Українська
English
Русский
Пропозиції імпорту
Кофеїн (також матеїн, теїн, гуаранін) – алкалоїд пуринового ряду, безбарвні або білі гіркі кристали. Є психоактивною речовиною, міститься в каві, чаї, маті, входить до складу енергетиків та багатьох прохолодних напоїв. Також входить до складу аптечних препаратів.
Кофеїн міститься в рослинах: каві, чайному листі, бобах какао, листі падубу парагвайського (мате), гуарану, колу та деяких інших. Він синтезується рослинами для захисту від комах, що поїдають листя, стебла та зерна, а також для заохочення запилювачів.
У тварин і людини кофеїн стимулює центральну нервову систему, посилює серцеву діяльність, прискорює пульс, викликає розширення кровоносних судин (переважно судин скелетних м’язів, головного мозку (просвіт мозкових артерій звужує), серця, нирок), посилює сечовиділення, знижує агрегацію тромбоцитів. деяких випадках спостерігаються протилежні ефекти). Це пов’язано з тим, що кофеїн блокує фермент фосфодіестеразу, що руйнує цАМФ, що призводить до його накопичення у клітинах. цАМФ – вторинний медіатор, через який здійснюються ефекти різних фізіологічно активних речовин, насамперед адреналіну. Таким чином, накопичення цАМФ призводить до адреналіноподібних ефектів.
У медицині кофеїн застосовується у складі засобів від головного болю, при мігрені, як стимулятор дихання та серцевої діяльності при застудних захворюваннях, для підвищення розумової та фізичної працездатності, для усунення сонливості.
Кофеїн відкрив у 1819 році і дав йому назву німецький хімік Фердінанд Рунге.
У чистому вигляді кофеїн вперше виділили П’єр Пеллетье та Жозеф Каванту у 1828 році. В 1832 його склад був встановлений Ф. Велером і Х. Г. Пфаффом з Ю. Лібіхом.
У 1827 році М. Удрі (англ. M. Oudry) виділив з чайного листя новий алкалоїд і назвав його теїном. У 1838 році Іобст та Г. Я. Мульдер довели тотожність теїну та кофеїну.
Хімічна структура молекули кофеїну була з’ясована до кінця XIX століття Г. Е. Фішером, який також уперше штучно синтезував кофеїн. У 1902 році він отримав Нобелівську премію з хімії, в тому числі за цю роботу.
Хімічна назва кофеїну – 1,3,7-триметил-ксантин. У лужному середовищі (при pH>9) перетворюється на кофеїдин C7H12N4O. За будовою та фармакологічними властивостями кофеїн близький до теоброміну та теофіліну; всі три алкалоїди відносяться до групи метилксантинів. Кофеїн краще діє на ЦНС, а теофілін і теобромін – як стимулятори серцевої діяльності та легких сечогінних засобів.
Кофеїн, як і інші пуринові алкалоїди, дає позитивну мурексидну реакцію, при нагріванні з реактивом Несслера утворює кофеїн червоно-бурий осад, на відміну від теоброміну, що дає в таких умовах світло-коричневе забарвлення.
Білі голчасті кристали гіркого смаку, без запаху. Добре розчинний у хлороформі, погано розчинний у холодній воді (1:60), легко – у гарячій (1:2), важко розчинний в етанолі (1:50). Розчини мають нейтральну реакцію; стерилізують при +100 С протягом 30 хв. Т пл. 234 °C.
У мікродозах кофеїн справляє стимулюючий вплив на нервову систему. При тривалому застосуванні може викликати слабку залежність – теїзм. У великих дозах викликає виснаження, а дозах 150-200 мг на кілограм маси тіла (80-100 чашок кави за обмежений проміжок часу, що залежить від індивідуальних, фізіологічних властивостей організму, 1-2 години) – летальний кінець. Під впливом кофеїну прискорюється серцева діяльність, піднімається кров’яний тиск, приблизно на 40 хвилин покращується настрій, рахунок вивільнення дофаміну, але через 3—6 годин дія кофеїну проходить: з’являється втома, млявість, зниження працездатності.
