Кофеин

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Кофеин
Изображение химической структуры Изображение молекулярной модели
Изображение молекулярной модели
Общие
Систематическое
наименование		 1,3,7-​триметил-​1H-​пурин-​2,6​(3H,7H)​-​дион
Традиционные названия 1,3,7-триметилксантин,
гуаранин,
кофеин,
матеин,
метилтеобромин,
теин
Хим. формула C8H10N4O2
Рац. формула C8H10N4O2
Физические свойства
Состояние твёрдое кристаллическое вещество бесцветное или белого цвета, без запаха
Молярная масса 194,19 г/моль
Плотность 1,23 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 234 °C
 • сублимации 180 °C
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты 14
Структура
Дипольный момент 3,64 Д
Классификация
Рег. номер CAS 58-08-2
PubChem 2519
Рег. номер EINECS
 200-362-1
SMILES
InChI
RTECS EV6475000
ChEBI 27732
ChemSpider 2424
Безопасность
Предельная концентрация 0,5 мг/м³ (по ГОСТ 12.1.005-76)
ЛД50 120-149,442 мг/кг (мыши, перорально)
Токсичность высокая
Пиктограммы ECB Пиктограмма «X: Вредно» системы ECB
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
Кофеин
Изображение химической структуры
Химическое соединение
Брутто-формула C8H10N4O2
CAS 58-08-2
PubChem 2519
DrugBank 00201
Состав
Классификация
АТХ N06BC01
Другие названия
теин, матеин, кофеинум, гуаранин
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Кофеи́н (также матеин[1], теин[1], гуаранин[1][2]) — 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[3].

Кофеин содержится в растениях:

опылителей[3]
.

У животных и человека кофеин стимулирует

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[10].

История открытия

Фердинанд Рунге — первооткрыватель кофеина

Кофеин открыл в 1819 году и дал ему название немецкий химик Фердинанд Рунге[11].

В чистом виде кофеин впервые выделили

Ю. Либихом.[источник не указан 884 дня
]

В 1827 году М. Удри (англ. M. Oudry) выделил из чайных листьев новый алкалоид и назвал его теином. В 1838 году Иобст и Г. Я. Мульдер доказали тождественность теина и кофеина.[источник не указан 884 дня]

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[12]
.

Химическое строение и свойства

Химическое название кофеина — 1,3,7-триметил-

мочегонных
средств.

Кофеин, как и другие пуриновые

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

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[13][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

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

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 «

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)[14].

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[15], 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[16][17]. 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[18]. В заваренном чае содержание кофеина в существенной мере зависит от способа заваривания (продолжительность, температура воды) и также может отличаться в несколько раз[18]. В большинстве случаев содержание кофеина в заваренном чае находится в пределах 180—420 мг/л[19]. 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[20].

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
, что также вносит вклад в психостимулирующий эффект препарата.

Показания

Побочные эффекты

Со стороны ЦНС: возбуждение, тревога,

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,

аритмия, повышение артериального давления
.

Передозировка

Симптомы —

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,

сердечно-сосудистой системы, в старческом возрасте, при глаукоме. Приём кофеина ускоряет рост кист у больных поликистозом
.

Психические расстройства, вызванные употреблением кофеина

Этот раздел транслируется из статьи Стимуляторный психоз. (правка | история)
Кофе.

Существует предположение, что кофеин в больших дозах или при хроническом злоупотреблении может вызвать психоз у здоровых людей или усилить уже имеющийся психоз у больных шизофренией[21][22][23].

Кофеин, теобромин, теофиллин в высоких дозах при хроническом употреблении может привести к истощению нервной системы, что может стать основой для последующего психоза[24].

Чаще всего описывается возникновение делирия при передозировке кофеина[25]. Возникает наплыв ярких зрительных галлюцинаций, иногда слуховых, человек теряет ориентацию 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[26]. 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[27]. Неврологическая и соматическая симптоматика при этом имеет сходства с таковой при атропиновом отравлении[25].

В более тяжёлых случаях может присутствовать более глубокое помрачение сознания, сопровождаемое бессмысленным двигательным возбуждением[26]. В этих случаях часта последующая полная амнезия[26] и клиническая картина ближе к сумеречному помрачению сознания[28].

Известен случай, когда пожилая женщина, употреблявшая на протяжении двух лет по 300 граммов кофе ежедневно (около 3 г чистого кофеина), испытала психоз с дезориентировкой в окружающем пространстве, эпизодическими зрительными галлюцинациями, эйфорией, ажитацией, окончившийся смертью[29][30].

Бывают и случаи развития галлюциноза[31]. Затяжные психозы со зрительными и слуховыми галлюцинациями при длительном злоупотреблении чаем описаны В. П. Поляковым и Уорком[31][32].

Аффективные психозы у длительно злоупотребляющих кофеином довольно редки, однако описан случай возникновения состояния, напоминающего гипоманиакальное[31].

Психозы с нарушением сознания при отравлении кофеином обычно длятся не более нескольких суток[30]. Психические и поведенческие расстройства, вызванные употреблением кофеина, кодируются в Международной классификации болезней 10-пересмотра (МКБ-10) кодом F15. При длительном злоупотреблении или при передозировке кофеин может вызвать психоз, синдромы нарушения сознания, делириозные состояния[25].

Получение

Ранее кофеин извлекали из отходов производства чая и кофейных зёрен. В настоящее время он производится синтетически[5]. 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 %[11].

