Kofein

S Vikipedije, slobodne enciklopedije
Kofein
Caffeine.svg
Caffeine 3d structure.png
Caffeine (1) 3D spacefill.png
Nazivi
IUPAC naziv
1,3,7-trimethl- 1H-purin- 2,6(3H,7H)-dion
Drugi nazivi
1,3,7-trimetilksantin, trimetilksantin, metilteobromin, 7-metilteopilin, tein, matein, kvaranin
Identifikacija
3D model (Jmol)
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.329
MeSH Caffeine
RTECS EV6475000
  • InChI=1/C8H10N4O2/c1-10-4-9-6-5(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3
    Ključ: RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYAW
  • O=C2N(c1ncn(c1C(=O)N2C)C)C
Svojstva
C8H10N4O2
Molarna masa 194.19 g/mol
Agregatno stanje bez mirisa, beli kristali ili prah
Gustina 1.23 g/cm³, u čvrstom stanju
Tačka topljenja 227–228  °C (anhidrozni); 234–235  °C (monohidrat)
Tačka ključanja 178  °C subl.
2,17 g/100 ml (25  °C)
18,0 g/100 ml (80  °C)
67,0 g/100 ml (100  °C)
Kiselost (pKa) −0.13–1.22[3]
Dipolni moment 3.64 D (izračunata vrednost)
Opasnosti
Štetan (Xn)
R-oznake R22
S-oznake (S2)
NFPA 704
Kod zapaljivosti 0: Neće goreti (npr. voda)Health code 2: Intense or continued but not chronic exposure could cause temporary incapacitation or possible residual injury. E.g., chloroformKod reaktivnosti 0: Normalno stabilan, čak i pod stanjem izloženosti vatri; nije reaktivan s vodom (npr. tečni azot)Special hazards (white): no codeNFPA 704 four-colored diamond
0
2
0
Smrtonosna doza ili koncentracija (LD, LC):
192 mg/kg (pacov, oralno)[4]
Ukoliko nije drugačije napomenuto, podaci se odnose na standardno stanje materijala (na 25°C [77°F], 100 kPa).
DaY verifikuj (šta je DaYNeN ?)
Reference infokutije

Kofein (odnosno trimetilksantin (C8H10N4O2), tein, matein, guaranin i metiloteobromin) je prirodni alkaloid, koji se dobija iz zrna kafe, iz listova čaja i iz kakaovih zrna. Dodaje se veštačkim pićima (npr. Koka-kola). Kofein je jedan od prirodnih psihostimulansa, supstanci koje utiču na centralni nervni sistem. Poznat je i kao jedan od mutagena, faktora koji izaziva promene u genetskom materijalu.[5]

Kofein se u svom čistom obliku javlja se kao beli, kristalni prah, bez mirisa i gorkog ukusa, koji se dobro rastvara u vodi. Osnovni proces dobijanja čistog kofeina je dekofenizacija kafe i čaja. Može se naći u različitim količinama u plodovima, lišću i plodovima nekih biljaka, u kojima deluje kao prirodni pesticid koji parališe i ubija određene insekte koji se hrane tim biljkama. Kofein se smatra za najčešće korištenu farmakološki aktivnu supstancu u svetu.[6] Nekoliko šoljica kafe ili čaja na dan ima pobuđujući učinak na ljudski organizam, prouzrokuje jasniji i brži tok misli, smanjuje pospanost i povećava budnost.

