Cofeină | |||
---|---|---|---|
| |||
General | |||
Nume sistematic |
1,3,7-trimetil-1H-purină-2,6(3H,7H)-dionă | ||
Nume tradiționale |
1,3,7-trimetil xantină , guaranină, cofeină, mateină, metilteobromină , teină |
||
Chim. formulă | C8H10N4O2 _ _ _ _ _ _ _ | ||
Şobolan. formulă | C8H10N4O2 _ _ _ _ _ _ _ | ||
Proprietăți fizice | |||
Stat | solid cristalin incolor sau alb, inodor | ||
Masă molară | 194,19 g/ mol | ||
Densitate | 1,23 g/cm³ | ||
Proprietati termice | |||
Temperatura | |||
• topirea | 234°C | ||
• sublimarea | 180°C | ||
Proprietăți chimice | |||
Constanta de disociere a acidului | paisprezece | ||
Structura | |||
Moment dipol | 3,64 D | ||
Clasificare | |||
Reg. numar CAS | 58-08-2 | ||
PubChem | 2519 | ||
Reg. numărul EINECS | 200-362-1 | ||
ZÂMBETE | C[n]1cnc2N(C)C(=O)N(C)C(=O)c12 | ||
InChI | InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-6-5(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N | ||
RTECS | EV6475000 | ||
CHEBI | 27732 | ||
ChemSpider | 2424 | ||
Siguranță | |||
Limitați concentrația | 0,5 mg/m³ (conform GOST 12.1.005-76) | ||
LD 50 | 120-149,442 mg/kg (șoareci, oral) | ||
Toxicitate | înalt | ||
Pictograme BCE | |||
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel. | |||
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Cofeină | |
---|---|
Component chimic | |
Formula brută | C8H10N4O2 _ _ _ _ _ _ _ |
CAS | 58-08-2 |
PubChem | 2519 |
banca de droguri | 00201 |
Compus | |
Clasificare | |
ATX | N06BC01 |
Alte nume | |
teina, mateina, cafeina, guaranina | |
Fișiere media la Wikimedia Commons |
Cofeina (de asemenea mateina [1] , teina [1] , guaranina [1] [2] ) este un alcaloid purinic , cristale amare incolore sau albe. Este o substanta psihoactiva care se gaseste in cafea , ceai , mate , bauturi energizante si multe bauturi racoritoare . Este inclus și în preparatele farmaceutice [3] .
Cofeina se găsește în plante: cafea [4] [5] , frunze de ceai [3] [5] , boabe de cacao [3] , frunze de ilfin paraguayan ( mate ) [3] [6] , guarana [7] [8][ clarifica ] , cola [9] și alții. Este sintetizat de plante pentru a proteja împotriva insectelor care mănâncă frunze, tulpini și boabe, precum și pentru a încuraja polenizatorii [3] .
La animale și la oameni, cofeina stimulează sistemul nervos central , îmbunătățește activitatea cardiacă, accelerează pulsul , provoacă dilatarea vaselor de sânge (în principal vasele mușchilor scheletici, creierul (îngustează lumenul arterelor cerebrale), inima, rinichii), crește urinarea , reduce agregarea trombocitară (totuși, în unele cazuri, se remarcă efecte opuse). Acest lucru se datorează faptului că cofeina blochează enzima fosfodiesteraza , care descompune AMPc , făcându-l să se acumuleze în celule. cAMP este un mediator secundar prin care se efectuează efectele diferitelor substanțe active fiziologic, în primul rând adrenalina . Astfel, acumularea de cAMP duce la efecte asemănătoare adrenalinei.
În medicină, cofeina este folosită ca parte a unui remediu pentru durerile de cap , migrene , ca stimulent al respirației și al activității cardiace în răceli , pentru creșterea performanței psihice și fizice, pentru eliminarea somnolenței [10] .
Cofeina a fost descoperită în 1819 și numită de chimistul german Ferdinand Runge [11] .
Cofeina a fost izolată pentru prima dată în formă pură de Pierre Pelletier și Joseph Cavantoux în 1828. În 1832, compoziția sa a fost stabilită de F. Wehler și H. G. Pfaff cu J. Liebig .
În 1827, M. Oudry a izolat un nou alcaloid din frunzele de ceai și l-a numit teină. În 1838, Jobst și G. J. Mulder au dovedit identitatea teinei și a cofeinei.
