Interested Article - Кофеин

ashanti
  • 2020-07-29
  • 1

Кофеин
Изображение химической структуры
Химическое соединение
Брутто-формула C 8 H 10 N 4 O 2
CAS
PubChem
DrugBank
Состав
Классификация
АТХ
Другие названия
теин, матеин, кофеинум, гуаранин

Кофеи́н (также матеин , теин , гуаранин ) — алкалоид пуринового ряда, бесцветные или белые горькие кристаллы. Является психоактивным веществом , содержится в кофе , чае , мате , входит в состав энергетиков и многих прохладительных напитков . Также входит в состав аптечных препаратов .

Кофеин содержится в растениях: кофе , чайных листьях , бобах какао , листьях падуба парагвайского ( мате ) , гуарана [ уточнить ] , кола и некоторых других. Он синтезируется растениями для защиты от насекомых, поедающих листья, стебли и зёрна, а также для поощрения опылителей .

У животных и человека кофеин стимулирует центральную нервную систему , усиливает сердечную деятельность, ускоряет пульс , вызывает расширение кровеносных сосудов (преимущественно сосудов скелетных мышц, головного мозга (сужает просвет мозговых артерий), сердца, почек), усиливает мочеотделение , снижает агрегацию тромбоцитов (однако в некоторых случаях отмечаются противоположные эффекты). Это связано с тем, что кофеин блокирует фермент фосфодиэстеразу , разрушающий цАМФ , что приводит к его накоплению в клетках. цАМФ — вторичный медиатор , через который осуществляются эффекты различных физиологически активных веществ, прежде всего, адреналина . Таким образом, накопление цАМФ приводит к адреналино-подобным эффектам.

В медицине кофеин применяется в составе средств от головной боли , при мигрени , как стимулятор дыхания и сердечной деятельности при простудных заболеваниях , для повышения умственной и физической работоспособности, для устранения сонливости .

История открытия

Фердинанд Рунге — первооткрыватель кофеина

Кофеин открыл в 1819 году и дал ему название немецкий химик Фердинанд Рунге .

В чистом виде кофеин впервые выделили Пьер Пеллетье и Жозеф Каванту в 1828 году. В 1832 году его состав был установлен Ф. Велером и Х. Г. Пфаффом с Ю. Либихом . [ источник не указан 746 дней ]

В 1827 году М. Удри ( англ. M. Oudry) выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. В 1838 году и Г. Я. Мульдер доказали тождественность теина и кофеина. [ источник не указан 746 дней ]

Химическая структура молекулы кофеина была выяснена к концу XIX века Г. Э. Фишером , который также впервые искусственно синтезировал кофеин. В 1902 году он получил Нобелевскую премию по химии в том числе за эту работу .

Химическое строение и свойства

Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил- ксантин . В щелочной среде (при pH >9), превращается в кофеидин C 7 H 12 N 4 O. По строению и фармакологическим свойствам кофеин близок к теобромину и теофиллину ; все три алкалоида относятся к группе метилксантинов . Кофеин лучше действует на центральную нервную систему , а теофиллин и теобромин — в качестве стимуляторов сердечной деятельности и лёгких мочегонных средств.

Кофеин, как и другие пуриновые алкалоиды , даёт положительную мурексидную реакцию, при нагревании с реактивом Несслера кофеин образует красно-бурый осадок, в отличие от теобромина , дающего в таких условиях светло-коричневое окрашивание.

Физические свойства

Белые игольчатые кристаллы горьковатого вкуса , без запаха . Хорошо растворим в хлороформе , плохо растворим в холодной воде (1:60), легко — в горячей (1:2), трудно растворим в этаноле (1:50). Растворы имеют нейтральную реакцию; стерилизуют при +100 °C в течение 30 мин. Т пл. 234 °C.