Može se naći u listovima, plodovima i u semenju mnogih biljaka; poznate su najmanje 63 biljne vrste koje sadrže kofein među kojima su biljke roda Coffea, Cola, Paulinia, Camellia i Theobroma. Kada se nađe u prirodi, kofein predstavlja supstancu toksičnu po saprofite i mikroorganizme, što biljkama koje proizvode kofein služi kao zaštita.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Fridlib Ferdinand Runge je otkrio kofein

Na nagovor Getea, hemičar i apotekar F. F. Runge proučavao je zrna kafe sa ciljem da u njima nađe delotvornu supstancu. To mu je uspelo 1820. godine, kada je iz zrna kafe izolovao čist kofein, zbog čega se on može smatrati pronalazačem kofeina. Nezavisno od njega, francuskim apotekarima Peltjeu, Kaventu i Robiketu je takođe uspelo da izoluju kofein 1821. godine. Već 1832. godine Faf i Libig su uspeli da odrede sumarnu formulu kofeina C8H10N4O2 pomoću podataka o njegovom sagorevanju. Hemijsku strukturu kofeina odredio je Ludvig Medikus 1875. godine kao 1,3,7-trimetilksantin. Prvobitno pretpostavljenu strukturu potvrdio je Herman Emil Fišer 1895. godine putem prve sinteze kofeina. Međutim, način njegovog delovanja je uspešno otkriven tek u 20. veku.

U zelenom i crnom čaju sadržana supstanca, koja se često označava kao tein, takođe je kofein. Ova, ranije uobičajena, razlika između kofeina iz kafe i teina iz čaja se zasnivala na spajanju alkaloida: kofein iz kafe je spojen sa kompleksom hlorogenske kiseline i kalijuma, koji nakon prženja kafe i kontakta sa želudačnom kiselinom odmah otpušta kofein te tako brže deluje. Za razliku od njega, kofein iz čaja je vezan na polifenol, kod kojeg se alkaloid otpušta tek u crevima. Stoga njegovo delovanje je kasnije nego kod kafe, ali traje duže.[7]

Rasprostranjenost[uredi | uredi izvor]

Pržena zrna kafe
Čaj (Camellia sinensis L.)

Kofein je glavni aktivnih sastojak kafe. Osim u semenu kafinog drveta, on se nalazi još u preko 60 drugih biljnih vrsta, kao što su, na primer, čaj, guarana, kola i druge. Hemijski, kofein je usko povezan sa sličnim jedinjenjima kao što su teofilin i teobromin, a koji se takođe mogu naći zajedno sa kofeinom u brojnim biljnim vrstama. Nepržena zrna kafe, u zavisnosti od sorte, mogu da sadrže od 0,9 - 2,6% kofeina, a nakon prženja preostaje od 1,3 do 2% kofeina. Među sortama, takozvana kafearabika sadrži manje alkaloida od tipa robusta-kafe.[7] Fermentirani i osušeni listovi čaja, takozvani crni čaj sadrži, kao nefermentirani zeleni čaj,[6] sadrže oko 3–3,5% kofeina.[7]

U biljkama (naročito u nezaštićenim klicama i embrionima) on deluje kao insekticid, koji određene insekte ubija ili omamljuje.[8]

Dobijanje[uredi | uredi izvor]

Kofein se može dobiti ekstrakcijom iz listova čaja ili zrna kafe, na primer pomoću Soksletovog ekstraktora. Mnogo kofeina se dobija industrijski pri preradi kafe, naročito pri dekafeniranju (uklanjanju kofeina iz proizvoda od kafe), pri čemu je sredstvo za ekstrakciju dihlorometan, etil estar sirćetne kiseline ili prekritični ugljen-dioksid. Osim ovog postupka, kofein se industrijski uglavnom dobija putem Traubeove sinteze.

Osobine[uredi | uredi izvor]

Kofein je trivijalno ime hemijskog jedinjenja, koje je poznat zbog svog sadržaja u kafi, ali to ime ne daje nikakve detaljne informacije o hemijskim osobinama tog jedinjenja. Po sistematskoj nomenklaturi Međunarodne unije čiste i primenjene hemije (IUPAC) puni naziv kofeina glasi: 1,3,7-trimetil-2,6-purindion, odnosno kraće 1,3,7-trimetilksantin, po hemijskoj izvedenici kofeina iz ksantina. Kofein spada u grupu prirodnih purina (purin alkaloida). Strukturno je veoma sličan sa supstancama poput dimetilksantina teofilina i teobromina.

