헤로인 (25-16-6) 물리적 및 화학적 특성
헤로인
분석, 법의학 및 제약 연구개발에서 사용되는 반합성 오피오이드(디아세틸모르핀)로, 지용성 모르핀 프로드러그이며 제형 개발 및 참조 표준 작업에 관련됩니다.
| CAS 번호 | 25-16-6 |
| 분류군 | 오피오이드 (오피아트 유도체) |
| 일반 형태 | 백색 결정성 분말 |
| 일반 등급 | BP, EP, USP |
헤로인(디아세틸모르핀, 디아모르핀)은 모르핀의 3- 및 6-수산기 위치를 아세틸화하여 얻은 반합성 모르피난 알칼로이드입니다. 구조적으로 O,O-디아세틸화된 모르핀 에스터로, 모르피난의 사환 핵심과 3차 N-메틸 아민을 보유합니다; 두 개의 아세틸 에스터는 모르핀에 비해 지용성을 증가시키고, 비경구 투여 시 뇌 흡수를 현저히 가속화합니다. 분자는 자유 수소 결합 공여체가 없으며(0개), 에스터 및 에테르 기능기 내에 분포된 여러 산소 헤테로원자(6개 수소 결합 수용체)를 포함하여 중간 수준의 위상 극성 표면적(TPSA = 65.1 Å^2)을 가지면서도 빠른 혈액-뇌 장벽 투과를 위한 충분한 지용성(log P 약 1.5–1.58)을 유지합니다.
전자적으로, 3차 아민은 프로톤화될 수 있으며(염기성 pKa ≈ 7.95–7.96), 따라서 생리적 pH 근처에서 프로톤화종과 중성종의 혼합 상태로 존재합니다; 프로톤화는 수용성도를 증가시키고 혈장과 조직 간 분포를 변화시킵니다. 에스터기는 가수분해에 민감하며(효소 및 염기 촉매), 6-모노아세틸모르핀(6-MAM)과 모르핀을 생성합니다; 이 대사 및 화학적 가수분해는 약리학적(프로드러그 작용) 및 화학적 안정성 프로필의 기초가 됩니다. 헤로인은 강력한 뮤-오피오이드 프로드러그로서 비경구 투여 시 빠른 작용 개시로 주요 약리학적 및 법의학적 중요성을 가지며; 일부 규제된 관할 구역에서는 심각한 진통 및 오피오이드 유지 요법용으로도 임상 사용됩니다(디아모르핀으로서).
이 물질에 대해 보고된 일반 상업 등급에는 BP, EP, USP가 포함됩니다.
기본 물리화학적 특성
밀도 및 고체 상태 형태
고체 상태 설명은 백색 결정 또는 결정성 분말, 그리고 유기용매(아세틸 아세테이트, 메탄올)에서 얻은 직교정계 판상 또는 각주 형태를 보고합니다. 실험적 외관 비고는 무취 물질이며 "공기에 장시간 노출 시 분홍색으로 변하며 아세트산 냄새를 방출"한다고 명시되어, 공기 중 느린 산화 또는 가수분해 표면 변화를 나타냅니다. 보고된 밀도 값은 "25 °C에서 1.56 g/cm³"이며, 저장 및 취급 시에는 결정성 고체로서 흡습성 경향을 고려해야 합니다(아래 저장 지침 참조).
결정 형태 및 광학 회전율은 염 또는 유도체 상태(자유염기 대비 염산염 단수화물)에 따라 다르며, 재결정 용매(아세틸 아세테이트, 메탄올)에 따라 결정 습관이 달라집니다.
녹는점
실험 녹는점은 자유염기의 경우 "173"으로 명시되며, 다른 자료에서는 명확히 "173 °C"로 보고됩니다. 염 또는 유도체와 관련된 고체상 열 데이터도 있으며(예: 디아모르핀 염산염 형태에서 "침상, mp 242 °C" 및 "미세 결정, mp 243–244 °C" 보고), 모든 분리된 형태에 적용되는 단일 보편적 녹는점은 없습니다; 염 형태 및 수화 상태가 녹는 거동에 상당한 영향을 미칩니다. 특정 물질 형태의 정확한 녹는점이 필요할 경우, 해당 배치/제형에서 직접 측정해야 합니다.
