Cafeína

Cafeína
General
Nombre sistemático	1,3,7-​trimetil-​1H-​purina-​2,6​(3H,7H)​-​diona
nombres tradicionales	1,3,7-trimetilxantina , guaranina, cafeína, mateína, metilteobromina , teína
química fórmula	C 8 H 10 N 4 O 2
Rata. fórmula	C 8 H 10 N 4 O 2
Propiedades físicas
Estado	sólido cristalino incoloro o blanco, inodoro
Masa molar	194,19 g/ mol
Densidad	1,23 g/cm³
Propiedades termales
La temperatura
•  fusión	234°C
• sublimación	180°C
Propiedades químicas
Constante de disociación ácida	catorce
Estructura
Momento bipolar	3,64D  _
Clasificación
registro número CAS	58-08-2
PubChem	2519
registro Número EINECS	200-362-1
SONRISAS	C[n]1cnc2N(C)C(=O)N(C)C(=O)c12
InChI	InChI=1S/C8H10N4O2/c1-10-4-9-6-5(10)7(13)12(3)8(14)11(6)2/h4H,1-3H3RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N
RTECS	EV6475000
CHEBI	27732
ChemSpider	2424
La seguridad
Concentración límite	0,5 mg/m³ (según GOST 12.1.005-76)
LD 50	120-149,442 mg/kg (ratones, oral)
Toxicidad	alto
Iconos del BCE
Los datos se basan en condiciones estándar (25 °C, 100 kPa) a menos que se indique lo contrario.
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La cafeína (también mateína [1] , teína [1] , guaranina [1] [2] ) es un alcaloide de purina , cristales amargos incoloros o blancos. Es una sustancia psicoactiva que se encuentra en el café , té , mate , bebidas energéticas y muchos refrescos . También se incluye en preparaciones farmacéuticas [3] .

La cafeína se encuentra en las plantas: café [4] [5] , hojas de té [3] [5] , granos de cacao [3] , hojas de acebo paraguayo ( mate ) [3] [6] , guaraná [7] [8][ aclarar ] , cola [9] y algunos otros. Las plantas lo sintetizan para protegerse contra los insectos que comen hojas, tallos y granos, así como para alentar a los polinizadores [3] .

En animales y humanos, la cafeína estimula el sistema nervioso central , aumenta la actividad cardíaca, acelera el pulso , provoca la dilatación de los vasos sanguíneos (principalmente vasos de los músculos esqueléticos, cerebro (estrecha la luz de las arterias cerebrales), corazón, riñones), aumenta la micción , reduce la agregación plaquetaria (sin embargo, en algunos casos, se observan los efectos opuestos). Esto se debe a que la cafeína bloquea la enzima fosfodiesterasa , que descompone el AMPc y hace que se acumule en las células. El cAMP es un mediador secundario a través del cual se llevan a cabo los efectos de varias sustancias fisiológicamente activas, principalmente la adrenalina . Por lo tanto, la acumulación de AMPc conduce a efectos similares a los de la adrenalina.

En medicina, la cafeína se utiliza como parte de un remedio para dolores de cabeza , migrañas , como estimulante de la respiración y la actividad cardíaca en resfriados , para aumentar el rendimiento mental y físico, para eliminar la somnolencia [10] .

Historial de descubrimientos

La cafeína fue descubierta en 1819 y nombrada por el químico alemán Ferdinand Runge [11] .

La cafeína fue aislada por primera vez en su forma pura por Pierre Pelletier y Joseph Cavantoux en 1828. En 1832, su composición fue establecida por F. Wehler y H. G. Pfaff con J. Liebig .

En 1827, M. Oudry aisló un  nuevo alcaloide de las hojas de té y lo denominó teína. En 1838, Jobst y G. J. Mulder demostraron la identidad de la teína y la cafeína.

La estructura química de la molécula de la cafeína fue aclarada a finales del siglo XIX por G. E. Fisher , quien también fue el primero en sintetizar la cafeína de forma artificial. En 1902, recibió el Premio Nobel de Química , entre otras cosas, por este trabajo [12] .