Struktura kofeina se sastoji iz dvostrukog prstena, na koje se sa spoljašnje strane nalazi više supstituenata. Ovaj dvostruki prsten u jezgru odgovara osnovnoj strukturi purina. On se sastoji iz dva prstena, jednog šestočlanog i jednog petočlanog, od kojih svaki ima po dva atoma azota. Na spoljašnjim stranama prstena na atomima ugljenika C-2 i C-6 spojeni su dvostrukim vezama po jedan atom kiseonika. Kod kofeina na atomima azota N-1, N-3 i N-7 nalaze se spojene po jedna metil-grupa (-CH3). Pored njega, postoji i izokofein (1,3,9-Trimetilksantin), u kojem je, za razliku od kofeina, metil-grupe nisu vezane na atom azota N-7, nego na N-9. Kod teofilina nedostaju od tri metil-grupe ona na atomu N-7, dok kod teobromina nedostaju na atomu N-1.

Čisti kofein, pod normalnim uslovima, je beli kristalni prah, bez mirisa, gorkog ukusa. Postoje dve enantiotropne polimorfne kristalne forme kofeina. Na sobnoj temperaturi stabilna je β-forma (forma na niskim temperaturama), dok na temperaturi od 141  °C prelazi u α-formu (forma na visokim temperaturama).[9] Ova forma se topi na temperaturi od 236  °C.[10] Povratna transformacija iz α- u β-formu je kinetički onemogućena, tako da se α-forma može nedeljama nalaziti na sobnoj temperaturi u metastabilnom stanju. Kofein kao jedinjenje vrlo lako sublimira (na 178  °C). Rastvorljivost dosta zavisi od temperature:

Čisti kofein
Rastvorljivost kofeina
voda pri normalnoj temperaturi 21,74 g/l
voda pri 80  °C 181,82 g/l
etanol pri normalnoj temperaturi 15,15 g/l
etanol pri 60  °C 45,45 g/l
aceton 20,00 g/l
hloroform 181,82 g/l

Kofein pri kristalizaciji iz vode gradi kristalni hidrat u obliku dugih iglica. Stehiometrijski hidrat u kristalnoj rešetki sadrži 0,8 mola vode po jednom molu kofeina.[11] Derivati ksantina kao što su kofein se označavaju slabim bazama, jer mogu primiti protone preko svojih atoma azota. I pored toga, rastvori derivata ksantina nisu alkalni, ali se oni ubrajaju u alkaloide. Kao alkaloidi se generalno označavaju sva fiziološki aktivna, niži jedinjenja koja sadrže azot, naročito oni koji se javljaju u prirodi.

Osim kofeinske baze, farmaceutski se koristi i kofein citrat, smešu kofeina i limunske kiseline (AKS, po IUPAC nomenklaturi: 1,3,7-trimetil-3,7-dihidro-2H-purin-2,6-dion + 2-hidroksipropan-1,2,3-trikarbonska kiselina) koja ima sumarnu formulu C14H18N4O9, molarne mase 386,31 grama po molu, a u CAS-bazi je označena brojem 69-22-7. To je beli kristalni prah, rastvorljiv u vreloj vodi u odnosu 1:4 (disocijacija), a u 96%-tnom etanolu u odnosu 1:25.[12]

Farmakologija[uredi | uredi izvor]

Značajnija delovanja kofeina su:[13][14]

  • Pobuđenje centralnog nervnog sistema
  • Povećanje sile kontrakcija srca
  • Povišenje frekvencije srca (ubrzanje pulsa)
  • Proširenje bronhija (bronhodilatacija)
  • Slab diuretički učinak, sprečavanjem ponovne resorpcije vode iz primarnog urina
  • Delovanje na krvne sudove: sudove u mozgu sužava, dok ih na periferiji krvotoka širi.
  • Zabeležene su pojave neznatnog povišenja krvnog pritiska[15][16]
  • Podstiče peristaltiku creva.
  • Smanjuje kontrakcije mišića u zidovima jajovoda kod žena, onemogućavajući prolaz oplođene jajne ćelije do materice, uz moguće posledice na kašnjenje oplodnje[17][18]
  • Podsticanje glikogenolize i lipolize.[13]

