung und Physiologie ionisiert vorliegen, was die wässrige Löslichkeit fördert. Gleichzeitig entsteht bei nahezu neutralem pH ein zwitterionisches Molekül, das die Kristallinität und Auflösungskinetik beeinflussen kann.
Chemische Eigenschaften
Säure-Base-Verhalten und qualitative pKa-Werte
Berichteter Dissoziationskonstante: \(\mathrm{p}K_a = 1,84\).
Der berichtete \(\mathrm{p}K_a\)-Wert entspricht einer stark sauren Gruppe (wahrscheinlich einem Carboxylproton). Unter physiologischem pH sind die Carboxylgruppe(n) deprotoniert, während die Aminogruppe protoniert ist, was zur zwitterionischen Form führt. Weitere experimentell bestimmte Dissoziationskonstanten für andere ionisierbare Stellen (z. B. die Aminogruppe) liegen im aktuellen Datensatz nicht vor.
Reaktivität und Stabilität
Carbocystein enthält eine Thioether- (Sulfanyl-) Bindung anstelle einer freien Thiolgruppe, was den direkten Thiol-Disulfid-Austausch reduziert und die chemische Oxidation zur Disulfidbildung im Vergleich zu freiem Cystein begrenzt. Das Schwefelatom ist jedoch anfällig für metabolische und chemische Oxidation (Sulfoxidation) zu Sulfoxid- und seltener Sulfon-Derivaten. Gemeldete metabolische Umwandlungen umfassen Sulfoxidation, Acetylierung und Decarboxylierung; Sulfoxidation ist ein primärer metabolischer Pfad in vivo. Hydrolytische Instabilität stellt unter neutralen wässrigen Lagerbedingungen kein vorrangiges Problem dar, jedoch können Decarboxylierung und oxidative Degradation unter Forced-Degradation-Bedingungen (starke oxidative oder hochtemperaturbelastete Umgebungen) auftreten. Formulierungen und Herstellungsprozesse sollten daher den Kontakt mit starken Oxidationsmitteln und übermäßiger Hitze minimieren.
Molekulare Parameter
Molekulargewicht und Formel
Molekularformel: \(\ce{C5H9NO4S}\)
Molekulargewicht (berichtet): 179,20 g·mol^{-1}
Exakte/monoisotopische Masse: 179,02522894
Das geringe Molekulargewicht und das einzelne Stereozentrum entsprechen einem niedrigmolekularen, chiralen Aminosäurederivat.
LogP und strukturelle Merkmale
Berichtete Verteilungskoeffizienten: XLogP = -3,1 (berechnet); LogP (experimentell/anderweitig berichtet) = -4,24.
Diese stark negativen Verteilungskoeffizienten bestätigen ausgeprägte Hydrophilie und geringe intrinsische Lipophilie. Strukturelle Ursachen des niedrigen LogP sind zwei Carboxylgruppen (bzw. eine Carboxylgruppe plus Carboxymethyl-Substitution), eine protonierbare Aminogruppe und multiple Wasserstoffbrücken-Funktionalitäten. Die topologische polare Oberfläche (TPSA) von 126 Ų ist für ein kleines Molekül hoch und korreliert mit eingeschränkter passiver Membranpermeation und günstiger wässriger Solvatisierung.
Weitere berechnete Deskriptoren: Anzahl Wasserstoffbrücken-Donoren = 3; Anzahl Wasserstoffbrücken-Akzeptoren = 6; Anzahl rotierbarer Bindungen = 5; Anzahl schwerer Atome = 11; formale Ladung = 0 (neutrales kovalentes Grundmolekül).
Strukturelle Identifikatoren (SMILES, InChI)
SMILES: C([C@@H](C(=O)O)N)SCC(=O)O
InChI: InChI=1S/C5H9NO4S/c6-3(5(9)10)1-11-2-4(7)8/h3H,1-2,6H2,(H,7,8)(H,9,10)/t3-/m0/s1
InChIKey: GBFLZEXEOZUWRN-VKHMYHEASA-N
Diese Identifikatoren entsprechen dem L-isomeren S-Carboxymethyl-Derivat von Cystein mit einem einzelnen definierten Stereozentrum.
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
CAS-Nummer: 638-23-3
Europäische Gemeinschaft (EC) Nummer: 211-327-5
UNII: 740J2QX53R
Weitere Registrierungs- und Datenbankkennungen sind in regulatorischen und chemoinformatischen Ressourcen verfügbar; die oben genannten sind bekannte Registrierungscodes für die Substanz.
Synonyme und generische Bezeichnungen
Repräsentative Synonyme (aus verfügbarer Nomenklatur ausgewählt): Carbocysteine; Carbocisteine; S-Carboxymethyl-L-cysteine; 3-(Carboxymethylthio)alanine; (2R)-2-amino-3-(carboxymethylsulfanyl)propanoic acid. Eine umfangreichere Liste lieferantenseitig bereitgestellter Synonyme sowie INN/USAN-Varianten existiert für Lieferketten- und Kennzeichnungszwecke.
Industrielle und pharmazeutische Anwendungen
Rolle als Wirkstoff oder Zwischenprodukt
Carbocystein wird als pharmazeutischer Wirkstoff mit mukolytischen und expektorierenden Eigenschaften eingesetzt. Es moduliert die Mucinzusammensetzung und reduziert die Sputumviskosität, was die Schleimclearance erleichtert und das Risiko von Infektionen im Zusammenhang mit Schleimansammlungen bei obstruktiven Atemwegserkrankungen verringern kann. Die Verbindung zeigt zudem in vitro antioxidative und entzündungshemmende Aktivitäten, die zu ihrem therapeutischen Profil als Wirkstoff für die Atemwege beitragen.