Estructura química y propiedades

El nombre químico de la cafeína es 1,3,7 -trimetilxantina . En un ambiente alcalino (a pH > 9), se convierte en cafeidina C 7 H 12 N 4 O. En estructura y propiedades farmacológicas, la cafeína está cerca de la teobromina y la teofilina ; los tres alcaloides pertenecen al grupo de las metilxantinas . La cafeína tiene un mejor efecto sobre el sistema nervioso central , y la teofilina y la teobromina  , como estimulantes cardíacos y diuréticos suaves .

La cafeína, al igual que otros alcaloides de purina , da una reacción positiva de murexida ; cuando se calienta con el reactivo de Nessler , la cafeína forma un precipitado de color marrón rojizo, en contraste con la teobromina , que da un color marrón claro en tales condiciones.

Propiedades físicas

Cristales blancos en forma de aguja de sabor amargo , inodoros . Disolveremos bien en el cloroformo , disolveremos mal en el agua fría (1:60), es fácil - en caliente (1:2), disolveremos mal en el etanol (1:50). Las soluciones son neutrales; esterilizado a +100 °C durante 30 min. T pl. 234°C.

Farmacología

En microdosis, la cafeína tiene un efecto estimulante sobre el sistema nervioso . Con un uso prolongado, puede causar una dependencia débil  : el teísmo . En grandes dosis provoca agotamiento, y en dosis de 150-200 mg por kilogramo de peso corporal (80-100 tazas de café por un tiempo limitado, dependiendo de las propiedades fisiológicas individuales del organismo, 1-2 horas ) - muerte [13][ especificar ] . Bajo la influencia de la cafeína, la actividad cardíaca se acelera, la presión arterial aumenta, el estado de ánimo mejora durante unos 40 minutos debido a la liberación de dopamina , pero después de 3-6 horas desaparece el efecto de la cafeína: fatiga, letargo y disminución de la capacidad para trabajar.

Las características fisiológicas de la acción de la cafeína sobre el sistema nervioso central fueron estudiadas por I. P. Pavlov y sus colegas, quienes demostraron que la cafeína potencia y regula los procesos de excitación en la corteza cerebral ; en dosis apropiadas, mejora los reflejos condicionados positivos tales como: memoria, concentración, velocidad de reacción y aumenta la actividad motora. El efecto estimulante conduce a un aumento del rendimiento mental y físico, una disminución de la fatiga y la somnolencia. Sin embargo, grandes dosis pueden conducir al agotamiento de las células nerviosas. El efecto de la cafeína (así como de otros psicoestimulantes) sobre la actividad nerviosa superior depende en gran medida del tipo de sistema nervioso. Por lo tanto, la dosis de cafeína debe hacerse teniendo en cuenta las características individuales de la actividad nerviosa. La cafeína debilita el efecto de las pastillas para dormir y los opiáceos y aumenta el efecto de los psicoestimulantes, aumenta la excitabilidad refleja de la médula espinal , excita los centros respiratorio y vasomotor. La actividad cardíaca bajo la influencia de la cafeína aumenta, las contracciones del miocardio se vuelven más intensas y más frecuentes. En estados colaptoides y de choque , la presión arterial aumenta bajo la influencia de la cafeína, con presión arterial normal no se observan cambios significativos, ya que simultáneamente con la excitación del centro vasomotor y el corazón, bajo la influencia de la cafeína, los vasos sanguíneos del esquelético los músculos y otras áreas del cuerpo se expanden (vasos del cerebro, corazón, riñones ), sin embargo, los vasos de los órganos abdominales (excepto los riñones) se estrechan. La diuresis bajo la influencia de la cafeína aumenta un poco, principalmente debido a una disminución en la reabsorción de electrolitos en los túbulos renales.

La cafeína reduce la agregación plaquetaria .

Bajo la influencia de la cafeína, se estimula la actividad secretora del estómago .