Iako kofein ima relativno širok spektar delovanja, u malim dozama je, u prvom redu, stimulans. Pod tim se, generalno, podrazumeva supstanca koja ima podražajno delovanje na psihu čoveka, čime se njegova koncentracija, volja i energija povećava, a smanjuje osećaj umora. Potrebno je razlikovati pobuđujući od uzbuđujućeg delovanja kofeina, pri čemu uzbuđujući zahteva veće doze. Kod manjih doza gotovo isključivo dolazi do centralnog pobuđujućeg delovanja, on prvenstveno utiče na osnovne psihičke funkcije poput raspoloženja, budnosti i motivacije. Povećanjem doze kofeina dolazi i do podražaja centra za disanje i krvotoka.

Dok više koncentracije kofeina mogu da utiču i na motorne centre u mozgu, u niskim koncentracijama kofein deluje isključivo na senzorske delove moždane kore. Budnost, pažnja i mogućnost veće koncentracije se zbog toga značajno povećava. Raste i kapacitet pamćenja i fiksiranja procesa učenja (mnestičke funkcije).

Smanjenjem simptoma umora smanjuje se i potreba za snom. Povišenje krvnog pritiska je malo, a ono u potpunosti iščezava dugoročnim korištenjem kofeina, taj efekat se ponovno javlja tek kada se kofein ne koristi najmanje 24 sata.[16] Blago povišenje krvnog pritiska je uzrokovano stimulisanjem centralnog nervnog sistema (tačnije vazomotornog centra), ali istovremeno delujući i na njegovo snižavanje putem snižavanja periferalnog otpora.[13] Raspoloženje se može povećati do blage euforije. Svoj širok spektar delovanja kofein može zahvaliti mnogim komponentama, koje utiču na određene ćelijske procese na molekularnom nivou. Kofein može proći kroz moždano-krvnu barijeru gotovo bez prepreka, te svoje delovanje ispoljava gotovo isključivo na centralni nervni sistem. Prema jednoj novoj studiji, kofein ne podiže samo mogućnost koncentracije, poboljšava pažnju i brzinu procesa mišljenja, nego i dugoročno pamćenje.[19]

Kofein u sredstvima za uživanje, kao na primjer crni čaj ili koka-kola, može biti problematičan naročito za decu: tako na primjer tri čaše koka-kole (u zavisnosti od izvora, 65–250 mg[20] odnosno 50–350 mg[21] u 990 ml) mogu da sadrže kofeina kao dve šolje kafe (u zavisnosti od izvora, 100–240 mg[22] ili 160–240 mg[21] kofeina u 250 ml filtrirane kafe). Dete teško oko 30 kg tako može u sebe uneti koncentraciju od 5–12 mg kofeina po kilogramu telesne težine, što se dovoljna doza da prouzrokuje nervozu i poremećaj spavanja.

Kofein se nalazi i na doping listi Međunarodnog olimpijskog odbora, mada je njegova najviša dopuštena doza toliko visoka, da sportisti mogu bez naročitog uzdržavanja piti kafu ili čaj za doručak. Međutim 25. jula 2000. godine španski biciklista Oskar Sevilja je bio pozitivno testiran na kofein, pa mu je njegova biciklistička organizacija zabranila učešće na svetskom cestovnom prvenstvu. Svetska antidoping agencija je uklonila stimulans kofein sa spiska zabranjenih supstanci, počev od 1. januara 2004. godine.

