Кофеин

Из Википедије, слободне енциклопедије
(преусмерено са Kofein)
Иди на навигацију Иди на претрагу
Кофеин
Caffeine.svg
Caffeine 3d structure.png
Caffeine (1) 3D spacefill.png
Називи
IUPAC назив
1,3,7-триметхл- 1H-пурин- 2,6(3H,7H)-дион
Други називи
1,3,7-триметилксантин, триметилксантин, метилтеобромин, 7-метилтеопилин, теин, матеин, кваранин
Идентификација
3D модел (Јмол)
ChemSpider
DrugBank
ECHA InfoCard 100.000.329
MeSH Caffeine
RTECS EV6475000
Својства
C8H10N4O2
Моларна маса 194.19 g/mol
Агрегатно стање bez mirisa, beli kristali ili prah
Густина 1.23 g/cm³, u чврстом стању
Тачка топљења 227–228  °C (анхидрозни); 234–235  °C (монохидрат)
Тачка кључања 178  °C субл.
2,17 g/100 ml (25  °C)
18,0 g/100 ml (80  °C)
67,0 g/100 ml (100  °C)
Киселост (pKa) −0.13–1.22[3]
Диполни момент 3.64 D (израчуната вредност)
Опасности
Штетан (Xn)
Р-ознаке R22
С-ознаке (S2)
Смртоносна доза или концентрација (LD, LC):
192 mg/kg (пацов, орално)[4]
Уколико није другачије напоменуто, подаци се односе на стандардно стање материјала (на 25 °C [77 °F], 100 kPa).
ДаY верификуј (шта је ДаYНеН ?)
Референце инфокутије

Кофеин (односно триметилксантин (C8H10N4O2), теин, матеин, гуаранин и метилотеобромин) је природни алкалоид, који се добија из зрна кафе, из листова чаја и из какаових зрна. Додаје се вештачким пићима (нпр. Кока-кола). Кофеин је један од природних психостимуланса, супстанци које утичу на централни нервни систем. Познат је и као један од мутагена, фактора који изазива промене у генетском материјалу.[5]

Кофеин се у свом чистом облику јавља се као бели, кристални прах, без мириса и горког укуса, који се добро раствара у води. Основни процес добијања чистог кофеина је декофенизација кафе и чаја. Може се наћи у различитим количинама у плодовима, лишћу и плодовима неких биљака, у којима делује као природни пестицид који паралише и убија одређене инсекте који се хране тим биљкама. Кофеин се сматра за најчешће кориштену фармаколошки активну супстанцу у свету.[6] Неколико шољица кафе или чаја на дан има побуђујући учинак на људски организам, проузрокује јаснији и бржи ток мисли, смањује поспаност и повећава будност.

Може се наћи у листовима, плодовима и у семењу многих биљака; познато је најмање 63 биљних врста које садрже кофеин међу којима су биљке рода Coffea, Cola, Paulinia, Camellia и Theobroma. Када се нађе у природи, кофеин представља супстанцу токсичну по сапрофите и микроорганизме, што биљкама које производе кофеин служи као заштита.

Историја[уреди]

Фридлиб Фердинанд Рунге је открио кофеин

На наговор Гетеа, хемичар и апотекар Ф. Ф. Рунге proučavao je zrna kafe sa ciljem da u njima nađe delotvornu supstancu. To mu je uspelo 1820. godine, kada je iz zrna kafe izolовао čist kofein, због чега се он može сматрати pronalazačем kofeina. Nezavisno od njega, francuskim apotekarima Пелтјеу, Кавенту i Робикету је такође успело да изолују кофеин 1821. године. Већ 1832. године Фаф и Либиг су успели да одреде сумарну формулу кофеина C8H10N4O2 помоћу података о његовом сагоревању. Хемијску структуру кофеина одредио је Лудвиг Медикус 1875. године као 1,3,7-триметилксантин. Првобитно претпостављену структуру потврдио је Херман Емил Фишер 1895. године путем прве синтезе кофеина. Међутим, начин његовог деловања је успешно откривен тек у 20. веку.