Según los datos modernos, en el mecanismo de acción de la cafeína, su efecto inhibitorio sobre la enzima fosfodiesterasa juega un papel importante , lo que conduce a la acumulación intracelular de monofosfato de adenosina cíclico (cAMP). El AMP cíclico se considera una sustancia mediadora (mediador secundario), con la ayuda de la cual se llevan a cabo los efectos fisiológicos de varias sustancias medicinales biogénicas. Bajo la influencia del AMP cíclico, se mejoran los procesos de glucogenólisis , lipólisis , se estimulan los procesos metabólicos en varios órganos y tejidos, incluido el tejido muscular y el sistema nervioso central. Se cree que la estimulación de la secreción gástrica por la cafeína también está asociada con un aumento en el contenido de AMP cíclico en la mucosa gástrica (ver también Teofilina , Cimetidina ).

En el mecanismo neuroquímico del efecto estimulante de la cafeína, juega un papel importante su capacidad para unirse a receptores específicos de " purina " o adenosina en el cerebro, cuyo agonista endógeno es el nucleósido de purina  - adenosina . La similitud estructural de la molécula de cafeína y adenosina contribuye a esto. Dado que la adenosina se considera un factor que reduce los procesos de excitación en el cerebro, su sustitución por cafeína produce un efecto estimulante. Con el uso prolongado de cafeína, es posible la formación de nuevos receptores de adenosina en las células cerebrales y el efecto de la cafeína disminuye gradualmente. Sin embargo, con un cese repentino del uso de cafeína, la adenosina ocupa todos los receptores disponibles, lo que puede conducir a una mayor inhibición con síntomas de fatiga, somnolencia , depresión , etc.

Aplicación

Debido a las propiedades estimulantes de la cafeína y la adicción física a ella, muchas personas consumen alimentos (bebidas) con cafeína para vigorizarse. El café se bebe con mayor frecuencia por la mañana para restaurar rápidamente el vigor después de dormir. El té (negro, verde) se bebe en cualquier momento del día, generalmente después de las comidas. Debido a que el té a menudo se bebe por gusto o para saciar la sed, se producen tés descafeinados que no tienen las propiedades (a veces indeseables) de estimular el sistema nervioso central y aumentar la presión arterial. También se produce café descafeinado .

En medicina, la cafeína (y el benzoato de sodio y cafeína) se usa para enfermedades infecciosas y de otro tipo acompañadas de depresión de las funciones del sistema nervioso central y del sistema cardiovascular, en caso de envenenamiento con drogas y otros venenos que deprimen el sistema nervioso central, con espasmos de los vasos cerebrales (con migraña , etc.), para mejorar el rendimiento mental y físico, para eliminar la somnolencia. La cafeína también se usa para la enuresis en niños.

La cafeína también se usa como diurético .

La cafeína es el ingrediente activo en la mayoría de las "bebidas energéticas" (la mayoría de estas bebidas contienen 250-350 mg/l, pero algunas bebidas energéticas, en particular las hechas para atletas, pueden contener diez veces más cafeína) [14] .

La cafeína es un componente de los "chicles energéticos" (la mayoría contiene de 50 a 75 mg, pero algunos chicles energéticos STAY ALERT®, en particular los fabricados para el ejército de EE. UU. [15] , contienen hasta 100 mg de cafeína).

El contenido de cafeína en el café  es de 380-650 mg/l, en el café instantáneo  - 310-480 mg/l, en el café Espresso - 1700-2250 mg/l. La bebida "Cola" contiene alrededor de 150 mg/l de cafeína [16] [17] . El contenido de cafeína en el té varía en un rango bastante amplio, hasta 5 o 6 veces en una hoja seca, según la variedad y la edad del arbusto de té, el tiempo de recolección, la duración de la fermentación y otros factores [18] . En el té preparado, el contenido de cafeína depende en gran medida del método de preparación (duración, temperatura del agua) y también puede diferir varias veces [18] [19] . En la mayoría de los casos, el contenido de cafeína en el té preparado está en el rango de 180 a 420 mg/l [20] [21] . Los productos descafeinados aún contienen cafeína, pero en una cantidad reducida. Así, por ejemplo, el té negro descafeinado suele contener de 8 a 42 mg de cafeína por 1 litro de bebida [20] . El proceso de descafeinado normalmente elimina del 94 % al 98 % de la cafeína del café [22] .