Фізіологічні особливості дії кофеїну на ЦНС були вивчені І. П. Павловим та його співробітниками, які показали, що кофеїн посилює та регулює процеси збудження в корі головного мозку; у відповідних дозах він посилює позитивні умовні рефлекси, такі як пам’ять, концентрація уваги, швидкість реакції та підвищує рухову активність. Стимулююча дія призводить до підвищення розумової та фізичної працездатності, зменшення втоми та сонливості. Великі дози можуть, однак, призвести до виснаження нервових клітин. Вплив кофеїну (як і інших психостимулюючих засобів) на вищу нервову діяльність значною мірою залежить від типу нервової системи. Тому дозування кофеїну має проводитися з урахуванням індивідуальних особливостей нервової діяльності. Кофеїн послаблює дію снодійних та опіатів та посилює дію психостимуляторів, підвищує рефлекторну збудливість спинного мозку, збуджує дихальний та судинно-руховиі центри. Серцева діяльність під впливом кофеїну посилюється, скорочення міокарда стають інтенсивнішими і частішають. При колаптоїдних та шокових станах артеріальний тиск під впливом кофеїну підвищується, при нормальному артеріальному тиску істотних змін не спостерігається, оскільки одночасно з збудженням судинно-рухового центру та серця під впливом кофеїну розширюються кровоносні судини скелетних м’язів та інших областей тіла (судини головного мозку, серця, нирок), проте судини органів черевної порожнини (крім нирок) звужуються. Діурез під впливом кофеїну дещо посилюється, головним чином через зменшення реабсорбції електролітів у ниркових канальцях.
Кофеїн знижує агрегацію тромбоцитів.
Під впливом кофеїну відбувається стимуляція секреторної діяльності шлунка.
За сучасними даними, у механізмі дії кофеїну істотну роль відіграє його пригнічуючий вплив на фермент фосфодіестеразу, що веде до внутрішньоклітинного накопичення циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ). Циклічний АМФ розглядається як медіаторна речовина (вторинний медіатор), за допомогою якої здійснюються фізіологічні ефекти різних біогенних лікарських речовин. Під впливом циклічного АМФ посилюються процеси глікогенолізу, ліполізу, стимулюються метаболічні процеси в різних органах та тканинах, у тому числі у м’язовій тканині та в ЦНС. Вважають, що стимуляція кофеїном шлункової секреції теж пов’язана зі збільшенням вмісту циклічного АМФ у слизовій оболонці шлунка (див. також Теофілін, Циметидин).
У нейрохімічному механізмі стимулюючої дії кофеїну важливу роль відіграє його здатність зв’язуватися зі специфічними пуриновими, або аденозиновими рецепторами мозку, ендогенним агоністом для яких є пуриновий нуклеозид – аденозин. Структурна подібність молекули кофеїну та аденозину сприяє цьому. Оскільки аденозин розглядається як фактор, що зменшує процеси збудження у мозку, заміщення його кофеїном призводить до стимулюючого ефекту. При тривалому застосуванні кофеїну можливе утворення у клітинах мозку нових аденозинових рецепторів, і дія кофеїну поступово зменшується. Разом з тим, при раптовому припиненні вживання кофеїну, аденозин займає всі доступні рецептори, що може призвести до посилення гальмування з явищами втоми, сонливості, депресії та ін.
Через збудливу властивість кофеїну та фізичного звикання до нього багато людей вживають кофеїновмісні продукти (напої) для підбадьорювання. Каву найчастіше п’ють уранці для швидкого відновлення бадьорості після сну. Чай (чорний, зелений) п’ють у час дня, зазвичай після їжі. Оскільки чай часто п’ють через смак або для вгамування спраги, виробляються чаї без кофеїну, що не мають (іноді небажаних) властивостей збудження ЦНС і підвищення кров’яного тиску. Випускається і декофеїнізована кава.
У медицині кофеїн (і кофеїн-бензоат натрію) застосовують при інфекційних та інших захворюваннях, що супроводжуються пригніченням функцій ЦНС та серцево-судинної системи, при отруєннях наркотиками та іншими отрутами, що пригнічують ЦНС, при спазмах судин головного мозку (при мігрені та ін.), підвищення психічної і фізичної працездатності, усунення сонливості. Застосовують кофеїн при енурезі у дітей.
Кофеїн також використовується як сечогінний засіб.