Фармакология

В микродозах кофеин оказывает стимулирующее воздействие на нервную систему . При длительном применении может вызывать слабую зависимость — теизм . В больших дозах вызывает истощение, а в дозах 150—200 мг на килограмм массы тела (80—100 чашек кофе за ограниченный промежуток времени, зависящий от индивидуальных, физиологических свойств организма, 1-2 часа) — летальный исход [ уточнить ] . Под воздействием кофеина ускоряется сердечная деятельность, поднимается кровяное давление, примерно на 40 минут улучшается настроение, за счёт высвобождения дофамина , но через 3—6 часов действие кофеина проходит: появляется усталость, вялость, снижение трудоспособности.

Физиологические особенности действия кофеина на ЦНС были изучены И. П. Павловым и его сотрудниками, показавшими, что кофеин усиливает и регулирует процессы возбуждения в коре головного мозга ; в соответствующих дозах он усиливает положительные условные рефлексы [ источник не указан 1626 дней ] , такие как: память, концентрация внимания, скорость реакции и повышает двигательную активность. Стимулирующее действие приводит к повышению умственной и физической работоспособности, уменьшению усталости и сонливости. Большие дозы могут, однако, привести к истощению нервных клеток. Влияние кофеина (как и других психостимулирующих средств) на высшую нервную деятельность в значительной степени зависит от типа нервной системы. Поэтому дозирование кофеина должно производиться с учётом индивидуальных особенностей нервной деятельности. Кофеин ослабляет действие снотворных и опиатов и усиливает действие психостимуляторов, повышает рефлекторную возбудимость спинного мозга , возбуждает дыхательный и сосудодвигательный центры. Сердечная деятельность под влиянием кофеина усиливается, сокращения миокарда становятся более интенсивными и учащаются. При коллаптоидных и шоковых состояниях артериальное давление под влиянием кофеина повышается, при нормальном артериальном давлении существенных изменений не наблюдается, так как одновременно с возбуждением сосудодвигательного центра и сердца под влиянием кофеина расширяются кровеносные сосуды скелетных мышц и других областей тела (сосуды головного мозга, сердца, почек ), однако сосуды органов брюшной полости (кроме почек) сужаются. Диурез под влиянием кофеина несколько усиливается, главным образом в связи с уменьшением реабсорбции электролитов в почечных канальцах.

Кофеин понижает агрегацию тромбоцитов .

Под влиянием кофеина происходит стимуляция секреторной деятельности желудка .

По современным данным, в механизме действия кофеина существенную роль играет его угнетающее влияние на фермент фосфодиэстеразу , что ведёт к внутриклеточному накоплению циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). Циклический АМФ рассматривается как медиаторное вещество (вторичный медиатор), при помощи которого осуществляются физиологические эффекты различных биогенных лекарственных веществ. Под влиянием циклического АМФ усиливаются процессы гликогенолиза , липолиза , стимулируются метаболические процессы в разных органах и тканях, в том числе в мышечной ткани и в ЦНС. Полагают, что стимуляция кофеином желудочной секреции тоже связана с увеличением содержания циклического АМФ в слизистой оболочке желудка (см. также Теофиллин , Циметидин ).

В нейрохимическом механизме стимулирующего действия кофеина важную роль играет его способность связываться со специфическими « пуриновыми », или аденозиновыми рецепторами мозга, эндогенным агонистом для которых является пуриновый нуклеозид — аденозин . Структурное сходство молекулы кофеина и аденозина способствует этому. Поскольку аденозин рассматривается как фактор, уменьшающий процессы возбуждения в мозге, замещение его кофеином приводит к стимулирующему эффекту. При длительном применении кофеина возможно образование в клетках мозга новых аденозиновых рецепторов, и действие кофеина постепенно уменьшается. Вместе с тем при внезапном прекращении употребления кофеина, аденозин занимает все доступные рецепторы, что может привести к усилению торможения с явлениями утомления, сонливости , депрессии и др.

Применение

Из-за возбуждающего свойства кофеина и физического привыкания к нему многие люди употребляют кофеиносодержащие продукты (напитки) для взбадривания. Кофе чаще всего пьют утром для быстрого восстановления бодрости после сна. Чай (чёрный, зелёный) пьют в любое время дня, обычно после еды. Поскольку чай часто пьют из-за вкуса или для утоления жажды, производятся чаи без кофеина, не имеющие (порой нежелательных) свойств возбуждения ЦНС и повышения кровяного давления. Выпускается и декофеинизированный кофе .