Oralna smrtonosna doza (LD50) izmerena kod pacova iznosi 381 mg po kilogramu telesne mase. Kod čoveka, smrtonosna doza kofeina se procenjuje na oko 10 grama kofeina (procene se kreću od 5 pa sve do 30 g), što odgovara otprilike 100 šolja kafe.[23][24]

Farmakokinetika[uredi | uredi izvor]

Metabolizam kofeina zavisi od biološke vrste koja ga koristi. Kod čoveka, oko 80% unetog kofeina se pomoću enzima citohrom P450 1A2 demetiliše u paraksantin, a oko 16% kofeina se u jetri pretvara u teobromin i teofilin. Putem daljnjeg delimičnog demetilisanja i oksidisanja nastaju derivati urata i uracila. Iz mokraće se može izdvojiti deset metabolita kofeina, ali tek manje od 3% prvobitno unete količine kofeina. Osnovni proizvod izlučivanja u mokraći su di- i mono-metilksantini kao i mono-, di- i trimetil mokraćna kiselina. Farmakokinetika kofeina zavisi od mnogih unutrašnjih i spoljašnjih faktora. Resorpcija kofeina preko organa za varenje do krvotoka se dešava vrlo brzo i gotovo u potpunosti, za oko 45 minuta nakon uzimanja kofeina gotovo celokupna količina unetog kofeina se apsorbuje, te je njegova biološka dostupnost 90% - 100%.