Structura chimică a moleculei de cofeină a fost elucidată spre sfârșitul secolului al XIX-lea de către G. E. Fisher , care a fost și primul care a sintetizat artificial cafeina. În 1902, a primit , printre altele, Premiul Nobel pentru Chimie pentru această lucrare [12] .
Denumirea chimică a cofeinei este 1,3,7- trimetilxantina . Într-un mediu alcalin (la pH > 9), se transformă în cafeidină C 7 H 12 N 4 O. Ca structură și proprietăți farmacologice, cofeina este apropiată de teobromină și teofilină ; toți cei trei alcaloizi aparțin grupului metilxantinelor . Cofeina are un efect mai bun asupra sistemului nervos central , iar teofilina și teobromina - ca stimulente cardiace și diuretice ușoare .
Cofeina, ca și alți alcaloizi purinici , dă o reacție murexide pozitivă ; atunci când este încălzită cu reactivul Nessler , cofeina formează un precipitat roșu-maroniu, spre deosebire de teobromina , care dă o culoare maro deschis în astfel de condiții.
Cristale albe în formă de ac cu gust amar , inodore . Să ne dizolvăm bine în cloroform , ne vom dizolva prost în apă rece (1:60), este ușor - la cald (1:2), cu greu ne vom dizolva în etanol (1:50). Soluțiile sunt neutre; sterilizat la +100 °C timp de 30 min. T pl. 234°C.
În microdoze, cofeina are un efect stimulator asupra sistemului nervos . Cu utilizarea prelungită, poate provoca o dependență slabă - teism . În doze mari, provoacă epuizare, iar în doze de 150-200 mg per kilogram de greutate corporală (80-100 de căni de cafea pentru o perioadă limitată de timp, în funcție de individ, proprietățile fiziologice ale organismului, 1-2 ore ) - moarte [13][ specificați ] . Sub influența cofeinei, activitatea cardiacă se accelerează, tensiunea arterială crește, starea de spirit se îmbunătățește timp de aproximativ 40 de minute datorită eliberării de dopamină , dar după 3-6 ore efectul cofeinei dispare: oboseală, letargie și scăderea capacității de muncă.
Caracteristicile fiziologice ale acțiunii cofeinei asupra sistemului nervos central au fost studiate de I. P. Pavlov și colegii săi, care au arătat că cofeina îmbunătățește și reglează procesele de excitație în cortexul cerebral ; în doze adecvate, îmbunătățește reflexele condiționate pozitive cum ar fi: memorie, concentrare, viteza de reactie si creste activitatea motorie. Efectul de stimulare duce la creșterea performanței psihice și fizice, la scăderea oboselii și a somnolenței. Dozele mari pot duce, totuși, la epuizarea celulelor nervoase. Efectul cofeinei (precum și al altor psihostimulanți) asupra activității nervoase superioare depinde în mare măsură de tipul de sistem nervos. Prin urmare, doza de cofeină trebuie făcută ținând cont de caracteristicile individuale ale activității nervoase. Cofeina slăbește efectul somniferelor și al opiaceelor și sporește efectul psihostimulanților, crește excitabilitatea reflexă a măduvei spinării , excită centrii respiratori și vasomotori. Activitatea cardiacă sub influența cofeinei crește, contracțiile miocardice devin mai intense și devin mai frecvente. În stările colaptoide și de șoc , presiunea arterială crește sub influența cofeinei, cu presiunea arterială normală nu se observă modificări semnificative, deoarece simultan cu excitarea centrului vasomotor și a inimii, sub influența cofeinei, vasele de sânge ale scheletului . mușchii și alte zone ale corpului se extind (vasele creierului, inimii, rinichii ), cu toate acestea, vasele organelor abdominale (cu excepția rinichilor) se îngustează. Diureza sub influența cofeinei crește oarecum, în principal din cauza scăderii reabsorbției electroliților în tubii renali.
Cofeina scade agregarea trombocitelor .
Sub influența cofeinei, activitatea secretorie a stomacului este stimulată .