Кофеїн є чинним компонентом більшості «енергетичних напоїв» (у більшості таких напоїв його міститься 250—350 мг/л, але деякі енергетичні напої, зокрема для спортсменів, можуть містити кофеїну в десятки разів більше).
Кофеїн входить до складу «енергетичних жувальних гумок» (у більшості його міститься 50—75 мг, але деякі енергетичні жувальні гумки STAY ALERT®, зокрема виготовлені для армії США, містять кофеїну до 100 мг).
Вміст кофеїну в каві – 380-650 мг/л, в розчинній каві – 310-480 мг/л, в каві “Еспресо” – 1700-2250 мг/л. У напої “Кола” близько 150 мг/л кофеїну. Вміст кофеїну в чаї варіюється в досить широкому діапазоні – до 5-6 разів у сухому листі – в залежності від різновиду та віку чайного куща, часу збору, тривалості ферментації та інших факторів. У завареному чаї вміст кофеїну значною мірою залежить від способу заварювання (тривалість, температура води) і може відрізнятися в кілька разів. Найчастіше вміст кофеїну в завареному чаї перебуває у межах 180—420 мг/л. Продукти без кофеїну все одно його містять, але в зменшеній кількості. Так, наприклад, чорний декофеїнізований чай зазвичай містить від 8 до 42 мг кофеїну на 1 л напою. У процесі декофеїнезу з кави зазвичай видаляється від 94% до 98% кофеїну.
В основі психостимулюючої дії кофеїну лежить його здатність пригнічувати активність центральних аденозинових рецепторів (А1 та А2) у корі головного мозку та підкіркових утвореннях ЦНС. В даний час показано, що аденозин (проміжний продукт метаболізму АТФ) виконує в центральній нервовій системі роль нейромедіатора, агоністично впливаючи на аденозинові рецептори, розташовані на цитоплазматичних мембранах нейронів. Порушення аденозином аденозинових рецепторів I виду (A1) викликає у клітинах мозку зменшення утворення цАМФ, що у результаті призводить до придушення їх функціональної активності.
Блокада А1-аденозинових рецепторів сприяє припиненню гальмівної дії аденозину, що клінічно проявляється підвищенням розумової та фізичної працездатності.
Однак кофеїн не має вибіркову здатність блокувати тільки А1-аденозинові рецептори головного мозку, а також блокує і А2-аденозинові рецептори. Доведено, що активація А2-аденозинових рецепторів (скоріше за все, пресинаптичних гетерорецепторів) у ЦНС супроводжується пригніченням функціональної активності D2 дофамінових рецепторів. Блокада кофеїном А2-аденозинових рецепторів сприяє відновленню функціональної активності D2 дофамінових рецепторів, що також робить внесок у психостимулюючий ефект препарату.
Кофеїн у дозах більше 300 мг на добу (у тому числі на тлі зловживання кавою – понад 4 чашки натуральної кави по 150 мл) може спричинити стан тривоги, головний біль, тремор, сплутаність свідомості, екстрасистолію.
Кофеїн, як і інші стимулятори ЦНС, протипоказаний при підвищеній збудливості, безсонні, вираженій гіпертензії та атеросклерозі, при органічних захворюваннях серцево-судинної системи, у старечому віці, при глаукомі. Прийом кофеїну прискорює ріст кіст у хворих на полікістоз.
Існує припущення, що кофеїн у великих дозах або при хронічному зловживанні може викликати психоз у здорових людей або посилити наявний психоз у хворих на шизофренію.
Кофеїн, теобромін, теофілін у високих дозах при хронічному вживанні може призвести до виснаження нервової системи, що може стати основою подальшого психозу.
Найчастіше описується виникнення делірію при передозуванні кофеїну. Виникає наплив яскравих зорових галюцинацій, іноді слухових, людина втрачає орієнтацію у навколишньому світі. Після виведення кофеїну з організму пам’ять про минуле зазвичай частково чи повністю зберігається. Деякі хворі втрачають здатність правильно оцінювати відстані, і предмети здаються їм розташованими ближче, ніж насправді. Соматичні порушення, супутні делірію: мідріаз, гіперемія, атаксія, тахікардія, сильна спрага, сухість шкіри та слизових, синюшність шкірних покривів, іноді підвищення артеріального тиску та підвищення температури тіла. Неврологічна та соматична симптоматика при цьому має подібність до такої при атропіновому отруєнні.
