프로카인 (59-46-1) 물리적 및 화학적 성질
프로카인
에스터형 국소마취 원료의약품으로 제약 제조 및 연구에 사용되며, 일반적으로 자유염기형 또는 염산염 형태로 공급되어 제조 및 분석 과정에서 활용됩니다.
| CAS 번호 | 59-46-1 |
| 계열 | 벤조에이트 에스터류 (국소마취제) |
| 일반적 제형 | 분말 또는 결정성 고체 |
| 일반 등급 | BP, EP, USP |
프로카인은 치환된 p-아미노벤조에이트(벤조에이트 에스터) 구조 계열에 속하는 아미노에스터형 국소마취제입니다. 구조적으로 파라-아미노벤조에이트 에스터와 2-디에틸아미노에틸 측쇄가 결합되어 있으며, 분자는 삼차 지방족 아민과 자유 아미노기를 지닌 방향족 아니린형 고리로 구성됩니다. 전자 구조는 방향족 고리에 인접한 국소화된 에스터 카보닐기로 특징지어지며(가수분해 민감도에 대한 전자 흡인 효과), 생리학적 내지 약알칼리 조건에서 양성자화되는 염기성 삼차 아민 중심을 포함하여 전압개폐 나트륨 채널에 결합 가능한 양이온성 형태를 형성합니다.
아미노에스터로서 프로카인은 혈장(유사)콜린에스터라제에 의해 가수분해되어 주로 파라-아미노벤조산(PABA)과 2-디에틸아미노에탄올로 대사되며, 이러한 빠른 효소 가수분해는 짧은 전신 반감기의 원인입니다. 분자는 적당한 극성을 가지며 계산된 위상극성표면적은 55.6으로 수소 결합 능력은 제한적(공여자 1개, 수용자 4개)입니다. 이 특성으로 인해 자유염기형은 수용성이 중간 정도이며, 일반적으로 사용되는 염산염, 질산염 등의 염 형태는 용해도가 높습니다. 지질친화성 예측치는 낮거나 중간 수준(\(\log P\) ≈ 1.8–2.1)으로 조직 내 빠른 확산이 가능하나 지질친화성이 매우 높은 구획에서 장기 축적은 제한적입니다.
프로카인은 침윤마취, 말초신경차단 및 신경축 시술에 사용되는 단시간 작용하는 국소마취제로 제약적 중요성이 확립되어 있습니다. 과거 ‘노보카인(Novocaine)’이라는 일반명으로 판매되었으나, 많은 임상 환경에서 아마이드형 마취제로 대체되었으나 여전히 프로토타입 에스터마취제 및 여러 제형의 중간체로 사용됩니다. 이 물질에 대해 보고된 일반 상업 등급은 BP, EP, USP입니다.
기본 물리화학적 특성
밀도 및 고상 형태
현재 데이터 컨텍스트 내에서 이 특성에 대한 실험적 확립값은 없습니다.
녹는점
서로 다른 형태에 대해 보고된 여러 실험적 녹는점:
- 자유염기형: \(61\,^\circ\mathrm{C}\) (반복적으로 녹는점 61 \(^\circ\mathrm{C}\)로 보고).
- 자유염기형(이수화물): 수용 알코올 내 바늘 형태, 녹는점 \(51\,^\circ\mathrm{C}\) (이수화물 형태 보고).
- 염산염(염): 결정체, 녹는점 범위 \(153\text{–}156\,^\circ\mathrm{C}\) (질산염/염산염 결정 형태 보고).
정성적으로 자유염기형은 용매 및 수화 상태에 따라 결정성 판/바늘 형태를 취하며, 염산염/질산염 형태는 주사제 제형에 적합한 보다 안정적이고 고온 녹는 결정성 고체를 형성합니다.
용해도 및 용출 거동
보고된 용해도 및 용출 관찰 내용:
- 물에서: \(9.45\times10^{3}\,\mathrm{mg}\,\mathrm{L}^{-1}\) (30 °C에서 보고).
- 동등한 수용성: \(6.81\,\mathrm{g}\,\mathrm{L}^{-1}\) 보고됨.
- 염산염의 경우: “1 g이 1 mL 물과 30 mL 알코올에 용해” (질산염/염산염 염에 대한 보고); 일부 염 형태에 대해 1 g이 1 mL 물 또는 15 mL 알코올에 용해된다는 보고도 있음.
- 용매 프로필: 에탄올, 에틸 에테르, 벤젠, 클로로포름에 가변적으로 용해되며 일부 결정성 형태는 디에틸 에테르에는 사실상 불용.
용출 거동은 형태에 강하게 의존하며, 자유염기형(중성)은 이온화된 염산염 형태에 비해 수용성이 제한적입니다. 염 형태 0.1 M 수용액의 pH는 약 6.0으로 보고됩니다. 염기 ↔ 짝산 평형(pKa 참조)이 수용성 양성자화 형태와 덜 용해되는 중성 자유염기형 간 분포를 조절합니다.
화학적 성질
산-염기 특성 및 정성적 pKa
프로카인은 양성자화 가능한 삼차 지방족 아민을 포함하며, 보고된 해리 상수는 다음과 같습니다:
- 염기성 \(\mathrm{p}K_a = 9.04\) (보고됨).
