Heroin (25-16-6) Physikalische und Chemische Eigenschaften
Heroin
Halbsynthetisches Opioid (Diacetylmorphin), verwendet in analytischer, forensischer und pharmazeutischer F&E als lipophiles Prodrug von Morphin, relevant für die Formulierungsentwicklung und Arbeiten mit Referenzstandards.
| CAS-Nummer | 25-16-6 |
| Stoffklasse | Opioid (Opiat-Derivat) |
| Übliche Form | Weißes kristallines Pulver |
| Gängige Arzneibuch-Qualitäten | BP, EP, USP |
Heroin (Diacetylmorphin, Diamorphin) ist ein halbsynthetisches Morphinan-Alkaloid, das durch Acetylierung von Morphin an den 3‑ und 6‑Hydroxylstellen gewonnen wird. Strukturell handelt es sich um einen O,O‑diacetylierten Morphinester, der den tetracyclischen Morphinan-Ringkern und die tertiäre N‑Methylamin-Gruppe beibehält; die beiden Acetylester erhöhen die Lipophilie im Vergleich zu Morphin und beschleunigen deutlich die Aufnahme ins Gehirn bei parenteraler Gabe. Das Molekül enthält keine freien Wasserstoffbrücken-Donoren (0 H‑Brücken-Donoren) und mehrere Sauerstoff-Heteroatome (6 H‑Brücken-Akzeptoren), verteilt auf Ester- und Ether-Funktionalitäten, was zu einer moderaten topologischen polaren Oberfläche (TPSA = 65,1 Ų) führt und gleichzeitig ausreichend Lipophilie (log P ~1,5–1,58) für eine schnelle Blut-Hirn-Schranken-Durchdringung gewährleistet.
Elektronisch kann die tertiäre Aminogruppe protoniert werden (basischer pKa ≈ 7,95–7,96), weshalb die Verbindung bei physiologischem pH als Gemisch aus protonierter und neutraler Spezies vorliegt; die Protonierung erhöht die wässrige Löslichkeit und verändert die Verteilung zwischen Plasma und Geweben. Die Estergruppen sind hydrolyseanfällig (enzymatisch und basenkatalysiert) und bilden 6‑Monoacetylmorphin (6‑MAM) sowie Morphin; diese metabolische und chemische Hydrolyse begründet sowohl die Pharmakologie (Prodrug-Verhalten) als auch das chemische Stabilitätsprofil. Heroin ist pharmakologisch und forensisch von primärer Bedeutung als potentes Mu-Opioid-Prodrug mit schneller Wirkung nach parenteraler Anwendung; in einigen regulierten Rechtsgebieten wird es auch klinisch (als Diamorphin) für starke Analgesie und Opioid-Ersatztherapie verwendet.
Geläufige kommerzielle Qualitäten für diesen Stoff umfassen: BP, EP, USP.
Grundlegende physikochemische Eigenschaften
Dichte und Feststoffform
Feststoffbeschreibungen berichten von weißen Kristallen oder kristallinem Pulver sowie orthorhombischen Plättchen oder Prismen, erhalten durch Rekristallisation aus organischen Lösungsmitteln (Ethylacetat, Methanol). Experimentelle Beobachtungen beschreiben geruchloses Material, das bei längerer Luftzufuhr „rosa wird“ und „Essigsäure-Duft entwickelt“, was auf langsame oxidative oder hydrolytische Oberflächenveränderungen an der Luft hinweist. Ein gemeldeter Dichtewert ist „1,56 g/cm³ bei 25 °C“; Lagerung und Handhabung sollten von einem kristallinen Feststoff mit hygroskopischen Eigenschaften ausgehen (siehe Lagerungshinweise unten).
Die berichteten Kristallformen und optischen Drehungen variieren abhängig vom Salz- oder Derivatstatus (freie Base vs. Hydrochlorid-Monohydrat), und der Kristallhabit hängt vom Lösungsmittel der Rekristallisation (Ethylacetat, Methanol) ab.