У зеленом и црном чају садржана супстанца, која се често означава као теин, такође је кофеин. Ова, раније уобичајена, разлика између кофеина из кафе и теина из чаја се заснивала на спајању алкалоида: кофеин из кафе је спојен са комплексом хлорогенске киселине и калијума, који након пржења кафе и контакта са желучаном киселином одмах отпушта кофеин те тако брже делује. За разлику од њега, кофеин из чаја је везан на полифенол, код којег се алкалоид отпушта тек у цревима. Стога његово деловање је касније него код кафе, али траје дуже.[7]

Распрострањеност[уреди]

Пржена зрна кафе
Чај (Camellia sinensis L.)

Кофеин је главни активних састојак кафе. Осим у семену кафиног дрвета, он се налази још у преко 60 других биљних врста, као што су например чај, гуарана, кола и друге. Хемијски, кофеин је уско повезан са сличним једињењима као што су теофилин и теобромин, а који се такође могу наћи заједно са кофеином у бројним биљним врстама. Непржена зрна кафе, у зависности од сорте, могу да садрже од 0,9 - 2,6% кофеина, а након пржења преостаје од 1,3 до 2% кофеина. Међу сортама, такозвана кафеарабика садржи мање алкалоида од типа робуста-кафе.[7] Ферментирани и осушени листови чаја, такозвани црни чај садржи, као неферментирани зелени чај,[6] садрже око 3–3,5 % кофеина.[7]

У биљкама (нарочито у незаштићеним клицама и ембрионима) он делује као инсектицид, који одређене инсекте убија или омамљује.[8]

Добијање[уреди]

Кофеин се може добити екстракцијом из листова чаја или зрна кафе, на пример помоћу Сокслетовог екстрактора. Много кофеина се добија индустријски при преради кафе, нарочито при декафенирању (уклањању кофеина из производа од кафе), при чему је средство за екстракцију дихлорометан, етил естар сирћетне киселине или прекритични угљен-диоксид. Осим овог поступка, кофеин се индустријски углавном добија путем Траубеове синтезе.

Особине[уреди]

Кофеин је тривијално име хемијског једињења, које је познат због свог садржаја у кафи, али то име не даје никакве детаљне информације о хемијским особинама тог једињења. По систематској номенклатури Међународне уније чисте и примењене хемије (IUPAC) пуни назив кофеина гласи: 1,3,7-триметил-2,6-пуриндион, односно краће 1,3,7-триметилксантин, по хемијској изведеници кофеина из ксантина. Кофеин спада у групу природних пурина (пурин алкалоида). Структурно је веома сличан са супстанцама попут диметилксантина теофилина и теобромина.

Структура кофеина се састоји из двоструког прстена, на које се са спољашње стране налази више супституената. Овај двоструки прстен у језгру одговара основној структури пурина. Он се састоји из два прстена, једног шесточланог и једног петочланог, од којих сваки има по два атома азота. На спољашњим странама прстена на атомима угљеника C-2 и C-6 спојени су двоструким везама по један атом кисеоника. Код кофеина на атомима азота N-1, N-3 и N-7 налазе се спојене по једна метил-група (-CH3). Поред њега, постоји и изокофеин (1,3,9-Триметилксантин), у којем је, за разлику од кофеина, метил-групе нису везане на атом азота N-7, него на N-9. Код теофилина недостају од три метил-групе она на атому N-7, док код теобромина недостају на атому N-1.