용해도 및 용출 거동
용해도 데이터는 형태에 따라 다르며 보고 내용이 일부 일치하지 않습니다; 기록된 실험 데이터는 다음과 같습니다: - "용해도: 600" (단위 미기재), - "수용액에서 25 °C에서 60 mg/L" (\(60\,\mathrm{mg}\,\mathrm{L}^{-1}\) at \(25\,^\circ\mathrm{C}\)), - "1 g은 1700 mL 물에 녹음" (즉, \(1\,\mathrm{g}\)당 \(1700\,\mathrm{mL}\)), - 유기 용매 용해도: "1 g은 다음에 녹음: 1.5 mL 클로로포름; 31 mL 알코올; 100 mL 에테르", - "알칼리에는 용해성 높음; 암모니아 또는 탄산나트륨 용액에는 약간 용해", - "벤젠에 매우 용해".
해석: 자유염기는 중성 수용액에 희석 용해되지만 유기 용매 및 알칼리성 매질에서는 용해도가 크게 증가합니다(미량 산성 기능기의 탈프로톤화 및 유기 용매 상용성 증가 때문). 염산염 및 기타 제약용 염들은 수용성이 훨씬 우수하므로, 제형자는 투여 경로와 원하는 농도에 따라 적절한 염 및 용매계를 선택합니다. 아세틸 에스터의 수용액 내 가수분해(pH 의존성)는 시간이 지남에 따라 완전한 디아세틸모르핀 농도를 감소시킵니다.
화학적 특성
산-염기 거동 및 정성적 pKa
보고된 해리 상수 값에는 "염기성 pKa 7.96" 및 "pKa 7.95 (25 °C)"가 있습니다. 단일 3차 아민 중심이 주요 염기성 부위이며, pKa 약 7.95로 생리적 pH(7.4)에서 상당히 프로톤화되어 수용성 이온화를 증가시키고 분포 및 혈장 결합에 영향을 줍니다. 프로톤화 상태는 용해도, 막 투과성 및 이온 교환 크로마토그래피 매질과의 상호작용을 조절하며, 법의학 및 분석 샘플 전처리 시 추출 효율에도 영향을 줍니다.
반응성 및 안정성
- 가수분해: 3 및 6 위치의 아세틸 에스터는 가수분해에 취약합니다. 일부 모델 추정에 따르면 염기 촉매 가수분해 속도 상수는 반감기가 pH에 따라 달라지며(예: pH 7에서 약 120일, pH 8에서 약 12일), 수용액 가수분해는 6-모노아세틸모르핀 및 모르핀을 생성합니다. 가수분해는 생물학적 시스템과 환경/분석 환경에서 중요한 분해 경로입니다.
- 열적 거동: "물과 끓이면 분해"되며 "분해 시 질소산화물의 유독가스 방출"이 관찰됩니다. 열 분해 시 유독 연소 생성물 발생 위험이 있습니다.
- 저장 안정성: "권장 저장 조건에서 안정"하다고 보고되나, 장기간 공기 노출 시 색상 변화 및 아세트산 냄새가 발생하여 느린 표면 가수분해/산화가 있음을 시사합니다. 순도 유지를 위해 밀폐 용기 및 건조제 사용 권장됩니다.
- 반응성 고려 사항: 에스터 가수분해에 취약하여 특히 알칼리성 pH 또는 고온에서 용액이 화학적으로 불안정하므로, 처리 및 분석 방법에서 수분, 고온, 염기성 조건 노출을 최소화해야 합니다.
분자 매개변수
분자량 및 화학식
- 분자식: C21H23NO5
- 분자량: 369.4
- 정확한 단일 동위원소 질량: 369.15762283
이 값들은 디아세틸모르핀(헤로인)의 중성 자유염기 조성에 해당합니다.