Conform datelor moderne, în mecanismul de acțiune al cofeinei, efectul său inhibitor asupra enzimei fosfodiesterazei joacă un rol semnificativ , ceea ce duce la acumularea intracelulară de adenozin monofosfat ciclic (cAMP). AMP ciclic este considerat o substanță mediatoare (mediator secundar), cu ajutorul căreia se realizează efectele fiziologice ale diferitelor substanțe medicinale biogene. Sub influența AMP ciclic, procesele de glicogenoliză , lipoliza sunt îmbunătățite, procesele metabolice sunt stimulate în diferite organe și țesuturi, inclusiv țesutul muscular și sistemul nervos central. Se crede că stimularea secreției gastrice de către cofeină este, de asemenea, asociată cu o creștere a conținutului de AMP ciclic în mucoasa gastrică (vezi și Teofilină , Cimetidină ).
În mecanismul neurochimic al efectului de stimulare al cofeinei, un rol important îl joacă capacitatea sa de a se lega de receptorii specifici de „ purină ” sau adenozină din creier, agonistul endogen pentru care este nucleozidul purinic - adenozina . Asemănarea structurală a moleculei de cafeină și adenozină contribuie la aceasta. Deoarece adenozina este considerată un factor care reduce procesele de excitare din creier, înlocuirea acesteia cu cofeină duce la un efect stimulant. Cu utilizarea prelungită a cofeinei, este posibilă formarea de noi receptori de adenozină în celulele creierului, iar efectul cofeinei scade treptat. Cu toate acestea, odată cu încetarea bruscă a consumului de cofeină, adenozina ocupă toți receptorii disponibili, ceea ce poate duce la creșterea inhibiției cu simptome de oboseală, somnolență , depresie etc.
Datorită proprietăților stimulatoare ale cofeinei și a dependenței fizice de aceasta, mulți oameni consumă alimente (băuturi) cu cofeină pentru a le revigora. Cafeaua se bea cel mai adesea dimineata pentru a restabili rapid vigoarea dupa somn. Ceaiul (negru, verde) se bea în orice moment al zilei, de obicei după mese. Deoarece ceaiul este adesea băut pentru gust sau pentru a potoli setea, se produc ceaiuri decofeinizate care nu au proprietățile (uneori nedorite) de a stimula sistemul nervos central și de a crește tensiunea arterială. Se produce si cafea decofeinizata .
În medicină, cofeina (și cofeină-benzoat de sodiu) este utilizată pentru boli infecțioase și alte boli însoțite de deprimarea funcțiilor sistemului nervos central și ale sistemului cardiovascular, în caz de otrăvire cu medicamente și alte otrăvuri care deprimă sistemul nervos central, cu spasme ale vaselor cerebrale (cu migrenă etc.), pentru a îmbunătăți performanța psihică și fizică, pentru a elimina somnolența. Cofeina este folosită și pentru enurezis la copii.
Cofeina este folosită și ca diuretic .
Cofeina este ingredientul activ din majoritatea „băuturilor energizante” (majoritatea acestor băuturi conțin 250-350 mg/l, dar unele băuturi energizante, în special cele făcute pentru sportivi, pot conține de zece ori mai multă cofeină) [14] .
Cofeina este o componentă a „gumelor de mestecat energetice” (majoritatea dintre ele conțin 50-75 mg, dar unele gume de mestecat energetic STAY ALERT®, în special cele fabricate pentru armata SUA [15] , conțin până la 100 mg de cofeină).
Conținutul de cofeină în cafea este de 380-650 mg/l, în cafeaua instant - 310-480 mg/l, în cafeaua Espresso - 1700-2250 mg/l. Băutura „Cola” conține aproximativ 150 mg/l de cofeină [16] [17] . Conținutul de cofeină din ceai variază într-un interval destul de larg - de până la 5-6 ori într-o frunză uscată - în funcție de varietatea și vârsta tufei de ceai, timpul de colectare, durata fermentației și alți factori [18] . În ceaiul preparat, conținutul de cofeină depinde în mare măsură de metoda de preparare (durata, temperatura apei) și poate diferi și de câteva ori [18] [19] . În majoritatea cazurilor, conținutul de cofeină din ceaiul preparat este în intervalul 180–420 mg/l [20] [21] . Produsele decofeinizate mai contin cafeina, dar intr-o cantitate redusa. Deci, de exemplu, ceaiul negru decofeinizat conține de obicei de la 8 la 42 mg de cofeină la 1 litru de băutură [20] . Procesul de decofeinizare elimină de obicei 94% până la 98% din cofeină din cafea [22] .