Schmelzpunkt
Ein experimenteller Schmelzpunkt wird mit „173“ und an anderer Stelle ausdrücklich mit „173 °C“ für die freie Base angegeben in den zusammengetragenen experimentellen Eigenschaften. Weitere gemeldete thermische Feststoffdaten sind in der Literatur mit Salzen oder Derivaten verbunden (Beispiele: „Nadeln, mp 242 °C“ und „Feine Kristalle; mp 243–244 °C“ für Diamorphinhydrochlorid-Formen). Es gibt keinen universellen Schmelzpunkt für alle isolierten Formen; Salzform und Hydratationsgrad beeinflussen das Schmelzverhalten wesentlich. Wird ein exakter Schmelzpunkt für eine bestimmte Materialform benötigt, sollte dieser an der spezifischen Charge/Formulierung bestimmt werden.
Löslichkeit und Auflösungsverhalten
Löslichkeitsdaten sind formabhängig und teilweise inkonsistent in verschiedenen Berichten; dokumentierte experimentelle Werte umfassen: - „Löslichkeit: 600“ (Einheit in dieser Zeile nicht angegeben), - „In Wasser 60 mg/L bei 25 °C“ (\(60\,\mathrm{mg}\,\mathrm{L}^{-1}\) bei \(25\,^\circ\mathrm{C}\)), - „1 g löst sich in 1.700 mL Wasser“ (d.h. \(1\,\mathrm{g}\) pro \(1700\,\mathrm{mL}\)), - Löslichkeiten in organischen Lösungsmitteln: „1 g löst sich in: 1,5 mL Chloroform; 31 mL Alkohol; 100 mL Ether“, - „Löslich in Laugen; leicht löslich in Ammoniak- oder Natriumcarbonatlösung“, - „Sehr gut löslich in Benzol“.
Interpretation: Die freie Base ist in neutralem Wasser gering löslich, zeigt aber deutlich höhere Löslichkeit in organischen Lösungsmitteln und alkalischen Medien (aufgrund Deprotonierung etwaiger Spuren saurer Gruppen und erhöhter Mischbarkeit mit organischen Lösungsmitteln). Das Hydrochlorid-Salz und andere pharmazeutisch hergestellte Salze sind deutlich wasserlöslicher; daher wählen Formulierer je nach Verabreichungsweg und gewünschter Konzentration das passende Salz und Lösungsmittelsystem aus. Die Hydrolyse der Acetylester in wässriger Lösung (pH-abhängig) verringert die Konzentration des intakten Diacetylmorphins über die Zeit.
Chemische Eigenschaften
Acid-Base-Verhalten und qualitative pKa-Werte
Gemeldete Dissoziationskonstanten umfassen „basischer pKa 7,96“ und „pKa 7,95 (bei 25 °C)“. Die einzelne tertiäre Aminogruppe ist der primäre basische Ort; mit einem pKa nahe 7,95 ist das Amin bei physiologischem pH (pH 7,4) weitgehend protoniert, was die wässrige Ionisierung erhöht und Verteilung sowie Plasmabindung beeinflusst. Der Protonierungszustand steuert Löslichkeit, Membranpermeabilität und Wechselwirkungen mit ionenaustauschchromatographischen Medien; er beeinflusst auch die Extraktionseffizienz bei forensischer und analytischer Probenvorbereitung.
Reaktivität und Stabilität
- Hydrolyse: Die 3‑ und 6‑Acetylester sind hydrolysestabil, aber anfällig für Hydrolyse. Ein basenkatalysierter Hydrolyseratekonstante wurde geschätzt, sodass Halbwertszeiten pH-abhängig variieren (beispielsweise ca. 120 Tage bei pH 7 und ca. 12 Tage bei pH 8 nach bestimmten Modellen); die wässrige Hydrolyse ergibt 6‑Monoacetylmorphin und Morphin. Hydrolyse ist ein wichtiger Abbauweg in biologischen Systemen sowie Umwelt- und Analysekontexten.
- Thermisches Verhalten: „Zersetzt sich beim Kochen mit Wasser“ und „Bei Erhitzung bis zur Zersetzung werden giftige Stickoxidgase freigesetzt.“ Thermische Zersetzung birgt Risiken toxischer Verbrennungsprodukte.
- Lagerstabilität: Das Material gilt als „stabil unter empfohlenen Lagerbedingungen“, jedoch berichten mehrere Quellen über Farbveränderungen und Essigsäuregeruch bei längerer Luftzufuhr, was mit langsamer Oberflächenhydrolyse/oxidation übereinstimmt. Für langfristige Erhaltung der Reinheit wird die Verwendung luftdichter Behälter und Trockenmittel empfohlen.