Наибольшее распространение из полусинтетических методов получил метод, разработанный О. Ю. Магидсоном и Е. С. Головчинской[33], 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)[33]:

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 C8, а при температуре ~80 °С хлорируется не только CH3-группа в положении 8, но одновременно замещается на хлор один атом водорода в метильной группе у С7. При последующем гидролизе соответствующих хлорпроизводных, получается кофеин и теобромин. Схематично все эти процессы можно представить следующим образом[33]:

Существует также синтез из циануксусной кислоты и диалкилмочевины, разработанный Морицем Траубе. Этот способ является наиболее экономичным[11].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 Bennett Alan Weinberg, Bonnie K. Bealer. The World of Caffeine: The Science and Culture of the World's Most Popular Drug (англ.). — Routledge, 2004. — P. 235. — ISBN 978-1-135-95817-6.
  2. ↑ Caffeine. PubChem public chemical database. Дата обращения: 26 июля 2011. Архивировано 23 августа 2011 года.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 Давыдов, 2021.
  4. ↑ Гончарова Т. А. Кофе аравийский // Энциклопедия лекарственных растений: (лечение травами) : В 2 т. — М.: Изд. дом МСП, 1997. — Т. 1. А—Р. — ISBN 5757801123.
  5. ↑ 1 2 3 Блинова, К. Ф. Ботанико-фармакогностический словарь : [арх. 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. ↑ Yerba mate // Tropical plant database : [англ.].
  7. ↑ Guarana. Dr. Duke's Phytochemical and Ethnobotanical Databases (18 сентября 2007). Дата обращения: 18 сентября 2007. Архивировано из оригинала 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. ↑ Stewart Robert Hinsley: Eintrag bei der Malvaceae-Website, 2010. Дата обращения: 19 марта 2021. Архивировано 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. ↑ 1 2 3 Беликов, 2007.
  12. ↑ Théel, Hj. The Nobel Prize in Chemistry 1902 : [англ.]. — The Nobel Foundation, 1902.
  13. ↑ Peters, Josef M. Factors Affecting Caffeine Toxicity: A Review of the Literature (англ.) // The Journal of Clinical Pharmacology and the Journal of New Drugs : journal. — 1967. — No. 7. — P. 131—141. Архивировано 12 января 2012 года. Архивированная копия. Дата обращения: 2 декабря 2011. Архивировано из оригинала 12 января 2012 года.
  14. ↑ [1] Архивная копия от 2 августа 2021 на Wayback Machine, http://www.caffeineinformer.com Архивная копия от 28 июля 2021 на Wayback Machine
  15. ISSN 03785173
    .
  16. ↑ Безалкогольный газированный напиток Coca-Cola. The Coca-Cola Company. Дата обращения: 21 сентября 2019. Архивировано 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. ↑ 1 2 Melican, Nigel. CAFFEINE AND TEA: Myth and Reality (англ.). CHA DAO, a journal of tea and tea culture. Дата обращения: 8 января 2012. Архивировано 3 февраля 2012 года.
  19. ↑ Общественная организация «ЭКСПЕРТ». Кофеин чая: заблуждения и реальность. tea4you.com. Дата обращения: 8 января 2012. Архивировано 18 февраля 2012 года.
  20. ↑ How is caffeine removed to produce decaffeinated coffee? (англ.). Scientific American (21 октября 1999). Дата обращения: 19 сентября 2017. Архивировано 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. — PMID 19407709.
  22. doi:10.1176/appi.ajp.2009.09101456. — PMID 20194494
    .
  23. ↑ Broderick P., Benjamin A. B. Caffeine and psychiatric symptoms: a review. (англ.) // The Journal of the Oklahoma State Medical Association. — 2004. — Vol. 97, no. 12. — P. 538—542. — PMID 15732884. [исправить]
  24. ↑ M. Solinas, S. Ferré, Z. You, M. Karcz-Kubicha, P. Popoli, S. Goldberg. Caffeine Induces Dopamine and Glutamate Release in the Shell of the Nucleus Accumbens (англ.) // Journal of Neuroscience[англ.] : journal. — 2002. — Vol. 14, no. 3. — P. 127—129. Архивировано 12 мая 2013 года.
  25. ↑ 1 2 3 Столяров, 1964, с. 140.
  26. ↑ 1 2 3 Столяров, 1964, с. 141.
  27. ↑ Столяров, 1964, с. 140—141.
  28. ↑ Столяров, 1964, с. 142.
  29. ↑ Wagner W. — Der Nervenarzt, 1939, Bd, 12, S. 296
  30. ↑ 1 2 Столяров, 1964, с. 143.
  31. ↑ 1 2 3 Столяров, 1964, с. 144.
  32. ↑ Поляков В. П. — Невропат. и психиатр., 1951, т. 20, стр. 77.
  33. ↑ 1 2 3 Мелентьева, 1976.

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. Фармакология : учебн.. — 9-е изд., перераб., испр. и доп. — М. : ГЭОТАР-Медицина, 2006. — С. 256. — 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. Правда ли, что кофеин полезен для здоровья? : [арх. 8 декабря 2021] //
    Тинькофф-журнал
    . — 2021. — 3 декабря.

Ссылки

  • Brecher, E. M. P. II. Caffeine : [арх. 25 июля 1997] // The Consumers Union Report on Licit and Illicit Drugs : [англ.] / Editors of Consumer Reports Magazine. — 1972.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Кофеин&oldid=137507174