В медицине кофеин (и кофеин-бензоат натрия) применяют при инфекционных и других заболеваниях, сопровождающихся угнетением функций ЦНС и сердечно-сосудистой системы, при отравлениях наркотиками и другими ядами, угнетающими ЦНС, при спазмах сосудов головного мозга (при мигрени и др.), для повышения психической и физической работоспособности, для устранения сонливости. Применяют также кофеин при энурезе у детей.

Кофеин также используется как мочегонное средство .

Кофеин является действующим компонентом большинства «энергетических напитков» (в большинстве таких напитков его содержится 250—350 мг/л, но некоторые энергетические напитки, в частности изготовляемые для спортсменов, могут содержать кофеина в десятки раз больше) .

Кофеин входит в состав «энергетических жевательных резинок» (в большинстве их его содержится 50—75 мг, но некоторые энергетические жевательные резинки STAY ALERT®, в частности изготовляемые для армии США , содержат кофеина до 100 мг).

Содержание кофеина в кофе — 380—650 мг/л, в растворимом кофе — 310—480 мг/л, в кофе « Эспрессо » — 1700—2250 мг/л. В напитке «Кола» около 150 мг/л кофеина . Содержание кофеина в чае варьируется в достаточно широком диапазоне — до 5—6 раз в сухом листе — в зависимости от разновидности и возраста чайного куста, времени сбора, продолжительности ферментации и других факторов . В заваренном чае содержание кофеина в существенной мере зависит от способа заваривания (продолжительность, температура воды) и также может отличаться в несколько раз . В большинстве случаев содержание кофеина в заваренном чае находится в пределах 180—420 мг/л . Продукты «без кофеина» всё равно его содержат, но в уменьшенном количестве. Так, например, чёрный декофеинизированный чай обычно содержит от 8 до 42 мг кофеина на 1 л напитка. В процессе декофеинезирования из кофе обычно удаляется от 94 % до 98 % кофеина .

Фармакотерапевтические свойства

Таблетки кофеин — Бензоат натрия

В основе психостимулирующего действия кофеина лежит его способность подавлять активность центральных аденозиновых рецепторов (А1 и А2) в коре головного мозга и подкорковых образованиях ЦНС. В настоящее время показано, что аденозин (промежуточный продукт метаболизма АТФ) выполняет в ЦНС роль нейромедиатора, агонистически влияя на аденозиновые рецепторы, расположенные на цитоплазматических мембранах нейронов. Возбуждение аденозином аденозиновых рецепторов I вида (A1) вызывает в клетках головного мозга уменьшение образования цАМФ, что в итоге приводит к угнетению их функциональной активности.

Блокада А1-аденозиновых рецепторов способствует прекращению тормозного действия аденозина, что клинически проявляется повышением умственной и физической работоспособности.

Однако кофеин не обладает избирательной способностью блокировать только А1-аденозиновые рецепторы головного мозга, а также блокирует и А2-аденозиновые рецепторы. Доказано, что активация А2-аденозиновых рецепторов (скорее всего, пресинаптических гетерорецепторов) в ЦНС сопровождается подавлением функциональной активности D2 дофаминовых рецепторов . Блокада кофеином А2-аденозиновых рецепторов способствует восстановлению функциональной активности D2 дофаминовых рецепторов , что также вносит вклад в психостимулирующий эффект препарата.

Показания

Побочные эффекты

Со стороны ЦНС: возбуждение, тревога, тремор (дрожание пальцев рук и ног), беспокойство, головная боль , головокружение , судороги , усиление рефлексов , повышение мышечного тонуса , тахипноэ , бессонница ; при внезапной отмене — усиление процессов торможения ЦНС (утомление и сонливость).

Со стороны ЖКТ : тошнота, рвота, обострение язвенной болезни .

Со стороны сердечно-сосудистой системы: усиленное сердцебиение, тахикардия , аритмия , повышение артериального давления .

