Forskolin (66575-29-9) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Forskolin
Ein Labdan-Diterpenoid-Naturstoff, der häufig als Forschungsreagenz und biochemisches Werkzeug für Studien zur cyclischen AMP-Signalgebung und zur Entwicklung von Assays verwendet wird.
| CAS Nummer | 66575-29-9 |
| Familie | Labdan-Diterpenoid |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Gängige Qualitäten | EP, USP |
Forskolin ist ein labdan-artiges Diterpenoid (ein C20-Isoprenoide) mit einem fusionierten trizyklischen Kohlenstoffgerüst, das dicht mit oxygenierten Substituenten funktionalisiert ist. Seine Summenformel lautet \(\ce{C22H34O7}\) und besteht aus einem hydrophoben, polycyclischen Kohlenwasserstoffkern mit mehreren polaren funktionellen Gruppen: drei freien Hydroxygruppen, einem Acetatsäureester und einer tertiären zyklischen Ketogruppe (einem tertiären α‑Hydroxyketon im Ringsystem). Das stereochemisch komplexe Gerüst (mit mehreren definierten Stereozentren) erzeugt eine starre dreidimensionale Struktur, die die Packung, Solvatation und Wechselwirkung mit biologischen Makromolekülen beeinflusst.
Elektronisch weist das Molekül polare Motive (Hydroxy- und Carbonylgruppen) auf, die Wasserstoffbrückenbindungen sowie nukleophile/elektrophile Transformationen ermöglichen, während die große alipathische Oberfläche eine signifikante lipophile Charakteristik vermittelt; diese gemischte Polarität führt zu einer intermediären wässrigen Löslichkeit und guter Affinität zu Lipid-Doppelschichten. Das Säure-Base-Verhalten ist unter typischen Bedingungen im Wesentlichen neutral (keine ionisierbaren basischen oder stark sauren Gruppen), jedoch ist der Acetatsäureester hydrolyseanfällig und die sekundären/tertiären Alkohole können Orte für oxidativen Metabolismus und Phase-II-Konjugation sein. In biologischen und Formulierungskontexten wird Forskolin am besten als mäßig lipophil mit signifikanter polarer Oberflächenfläche beschrieben, Eigenschaften, die seine Verteilung zwischen wässrigen Medien, Membranen und organischen Lösungsmitteln bestimmen.
Pharmakologisch wird Forskolin aufgrund seiner Fähigkeit, Adenylatcyclase zu aktivieren und intrazelluläre cyclische AMP (cAMP)-Spiegel zu erhöhen, häufig als biochemisches Werkzeug und experimenteller Wirkstoff genutzt, mit nachgeschalteten Effekten auf die Protein Kinase A (PKA)-Signalgebung. Gemeldete biologische Wirkungen umfassen Vasodilatation, positive inotrope Effekte, Hemmung der Thrombozytenaggregation, glatte Muskelentspannung, Senkung des intraokularen Drucks und Modulation der Hormonfreisetzung. Übliche kommerzielle Qualitäten für diesen Wirkstoff sind: EP, USP.
Molekulare Eigenschaften
Molekulargewicht und Zusammensetzung
- Summenformel: \(\ce{C22H34O7}\).
- Molekulargewicht: 410,5 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\).
- Exakte Masse: 410,23045342 \(\mathrm{u}\).
- Monoisotopische Masse: 410,23045342 \(\mathrm{u}\).
- Anzahl schwerer Atome: 29; formale Ladung: 0.
- Definierte stereogene Zentren: 8; Molekulare Komplexitätsindex (berechnet): 747.
Diese Werte spiegeln ein relativ großes, stereoreiches Diterpenoid mit mehreren Sauerstoff-Heteroatomen wider, die die Polarität im Vergleich zu einfachen Kohlenwasserstoffen ähnlicher Größe erhöhen.
LogP und Amphiphilie
- Berechneter XLogP3 (XLogP3‑AA): 1.
Ein XLogP-Wert von 1 zeigt eine moderate Lipophilie im Vergleich zu vielen Diterpenen; die Kombination eines hydrophoben Labdan-Kerns mit mehreren oxygenierten Gruppen (drei Hydroxygruppen, ein Acetat, ein Keton) erzeugt amphiphiles Verhalten. Die topologische polare Oberflächenfläche (TPSA = 113 \(\mathrm{\AA}^2\)) und Wasserstoffbindungszählungen (Donoren = 3, Akzeptoren = 7) stimmen mit einer signifikanten Wasserstoffbrückenbindungskapazität und moderater Polarität überein, was die passive Permeabilität im Vergleich zu unpolaren Diterpenen reduziert, jedoch Wechselwirkungen mit polaren Resten in Protein-Bindungstaschen ermöglicht. In der Praxis verteilt sich Forskolin leicht in organischen Lösungsmitteln (z.B. Ethanol, DMSO) und in Lipidmembranen, während die wässrige Löslichkeit begrenzt ist und die Formulierung meist Trägerstoffe oder Cosolventien erfordert.