Der regulatorische Status variiert je nach Gerichtsbarkeit; es wird in mehreren Regionen als rezeptfreies oder verschreibungspflichtiges Mukolytikum in oralen und topischen Darreichungsformen vermarktet. In einigen behördlichen Bewertungen wurden bei pädiatrischen Patienten schwerwiegende pulmonale Nebenwirkungen berichtet; daher beeinflussen klinische und regulatorische Kontexte die zugelassenen Anwendungsgebiete.
Formulierungs- und Entwicklungskontexte
Carbocystein wird für die orale Verabreichung (Tabletten, Kapseln, Sirupe) formuliert und ist außerdem in topischen Nasenzubereitungen verwendet worden. Wichtige Formulierungsaspekte umfassen seinen zwitterionischen Charakter, die moderate Wasserlöslichkeit (1,6 \(\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\)) sowie die Anfälligkeit für oxidativen Metabolismus und Abbau; Antioxidantien, pH-Kontrolle und Schutz vor oxidierenden Agenzien sind typische Stabilisierungsmethoden. Seine geringe Lipophilie und hohe polare Oberflächenfläche (TPSA) reduzieren den Bedarf an lösungsvermittelnden Hilfsstoffen für eine wässrige Dispersion, jedoch können kristalliner Habit und Polymorphismus Auflösung und Bioverfügbarkeit beeinflussen und sollten daher während der Entwicklung charakterisiert werden.
Für detaillierte Anwendungsübersichten für einen spezifischen Markt oder eine Formulierung verweisen wir auf die entsprechenden regulatorischen und produktentwicklungstechnischen Dokumentationen.
Spezifikationen und Qualitätsstufen
Typische Qualitätsstufen (pharmazeutisch, analytisch, technisch)
Carbocystein wird in den üblichen industriellen Qualitätskategorien angeboten: pharmazeutisch (zur Herstellung fertiger Arzneiformen), analytisch (Referenzstandards) und technisch (für Forschungs- und nichtklinische Anwendungen). Gemeldete kommerzielle Qualitäten umfassen EP und JP.
Pharmazeutisches Material muss gegebenenfalls den Anforderungen der Pharmakopöenmonographien entsprechen; analytisches Material wird für Assay- und Referenzprüfungen verwendet.
Allgemeine Qualitätsmerkmale (qualitative Beschreibung)
Für Beschaffung und Qualitätskontrolle relevante Qualitätsattribute umfassen stereochemische Reinheit (L-Isomer-Gehalt), Gehalt (Wirkstoffgehalt), Restlösemittel, Wassergehalt, Partikelgröße/Kristallinität sowie Grenzwerte für oxidative und andere Abbauprodukte. Typische Spezifikationen fokussieren auf Identität (IR, NMR, MS), Gehalt mittels Chromatographie und Verunreinigungsprofilierung; die Kontrolle oxidativer Verunreinigungen (Sulfoxide) wird aufgrund des Schwefelzentrums häufig besonders betont.
Lieferantenspezifische Gehaltsangaben oder Verunreinigungsgrenzen sind im vorliegenden Datenkontext nicht enthalten.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Toxikologisches Profil und Expositionsaspekte
Carbocystein gilt im Allgemeinen bei bestimmungsgemäßer Anwendung bei Erwachsenen als therapeutisch sicher mit mukolytischer Wirkung, jedoch wurden bei Kindern nach Therapie schwere und teilweise tödliche paradoxe Atemwegsreaktionen berichtet, darunter Verschlechterung der Dyspnoe und respiratorische Notfälle; die pädiatrische Anwendung und Dosierung erfordern daher regulatorische und klinische Überwachung. Gemeldete Einstufungen in Gefahrenbenachrichtigungen umfassen Hautkorrosion/-reizung in einem Minderheitsanteil der Fälle (H314 bei ca. 11 % der gemeldeten Klassifizierungen), was auf ein potenzielles Risiko für schwere Haut- und Augenschäden unter bestimmten Bedingungen oder bei spezifischen Formulierungen/Verunreinigungen hinweist.
Systemische Toxizität und pharmakokinetische Daten zeigen eine schnelle orale Aufnahme mit Plasmaspiegel-Maximum innerhalb von 1–1,7 Stunden und eine erhebliche renale Ausscheidung des unveränderten Wirkstoffs (ca. 30–60 % im Urin). Der Metabolismus umfasst Sulfoxidierung und andere hepatische Umwandlungen; Unterschiede in der metabolischen Kapazität können die Exposition beeinflussen.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
Carbocystein ist mit den üblichen Vorsichtsmaßnahmen für feine, hygroskopische, polare organische Feststoffe zu handhaben: Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (Handschuhe, Augenschutz, Laborkittel), Vermeidung von Staubentwicklung sowie von Einatmen und Kontakt mit Haut und Augen. Lagerung in dicht verschlossenen Behältern an einem kühlen, gut belüfteten Ort fern von starken Oxidationsmitteln und übermäßiger Hitze, um oxidativen Abbau zu begrenzen und die Stabilität zu erhalten. Für Maßnahmen bei Verschütten, Löschmittelwahl und Entsorgung sind die produktspezifischen Sicherheitsdatenblätter (SDS) sowie lokale behördliche und arbeitsschutzrechtliche Vorgaben zu beachten.
Für detaillierte Informationen zu Gefahren, Transport und regulatorischen Anforderungen sollten Anwender stets das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) sowie die lokale Gesetzgebung konsultieren.