- 짝산 값: \(\mathrm{p}K_a = 8.05\) (15 °C에서 보고됨).
이 값들은 생리적 pH에서 삼차 아민이 주로 양성자화되어 수용성을 높이고 전압개폐 나트륨 채널의 음이온성 또는 극성 결합 부위와 양이온성 형태로 상호작용할 수 있음을 나타냅니다. 방향족 고리의 자유 아닐린형 아미노기는 염기성이 낮으며 수소결합 또는 대사 변형에 관여할 수 있으나 분배에 결정적 역할을 하는 주 프로톤화 부위는 아닙니다.
반응성 및 안정성
- 가수분해: 벤조에이트 에스터로서 혈장 에스테라제(유사콜린에스터라제)에 의해 가수분해되어 파라-아미노벤조산(PABA)과 2-디에틸아미노에탄올을 생성하며, 이는 빠른 대사 제거 및 짧은 전신 반감기의 원인입니다.
- 산화: 정량적 산화 안정성 데이터는 제공되지 않았으나 방향족 아민 및 삼차 아민은 강한 산화 조건 하에서 산화적 변환이 가능합니다.
- 열분해: 분해 시 독성 질소산화물(nitroxide)의 방출이 보고되었습니다.
- 보관 안정성: 염산염은 공기 중 안정하며 일부 결정형태와 염은 흡습성이 있습니다. 강한 알칼리와 반응(불용성 프로카인 염기 방출) 및 특정 시약(예: 요오드, 수은염화물)과 반응시 침전이 생기는 등 부적합성이 보고됩니다.
형태(자유염기형 대 염 형태) 선택이 화학적 안정성, 용해도 및 제형 적합성에 큰 영향을 미칩니다.
분자 매개변수
분자량 및 화학식
- 분자식: C13H20N2O2 (보고됨).
- 분자량: \(236.31\,\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\) (보고됨).
LogP 및 구조적 특징
계산 및 실험적 지질친화성 서술자 보고:
- 계산된 XLogP (XLogP3): \(1.9\) (계산값).
- 실험적/로그파생값: \(\log K_{ow} = 1.92\) (보고됨), 추가 보고값 \(\log P = 2.14\), 그리고 또 다른 보고값 \(1.8\).
이 중간 정도의 \(\log P\) 값은 방향족과 지방족 특성의 균형을 반영합니다: 방향족 p‑아미노벤조산염 조각은 지용성을 부여하는 반면, 이온화 가능한 3차 아민 및 에스터/아마이드 유사 관능기들은 전체적인 지용성을 조절하고 양성자화 시 극성을 증가시킵니다. 계산된 위상 극성 표면적(TPSA)은 55.6이며, 분자는 7개의 회전 가능한 결합을 가지고 있어 막 투과성과 수용체 접근과 관련된 중간 정도의 입체 유연성을 나타냅니다.
구조 식별자 (SMILES, InChI)
- SMILES: CCN(CC)CCOC(=O)C1=CC=C(C=C1)N
- InChI: InChI=1S/C13H20N2O2/c1-3-15(4-2)9-10-17-13(16)11-5-7-12(14)8-6-11/h5-8H,3-4,9-10,14H2,1-2H3
- InChIKey: MFDFERRIHVXMIY-UHFFFAOYSA-N
(식별자는 일반 텍스트로 제공되며 케미인포매틱스 용도로 적합합니다.)
식별자 및 동의어
등록 번호 및 코드
- CAS 등록 번호: 59-46-1 (제공됨).
- 유럽 연합(EC) 번호: 200-426-9.
- UNII: 4Z8Y51M438.
- ChEBI: CHEBI:8430.
- ChEMBL: CHEMBL569.
- DrugBank: DB00721.
- 추가 식별자(NSC, KEGG, HMDB 등)는 등록 목록에 보고되어 있습니다.
동의어 및 브랜드 비의존명
보고된 일반 동의어 및 비상표명에는 procaine; 2‑(Diethylamino)ethyl 4‑aminobenzoate; Novocaine; Novocain; Procaine base; p‑Aminobenzoic acid 2‑diethylaminoethyl ester; 2‑Diethylaminoethyl p‑aminobenzoate; Gerovital H3; Procain; Nissocaine; 및 역사적으로 사용된 다양한 상표명과 출원자 제공명이 포함됩니다. 이 동의어는 자유염기형과 염 형태 모두를 반영하며, 역사적/상업적 용례를 포함합니다.
산업 및 의약품 적용
활성 성분 또는 중간체 역할
프로카인은 주로 단기 작용 국소마취제(에스터 계열)로 국소 침윤, 말초 신경 차단 및 척수/신경축 마취에 사용됩니다. 치의학에서 사용되었으며, 근육 내 주사(예: 페니실린 제제)와 관련된 통증 완화에 적용되었습니다. 약리학적으로, 프로카인은 전압 개폐 나트륨 채널에 결합하여 이를 억제함으로써 신경 자극 전달을 차단합니다. 빠르게 파라-아미노벤조산(PABA)으로 대사되며, 이는 과민증 및 약물 상호작용(예: 설폰아미드 활성의 잠재적 길항)과 관련이 있습니다.