LogP 및 구조적 특성
계산 및 실험적 분배 계수: - XLogP (계산값): 1.5 - 실험적/log Kow 값: 1.58
주요 구조적/물리화학적 기술자: - 수소결합 공여자 수(HBondDonorCount): 0 - 수소결합 수용자 수(HBondAcceptorCount): 6 - 위상극성표면적(TPSA): 65.1 - 회전 결합 수(Rotatable Bond Count): 4 - 형식 전하(Formal charge): 0 (중성 자유염기) - 정의된 입체중심 원자 수: 5 (모르피난 골격 내 다수의 정의된 입체중심)
해석: 제한된 수소결합 공여와 중간 정도의 TPSA를 가진 적당한 지질용해도는 빠른 세포막 투과를 지원(특히 중성 형태에서)하며, 3차 아민이 프로톤화될 경우 상당한 수용성 분배도 허용함.
구조 식별자 (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
(SMILES와 InChI는 케미인포매틱스 시스템과의 상호운용성을 위해 일반 텍스트로 제시됨.)
식별자 및 동의어
등록 번호 및 코드
- CAS: 25-16-6
- 문서에 기재된 염산염 관련 CAS: 1502-95-0 (염산염)
- 유럽연합(EC) 번호: 209-217-7
- UNII: 70D95007SX
- DEA 코드 번호: 9200 (규제물질 분류 참조)
- ChEBI: CHEBI:27808
- ChEMBL: CHEMBL459324
- DrugBank: DB01452
이 등록 식별자는 조달, 규제 제출 및 분석용 참고 물질에 일반적으로 사용됨.
동의어 및 브랜드 독립 명칭
일반 동의어 및 체계적 명칭으로는 Heroin; Diacetylmorphine; Diamorphine; 3,6‑Diacetylmorphine; Acetomorphine; Morphine diacetate; O,O'‑Diacetylmorphine 등이 있음. 다양한 거리 및 지역별 동의어가 존재하나 간결함을 위해 여기서는 생략함; 분석 보고서 및 약전 자료에서는 적절 시 INN/BAN 명칭인 diamorphine 또는 diacetylmorphine을 참고함.
산업 및 제약 응용
원료의약품 또는 중간체 역할
헤로인은 주로 모르핀의 아편유사 진통제 프로드러그로, 의학적으로는 빠른 작용 개시 프로드러그로 기능함(아세틸기가 뇌 침투를 용이하게 하며, 체내에서 제거되어 6-MAM 및 모르핀을 포함한 활성 대사체를 생성). 다수의 관할구역에서 헤로인은 규제된 불법물질이지만, 일부 규제된 보건 시스템에서는 (diamorphine 명칭으로) 중증 급성 및 완화 진통, 특정 수술 주변 진통, 난치성 의존증에 대한 오피오이드 유지 프로그램 등의 병원급 적용이 승인됨. 규제 분류와 국가법이 적법한 의학적 사용을 엄격히 관리함.
제형 및 개발 맥락
과거 보고된 제약 제형으로는 주사용 용액을 위한 분말(염산염 형태), 리눅터스 및 엘릭서(과거 제형으로 diamorphine과 기타 성분 혼합), 농축 분석 표준물이 있음. 제형 시 염 선택(예: diamorphine hydrochloride)에 중점을 두어 원하는 수용성 및 안정성을 확보하며, 수용성 제형에서의 에스터 가수분해는 주요 분해 경로로, 제형 pH, 저온 보관 및 적절한 첨가제 조절이 필요함. 법의학 및 분석법 개발을 위해 여러 LC-MS/MS 및 GC-MS 방법이 헤로인 및 특징적 불순물과 대사체의 정량 및 프로파일링에 기술되어 있음.
간결한 사용 요약이 필요한 경우, 접근 및 사용은 국가법 및 임상 프로토콜에 의해 엄격히 제한됨을 참고할 것.
규격 및 등급
일반 등급 유형 (제약용, 분석용, 기술용)
diamorphine/헤로인의 상업용 등급으로 BP, EP, USP 등급이 보고됨. 소분자 활성물질에 적용되는 전형적인 등급 구분은 다음과 같음: - 제약용(약전) 등급: 약전 단일품목 및 엄격한 불순물 및 미생물 한도에 따른 의약품 제조용 적합 물질 - 분석 표준(참고) 등급: 방법 검증 및 법의학 분석용 고순도 공인 표준물질 - 기술용 등급: 약전 준수가 요구되지 않는 비제약 연구, 법의학 또는 산업용
여기서 명시된 등급 명칭은 BP, EP, USP임.
