115年:藥學二(第2次)

下列何種藥物於鹼性環境(0.1 N NaOH)下,不具有助色基團(auxochrome)?

Aphenylephrine
Bsulfurazole
Cephedrine
Dprocaine

詳細解析

本題觀念

本題考紫外可見光分析中發色團(chromophore)與助色基團(auxochrome)的結構判斷。發色團是分子中負責吸收紫外或可見光、產生特定吸收帶的共軛系統,例如苯環或延伸的芳香環—羰基系統;助色基團則是直接連接在發色團上的含孤電子對基團,如羥基、胺基或烷氧基。這些孤電子對可以和芳香 π 電子系統共振,使吸收強度增加或吸收波長改變。在 0.1 N NaOH 的鹼性環境中,酚羥基通常可去質子化成酚鹽,孤電子對的可共振程度更明顯,因此是否「直接連在苯環上」是本題的關鍵。

不能只看藥物分子裡有沒有 OH 或 NH,就直接判定具有助色基團;必須看該基團的位置與發色團的共軛關係。phenylephrine 的酚羥基直接接在苯環上,sulfurazole 的對位芳香胺也直接連接苯環,procaine 同樣具有直接接在芳香環上的對位胺基;這些基團都有機會把孤電子對供給芳香系統。ephedrine 雖然含有 OH 和 N-methylamino,但兩者都位於苯環外的飽和側鏈,與苯環 π 系統沒有直接共軛,因此依本題的 UV 結構判準不具有助色基團。

選項分析

A. phenylephrine:錯誤。phenylephrine 含有直接連接在苯環上的酚羥基。鹼性環境會使酚羥基部分或大量轉成 phenolate,氧上的孤電子對能與芳香環共振;它不只是提高水溶性,也能改變芳香發色團的電子分布與吸收特性。因此雖然分子另有側鏈胺基,直接連環的酚羥基已符合助色基團的主要判定條件。

B. sulfurazole:錯誤。sulfurazole 通常指 sulfisoxazole(sulfafurazole)類結構,苯環上有對位磺醯胺取代基,且芳香胺直接連在苯環上。鹼性條件下,這個芳香胺的孤電子對可與苯環 π 系統互動,因而可作為助色基團;磺醯胺及異噁唑環也會影響整體電子效應,但本題只需抓住芳香胺與苯環的直接連接,不宜因結構較複雜就判為沒有助色基團。

C. ephedrine:正確。ephedrine 的苯環是主要的 benzoid chromophore,但 β-羥基位在側鏈碳上,N-methylamino 也位於側鏈,兩者均未直接接在苯環上。它們雖然分別含有氧、氮與孤電子對,也可能參與氫鍵、酸鹼反應或改變溶解性,卻不能在本題的紫外結構判定中有效延伸苯環的共軛。因此 ephedrine 被視為沒有附著或參與該發色團的助色基團,是官方答案。

D. procaine:錯誤。procaine 含有對位胺基直接連接於苯環,另有芳香酯與二乙胺基乙基側鏈。直接連環的胺基可用孤電子對和芳香 π 系統作用,具助色基團特徵;在鹼性介質中胺基不以鹽酸鹽形式被完全質子化,電子供應能力較能表現。側鏈胺基主要影響鹼性、鹽形成與水溶性,但不應與直接連接苯環的芳香胺混為一談。

答案解析

官方答案為 C。判斷流程是先找出每個分子的芳香發色團,再確認是否有含孤電子對的基團直接連在發色團上。phenylephrine 的酚羥基、sulfurazole 的芳香胺及 procaine 的對位芳香胺,都能在芳香 π 系統旁提供電子,故具有助色基團。ephedrine 的 OH 與 N-methylamino 雖然存在於分子中,但均在飽和側鏈,和苯環之間隔著 sp3 碳,不能形成直接共軛;所以本題問「不具有」時選 ephedrine。0.1 N NaOH 的條件尤其會凸顯酸性羥基去質子化與電子共振,但不會把原本隔離的側鏈官能基變成芳香環助色基團。

核心知識點

  • 發色團是造成紫外/可見光吸收的共軛系統;苯環可視為常見的 benzoid chromophore。
  • 助色基團需含孤電子對,並且通常要直接連接或參與發色團共軛;單純存在 OH 或 NH 不足以判定。
  • 鹼性條件可使酚羥基去質子化,增加可參與共振的電子,改變吸收強度或波長。
  • 判讀藥物結構時要分辨芳香胺與位於飽和側鏈的胺基,兩者和芳香 π 系統的共軛能力不同。
  • ephedrine 的側鏈 OH 與 N-methylamino 未直接接在苯環上,因此是本題不具有助色基團的選項。

參考資料

  1. Auxochrome
  2. Ephedrine
  3. Sulfisoxazole
  4. Phenylephrine
  5. Procaine
  6. UV-visible pharmaceutical analysis reference