Biochemische Eigenschaften
Biosynthese und Metabolischer Kontext
Forskolin ist ein sekundärer Pflanzenmetabolit, der in Coleus-Arten über den isoprenoiden (terpenoiden) Biosyntheseweg hergestellt wird, der für C20-Diterpene charakteristisch ist. Das Labdan-Skelett wird durch Terpenzyklasen aus Geranylgeranyl-Diphosphat-Vorstufen aufgebaut und anschließend durch regio- und stereoselektive Oxidationen, Epoxidierungen und Acylierungen modifiziert, um die beobachteten Hydroxy‑ und Acetat-Funktionalitäten einzuführen. In biologischen Systemen wirkt Forskolin als Aktivator der Adenylatcyclase, erhöht intrazelluläres cAMP und moduliert dadurch PKA-abhängige Signalwege; diese Eigenschaften begründen seine Verwendung als pharmakologische Sonde für cAMP-vermittelte Signalwege.
Metabolisch prädisponieren diterpenoide Merkmale Forskolin für enzymatische Biotransformationen in Tieren und Mikroben, einschließlich Esterhydrolyse, oxidativer Hydroxylierung und anschließender Phase-II-Konjugation (Glucuronidierung, Sulfatierung). Solcher Metabolismus verändert Polarität und Eliminationsrate und ist ein Hauptfaktor des pharmakokinetischen Verhaltens.
Reaktivität und Umwandlungen
Wesentliche chemische Umwandlungsneigungen und wahrscheinliche Biotransformationen: - Esterhydrolyse: Die 5-Acetatgruppe ist empfindlich gegenüber chemischer (basischer oder saurer) und enzymatischer (Esterase) Hydrolyse und führt zum entsprechenden deacetylierten Alkohol. - Oxidation/Reduktion: Sekundäre/tertiäre Hydroxygruppen und das zyklische Keton können je nach Bedingungen Phase-I-Oxidationen (CYP-vermittelt) oder enzymatische Reduktionen durchlaufen und dabei polarere Metabolite bilden. - Konjugation: Freigesetzte Hydroxylgruppen sind für Glucuronid- oder Sulfatkonjugationen verfügbar, die Wasserlöslichkeit erhöhen und die Ausscheidung fördern. - Epoxidbildung/-öffnung und Umlagerungen: Ringspannung oder oxidierte Stellen im Gerüst können unter aggressiven chemischen oder metabolischen Bedingungen zusätzliche Biotransformationen erfahren.
Chemisch ist Forskolin unter neutralen, nicht-oxidierenden Laborbedingungen relativ stabil, hydrolysiert jedoch unter stark basischen oder sauren Bedingungen und kann durch starke Oxidationsmittel oxidiert werden.
Stabilität und Abbau
Chemische und Enzymatische Abbauwege
Überlegungen zur chemischen Stabilität: - Hydrolyse des Acetatsäureesters erfolgt unter basischer oder saurer Katalyse sowie in Gegenwart von Esterasen; Lagerung unter neutralen, trockenen Bedingungen verzögert diese Reaktion. - Oxidativer Abbau kann durch starke Oxidationsmittel sowie langanhaltende Einwirkung von Luft oder Licht gefördert werden; Antioxidantien und Lagerung unter Inertatmosphäre reduzieren oxidatives Risiko. - Thermische Abbaudaten (Schmelzpunkt, Zersetzungstemperatur) sind im aktuellen Datenkontext nicht verfügbar.
Enzymatischer Abbau in biologischen Matrizes: - Schnelle esterasevermittelte Deacetylierung gefolgt von Phase-I-Oxidation (CYPs) und Phase-II-Konjugation (Glucuronidierung, Sulfatierung) sind die primären metabolischen Eliminationswege, die polare Metabolite erzeugen, welche leichter ausgeschieden werden.
Experimentell festgelegte numerische Werte zur thermischen Stabilität oder Haltbarkeit liegen im aktuellen Datenkontext nicht vor.
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
- CAS Registrierungsnummer: 66575-29-9
- InChI:
InChI=1S/C22H34O7/c1-8-19(5)11-14(25)22(27)20(6)13(24)9-10-18(3,4)16(20)15(26)17(28-12(2)23)21(22,7)29-19/h8,13,15-17,24,26-27H,1,9-11H2,2-7H3/t13-,15-,16-,17-,19-,20-,21+,22-/m0/s1 - InChIKey:
OHCQJHSOBUTRHG-KGGHGJDLSA-N - SMILES:
CC(=O)O[C@H]1[C@H]([C@@H]2[C@]([C@H](CCC2(C)C)O)([C@@]3([C@@]1(O[C@@](CC3=O)(C)C=C)C)O)C)O - UNII: 1F7A44V6OU
- ChEBI: CHEBI:42471
- ChEMBL: CHEMBL52606
- DrugBank: DB02587
- KEGG: C09076 (erscheint auch als D03584)
- Lipid Maps ID: LMPR0104030004
Die SMILES-, InChI- und InChIKey-Darstellungen sind oben als standardisierte, maschinenlesbare Identifikatoren für Cheminformatik und Spektrenabgleich angegeben.