У більш важких випадках може бути більш глибоке затьмарення свідомості, що супроводжується безглуздим руховим збудженням. У цих випадках часто наступна повна амнезія та клінічна картина ближче до сутінкового затьмарення свідомості.
Відомий випадок, коли жінка похилого віку, яка вживала протягом двох років по 300 грамів кави щодня (близько 30 г чистого кофеїну), випробувала психоз з дезорієнтуванням в навколишньому просторі, епізодичними зоровими галюцинаціями, ейфорією, ажитацією.
Бувають і випадки розвитку галюцинозу. Затяжні психози з зоровими та слуховими галюцинаціями при тривалому зловживанні чаєм описані В. П. Поляковим та Уорком.
Афективні психози у кофеїном, що тривало зловживають, досить рідкісні, проте описаний випадок виникнення стану, що нагадує гіпоманіакальний.
Психози з порушенням свідомості при отруєнні кофеїном зазвичай тривають трохи більше кількох діб.
Психічні та поведінкові розлади, спричинені вживанням кофеїну, кодуються у Міжнародній класифікації хвороб 10-перегляду (МКХ-10) кодом F15. При тривалому зловживанні або передозуванні кофеїн може викликати психоз, синдроми порушення свідомості, деліріозні стани.
Раніше кофеїн витягували з відходів виробництва чаю та кавових зерен. Нині він синтезується синтетично. У промисловості кофеїн синтезують із сечової кислоти та ксантину.
Традиційний синтез із сечової кислоти складається з 2 стадій:
Дія формаміду на сечову кислоту, у результаті утворюється ксантин.
На 2 стадії ксантин піддається метилюванню диметилсульфатом, залежно від умов можливе отримання кофеїну і теоброміну.
Кофеїн виходить у слаболужному середовищі при pH 8,0-9,0. Якщо ж метилювання відбувається у присутності KOH та метанолу при 60-70 °С, то утворюється теобромін.
Вихід кофеїну досягає в середньому 65-70%.
Найбільшого поширення з напівсинтетичних методів набув метод, розроблений О. Ю. Магідсоном та Є. С. Головчинською, в якому вихідним продуктом служить сечова кислота. Метод зводиться до нагрівання сечової кислоти з оцтовим ангідридом у присутності каталізатора (диметиланілін, піридин) з утворенням 8-метилксантину. Реакція протікає через проміжне розкриття імідазольного циклу в пуриновій системі, декарбоксилювання та відщеплення оцтової кислоти за схемою:
Отриманий 8-метилксантин метилюють, при цьому, залежно від умов проведення реакції, можуть бути отримані 1,3,7,8-тетраметилксантин або 3,7,8-триметилксантин.
При метилюванні 8-метилксантину надлишком диметилсульфату в слаболужному середовищі, виходить 1,3,7,8-тетраметилксантин, а при метилюванні метиловим ефіром бензол(толуол)-сульфокислоти (220-230 ° С у присутності CaO) виходить 3,7,8-триметилксантин (8-метилтеобромін):
Порядок заміщення у пуриновому ядрі залежить від «кислотності» відповідних атомів водню. Атоми водню в положеннях 3,7 мають близьку кислотність, атом водню в 1-му положенні володіє більш низькою кислотністю. Відповідно до цього при метилюванні ксантину порядок заміщення — 3,7 і 1. Для отримання з 8-метилкофеїну та 8-метилтеоброміну, відповідно, кофеїну та теоброміну необхідно видалити метильну групу з положення 8. З цією метою отримані три і-тетраметилпохідні ксантину піддають хлорування.
Напрямок процесу хлорування залежить головним чином температурного режиму проведення реакції. При температурі нижче 8-10 ° С хлор заміщає водень метильною групою при C8, а при температурі ~80 ° С хлорується не тільки CH3-група в положенні 8, але одночасно заміщається на хлор один атом водню в метильній групі С7. При подальшому гідролізі відповідних хлорпохідних виходить кофеїн і теобромін. Схематично всі ці процеси можна представити так:
Існує також синтез з ціануцтової кислоти та діалкілсечовини, розроблений Моріцом Траубе. Цей спосіб є найбільш економічним.
Відгуки
Відгуків немає, поки що.