- Reaktivitätsaspekte: Die Anfälligkeit für Esterhydrolyse macht Lösungen (insbesondere bei alkalischem pH oder erhöhter Temperatur) chemisch instabil; Verarbeitungs- und Analysemethoden sollten Exposition gegenüber Feuchtigkeit, erhöhten Temperaturen und basischen Bedingungen minimieren.
Molekulare Parameter
Molekulargewicht und Summenformel
- Summenformel: C21H23NO5
- Molekulargewicht: 369,4
- Exakte/monoisotopische Masse: 369.15762283
Diese Werte entsprechen der neutralen freien Base von Diacetylmorphin (Heroin).
LogP und Strukturmerkmale
Berechnete und experimentelle Verteilungskennwerte: - XLogP (berechnet): 1,5 - Experimenteller/log Kow Wert: 1,58
Wichtige strukturelle/physikochemische Deskriptoren: - Anzahl der Wasserstoffbrückendonoren (HBondDonorCount): 0 - Anzahl der Wasserstoffbrückenakzeptoren (HBondAcceptorCount): 6 - Topologische polare Oberfläche (TPSA): 65,1 - Anzahl der rotierbaren Bindungen: 4 - Formale Ladung: 0 (neutrale freie Base) - Anzahl der definierten atomaren Stereozentren: 5 (mehrere definierte Stereozentren im Morphinan-Grundgerüst)
Interpretation: Moderate Lipophilie in Kombination mit begrenztem H‑Brückendonationsverhalten und moderater TPSA unterstützt eine schnelle Membranpermeation (insbesondere in neutraler Form) und erlaubt gleichzeitig eine signifikante wässrige Verteilung bei Protonierung der tertiären Aminogruppe.
Strukturelle Identifikatoren (SMILES, InChI)
- SMILES: CC(=O)O[C@H]1C=C[C@H]2[C@H]3CC4=C5[C@]2([C@H]1OC5=C(C=C4)OC(=O)C)CCN3C
- InChI: InChI=1S/C21H23NO5/c1-11(23)25-16-6-4-13-10-15-14-5-7-17(26-12(2)24)20-21(14,8-9-22(15)3)18(13)19(16)27-20/h4-7,14-15,17,20H,8-10H2,1-3H3/t14-,15+,17-,20-,21-/m0/s1
- InChIKey: GVGLGOZIDCSQPN-PVHGPHFFSA-N
(SMILES und InChI sind hier als Klartext dargestellt zur Interoperabilität mit Cheminformatiksystemen.)
Identifikatoren und Synonyme
Registrierungsnummern und Codes
- CAS: 25-16-6
- Zugehörige CAS-Nummer für das Hydrochloridsalz, dokumentiert: 1502-95-0 (Hydrochlorid)
- Europäische Gemeinschaftsnummer (EC-Nummer): 209-217-7
- UNII: 70D95007SX
- DEA-Code-Nummer: 9200 (unter Berücksichtigung der Kontrolle der Substanz)
- ChEBI: CHEBI:27808
- ChEMBL: CHEMBL459324
- DrugBank: DB01452
Diese Registrierungskennungen werden häufig für Beschaffung, regulatorische Anmeldungen und analytische Referenzmaterialien verwendet.
Synonyme und generische Bezeichnungen
Gängige Synonyme und systematische Namen umfassen: Heroin; Diacetylmorphin; Diamorphin; 3,6‑Diacetylmorphin; Acetomorphin; Morphin-Diacetat; O,O'‑Diacetylmorphin. Zahlreiche Straßen- und regionale Synonyme sind bekannt, werden hier jedoch der Kürze halber nicht aufgeführt; analytische Berichte und pharmakopöiale Materialien werden bei Bedarf die INN-/BAN-Bezeichnungen diamorphine oder diacetylmorphine referenzieren.
