Theophylline 之基本化學結構如下圖，其取代基為：

本題觀念：

本題考查的是甲基黃嘌呤類 (Methylxanthines) 藥物的化學結構辨識。這類藥物皆具有 Xanthine (黃嘌呤) 的基本骨架，透過在 N1、N3、N7 位置上的甲基取代基不同來區分不同的藥物（如：Theophylline, Caffeine, Theobromine）。

影像分析：

題目所提供的化學結構圖為 Xanthine (黃嘌呤) 的通用骨架（Purine-2,6-dione）。讓我們對照標準的 Purine 編號系統來分析圖中的取代基位置：

1. R1 位置：位於左側兩個羰基 (C=O) 之間的氮原子上，對應於嘌呤環的 N1 位置。
2. R2 位置：位於左下側羰基與雙鍵橋接碳之間的氮原子上，對應於嘌呤環的 N3 位置。
3. R3 位置：位於右側五福咪唑環 (Imidazole ring) 上方的氮原子上，對應於嘌呤環的 N7 位置。

因此，題目實際上是詢問 Theophylline (茶鹼) 在 N1、N3、N7 位點的取代基情形。

選項分析

我們根據甲基黃嘌呤類的構效關係 (SAR) 來逐一分析選項：

• (A) R1=CH3, R2=R3=H

  • 這是 1-Methylxanthine。它是 Caffeine 或 Theophylline 在體內代謝的中間產物，並非 Theophylline 本身。

• (B) R1=R2=R3=CH3

  • 這代表 N1、N3、N7 皆接上甲基，即 1,3,7-Trimethylxanthine。
  • 這是 Caffeine (咖啡因) 的結構。

• (C) R1=R2=CH3, R3=H

  • 這代表 N1 和 N3 接上甲基，N7 保持為氫，即 1,3-Dimethylxanthine。
  • 這是 Theophylline (茶鹼) 的標準化學名稱與結構。
  • 故此選項為正確答案。

• (D) R1=H, R2=R3=CH3

  • 這代表 N3 和 N7 接上甲基，N1 保持為氫，即 3,7-Dimethylxanthine。
  • 這是 Theobromine (可可鹼) 的結構，常見於巧克力中。

答案解析

Theophylline 的化學名為 1,3-Dimethylxanthine。 對照題目圖片：

• R1 (N1) 應為甲基 (CH3)
• R2 (N3) 應為甲基 (CH3)
• R3 (N7) 應為氫原子 (H)

因此，正確選項為 (C)。

核心知識點

考生應熟記以下三種常見甲基黃嘌呤藥物的結構差異：

1. Theophylline (茶鹼): 1,3-Dimethylxanthine (支氣管擴張作用較強)。
2. Theobromine (可可鹼): 3,7-Dimethylxanthine (利尿作用較強，中樞興奮極弱)。
3. Caffeine (咖啡因): 1,3,7-Trimethylxanthine (中樞興奮作用最強)。

記憶口訣：

• Theophylline: "Theo" 與 "Two" 音近（雖然只有兩個甲基，但它是1,3位），主要用於治療哮喘（需擴張支氣管，位置靠左側 N1, N3）。
• Caffeine: "Coffee" 喝了最興奮，甲基最多（三個）。

臨床重要性

• 治療指數 (Therapeutic Index)：Theophylline 的治療指數狹窄，一般治療濃度範圍為 10-20 mcg/mL。超過 20 mcg/mL 易產生噁心、嘔吐、心律不整（Tachycardia）、甚至癲癇（Seizures）。
• 代謝交互作用：主要經由肝臟 CYP1A2 代謝。
  • 誘導劑 (Inducers)：吸菸 (Smoking)、Charcoal-broiled foods、Rifampin、Phenytoin 會加速代謝，需增加劑量。
  • 抑制劑 (Inhibitors)：Ciprofloxacin、Erythromycin、Cimetidine 會抑制代謝，導致血中濃度升高，需減少劑量以防中毒。

參考資料

1. PubChem - Theophylline Compound Summary (CID 2153)
2. Foye's Principles of Medicinal Chemistry - Pulmonary Agents