Чисти кофеин, под нормалним условима, је бели кристални прах, без мириса, горког укуса. Постоје две енантиотропне полиморфне кристалне форме кофеина. На собној температури стабилна је β-форма (форма на ниским температурама), док на температури од 141  °C прелази у α-форму (форма на високим температурама).[9] Ова форма се топи на температури од 236  °C.[10] Повратна трансформација из α- у β-форму је кинетички онемогућена, тако да се α-форма може недељама налазити на собној температури у метастабилном стању. Кофеин као једињење врло лако сублимира (на 178  °C). Растворљивост доста зависи од температуре:

Чисти кофеин
Растворљивост кофеина
вода при нормалној температури 21,74 g/l
вода при 80  °C 181,82 g/l
етанол при нормалној температури 15,15 g/l
етанол при 60  °C 45,45 g/l
ацетон 20,00 g/l
хлороформ 181,82 g/l

Кофеин при кристализацији из воде гради кристални хидрат у облику дугих иглица. Стехиометријски хидрат у кристалној решетки садржи 0,8 мола воде по једном молу кофеина.[11] Деривати ксантина као што су кофеин се означавају слабим базама, јер могу примити протоне преко својих атома азота. И поред тога, раствори деривата ксантина нису алкални, али се они убрајају у алкалоиде. Као алкалоиди се генерално означавају сва физиолошки активна, нижи једињења која садрже азот, нарочито они који се јављају у природи.

Осим кофеинске базе, фармацеутски се користи и кофеин цитрат, смешу кофеина и лимунске киселине (AKS, по IUPAC номенклатури: 1,3,7-триметил-3,7-дихидро-2H-пурин-2,6-дион + 2-хидроксипропан-1,2,3-трикарбонска киселина) која има сумарну формулу C14H18N4O9, моларне масе 386,31 грама по молу, а у ЦАС-бази је означена бројем 69-22-7. То је бели кристални прах, растворљив у врелој води у односу 1:4 (дисоцијација), а у 96%-тном етанолу у односу 1:25.[12]

Фармакологија[уреди]

Значајнија деловања кофеина су:[13][14]

  • Побуђење централног нервног система
  • Повећање силе контракција срца
  • Повишење фреквенције срца (убрзање пулса)
  • Проширење бронхија (бронходилатација)
  • Слаб диуретички учинак, спречавањем поновне ресорпције воде из примарног урина
  • Деловање на крвне судове: на судове у мозгу сужава, док их на периферији крвотока шири.
  • Забележене су појаве незнатног повишења крвног притиска[15][16]
  • Подстиће перисталтику црева.
  • Смањује контракције мишића у зидовима јајовода код жена, онемогућавајући пролаз оплођене јајне ћелије до матернице, уз могуће последице на кашњење оплодње[17][18]
  • Подтстицање гликогенолизе и липолизе.[13]

Иако кофеин има релативно широк спектар деловања, у малим дозама је, у првом реду, стимуланс. Под тим се, генерално, подразумева супстанца која има подражајно деловање на психу човека, чиме се његова концентрација, воља и енергија повећава а смањује осећај умора. Потребно је разликовати побуђујући од узбуђујућег деловања кофеина, при чему узбуђујући захтева веће дозе. Код мањих доза готово искључиво долази до централног побуђујућег деловања, он првенствено утиче на основне психичке функције попут расположења, будности и мотивације. Повећањем дозе кофеина долази и до подражаја центра за дисање и крвотока.

Док више концентрације кофеина могу да утичу и на моторне центре у мозгу, у ниским концентрацијама кофеин делује искључиво на сензорске делове мождане коре. Будност, пажња и могућност веће концентрације се због тога значајно повећава. Расте и капацитет памћења и фиксирања процеса учења (мнестичке функције).

Смањењем симптома умора смањује се и потреба за сном. Повишење крвног притиска је мало, а оно у потпуности ишчезава дугорочним кориштењем кофеина, тај ефекат се поновно јавља тек када се кофеин не користи најмање 24 сата.[16] Благо повишење крвног притиска је узроковано стимулисањем централног нервног система (тачније вазомоторног центра), али истовремено делујући и на његово снижавање путем снижавања перифералног отпора.[13] Расположење се може повећати до благе еуфорије. Свој широк спектар деловања кофеин може захвалити многим компонентама, које утичу на одређене ћелијске процесе на молекуларном нивоу. Кофеин може проћи кроз мождано-крвну баријеру готово без препрека, те своје деловање испољава готово искључиво на централни нервни систем. Према једној новој студији, кофеин не подиже само могућност концентрације, побољшава пажњу и брзину процеса мишљења, него и дугорочно памћење.[19]