Industrielle und pharmazeutische Anwendungen
Rolle als Wirkstoff oder Zwischenprodukt
Heroin ist in erster Linie ein Opioid-Analgetikum und Prodrug von Morphin; medizinisch wirkt es als Prodrug mit schnellem Wirkungseintritt (die Acetylgruppen erleichtern die Penetration der Blut-Hirn-Schranke und werden in vivo abgespalten, wodurch aktive Metabolite wie 6‑MAM und Morphin entstehen). In vielen Rechtsgebieten ist Heroin eine kontrollierte illegale Substanz; dennoch ist es in einigen regulierten Gesundheitssystemen (unter dem Namen diamorphine) für den klinischen Einsatz im Krankenhaus zugelassen, z. B. bei schwerem akuten und palliativen Schmerz, bestimmten perioperativen Analgesiekontexten und in Opioid-Erhaltungsprogrammen zur Behandlung therapieresistenter Abhängigkeit. Die behördliche Einstufung und nationale Gesetzgebung regeln streng jegliche legitime medizinische Verwendung.
Formulierungs- und Entwicklungskontexte
Historisch berichtete pharmazeutische Darreichungsformen umfassen Injektionspulver (Hydrochloridsalz) zur Herstellung von Injektionslösungen, Hustensirupe und Elixiere (historische Formulierungen, die Diamorphin mit anderen Wirkstoffen kombinieren) sowie konzentrierte analytische Standards. Die Formulierungsaspekte legen besonderen Wert auf die Salzformulierung (z. B. Diamorphin-Hydrochlorid), um die gewünschte wässrige Löslichkeit und Stabilität zu erreichen; Esterhydrolyse in wässrigen Formulierungen stellt einen wichtigen Abbauweg dar und muss durch pH-Wert der Formulierung, Lagerung bei niedriger Temperatur und geeignete Hilfsstoffe kontrolliert werden. Für forensische und analytische Methodenentwicklung sind vielfältige LC‑MS/MS- und GC‑MS-Verfahren beschrieben, um Heroin und dessen charakteristische Verunreinigungen und Metabolite quantitativ zu bestimmen und zu profilieren.
Falls eine prägnante Anwendung zusammengefasst werden soll, ist zu beachten, dass Zugang und Verwendung durch nationale Gesetze und klinische Protokolle streng eingeschränkt sind.
Spezifikationen und Qualitätsstufen
Typische Qualitätsstufen (pharmazeutisch, analytisch, technisch)
Für Diamorphin/Heroin sind kommerzielle Qualitätsstufen als BP-, EP- und USP-Grade gemeldet. Typische Qualitätsunterscheidungen, die für kleine Molekülwirkstoffe allgemein anwendbar sind, umfassen: - Pharmazeutischer (pharmakopöialer) Grad: Material geeignet für die Arzneimittelherstellung gemäß pharmakopöialer Monographien mit strengen Grenzwerten für Verunreinigungen und mikrobiologische Belastung. - Analytischer Standard (Referenzmaterial): hochreine zertifizierte Referenzmaterialien für Methodenvalidierung und forensische Analysen. - Technischer Grad: Material für nicht pharmazeutische Forschungs-, forensische oder industrielle Anwendungen, bei denen eine pharmakopöiale Konformität nicht erforderlich ist.
Die hier berichteten expliziten Qualitätsstufen lauten: BP, EP, USP.
Allgemeine Qualitätsmerkmale (qualitative Beschreibung)
Relevante Qualitätsmerkmale sind: Gehalt/Wirkstärke der freien Base oder Salzform, Kontrolle organischer Lösungsmittelrückstände aus der Rekristallisation, Kontrolle von acetyl- und nicht acetylierten Morphin-verwandten Verunreinigungen (z. B. Monoacetylmorphin, Morphin, Codein, Noskapin), Kontrolle des Wassergehalts/Hydratationszustands (beeinflusst Feststoffform und Schmelzpunkt) sowie Partikular- und Sterilitätsmerkmale für parenterale Darreichungen. Da die Esterhydrolyse ein principaler Abbauweg ist, adressieren Haltbarkeitsangaben typischerweise Grenzwerte für 6‑MAM und Morphin-Verunreinigungen im Zeitverlauf. Spezifische numerische Gehalts- und Verunreinigungslimits sind produkt- und lieferantenspezifisch und müssen dem jeweils relevanten Analysenzertifikat sowie der pharmakopöialen Monographie entnommen werden.
