カルボシステイン（638-23-3）物理化学的性質
カルボシステイン
S-カルボキシメチル-L-システインは、極性チオエーテル型アミノ酸誘導体であり、小分子の去痰原薬および処方開発、分析QC、R&Dワークフローのための研究用化学物質として用いられます。
| CAS番号 | 638-23-3 |
| 化学分類 | アミノ酸誘導体 |
| 標準形状 | 粉末または結晶状固体 |
| 一般的な薬局方規格 | EP, JP |
カルボシステインはL-システインのS-カルボキシメチル誘導体であり、アミノ酸由来のチオエーテル類に分類されます。構造的には、システインのチオール水素がカルボキシメチル基に置換されたL-α-アミノ酸で、全体として電離可能な官能基（1つ以上のカルボキシル基とアミノ基）を有する電気的に中性の共有結合分子です。分子骨格は短い脂肪族骨格とスルフィド結合、両末端にカルボキシラート/カルボン酸基を持ち、複数の水素結合供与体と受容体を備えたコンパクトで高極性の構造を形成しています。
電子的には、チオエーテル結合にある局在化された硫黄原子（スルホキシド／スルホンに比べ還元状態が低い）と、脱プロトン化時に強く電子求引性を示すカルボキシラート官能基が結合しています。一次アミンとカルボキシル基の存在により典型的なアミノ酸の酸塩基挙動を示し、生理的条件下では主に双性イオン（プロトン化アミノ基、脱プロトン化カルボキシラート）として存在します。高いトポロジカル極性表面積と低い分配係数は、高い親水性および受動的膜透過性の低さを示します。チオエーテル結合はジスルフィド結合形成への感受性を低減しつつも、酸化代謝（スルホキシド化）の部位となります。
機能的には、カルボシステインは去痰薬および去痰促進薬として用いられ、ムチン組成の変化や喀痰粘度の低減が可能です。また、in vitroで抗酸化作用および抗炎症作用を示します。報告されている一般的な薬局方規格にはEP、JPがあります。
基本的な物理化学的性質
密度および固体形態
現在のデータでは、この物性に関する実験的に確立された値はありません。
固体形態：カルボシステインは一般的に結晶性のアミノ酸塩としてL-異性体で存在し、(2R)配置に対応する明確な立体中心（1つの定義された原子立体中心）を有します。
融点
融点（報告値）：185–187 \(\,^\circ\mathrm{C}\)。
この比較的高い融点範囲は、固体状態で広範な分子間水素結合を形成する、小さく極性の高い結晶性アミノ酸誘導体に一致します。
溶解性および溶出挙動
水溶解度（報告値）：1.6 \(\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\)。
高いトポロジカル極性表面積（TPSA = 126 Ų）と複数の水素結合供与体（3）および受容体（6）を有するカルボシステインは親水性が高く、極性溶媒（特に水）に優先的に溶解します。カルボキシル基は製剤および生理学に関連する広いpH範囲でイオン化するため、pHにより溶解性と溶出速度が影響を受けます。これにより水溶性が促進される一方、中性近傍のpHでは双性イオン種が形成され、結晶性および溶出速度に影響を与える場合があります。
化学的性質
酸塩基挙動および定性的pKa
報告された解離定数：\(\mathrm{p}K_a = 1.84\)。
この報告された\(\mathrm{p}K_a\)は強酸性部位（おそらくカルボキシル基のプロトン）に対応します。生理的pHではカルボキシル基はほぼ完全に脱プロトン化され、アミノ基はプロトン化されており、結果として双性イオン形態をとります。他のイオン化可能な中心（例：アミノ基）の実験的に確立された追加の解離定数は現在のデータにはありません。
反応性および安定性
カルボシステインは遊離チオールではなくチオエーテル（スルファニル）結合を含むため、直接的なチオール-ジスルフィド交換反応は減少し、遊離システインに比べてジスルフィド形成による化学的酸化は限定的です。しかし、硫黄原子は代謝および化学的酸化（スルホキシド化）を受けやすく、スルホキシドおよびさらにまれにスルホン誘導体に変換されます。報告されている代謝変換にはスルホキシド化、アセチル化、脱炭酸反応が含まれ、スルホキシド化はin vivoの主要な代謝経路です。中性水溶液での貯蔵下での加水分解的不安定性は主な懸念事項ではありませんが、強制的な劣化条件（強酸化性または高温環境）下では脱炭酸や酸化分解が起こる可能性があります。したがって、製剤および製造工程では強力な酸化剤および過度の加熱を避けることが推奨されます。
分子パラメータ
分子量および化学式
化学式：\(\ce{C5H9NO4S}\)
分子量（報告値）：179.20 g・mol^{-1}
正確質量／単一同位体質量：179.02522894
小分子量で単一の立体中心を持つため、質量が低くキラルなアミノ酸誘導体です。
LogPおよび構造的特徴
報告された分配係数指標：XLogP = -3.1（計算値）；LogP（実測値／他報告値）= -4.24。
これらの強く負の分配係数は、顕著な親水性と低い本質的脂溶性を裏付けます。低いLogPの構造的要因として、二つのカルボキシル基（または一つのカルボキシル基とカルボキシメチル置換）、プロトン化可能なアミノ基、複数の水素結合官能基が挙げられます。トポロジカル極性表面積（TPSA）は126 Ųで小分子としては高く、受動的膜透過性が限定され親水性の水和が促進されることと合致しています。