Efectul psihostimulant al cofeinei se bazează pe capacitatea sa de a suprima activitatea receptorilor centrali de adenozină (A1 și A2) din cortexul cerebral și formațiunile subcorticale ale sistemului nervos central. S-a demonstrat acum că adenozina (un produs intermediar al metabolismului ATP) joacă rolul unui neurotransmițător în SNC, afectând agonistic receptorii de adenozină localizați pe membranele citoplasmatice ale neuronilor. Excitarea receptorilor de adenozină de tip I (A1) de către adenozină determină o scădere a formării cAMP în celulele creierului, ceea ce duce în cele din urmă la inhibarea activității lor funcționale.
Blocarea receptorilor A1-adenozinei contribuie la încetarea efectului inhibitor al adenozinei, care se manifestă clinic printr-o creștere a performanței mentale și fizice.
Cu toate acestea, cofeina nu blochează selectiv doar receptorii A1-adenozinei din creier și, de asemenea, blochează receptorii A2-adenozinei. S-a dovedit că activarea receptorilor A2-adenozinei (cel mai probabil, heteroreceptori presinaptici) în SNC este însoțită de suprimarea activității funcționale a receptorilor de dopamină D2 . Blocarea receptorilor A2-adenozinei de către cofeină ajută la restabilirea activității funcționale a receptorilor dopaminergici D2 , care contribuie, de asemenea, la efectul psihostimulant al medicamentului.
Din partea sistemului nervos central: agitație, anxietate, tremor (tremur degete de la mâini și de la picioare), anxietate, cefalee , amețeli , convulsii , reflexe crescute, tonus muscular crescut , tahipnee , insomnie ; cu anulare bruscă - procese crescute de inhibare a sistemului nervos central (oboseală și somnolență).
Din tractul gastrointestinal : greață, vărsături, exacerbare a ulcerului peptic .
Din partea sistemului cardiovascular: creșterea ritmului cardiac, tahicardie , aritmie , creșterea tensiunii arteriale .
Simptome - dureri abdominale , agitație , anxietate, agitație mentală și motrică, confuzie, delir (disociativ), deshidratare, tahicardie, aritmie, hipertermie, urinare frecventă, cefalee, sensibilitate crescută la tactil sau la durere, tremor sau contracții musculare; greață și vărsături, uneori cu sânge; zgomot în urechi, convulsii epileptice (cu supradozaj acut - convulsii tonico-clonice ).
Cofeina în doze de peste 300 mg pe zi (inclusiv pe fondul abuzului de cafea - mai mult de 4 căni de cafea naturală a câte 150 ml fiecare) poate provoca anxietate, dureri de cap, tremor, confuzie, extrasistolă .
Cofeina, ca și alte stimulente ale SNC, este contraindicată în hiperexcitabilitate, insomnie , hipertensiune arterială severă și ateroscleroză , în boli organice ale sistemului cardiovascular , la bătrânețe și în glaucom . Aportul de cofeină accelerează creșterea chisturilor la pacienții cu boală polichistică .
S-a sugerat că cofeina în doze mari sau abuzul cronic poate induce psihoza la indivizi sănătoși sau poate exacerba psihoza preexistentă la pacienții schizofrenici [23] [24] [25] .
Cofeina, teobromina , teofilina în doze mari cu utilizare cronică pot duce la epuizarea sistemului nervos , care poate deveni baza psihozei ulterioare [26] .
Cea mai frecvent descrisă apariție a delirului în supradozajul de cafeină [27] . Există un aflux de halucinații vizuale vii, uneori auditive, o persoană își pierde orientarea în lumea din jurul său. După îndepărtarea cofeinei din organism, amintirea trecutului este de obicei păstrată parțial sau complet. Unii pacienți își pierd capacitatea de a aprecia distanțele corect, iar obiectele par a fi mai aproape decât sunt în realitate [28] . Tulburări somatice asociate cu delir: midriază, hiperemie , ataxie , tahicardie, sete severă, piele uscată și mucoase, cianoză a pielii, uneori creșterea tensiunii arteriale și febră [29] . Simptomele neurologice și somatice în acest caz sunt similare cu cele din intoxicația cu atropină [27] .
În cazuri mai severe, poate exista o stupefiere mai profundă a conștiinței, însoțită de o excitare motrică fără sens [28] . În aceste cazuri, amnezia completă ulterioară este frecventă [28] , iar tabloul clinic este mai aproape de tulburarea crepusculară a conștiinței [30] .