Propiedades farmacoterapéuticas

El efecto psicoestimulante de la cafeína se basa en su capacidad para suprimir la actividad de los receptores de adenosina centrales (A1 y A2) en la corteza cerebral y las formaciones subcorticales del sistema nervioso central. Ahora se ha demostrado que la adenosina (un producto intermedio del metabolismo del ATP) desempeña el papel de un neurotransmisor en el SNC, que afecta agonistamente a los receptores de adenosina ubicados en las membranas citoplasmáticas de las neuronas. La excitación de los receptores de adenosina tipo I (A1) por la adenosina provoca una disminución en la formación de AMPc en las células cerebrales, lo que en última instancia conduce a la inhibición de su actividad funcional.

El bloqueo de los receptores de adenosina A1 contribuye a la terminación del efecto inhibitorio de la adenosina, que se manifiesta clínicamente por un aumento en el rendimiento mental y físico.

Sin embargo, la cafeína no bloquea selectivamente solo los receptores de adenosina A1 en el cerebro, sino que también bloquea los receptores de adenosina A2. Se ha demostrado que la activación de los receptores de adenosina A2 (lo más probable, heterorreceptores presinápticos) en el SNC se acompaña de la supresión de la actividad funcional de los receptores de dopamina D2 . El bloqueo de los receptores de adenosina A2 por la cafeína ayuda a restaurar la actividad funcional de los receptores de dopamina D2 , lo que también contribuye al efecto psicoestimulante de la droga.

Indicaciones

• disminución del rendimiento mental y físico;
• somnolencia ;
• depresión del sistema nervioso central , vascular y respiratorio (intoxicación leve con analgésicos opioides e hipnóticos );
• enuresis en niños;
• Cefalea de origen vascular.

Efectos secundarios

Del lado del sistema nervioso central: agitación, ansiedad, temblor (temblor de los dedos de las manos y los pies), ansiedad, dolor de cabeza , mareos , convulsiones , aumento de los reflejos , aumento del tono muscular , taquipnea , insomnio ; con cancelación repentina: aumento de los procesos de inhibición del sistema nervioso central (fatiga y somnolencia).

Del tracto gastrointestinal : náuseas, vómitos, exacerbación de la úlcera péptica .

Del lado del sistema cardiovascular: aumento de la frecuencia cardíaca, taquicardia , arritmia , aumento de la presión arterial .

Sobredosis

Síntomas: dolor abdominal , agitación , ansiedad, agitación mental y motora, confusión, delirio (disociativo), deshidratación, taquicardia, arritmia, hipertermia, micción frecuente, dolor de cabeza, aumento de la sensibilidad táctil o al dolor, temblor o contracciones musculares; náuseas y vómitos, a veces con sangre; zumbidos en los oídos, ataques epilépticos (con sobredosis aguda - convulsiones tónico-clónicas ) .

La cafeína en dosis de más de 300 mg por día (incluso en el contexto del abuso del café: más de 4 tazas de café natural de 150 ml cada una) puede causar ansiedad, dolor de cabeza, temblores, confusión, extrasístole .

Contraindicaciones

La cafeína, al igual que otros estimulantes del SNC, está contraindicada en hiperexcitabilidad, insomnio , hipertensión severa y aterosclerosis , en enfermedades orgánicas del sistema cardiovascular , en la vejez y en glaucoma . La ingesta de cafeína acelera el crecimiento de quistes en pacientes con enfermedad poliquística .

Trastornos mentales causados ​​por el consumo de cafeína

Se ha sugerido que la cafeína en dosis altas o el abuso crónico puede inducir psicosis en individuos sanos o exacerbar la psicosis preexistente en pacientes esquizofrénicos [23] [24] [25] .

La cafeína, la teobromina y la teofilina en dosis altas con el uso crónico pueden conducir al agotamiento del sistema nervioso , lo que puede convertirse en la base de una psicosis posterior [26] .