제형 및 개발 맥락
프로카인은 흔히 수용액 및 주사용으로 염산염 형태로 제형화되며, 침윤과 신경 차단용 0.5–2% 용액(에피네프린 포함 또는 미포함)과 척수 마취용 더 높은 농도가 보고됩니다. 시판 및 조제 형태로는 앰플, 바이알, 무균 주사액 제조를 위한 결정 제제가 포함됩니다. 제조 방법은 p‑아미노벤조산 유도체와 2‑디에틸아미노에탄올의 에스테르화 또는 니트로벤조산 전구체로부터부터 출발해 환원하는 다단계 합성이 포함됩니다. 개발 단계에서는 염 형태(HCl, 질산염 등) 선정, 잔류 용매 및 가수분해 안정성 관리가 주요한 제형화 고려사항입니다.
간결한 적용 요약이 필요하지만 본문에 직접 언급되지 않은 경우: 실제로 프로카인은 단기간 작용하며 빠르게 가수분해되는 에스터 마취제가 요구되고, 빠른 전신 청소가 유리한 상황에서 선택됩니다.
규격 및 등급
일반 등급 유형 (의약품, 분석용, 기술용)
프로카인에 적용되는 전형적 등급 개념에는 의약품(약전) 등급, 분석용 시약 등급 및 기술/산업용 등급이 포함됩니다. 이 물질의 보고된 상업용 등급으로는 BP, EP, USP가 있습니다.
의약품(USP/EP/BP) 등급은 주사 및 국소 의약품에 사용되며, 분석용 등급은 품질 관리 시 활성 성분 및 불순물 분석에 적합합니다. 기술용 등급은 제조 중간체 또는 비임상 용도에 사용될 수 있습니다.
일반 품질 속성 (정성적 설명)
조달 및 규격을 위한 품질 속성은 다음과 같습니다:
- 확인(구조, SMILES/InChI/InChIKey).
- 활성 성분 함량(약전 수치).
- 순도 프로필 및 불순물 한도(여기에 명시되지 않음), 잔류 용매, 가수분해 생성물(PABA) 및 합성 관련 불순물을 포함.
- 염 형태 규격(자유염기 대 염산염/질산염).
- 입자 형태 및 수화 상태(결정 형태, 수화물/비스수화물).
- 흡습성 및 저장 안정성: 일부 결정 염형은 흡습성이 있어 적절한 포장이 필요.
구체적 함량 한도 및 불순물 임계치는 적용되는 약전 및 제품 규격에 의해 설정되며 여기에 나열하지 않습니다.
안전 및 취급 개요
독성학 프로필 및 노출 고려사항
- 급성 독성: 보고된 LD50 값으로는 \(350\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\) (경구, 생쥐) 및 기타 경로별 LD50s (예: 생쥐 복강 주사(ip) \(124\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\), 정맥 주사(iv) \(45\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\), 랫드 피하 주사(sc) \(600\,\mathrm{mg}\,\mathrm{kg}^{-1}\))가 있습니다.
- 생물학적 반감기: 전형적인 성인 대상에서 최종 반감기는 약 \(7.7\)분으로 보고되며, 빠른 에스테라아제 가수분해에 기인합니다.
- 위험 등급: 급성 경구 독성 주의사항(H302: 삼키면 유해)과 피부 감작성(알레르기 접촉 피부염)이 문서화되어 있으며, 에스터형 국소마취제(프로카인, 벤조카인, 테트라카인) 및 PABA 유도체 간 교차 반응성이 존재합니다.
- 전신적 위험: 과다복용 또는 의도치 않은 혈관내 주사는 중추신경계 흥분과 이후 억제, 발작, 부정맥을 포함한 심혈관계 영향 및 심한 경우 심장마비(국소마취제 전신독성, LAST)를 초래할 수 있습니다. 과민증 및 아나필락토이드 반응도 보고되어 응급 조치가 필요할 수 있습니다.
직업적 노출 관리는 흡입 및 피부 접촉 최소화, 임상 상황에서 우발적 혈관내 투여 방지, 과민증 위험 인지에 중점을 두어야 합니다.
저장 및 취급 지침
- 선택된 염 또는 자유염기 형태에 맞는 권장 조건에서 밀폐 용기에 보관; 많은 약전 제제는 결정 염의 흡습 방지를 위해 보호된 건조 저장을 명시합니다.
- 분해나 침전을 일으킬 수 있는 강산화제 및 강염기는 피하고, 흡습성 염은 수분 조절이 필요합니다.
- 제조 및 분석 취급 시 적절한 개인 보호구(장갑, 안면 보호) 및 공학적 제어(국소 배기, 밀폐)를 사용합니다.
- 임상 사용 시 용량 제한 준수, 주사 시 흡인 기술 및 모니터링을 통해 혈관내 주입 및 전신 독성 위험을 줄여야 합니다.
자세한 위험, 운송 및 규제 정보는 제품별 안전보건자료(SDS) 및 현지 법규를 참조하시기 바랍니다.