Există un caz în care o femeie în vârstă, care a consumat zilnic 300 de grame de cafea (aproximativ 30 g de cofeină pură) timp de doi ani , a suferit psihoză cu dezorientare în spațiul înconjurător, halucinații vizuale episodice, euforie, agitație, care s-a terminat cu moartea . 31] [32] .
Există și cazuri de dezvoltare a halucinozei [33] . Psihozele prelungite cu halucinații vizuale și auditive cu abuz prelungit de ceai sunt descrise de V. P. Polyakov și Wark [33] [34] .
Psihoza afectivă la persoanele care abuzează pe termen lung de cofeină este destul de rară, dar a fost descris un caz de stare asemănătoare hipomaniei [33] .
Psihoza cu tulburări de conștiență în intoxicația cu cafeină durează de obicei nu mai mult de câteva zile [32] .
Tulburările mentale și de comportament cauzate de consumul de cofeină sunt codificate în Clasificarea Internațională a Bolilor a 10-a revizuire (ICD-10) cod F 15 . Cu abuz prelungit sau supradozaj, cofeina poate provoca psihoză , sindroame afectate de conștiență și stări delirante [27] .
Anterior, cofeina era extrasă din deșeurile de ceai și boabe de cafea. În prezent, este sintetizat sintetic [5] . În industrie, cofeina este sintetizată din acid uric și xantină .
Sinteza tradițională din acid uric constă în 2 etape:
Cofeina este produsă într-un mediu ușor alcalin la pH 8,0-9,0. Dacă metilarea are loc în prezența KOH și metanol la 60-70 ° C, atunci se formează teobromină .
Producția de cofeină atinge o medie de 65-70% [11] .
Cea mai răspândită dintre metodele semi-sintetice a fost metoda dezvoltată de O. Yu. Magidson și E. S. Golovchinskaya [35] , în care acidul uric servește ca produs de pornire . Metoda este redusă la încălzirea acidului uric cu anhidridă acetică în prezența unui catalizator (dimetilanilină, piridină ) pentru a forma 8-metilxantina. Reacția are loc prin deschiderea intermediară a inelului imidazol în sistemul purinic, decarboxilarea și eliminarea acidului acetic conform schemei:
8-metilxantina rezultată este metilată și, în funcție de condițiile de reacție, se poate obține 1,3,7,8-tetrametilxantina sau 3,7,8-trimetilxantina.
Când 8-metilxantina este metilată cu un exces de sulfat de dimetil într-un mediu slab alcalin, se obține 1,3,7,8-tetrametilxantina, iar când este metilată cu ester metilic al acidului sulfonic benzen (toluen) (220-230 ° C în prezența CaO), 3,7,8-trimetilxantina (8-metilteobromină) [35] :
Ordinea substituției în nucleul purinic depinde de „aciditatea” atomilor de hidrogen corespunzători. Atomii de hidrogen din pozițiile 3,7 au o aciditate similară, în timp ce atomul de hidrogen din pozițiile 1 are o aciditate mai mică. În conformitate cu aceasta, în metilarea xantinei , ordinea de substituție este 3,7 și 1. Pentru a obține cofeină și teobromină din 8-metilcafeină și , respectiv, 8-metilteobromină, este necesar să se îndepărteze gruparea metil din poziția 8. În acest scop , derivații trei și -tetrametil rezultați ai xantinei sunt supuși clorării .
Direcția procesului de clorinare depinde în principal de regimul de temperatură al reacției. La temperaturi sub 8-10 ° C , clorul înlocuiește hidrogenul cu o grupare metil la C 8 , iar la o temperatură de ~ 80 ° C , nu numai gruparea CH 3 din poziția 8 este clorurată, ci un atom de hidrogen din grupa metil la C 7 se înlocuieşte simultan cu clor . Prin hidroliza ulterioară a derivaților de clor corespunzători, se obțin cofeină și teobromină. Schematic, toate aceste procese pot fi reprezentate astfel [35] :
Există, de asemenea, o sinteză din acid cianoacetic și dialchiluree dezvoltată de Moritz Traube . Această metodă este cea mai economică [11] .
Dicționare și enciclopedii |
| |||
---|---|---|---|---|
|
de alcaloizi | Principalele tipuri|
---|---|
pirolidină | Gigrin |
Tropan | |
Piperidina | |
Chinolizidină | |
piridină | |
izochinolină | |
Chinolina | |
indol | |
purină | |
Feniletilamină | |
Terpenele | |
Alte |