일반 품질 속성 (정성 설명)
관련 품질 속성은 자유염기 또는 염의 분석(효능), 재결정에서 유기용매 잔류물 제어, 아세틸화 및 비아세틸화 모르핀 계열 불순물(예: 모노아세틸모르핀, 모르핀, 코데인, 노스카피네) 제어, 수분 함량/수화 상태(고체 상태 형태 및 융점에 영향), 주사용 조제 시 입자도 및 무균성 속성 등을 포함함. 에스터 가수분해가 주요 분해 경로이므로, 유통기한 사양에는 시간이 경과함에 따른 6-MAM 및 모르핀 불순물 수준 한도가 포함됨. 구체적인 수치 분석 및 불순물 한도는 제품 및 공급자별로 상이하며 관련 분석 인증서 및 약전 단일품목에서 확인 필요.
안전성 및 취급 개요
독성 프로파일 및 노출 고려사항
헤로인은 강력한 μ-오피오이드 프로드러그로, 특히 주사, 흡입, 점막 노출 시 급성 독성 위험이 큼. 보고된 인간 독성 및 치사 혈중 농도 범위는 "독성 헤로인 혈중 농도: 10–100 µg·dL^-1; 치사 헤로인 혈중 농도: >400 µg·dL^-1" (출처 단위 기준)임. 치사 용량 보고는 다양하며, 한 역사적 보고에 따르면 "치사량은 1/6에서 2 그레인 사이"이며, 일부 맥락에서는 10 mg 수준에서도 개인 치사 사례 관찰됨. 동물 독성 값으로는 LD50: 쥐 뇌내 투여 137 µg/kg, 쥐 피하 투여 261.6 mg/kg, 쥐 정맥 주사 21.8 mg/kg 등이 있음.
급성 위험은 중추신경계 및 호흡 억제(치명적 가능성), 축동, 구역, 진정 및 과다복용 시 비심장성 폐부종 등을 포함함. 만성 노출 및 반복 사용은 내성, 의존 및 특징적 금단 증후군을 유발하며, 출생 전 노출은 신생아 금단 및 기타 태아/신생아 부작용과 연관됨. 연소 또는 분해 시 일산화탄소 및 질소산화물 배출 가능; 연소 생성물 흡입 회피 요망.
응급 처치는 소생술 및 기도/환기 지원이 기본이며, 날록손 등 오피오이드 수용체 길항제는 해독제로 임상 상황에 따라 투여되어야 함.
보관 및 취급 지침
- 밀폐된 공기 차단 용기에 건조하고 통풍이 잘되는 장소에 보관; 일부 보고서에서 물질이 흡습성으로 기술되며, 건조제와 함께 저장 권장.
- 공기 및 수분 노출 최소화; 장기간 노출 시 변색 및 표면 가수분해/산화에 따른 아세트산 냄새 발생 가능.
- 공학적 제어: 분진 및 에어로졸 생성을 억제하기 위한 국소 배기 환기 적용. 분진 발생 방지 및 흡입 회피.
- 개인 보호 장비: 내화학성 장갑, 안면 보호구(보안경 또는 페이스쉴드), 적절한 보호복 착용. 공기 중 노출 위험이 있으면 적격 기관에서 평가한 호흡 보호구 사용(N100/P3 입자 필터 또는 공급공기 호흡 보호구 등 보고됨).
- 유출 및 누출 시: 분진 생성 방지, 대상 지역 대피 및 환기, 청소 시 호흡 보호구 착용, 에어로졸 생성 없이 물질 수집 후 허가된 위험폐기물 처리 업체에 적절히 운반·처분. 폐기는 화학 소각로 내 2차 연소 및 세정기의 사용이 일반적임.
- 규제 참고: 헤로인/diamorphine은 다수 관할구역에서 규제물질이며, 취급, 보관, 이송, 폐기는 관련 규제법과 기관의 통제에 따라야 함. 상세한 위해성, 운송 및 규제 정보는 제품별 안전보건자료(SDS) 및 현지 법규 참조.
연구실, 임상 또는 제조 작업 시 헤로인(diamorphine)에 대한 규제물질 준수, 안전 보관, 철저한 재고 관리 및 적절한 산업 보건 조치가 필수임.