La ocurrencia más comúnmente descrita de delirio en sobredosis de cafeína [27] . Hay una afluencia de alucinaciones visuales vívidas, a veces auditivas, una persona pierde la orientación en el mundo que lo rodea. Después de eliminar la cafeína del cuerpo, la memoria del pasado suele conservarse parcial o totalmente. Algunos pacientes pierden la capacidad de juzgar distancias correctamente y los objetos parecen estar más cerca de lo que realmente están [28] . Trastornos somáticos asociados con el delirio: midriasis, hiperemia , ataxia , taquicardia, sed intensa, piel y membranas mucosas secas, cianosis de la piel, a veces aumento de la presión arterial y fiebre [29] . Los síntomas neurológicos y somáticos en este caso son similares a los de la intoxicación por atropina [27] .

En los casos más graves, puede haber una estupefacción más profunda de la conciencia, acompañada de una excitación motora sin sentido [28] . En estos casos, la amnesia completa posterior es frecuente [28] y el cuadro clínico se acerca más a la nubosidad crepuscular de la conciencia [30] .

Hay un caso en el que una anciana, que consumió 300 gramos de café diarios (unos 30 g de cafeína pura) durante dos años , experimentó psicosis con desorientación en el espacio circundante, alucinaciones visuales episódicas, euforia, agitación, que terminó en muerte . 31] [32] .

También hay casos de desarrollo de alucinosis [33] . V. P. Polyakov y Wark [33] [34] describen psicosis prolongadas con alucinaciones visuales y auditivas con abuso prolongado de té .

La psicosis afectiva en consumidores de cafeína a largo plazo es bastante rara, pero se ha descrito un caso de un estado parecido a la hipomanía [33] .

La psicosis con alteración de la conciencia en la intoxicación por cafeína no suele durar más de unos pocos días [32] .

Los trastornos mentales y del comportamiento causados ​​por el consumo de cafeína están codificados en la Clasificación Internacional de Enfermedades , 10ª revisión (ICD-10), código F 15 . Con un abuso prolongado o una sobredosis, la cafeína puede causar psicosis , síndromes de alteración de la conciencia y estados delirantes [27] .

Conseguir

Anteriormente, la cafeína se extraía de los productos de desecho de los granos de té y café. Actualmente, se sintetiza sintéticamente [5] . En la industria, la cafeína se sintetiza a partir del ácido úrico y la xantina .

La síntesis tradicional a partir de ácido úrico consta de 2 pasos:

1. La acción de la formamida sobre el ácido úrico, dando como resultado la formación de xantina.
2. En la segunda etapa, la xantina sufre metilación con sulfato de dimetilo , dependiendo de las condiciones, es posible obtener cafeína y teobromina .

La cafeína se produce en un medio ligeramente alcalino a pH 8,0-9,0. Si la metilación se produce en presencia de KOH y metanol a 60-70 °C, se forma teobromina .

La producción de cafeína alcanza un promedio de 65-70% [11] .

El más difundido de los métodos semisintéticos fue el método desarrollado por O. Yu. Magidson y E. S. Golovchinskaya [35] , en el que el ácido úrico sirve como producto de partida . El método se reduce a calentar ácido úrico con anhídrido acético en presencia de un catalizador (dimetilanilina, piridina ) para formar 8-metilxantina. La reacción transcurre a través de la apertura intermedia del anillo de imidazol en el sistema purínico, descarboxilación y eliminación del ácido acético según el esquema:

La 8-metilxantina resultante se metila y, dependiendo de las condiciones de reacción, se puede obtener 1,3,7,8-tetrametilxantina o 3,7,8-trimetilxantina.