Pića koja sadrže ugljenu kiselinu mogu potpomoći da se kofein još brže apsorbuje. Najveću koncentraciju u plazmi kofein dostiže 15 do 20 minuta nakon unosa. Unos 5–8 mg kofeina po jednom kg telesne mase rezultira koncentracijom kofeina u plazmi od 8 do 10 mg/l. Vreme polueliminacije kofeina u plazmi iznosi između 2,5 i 4,5 sata (neki izvori navode 3-5 h) kod zdravih osoba. Međutim, vreme polueliminacije značajno raste na oko 80 sati (36 do 144 h) kod novorođenčadi, te daleko iznad 100 h kod nedonoščadi. Kod osoba koje konzumiraju duvan smanjuje se vreme polueliminacije kofeina za 30% do 50%, dok se kod žena koje uzimaju oralna sredstva protiv začeća to vreme udvostručuje. Kod žena u trećem tromesečju trudnoće, vreme polueliminacije raste na oko 15 sati. Koliko je danas poznato, konzumiranjem soka od grejpfruta pre unosa kofeina, vreme polueliminacije kofeina se produžava, jer gorka supstanca u grepfrutu inhibira metabolizam kofeina u jetri.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Li Q, Cheng T, Wang Y, Bryant SH (2010). „PubChem as a public resource for drug discovery.”. Drug Discov Today. 15 (23-24): 1052—7. PMID 20970519. doi:10.1016/j.drudis.2010.10.003.  уреди
  2. ^ Evan E. Bolton; Yanli Wang; Paul A. Thiessen; Stephen H. Bryant (2008). „Chapter 12 PubChem: Integrated Platform of Small Molecules and Biological Activities”. Annual Reports in Computational Chemistry. 4: 217—241. doi:10.1016/S1574-1400(08)00012-1. 
  3. ^ This is the pKa for protonated caffeine, given as a range of values included in Brittain, Harry G.; Prankerd, Richard J. (2007). Profiles of Drug Substances, Excipients and Related Methodology, volume 33: Critical Compilation of Pka Values for Pharmaceutical Substances. Academic Press. ISBN 978-0-12-260833-9. 
  4. ^ Peters, Josef M. (1967). „Factors Affecting Caffeine Toxicity: A Review of the Literature”. The Journal of Clinical Pharmacology and the Journal of New Drugs (7): 131—141. Архивирано из оригинала на датум 10. 6. 2008. Приступљено 5. 6. 2010. 
  5. ^ Shier 1990, стр. 397.
  6. ^ а б Pojam Coffein. u: Römpp Online. Georg Thieme Verlag
  7. ^ а б в Werner Baltes: Lebensmittelchemie. 6. izd., Springer. 2007. ISBN 978-3-540-38181-5., str. 400.
  8. ^ Frischknecht, P. M. (1986). „Purine formation in buds and developing leaflets of Coffea arabica: expression of an optimal defence strategy?”. Phytochemistry. Journal of the Phytochemical Society of Europe and the Phytochemical Society of North America. 25 (3): 613—616.  doi:10.1016/0031-9422(86)88009-8
  9. ^ Epple, M.; Cammenga, H.K.; Sarge, S.M.; Dietrich, R.; Balek, V.: The phase transformation of caffeine: investigation by dynamic X-ray diffraction and emanation thermal analysis, Thermochim. Acta 250 (1995) str. 29–39.
  10. ^ Bothe, H.; Cammenga, H.K.: Phase transitions and thermodynamic properties of anhydrous caffeine, J. Thermal Anal. 16 (1979) S. 267–275.
  11. ^ Bothe, H.; Cammenga, H.K.: Composition, properties stability and thermal dehydration of crystalline caffeine hydrate, Thermochim. Acta 40 (1980) str. 29–39.
  12. ^ Sean Sweetman (ur.): Martindale: The Complete Drug Reference, 35. izd.: knjiga i CD-ROM. Pharmaceutical Press.ISBN 978-0-85369-704-6.
  13. ^ а б в E. Mutschler, G. Geisslinger, H. K. Kroemer, P. Ruth, M. Schäfer-Korting: Arzneimittelwirkungen. Lehrbuch der Pharmakologie und Toxikologie. 9. izd. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart. 2008. ISBN 978-3-8047-1952-1.. str. 192.
  14. ^ http://www.vetpharm.uzh.ch/wir/00000005/8082__F.htm Vetpharm
  15. ^ Julien, Robert M.: Drogen und Psychopharmaka, Heidelberg; Berlin; Oxford; Spektrum, Akad. Verl., 1997, str. 173.
  16. ^ а б Wissenschaft-Online-Lexika: Stavka o kofeinu u Lexikon der Ernährung. Učitano 17.10.2009.
  17. ^ Dixon R, Hwang S, Britton F, Sanders K, Ward S (2011). „Inhibitory effect of caffeine on pacemaker activity in the oviduct is mediated by cAMP-regulated conductances”. Br J Pharmacol. 163 (4): 745—754. 
  18. ^ F. Bolúmar, J. Olsen, M. Rebagliato, L. Bisanti: Caffeine intake and delayed conception: a European multicenter study on infertility and subfecundity. European Study Group on Infertility Subfecundity. u: American journal of epidemiology. tom 145, br. 4, februar 1997., str. 324–334.
  19. ^ Daniel Borota, Elizabeth Murray, Gizem Keceli, Allen Chang, Joseph M Watabe, Maria Ly, John P Toscano, Michael A Yassa: Post-study caffeine administration enhances memory consolidation in humans. u: Nature Neuroscience. 2014, str. , doi:10.1038/nn.3623
  20. ^ Pojam Alkoholfreie Erfrischungsgetränke. u: Römpp Online. Georg Thieme Verlag
  21. ^ а б Stiftung Warentest: Koffeingehalt in Lebensmitteln. test.de, 6. august 2003.
  22. ^ Pojam Kaffeegetränk. u: Römpp Online. Georg Thieme Verlag
  23. ^ Drogen und Psychopharmaka, Robert M. Julien, Naslov originalnog izdanja: A primer of drug action – a concise and nontechnical guide to the actions, uses, and side effects of psychoactive drugs, Urban & Fischer Verlag (oktobar 2002). ISBN 978-3-437-21706-7.
  24. ^ Sa podacima i za ostala pića: Neuseeland: Tod nach exzessivem Cola-Konsum u Spiegel Online od 13.2.2013

Литература[uredi | uredi izvor]

Спољашње везе[uredi | uredi izvor]