Передозировка

Симптомы — боль в животе , ажитация , тревога, психическое и двигательное возбуждение, спутанность сознания, делирий (диссоциатив), обезвоживание, тахикардия, аритмия, гипертермия, учащенное мочеиспускание, головная боль, повышенная тактильная или болевая чувствительность, тремор или мышечные подергивания; тошнота и рвота, иногда с кровью; звон в ушах, эпилептические припадки (при острой передозировке — тонико-клонические судороги ).

Кофеин в дозах более 300 мг в сутки (в том числе на фоне злоупотребления кофе — более 4 чашек натурального кофе по 150 мл) может вызвать состояние тревоги, головную боль, тремор, спутанность сознания, экстрасистолию .

Противопоказания

Кофеин, как и другие стимуляторы ЦНС, противопоказан при повышенной возбудимости, бессоннице , выраженной гипертензии и атеросклерозе , при органических заболеваниях сердечно-сосудистой системы , в старческом возрасте, при глаукоме . Приём кофеина ускоряет рост кист у больных поликистозом .

Психические расстройства, вызванные употреблением кофеина

Кофе.

Существует предположение, что в больших дозах или при хроническом злоупотреблении может вызвать психоз у здоровых людей или усилить уже имеющийся психоз у больных шизофренией .

Кофеин, теобромин , теофиллин в высоких дозах при хроническом употреблении может привести к истощению нервной системы , что может стать основой для последующего психоза .

Чаще всего описывается возникновение делирия при передозировке кофеина . Возникает наплыв ярких зрительных галлюцинаций, иногда слуховых, человек в окружающем мире. После выведения кофеина из организма память о прошедшем обычно частично либо полностью сохраняется. Некоторые больные теряют способность правильно оценивать расстояния, и предметы кажутся им расположенными ближе, чем на самом деле . Соматические нарушения, сопутствующие делирию: мидриаз, гиперемия , атаксия , тахикардия, сильная жажда, сухость кожи и слизистых, синюшность кожных покровов, иногда повышение артериального давления и повышение температуры тела . Неврологическая и соматическая симптоматика при этом имеет сходства с таковой при атропиновом отравлении .

В более тяжёлых случаях может присутствовать более глубокое помрачение сознания, сопровождаемое бессмысленным двигательным возбуждением . В этих случаях часта последующая полная амнезия и клиническая картина ближе к сумеречному помрачению сознания .

Известен случай, когда пожилая женщина, употреблявшая на протяжении двух лет по 300 граммов кофе ежедневно (около 30 г чистого кофеина), испытала психоз с дезориентировкой в окружающем пространстве, эпизодическими зрительными галлюцинациями, эйфорией, ажитацией, окончившийся смертью .

Бывают и случаи развития галлюциноза . Затяжные психозы со зрительными и слуховыми галлюцинациями при длительном злоупотреблении чаем описаны В. П. Поляковым и Уорком .

Аффективные психозы у длительно злоупотребляющих кофеином довольно редки, однако описан случай возникновения состояния, напоминающего гипоманиакальное .

Психозы с нарушением сознания при отравлении кофеином обычно длятся не более нескольких суток . Психические и поведенческие расстройства, вызванные употреблением кофеина, кодируются в Международной классификации болезней 10-пересмотра (МКБ-10) кодом F . При длительном злоупотреблении или при передозировке кофеин может вызвать психоз , синдромы нарушения сознания, делириозные состояния .

Получение

Ранее кофеин извлекали из отходов производства чая и кофейных зёрен. В настоящее время он производится синтетически . В промышленности кофеин синтезируют из мочевой кислоты и ксантина .

Традиционный синтез из мочевой кислоты состоит из 2 стадий:

  1. Действие формамида на мочевую кислоту, в результате чего образуется ксантин.
  2. На 2-й стадии ксантин подвергается метилированию диметилсульфатом , в зависимости от условий возможно получение кофеина и теобромина .

Кофеин получается в слабощелочной среде при pH 8,0—9,0. Если же метилирование происходит в присутствии KOH и метанола при 60—70 °С, то образуется теобромин .

