Physostigmine 保存不當會使顏色變紅，係因為水解及氧化形成何種化合物所致？

本題觀念：

本題考查的是 Physostigmine (Eserine) 的藥物安定性 (Stability) 與降解途徑。Physostigmine 是一種氨基甲酸酯類 (Carbamate) 生物鹼，結構中含有易水解的酯鍵 (Ester linkage) 和易氧化的酚類結構 (Phenolic structure)。

選項分析

• A. rubreserine：正確。
  • 降解機制：Physostigmine 在水溶液中或保存不當（接觸光、熱、空氣、鹼性環境）時，首先會發生水解 (Hydrolysis)，脫去 methylcarbamate 基團，形成 Eseroline (無色)。
  • 呈色原因：Eseroline 結構中含有酚 (Phenol) 基團，極不穩定，易被空氣中的氧氣氧化 (Oxidation)，進一步形成具有醌 (Quinone) 結構的 Rubreserine。
  • 顏色：Rubreserine 呈現明顯的紅色 (Red)。若進一步降解，可能會形成藍色的 Eserine blue。
• B. eseramine：錯誤。Eseramine 是存在於毒扁豆 (Calabar bean) 中的另一種微量生物鹼，或是其衍生物，並非 Physostigmine 變紅的主要降解產物。
• C. physovenine：錯誤。Physovenine 亦為毒扁豆中的另一種微量生物鹼（結構上將 Physostigmine 的 N-H 換成 O-ether），不具備紅色降解特徵。
• D. geneserine：錯誤。Geneserine 通常被認為是 Physostigmine 的 N-oxide (氧化物) 衍生物，或者是萃取過程中的產物，其本身並非導致變紅的氧化醌類產物。

答案解析

Physostigmine (Eserine) 的變色反應是藥劑學中經典的安定性案例。其降解過程分為兩步：

1. 水解 (Hydrolysis)：Physostigmine 的氨基甲酸酯 (Carbamate) 部分水解，生成 Eseroline 和甲胺 (Methylamine) 及二氧化碳。
2. 氧化 (Oxidation)：Eseroline 在光線、氧氣或鹼性條件下，其酚環結構被氧化，生成 Rubreserine。

Rubreserine 是一種鄰醌 (o-quinone) 結構的化合物，正是它導致溶液呈現紅色。因此，題目描述的「水解及氧化形成何種化合物」即指 Rubreserine。

核心知識點

1. Physostigmine (Eserine) 結構特徵：
   • 屬於 Indole alkaloid。
   • 含 Carbamate (氨基甲酸酯) 結構 $\rightarrow$ 易 水解 (酸鹼催化)。
   • 水解產物 Eseroline 含 Phenol (酚) 結構 $\rightarrow$ 易 氧化。
2. 降解途徑與顏色變化：
   • Physostigmine $\xrightarrow{水解}$ Eseroline (無色) $\xrightarrow{氧化}$ Rubreserine (紅色) $\xrightarrow{進一步氧化}$ Eserine Blue (藍色)。
3. 保存條件：
   • 應避光、密閉保存。
   • 注射劑中常添加抗氧化劑（如 Sodium bisulfite）以防止氧化變色。
   • 配製時pH值通常維持在酸性 (pH 3.5-4.0) 以延緩水解與氧化 (鹼性會加速兩者)。

參考資料

1. Vertex AI Search Result 1.1: Formation Mechanism of the Colored Compounds Derived from Eserine (Physostigmine) - Rubreserine is a dark red o-quinone formed by oxidation of eseroline.
2. Vertex AI Search Result 1.5: Physostigmine - Wikipedia. "The carbamate functional group readily hydrolyses... yields the metabolite eseroline... and the red dye rubreserine on air oxidation."
3. Vertex AI Search Result 1.7: Anaerobic stability of aqueous physostigmine solution - Identifies eseroline and rubreserine as degradants.