코카인 (cocain)과 치과용 마취제

ammonia가 약염기인 것 처럼, 약염기이면서 아민 (amine)이라고 부르는 질소가 포함된 유기 화합물이 있다. 유기화학의 초창기에는 자연 원료로 부터 얻어지는 염기성 아민류를 식물성 알칼리 (vegetable alkali)라고 하였지만, 현재는 알칼로이드 (alkaloid)라고 부른다. 

알칼로이드는 우리의 일상생활에서 많이 관찰되고 이용되고 있다. 예로, 상한 물고기의 냄새는 CH3NH2 (methylamine)으로부터 나오게 되는데 이러한 냄새를 제거하기 위해 레몬주스를 이용하는 것은 레몬내에 있는 citric acid와 생선의 methylamine의 산과 염기 반응을 유도하는 것이다.

 또한 오늘날 사용되고 있는 의약품의 50% 이상이 자연계에 존재하는 아민 (amine)으로부터 유도되었다. 예로, 진통제로 사용되고 있는 모르핀 (morphine)은 아편 양귀비 (Papaver somniferum)로부터 얻어지며 기관지 확장제, 충혈 제거제 및 식욕 억제제인 에페드린 (ephedrine)은 중국 식물인 Ephedra sinica로 부터 얻어진다. 그리고 한번쯤은 들어 봤을 마취제 및 중추신경 억제제인 코카인 (cocain)은 Erythroxylon coca라는 코카나무에서 얻어진다. (현재는 폐기되었지만 1906년까지 코카콜라의 제조법에는 소량의 코카인이 들어가있었다.)

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코카인 그 자체는 중독성이 강하기 때문에 의약품으로 더이상 사용되지 않지만 이로 인해 마취적 특성을 가지며 중독성이 없는 화합물에 대한 연구가 활발히 시작되게 된다. 결국 오늘 날에 이르러서는 치과용 및 외과용 마취제로 널리 사용되는 caine류 마취제를 합성하게 되는 성과를 이루게 된다. 

이러한 용도의 최초의 화합물인 프로카인 (procaine)은 1898년에 합성되어 Novocain이라는 이름으로 판매되었다. (오늘날에는 국소 마취제로 이용되고 있다.) 자일로카인 (Xylocaine이라는 이름으로 판매되는 리도카인 (Lidocaine)은 1943년에 도입되었으며, 1960년에는 메피가카인 (mepivacine (Carbocaine)) 또한 새롭게 등장하였다. 그 이후에는 부피바카인 (bupivacaine (Marcaine))과 프릴로카인 (prilocaine (Citanest))가 널리 보급되었다. 

하지만 이렇게 비슷한 구조를 가지는 카인 유도체 (caine derivatives)라도 각각의 특성은 굉장히 다른데 예로 프릴로카인 (prilocaine)의 약효는 45분간 지속되는데 반해 부피바카인 (bupivacaine)의 약호는 3시간에서 6시간까지 지속된다. 

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이렇게 미세한 구조적 차이로부터 오는 특성 변화를 이뤄내기 위해 의약품을 개발하는 많은 분들은 이미 효과가 알려진 약품 및 천연물을 바탕으로 그 유도체를 시험해보는 경우가 많다. (새로운 신약을 한번에 개발하는 것 보다 기존에 목표로하는 효과가 있는 물질을 중심으로 유도체를 테스트 하는 것이 훨씬 더 경제적으로 그리고 시간적으로도 효율적이다.)

또한 유도체이기에 이름도 그 구조적 차이에 의해서 지어지는 경우가 많다. 예를 들어 Mepivacaine의 경우 아민 (amine)에 메틸 그룹 (methyl group - CH3)이 하나이기에 Mepivacaine 그리고 Bupivacaine의 경우 부틸 그룹 (butyl group - C4H10)이 붙어 있기에 Bupivacaine으로 명명되었을 거리고 예상된다.

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미국 National Academy of Science의 보고에 따르면 살아 있는 종의 1% 이하만이 그 역할이나 특성이 밝혀졌다고 말하고 있다. 이에 오늘날에도 알칼로이드 화학은 여전히 활발한 연구 분야로 남아 있으며 잠재적으로 유용한 성질을 갖는 수 많은 물질이 발견될 여지가 남아 있다고 할 수 있다.