Выход кофеина достигает в среднем 65—70 % .

Наибольшее распространение из полусинтетических методов получил метод, разработанный О. Ю. Магидсоном и Е. С. Головчинской , в котором исходным продуктом служит мочевая кислота . Метод сводится к нагреванию мочевой кислоты с уксусным ангидридом в присутствии катализатора (диметиланилин, пиридин ) с образованием 8-метилксантина. Реакция протекает через промежуточное раскрытие имидазольного цикла в пуриновой системе, декарбоксилирование и отщепление уксусной кислоты по схеме:

Полученный 8-метилксантин метилируют, при этом в зависимости от условий проведения реакции могут быть получены 1,3,7,8-тетраметилксантин или 3,7,8-триметилксантин.

При метилировании 8-метилксантина избытком диметилсульфата в слабощелочной среде, получается 1,3,7,8-тетраметилксантин, а при метилировании метиловым эфиром бензол(толуол)-сульфокислоты (220—230 °С в присутствии CaO) получается 3,7,8-триметилксантин (8-метилтеобромин) :

Схема синтеза кофеина из 1,3-диметилмочевины и этил-2-цианоацетата по методу Траубе

Порядок замещения в пуриновом ядре зависит от «кислотности» соответствующих атомов водорода. Атомы водорода в положениях 3,7 обладают близкой кислотностью, атом же водорода в 1-м положении обладает более низкой кислотностью. В соответствии с этим при метилировании ксантина порядок замещения — 3,7 и 1. Для получения из 8-метилкофеина и 8-метилтеобромина, соответственно, кофеина и теобромина необходимо удалить метильную группу из положения 8. С этой целью полученные три и -тетраметилпроизводные ксантина подвергают хлорированию .

Направление процесса хлорирования зависит главным образом от температурного режима проведения реакции. При температуре ниже 8—10 °С хлор замещает водород метильной группой при C 8 , а при температуре ~80 °С хлорируется не только CH 3 -группа в положении 8, но одновременно замещается на хлор один атом водорода в метильной группе у С 7 . При последующем гидролизе соответствующих хлорпроизводных, получается кофеин и теобромин. Схематично все эти процессы можно представить следующим образом :

Существует также синтез из циануксусной кислоты и диалкилмочевины, разработанный Морицем Траубе . Этот способ является наиболее экономичным .