Cuando se metila la 8-metilxantina con un exceso de sulfato de dimetilo en un medio débilmente alcalino, se obtiene 1,3,7,8-tetrametilxantina, y cuando se metila con éster metílico del ácido sulfónico de benceno (tolueno) (220-230 °C en el presencia de CaO), 3,7,8- trimetilxantina (8-metilteobromina) [35] :

El orden de sustitución en el núcleo de purina depende de la "acidez" de los átomos de hidrógeno correspondientes. Los átomos de hidrógeno en las posiciones 3,7 tienen una acidez similar, mientras que el átomo de hidrógeno en la posición 1 tiene una acidez más baja. De acuerdo con esto, en la metilación de la xantina , el orden de sustitución es 3,7 y 1. Para obtener cafeína y teobromina a partir de 8-metilcafeína y 8-metilteobromina, respectivamente, es necesario eliminar el grupo metilo de la posición 8. Para ello , los derivados de tres y -tetrametilos de la xantina resultantes se someten a cloración .

La dirección del proceso de cloración depende principalmente del régimen de temperatura de la reacción. A temperaturas por debajo de 8-10 °C , el cloro reemplaza el hidrógeno con un grupo metilo en C 8 , y a una temperatura de ~80 °C , no solo se clora el grupo CH 3 en la posición 8, sino también un átomo de hidrógeno en el grupo metilo en C 7 se reemplaza simultáneamente por cloro . Con la hidrólisis posterior de los derivados de cloro correspondientes, se obtienen cafeína y teobromina. Esquemáticamente, todos estos procesos se pueden representar de la siguiente manera [35] :

También existe una síntesis a partir de ácido cianoacético y dialquilurea desarrollada por Moritz Traube . Este método es el más económico [11] .

Véase también

• cafeína
• drogadicción

Notas

1. ↑ 1 2 3 Bennett Alan Weinberg, Bonnie K. Bealer. El mundo de la cafeína: la ciencia y la cultura de la droga más popular del mundo  . - Routledge , 2004. - Pág. 235. - ISBN 978-1-135-95817-6 .
2. ↑ Cafeína . Base de datos química pública de PubChem. Consultado el 26 de julio de 2011. Archivado desde el original el 23 de agosto de 2011. (indefinido)
3. ↑ 1 2 3 4 5 Davydov, 2021 .
4. ↑ Goncharova T. A. Café arábigo // Enciclopedia de plantas medicinales: (tratamiento a base de hierbas): En 2 volúmenes - M . : Ed. Casa de las Pymes, 1997. - T. 1. A-R. — ISBN 5757801123 .
5. ↑ 1 2 3 Blinova, K. F. Diccionario botánico y farmacognostico  : [ arch. 20 de abril de 2014 ]: ref. tolerancia / K. F. Blinova, N. A. Borisova, G. B. Gortinsky ... [ etc. ] . - M.  : Superior. escuela, 1990. - S. 199, 255. - 272 p. : enfermo. - 165.000 ejemplares.  - LBC  28,5 . - ISBN 5-06-000085-0 .
6. ↑ Yerba mate  // Base de datos de plantas tropicales: [ ing. ] .
7. ↑ Guaraná (enlace descendente) . Dr. Bases de datos fitoquímicas y etnobotánicas de Duke (18 de septiembre de 2007). Fecha de acceso: 18 de septiembre de 2007. Archivado desde el original el 19 de noviembre de 2004. (indefinido) 
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9. ↑ Stewart Robert Hinsley: Eintrag bei der Malvaceae-Sitio web, 2010.
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14. ↑ [1] , http://www.caffeineinformer.com
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20. ↑ 1 2 Goodwin, Lindsey. ¿Cuánta cafeína hay en el café, el té, las colas y otras bebidas?  (Inglés) . acerca de.com . Fecha de acceso: 8 de enero de 2012. Archivado desde el original el 3 de febrero de 2012.
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27. ↑ 1 2 3 Stolyarov, 1964 , p. 140.
28. ↑ 1 2 3 Stolyarov, 1964 , p. 141.
29. ↑ Stolyarov, 1964 , pág. 140-141.
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31. ↑ Wagner W. - Der Nervenarzt, 1939, Bd, 12, S. 296
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33. ↑ 1 2 3 Stolyarov, 1964 , p. 144.
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Literatura

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Enlaces

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