Sicherheits- und Handhabungsübersicht
Toxikologisches Profil und Expositionsaspekte
Heroin ist ein potentes mu-Opioid-Prodrug mit erheblichem akuten Toxizitätsrisiko, insbesondere bei parenteraler, inhalativer oder mukosaler Exposition. Gemeldete toxische und letale Blutkonzentrationsbereiche beim Menschen umfassen „toxische Heroin-Blutkonzentration: 10–100 µg·dL^-1; letale Heroin-Blutkonzentration: >400 µg·dL^-1“ (Einheiten gemäß Quelle). Angaben zu tödlichen Dosen sind variabel; ein historischer Eintrag nennt „die tödliche Dosis liegt zwischen 1/6 und 2 grain“ (1 grain ≈ 64,8 mg) und einzelne Todesfälle wurden nach Dosen von schon \(10\,\mathrm{mg}\) in einigen Szenarien beobachtet. Toxizitätswerte für Tiere umfassen LD50-Angaben: Maus intrazerebral \(137\,\mu\mathrm{g}\,\mathrm{kg}^{-1}\), Maus subkutan \(261,6\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\), Maus intravenös \(21,8\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\).
Akute Gefahren umfassen zentrale Nervensystem- und Atemdepression (mit potenziell tödlichem Ausgang), Miosis, Übelkeit, Sedierung und bei Überdosierung nicht-kardiogenes Lungenödem. Chronische Exposition und wiederholter Gebrauch führen zu Toleranz, Abhängigkeit und einem charakteristischen Entzugssyndrom; perinatale Exposition ist mit neonatalem Abstinenzsyndrom und weiteren negativen fetalen/neonatalen Effekten assoziiert. Verbrennung oder Zersetzung kann Kohlenstoffoxide und Stickoxide freisetzen; das Einatmen von Verbrennungsprodukten ist zu vermeiden.
Notfallbehandlung: Wiederbelebung und Sicherung der Atemwege/Atemunterstützung sind primär; Opioid-Rezeptorantagonisten wie Naloxon sind antidotal und sollten bei klinischer Indikation verabreicht werden.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
- In dicht verschlossenen, luftdichten Behältern an einem trockenen, gut belüfteten Ort lagern; Material wird in einigen Berichten als hygroskopisch beschrieben, daher Lagerung mit Trockenmittel empfohlen.
- Exposition gegenüber Luft und Feuchtigkeit minimieren; längere Exposition kann Verfärbungen und Geruchsbildung (Essigsäuregeruch aufgrund von Oberflächenhydrolyse/-oxidation) verursachen.
- Technische Schutzmaßnahmen: Lokale Absaugung zur Kontrolle von Staub- und Aerosolbildung einsetzen. Staubbildung vermeiden; Einatmen vermeiden.
- Persönliche Schutzausrüstung: Chemikalienbeständige Handschuhe, Augen-/Gesichtsschutz (Schutzbrille oder Gesichtsschild) sowie geeignete Schutzkleidung. Bei Risiko für luftgetragene Exposition Atemschutz anwenden, der von einer zuständigen Behörde geprüft ist (in Berichten genannte Beispiele: N100/P3-Partikelfilter oder Frischluft-Atemschutzgeräte).
- Umgang mit Verschüttungen: Staubbildung vermeiden, Bereich evakuieren und belüften, Atemschutz bei der Reinigung verwenden, Material ohne Aerosolbildung aufnehmen und in geeignete Abfallbehälter für die Entsorgung durch lizenzierte Gefahrstoffentsorger überführen. Zur Entsorgung wird häufig die Verbrennung in einer chemischen Verbrennungsanlage mit Nachverbrennung und Rauchgaswäsche vorgeschrieben.
- Regulatorischer Hinweis: Heroin/Diamorphin ist in vielen Rechtsgebieten kontrolliert; Handhabung, Lagerung, Weitergabe und Entsorgung müssen den geltenden Betäubungsmittelgesetzen und institutionellen Vorschriften entsprechen. Für detaillierte Gefahr-, Transport- und Rechtsinformationen sollten Anwender das produktbezogene Sicherheitsdatenblatt (SDS) und lokale Gesetzgebung konsultieren.
Für Labor-, klinische oder Herstellungsprozesse mit Heroin (Diamorphin) ist die Einhaltung der Betäubungsmittelvorschriften, sichere Lagerung, strenge Bestandskontrolle und angemessene Arbeitsschutzmaßnahmen zwingend erforderlich.