Synonyme und Lipid-Nomenklatur
Repräsentative Synonyme und Nomenklaturvarianten, die in der chemischen Literatur und auf Lieferantenetiketten vorkommen, umfassen: Forskolin; Colforsin; Coleonol; Colforsine; Colforsinum; (-)-Forskolin; Colforsin (USAN/INN); COLFORSIN; sowie den systematischen IUPAC-Namen [(3R,4aR,5S,6S,6aS,10S,10aR,10bS)-3-Ethenyl-6,10,10b-trihydroxy-3,4a,7,7,10a-pentamethyl-1-oxo-5,6,6a,8,9,10-hexahydro-2H-benzo[f]chromen-5-yl] acetate. Analytische und Referenzmaterial-Listen verwenden möglicherweise Bezeichnungen wie „Forskolin, analytical standard“ oder geben Spezifikationen an (z. B. „Forskolin, aus Coleus forskohlii, >=98 % (HPLC)“).
Industrielle und Biologische Anwendungen
Funktionen in Formulierungen oder biologischen Systemen
- Forschungsreagenz: Wird häufig als pharmakologisches Werkzeug eingesetzt, um die Adenylatcyclase zu aktivieren und die intrazelluläre cAMP-Konzentration in Zellbiologie-, Signal- und Physiologiestudien zu erhöhen.
- Pharmakologischer Wirkstoff: In experimentellen Systemen werden vasodilatatorische, kardiotone (positiv inotrope), bronchodilatatorische und thrombozytenaggregationshemmende Effekte berichtet; experimentell zur Untersuchung der glatten Muskelentspannung und Modulation des Augeninnendrucks verwendet.
- Bioaktivitätsprofilierung: Bestandteil von Screening-Bibliotheken und zur Untersuchung cAMP-abhängiger Signalwege sowie downstream PKA-Ziele genutzt.
- Formulierungsaspekte: Aufgrund begrenzter wässriger Löslichkeit und moderater Lipophilie werden für biologische Assays üblicherweise organische Kosolventien (z. B. DMSO, Ethanol) oder tensidbasierte Trägersysteme eingesetzt; für orale oder topische Zubereitungen sind Lösungsstrategien und Stabilisierung gegen Hydrolyse häufige Formulierungsherausforderungen.
Eine prägnante Zusammenfassung der Anwendungen über diese allgemeinen Nutzungen hinaus liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor; in der Praxis erfolgt die Auswahl für eine Anwendung hauptsächlich aufgrund der cAMP-aktivierenden Eigenschaften von Forskolin und seines oben beschriebenen physikochemischen Profils.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Handhabung und Lagerung von Lipidmaterialien
- Gefahrenklassifizierung (zusammengefasste Angabe): Signalwort „Warnung“ mit berichteter GHS-Gefahrenkennziffer H312 (gesundheitsschädlich bei Hautkontakt) für die Mehrheit der eingereichten Meldungen; identifizierte Vorsichtsmaßnahmen umfassen Standard-Schutzmaßnahmen (Codes P280, P302+P352, P317, P321, P362+P364, P501).
- Praktische Handhabung: Verwendung geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (Handschuhe, Augenschutz, Laborkittel) und technische Maßnahmen zur Vermeidung von Hautkontakt und Einatmung von Pulvern oder Aerosolen. Handhabung in gut belüfteten Bereichen oder Abzugshauben bei der Abwägung oder Herstellung konzentrierter Lösungen. Prolongierte Exposition gegenüber Luft, Licht und Hitze vermeiden, um oxidative Zersetzung und Esterhydrolyse zu reduzieren.
- Lagerung: Trocken, kühl, in fest verschlossenem Behälter unter Inertatmosphäre oder Trockenmittel lagern, wenn Langzeitstabilität erforderlich ist; Schutz vor starken Oxidationsmitteln und extremen pH-Bedingungen.
- Entsorgung und Regulierung: Befolgung institutioneller Verfahren und lokaler Vorschriften zur Entsorgung organischer bioaktiver Verbindungen und kontaminierter Materialien.
Für detaillierte Angaben zu Gefahrstoffkennzeichnung, Transport und rechtlichen Regelungen sind die produktspezifischen Sicherheitsdatenblätter (SDS) und örtlichen Gesetzgebungen zu konsultieren.