その他の計算指標：水素結合供与体数 = 3；水素結合受容体数 = 6；回転可能結合数 = 5；重原子数 = 11；形式電荷 = 0（中性の共有結合体）。
構造的識別子（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
これらの識別子は単一の定義された立体中心を持つL-異性体のS-カルボキシメチルシステイン誘導体に対応します。
識別子および同義語
登録番号およびコード
CAS番号: 638-23-3
欧州共同体（EC）番号: 211-327-5
UNII: 740J2QX53R
追加の登録およびデータベース識別子は規制情報およびケモインフォマティクスリソースに存在しますが、上記が本化合物に関連付けられた主要な登録コードです。
同義語およびブランド非依存名称
代表的な同義語（利用可能な命名法から選択）：カルボシステイン；カルボシステイン（Carbocisteine）；S-カルボキシメチル-L-システイン；3-(カルボキシメチルチオ)アラニン；(2R)-2-アミノ-3-(カルボキシメチルスルファニル)プロパン酸。供給チェーンおよびラベル表示目的で、より広範な供給者提供の同義語やINN／USAN変異種も存在します。
工業および医薬品用途
原薬または中間体としての役割
カルボシステインは、粘液溶解および去痰作用を有する原薬として使用されています。ムチン組成を調整し、喀痰の粘度を低減することで、粘液の排出を促進し、閉塞性呼吸器疾患における粘液蓄積に関連した感染リスクを減少させることができます。また、in vitroにおける抗酸化および抗炎症活性も示し、呼吸器系薬剤としての治療プロファイルに寄与しています。
規制状況は管轄区域によって異なり、口腔および外用の製剤形態で一般用医薬品または処方医薬品として複数地域で販売されています。小児における重篤な肺障害が一部の規制評価で報告されているため、臨床および規制の文脈によって承認用途が異なります。
製剤および開発の文脈
カルボシステインは経口投与用製剤（錠剤、カプセル、シロップ）として製剤化されており、外用の鼻腔製剤にも使用されています。製剤設計上の主な考慮点は両性イオン性の特性、中程度の水溶性（1.6 \(\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\））、および酸化代謝・分解に対する感受性であり、抗酸化剤、pH調整、および酸化剤からの保護が一般的な安定化戦略です。低い脂溶性および高いTPSAにより水性分散のための溶解化賦形剤の必要性は低減されますが、結晶形態や多形性は溶解度および生物学的利用能に影響を及ぼすため、開発時に特性解析が推奨されます。
特定市場または製剤向けの詳細な適用概要が必要な場合は、該当する規制および製品開発資料を参照してください。
仕様およびグレード
代表的なグレード分類（医薬品用、分析用、工業用）
カルボシステインは一般的な業界グレード分類として、医薬品用（製剤製造用）、分析用（参照標準物質）、工業用（研究用および非臨床用途）で供給されています。商業用グレードにはEPおよびJPが含まれます。
医薬品用グレードは適用可能な薬局方規格に準拠していることが求められ、分析用グレードは定量および参照試験に使用されます。
一般的な品質特性（定性的説明）
調達および品質管理に関連する品質特性には、立体化学的純度（L-体含量）、定量（有効成分含量）、残存溶媒、水分含量、粒子サイズ・結晶性、および酸化分解物などの不純物の限度が含まれます。一般的な仕様はIR、NMR、MSによる同定、クロマトグラフィーによる定量、そして不純物プロファイリングに重点が置かれています。特に硫黄原子を有することから酸化不純物（スルホキシド）の管理がしばしば重要視されます。
現在の情報では供給者固有の定量値や不純物限度は示されていません。
安全性および取り扱い概要
毒性プロファイルおよび暴露に関する考慮事項
カルボシステインは成人において指示通り使用した場合、粘液溶解作用の治療マージンを有すると一般に考えられていますが、小児においては治療後に重篤かつ場合により致命的な逆説的呼吸反応（呼吸困難の悪化、呼吸窮迫）が報告されており、小児での使用および用量には規制および臨床の管理が必要です。危険性通知においては一部報告で皮膚腐食・刺激性（約11%の通知分類でH314）が示されており、特定条件や特定の製剤・不純物の存在下で重度の皮膚および眼への損傷の可能性があります。
全身毒性および薬物動態情報では、経口投与後1〜1.7時間で血漿中最高濃度に達し、未変化体の腎排泄が約30〜60%尿中に認められます。代謝はスルホキシド化およびその他の肝代謝を含み、代謝能力の個体差により暴露量が影響を受けます。
保管および取り扱い指針
カルボシステインは粉体で吸湿性を有する極性有機固体であるため、標準的な取扱い上の注意を順守してください。適切な個人用保護具（手袋、眼保護具、実験衣）を使用し、粉塵の発生を抑制し、吸引や皮膚・眼への接触を避けてください。密閉容器に入れ、強力な酸化剤および過度の加熱を避けた涼しく換気の良い場所で保管し、酸化分解を抑え安定性を維持します。漏出時の対応、消火剤の選択、廃棄方法については製品固有の安全データシート（SDS）を参照し、現地の規制および作業場の安全手順に従ってください。
詳細な危険性、輸送および規制情報については、製品固有の安全データシート（SDS）および現地の法規を参照してください。