См. также

Примечания

  1. ↑ Bennett Alan Weinberg, Bonnie K. Bealer. (англ.) . — Routledge , 2004. — P. 235. — ISBN 978-1-135-95817-6 .
  2. (неопр.) . PubChem public chemical database. Дата обращения: 26 июля 2011. 23 августа 2011 года.
  3. ↑ .
  4. Гончарова Т. А. // Энциклопедия лекарственных растений: (лечение травами) : В 2 т. — М. : Изд. дом МСП, 1997. — Т. 1. А—Р. — ISBN 5757801123 .
  5. ↑ Блинова, К. Ф. : [ 20 апреля 2014 ] : справ. пособ. / К. Ф. Блинова, Н. А. Борисова, Г. Б. Гортинский … [ и др. ] . — М. : Высш. шк., 1990. — С. 199, 255. — 272 с. : ил. — 165 000 экз. — ББК 28.5 . — ISBN 5-06-000085-0 .
  6. // Tropical plant database : [ англ. ] .
  7. (неопр.) . Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases (18 сентября 2007). Дата обращения: 18 сентября 2007. Архивировано из 19 ноября 2004 года.
  8. Duke, J. A. Handbook of phytochemical constituents of GRAS herbs and other economic plants : [ англ. ] . — Boca Raton, FL. : CRC Press, 1992.
  9. (неопр.) Дата обращения: 19 марта 2021. 7 марта 2022 года.
  10. Машковский, М. Д. Лекарственные средства. — 15-е изд. — М. : Новая Волна, 2005. — С. 121. — 1200 с. — ISBN 5-7864-0203-7 .
  11. ↑ .
  12. Théel, Hj. The Nobel Prize in Chemistry 1902 : [ англ. ] . — The Nobel Foundation, 1902.
  13. Peters, Josef M. (англ.) // The Journal of Clinical Pharmacology and the Journal of New Drugs : journal. — 1967. — No. 7 . — P. 131—141 . 12 января 2012 года. (неопр.) . Дата обращения: 2 декабря 2011. Архивировано из 12 января 2012 года.
  14. от 2 августа 2021 на Wayback Machine , от 28 июля 2021 на Wayback Machine
  15. Gary H. Kamimori & *. The rate of absorption and relative bioavailability of caffeine administered in chewing gum versus capsules to normal healthy volunteers // International Journal of Pharmaceutics. — 2002. — С. 159—167 . — ISSN .
  16. (рус.) . The Coca-Cola Company. Дата обращения: 21 сентября 2019. 21 сентября 2019 года.
  17. [www.erowid.org/chemicals/caffeine/caffeine_info1.shtml Caffeine Content of Beverages, Foods, & Medications] (англ.) . www.erowid.org. Дата обращения: 8 января 2012.
  18. ↑ Melican, Nigel. (англ.) . CHA DAO, a journal of tea and tea culture. Дата обращения: 8 января 2012. 3 февраля 2012 года.
  19. Общественная организация «ЭКСПЕРТ». (рус.) . tea4you.com. Дата обращения: 8 января 2012. 18 февраля 2012 года.
  20. (англ.) . Scientific American (21 октября 1999). Дата обращения: 19 сентября 2017. 20 января 2022 года.
  21. Hedges D. W., Woon F. L., Hoopes S. P. Caffeine-induced psychosis. (англ.) // CNS Spectrums : journal. — 2009. — Vol. 14 , no. 3 . — P. 127—129 . — .
  22. Joseph M. Cerimele, Adam P. Stern, Didier Jutras-Aswad. (англ.) // The American Journal of Psychiatry : journal. — 2010. — Vol. 167 , no. 3 . — P. 353 . — doi : . — .
  23. Broderick P. , Benjamin A. B. (англ.) // The Journal of the Oklahoma State Medical Association. — 2004. — Vol. 97, no. 12 . — P. 538—542. — . [ ]
  24. M. Solinas, S. Ferré, Z. You, M. Karcz-Kubicha, P. Popoli, S. Goldberg. (англ.) // (англ.) (: journal. — 2002. — Vol. 14 , no. 3 . — P. 127—129 . 12 мая 2013 года.
  25. ↑ , с. 140.
  26. ↑ , с. 141.
  27. , с. 140—141.
  28. , с. 142.
  29. Wagner W. — Der Nervenarzt, 1939, Bd, 12, S. 296
  30. ↑ , с. 143.
  31. ↑ , с. 144.
  32. Поляков В. П. — Невропат. и психиатр., 1951, т. 20, стр. 77.
  33. ↑ .

Литература

  • Мелентьева, Г. А. Фармацевтическая химия . — 2-е изд., перераб. и доп. . — М. : Медицина, 1976. — Т. 2 .
  • Беликов, В. Г. Фармацевтическая химия : в 2 ч. : учебн. пособие. — 4-е изд., перераб. и доп. . — М. : МЕДпресс-информ, 2007. — 624 с. — ISBN 5-98322-206-6 .
  • Харкевич, Д. А. : учебн.. — 9-е изд., перераб., испр. и доп. — М. : ГЭОТАР-Медицина, 2006. — С. . — 736 с. — ISBN 5-9704-0264-8 .
  • Столяров, Г. В. Лекарственные психозы и психотомиметические средства / Под ред. В. М. Банщикова. — М. : Медицина , 1964.
  • Давыдов, Д. : [ 8 декабря 2021 ] // Тинькофф-журнал. — 2021. — 3 декабря.

Ссылки

  • Brecher, E. M. : [ 25 июля 1997 ] // The Consumers Union Report on Licit and Illicit Drugs : [ англ. ] / Editors of Consumer Reports Magazine. — 1972.

ashanti
  • 2020-07-29
  • 1

Same as Кофеин

The title for the last searches