Кофеин у средствима за уживање, као на примјер црни чај или кока-кола, може бити проблематичан нарочито за децу: тако на примјер три чаше кока-коле (у зависности од извора, 65–250 mg[20] односно 50–350 mg[21] у 990 ml) могу да садрже кофеина као две шоље кафе (у зависности од извора, 100–240 mg[22] или 160–240 mg[21] кофеина у 250 ml филтриране кафе). Дете тешко око 30 kg тако може у себе унети концентрацију од 5–12 mg кофеина по килограму телесне тежине, што се довољна доза да проузрокује нервозу и поремећај спавања.

Кофеин се налази и на допинг листи Међународног олимпијског одбора, мада је његова највиша допуштена доза толико висока, да спортисти могу без нарочитог уздржавања пити кафу или чај за доручак. Међутим 25. јула 2000. године шпански бициклиста Оскар Севиља је био позитивно тестиран на кофеин, па му је његова бициклистичка организација забранила учешће на светском цестовном првенству. Светска антидопинг агенција је уклонила стимуланс кофеин са списка забрањених супстанци, почев од 1. јануара 2004. године.

Орална смртоносна доза (LD50) измерена код пацова износи 381 mg по килограму телесне масе. Код човека, смртоносна доза кофеина се процењује на око 10 грама кофеина (процене се крећу од 5 па све до 30 g), што одговара отприлике 100 шоља кафе.[23][24]

Фармакокинетика[уреди]

Метаболизам кофеина зависи од биолошке врсте која га користи. Код човека, око 80% унетог кофеина се помоћу ензима цитохром П450 1А2 деметилише у параксантин, а око 16% кофеина се у јетри претвара у теобромин и теофилин. Путем даљњег делимичног деметилисања и оксидисања настају деривати урата и урацила. Из мокраће се може издвојити десет метаболита кофеина, али тек мање од 3% првобитно унете количине кофеина. Основни производ излучивања у мокраћи су ди- и моно-метилксантини као и моно-, ди- и триметил мокраћна киселина. Фармакокинетика кофеина зависи од многих унутрашњих и спољашњих фактора. Ресорпција кофеина преко пробавних органа до крвотока се дешава врло брзо и готово у потпуности, за око 45 минута након узимања кофеина готово целокупна количина унетог кофеина се апсорбује, те је његова биолошка доступност 90% - 100%.

Пића која садрже угљену киселину могу потпомоћи да се кофеин још брже апсорбује. Највећу концентрацију у плазми кофеин достиже 15 до 20 минута након уноса. Унос 5–8 mg кофеина по једном kg телесне масе резултира концентрацијом кофеина у плазми од 8 до 10 mg/l. Време полуелиминације кофеина у плазми износи између 2,5 и 4,5 сата (неки извори наводе 3-5 h) код здравих особа. Међутим, време полуелиминације значајно расте на око 80 сати (36 до 144 h) код новорођенчади, те далеко изнад 100 h код недоношчади. Код особа које конзумирају дуван смањује се време полуелиминације кофеина за 30% до 50%, док се код жена које узимају орална средства против зачећа то време удвостручује. Код жена у трећем тромесечју трудноће, време полуелиминације расте на око 15 сати. Колико је данас познато, конзумирањем сока од грејпфрута пре уноса кофеина, време полуелиминације кофеина се продужава, јер горка супстанца у грепфруту инхибира метаболизам кофеина у јетри.

Референце[уреди]

  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. 6,0 6,1 Pojam Coffein. u: Römpp Online. Georg Thieme Verlag
  7. 7,0 7,1 7,2 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. 13,0 13,1 13,2 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 3-8047-1952-X. 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. 16,0 16,1 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. 21,0 21,1 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 3-437-21706-2.
  24. ^ Sa podacima i za ostala pića: Neuseeland: Tod nach exzessivem Cola-Konsum u Spiegel Online od 13.2.2013

Литература[уреди]

Спољашње везе[уреди]