(–)-Nikotin [1] [2] | |||
---|---|---|---|
| |||
Všeobecné | |||
Systematický název |
( S )-3-(1-methyl-2-pyrrolidinyl)pyridin | ||
Chem. vzorec | C10H14N2 _ _ _ _ _ | ||
Fyzikální vlastnosti | |||
Molární hmotnost | 162,23 g/ mol | ||
Hustota | 1,01 g/cm³ | ||
Ionizační energie | 8,01 ± 0,01 eV [3] | ||
Tepelné vlastnosti | |||
Teplota | |||
• tání | -79 °C | ||
• vroucí | 247 °C | ||
• rozklad | 482±1℉ [3] | ||
• bliká | 101 °C | ||
• samovznícení | 244 °C | ||
Meze výbušnosti | 0,75-4 % | ||
Entalpie | |||
• vzdělávání | 39,3 kJ/mol | ||
Tlak páry | 5,1 Pa | ||
Chemické vlastnosti | |||
Rozpustnost | |||
• ve vodě | smíšené | ||
• v ethanolu | 5 g/100 ml | ||
Optické vlastnosti | |||
Index lomu | 1,5882 | ||
Klasifikace | |||
Reg. Číslo CAS | 54-11-5 | ||
PubChem | 89594 | ||
Reg. číslo EINECS | 200-193-3 | ||
ÚSMĚVY | N=lC=CC=C(Cl)C2N(C)CCC2 | ||
InChI | InChI=1S/C10H14N2/cl-12-7-3-5-10(12)9-4-2-6-11-8-9/h2,4,6,8,10H,3,5,7H2, 1H3/t10-/m0/s1SNICXCGAKADSCV-JTQLQIEISA-N | ||
RTECS | QS5250000 | ||
CHEBI | 17688 | ||
ChemSpider | 80863 | ||
Bezpečnost | |||
LD 50 |
50 mg/kg (krysy, orálně); 0,33 mg/kg (perorálně myší); 0,3 mg/kg (myši, IM) |
||
Toxicita | vysoce toxický, je gangliový toxin, ovlivňuje centrální nervový systém ; extrémně toxický pro chladnokrevná zvířata a hmyz | ||
Stručný charakter. nebezpečí (H) | H301 , H310 , H400 , H411 | ||
preventivní opatření. (P) | P273 , P280 , P301+P310 , P302+P350 , P310 | ||
piktogramy GHS |
![]() ![]() |
||
NFPA 704 |
![]() |
||
Údaje jsou založeny na standardních podmínkách (25 °C, 100 kPa), pokud není uvedeno jinak. | |||
Mediální soubory na Wikimedia Commons |
Nikotin (z lat. Nicotiána - tabák ) je toxický pyridinový alkaloid obsažený v rostlinách čeledi lilkovitých ( Solanaceae ), především v listech a stoncích tabáku (koncentrace sušiny od 0,3 do 5 % hm.), shag (2-14 % ), v menším množství - v rajčatech , bramborách , lilku , zelené paprice . V listech koky jsou také přítomny nikotinové alkaloidy ( anabasin a další) . Biosyntéza nikotinu probíhá v kořenech a akumulace nikotinu nastává v listech. Nikotin je toxický pro některé druhy hmyzu ; v důsledku toho byl nikotin dříve široce používán jako insekticid a v současné době se syntetické analogy nikotinu, takzvané neonikotinoidy , nadále používají ve stejné kapacitě .
Nikotin je při pravidelném užívání návykový [4] .
Fyziologie a biomechanismus účinků nikotinu na tělo jsou spojeny s jeho interakcí s H-cholinergními receptory cholinergních nervových synapsí , které je obsahují, a v důsledku toho s excitací určitých částí parasympatického nervového systému (účinky závisí na na dávce: v malých dávkách stimuluje receptory synapse, váže se na ně, např. u kuřáků zvýšení frekvence a síly srdečních kontrakcí (bušení srdce), zvýšené slinění a střevní motilita atd., ve velkých dávkách, naopak kompetitivně blokuje receptory pro účinky acetylcholinu) [5] . Smrtelná jednotlivá dávka při akutní otravě pro člověka je 0,5–1 g [6] (jedna cigareta , v závislosti na značce a typu, obvykle obsahuje 0,1–1,0 mg nikotinu bez zohlednění jeho ztrát při hoření při kouření) [5 ] [7] [8] .
Od roku 2014 existují výzkumná data o podílu nikotinu na riziku určitých typů zhoubných nádorů, které byly od roku 2015 identifikovány pouze v experimentech in vitro a nebyly potvrzeny klinickými studiemi na živých organismech [9 ] [10] .
Požití nikotinu a kouření jsou spojeny s kardiovaskulárním onemocněním, vrozenými vadami a otravami [10] .
Když ženy kouří tabák během těhotenství, existuje riziko, že se u nenarozeného dítěte v pozdějším životě vyvine diabetes 2. typu , obezita , hypertenze , různé neurobehaviorální defekty, respirační dysfunkce a neplodnost [11] [12] [13] .
Název „nikotin“ pochází z latinského názvu tabáku Nicotiana tabacum , který byl vytvořen na počest Jeana Nicota , francouzského velvyslance u portugalského dvora, který v roce 1560 poslal tabák královně Kateřině Medicejské a doporučil jej. jako lék na migrénu [14] [15] .
Nikotin je již dlouho znám ve své surové formě. První zmínka o „tabákovém oleji“ patří francouzskému alchymistovi Jacques Goori , následovníkovi Paracelsa , který usilovně hledal příležitost ke studiu rostlin přivezených z Ameriky. Jeho dílo „ Instruction sur l'herbe petum “ (1572) obsahuje první popis destilace tabákových listů . Tímto způsobem se v té době získával „tabákový olej“, uváděný v pramenech ze 17. a 18. století jako zevní prostředek k léčbě kožních chorob. Podrobný popis přípravy nikotinu z tabákových listů se nachází v knize „ Traité de la chymie “ (1660) od jiného francouzského chemika Nicolase Lefebvrea . Jako ilustraci principu separace látek a kvůli jeho lékařskému významu podrobně popisuje proces, který je v podstatě destilací vodní párou . V důsledku tohoto procesu odpařující se voda odvádí nikotin s párou a v přijímací baňce se vytvoří dvě vrstvy, vodná a organická. Organická vrstva byla oddělena, přečištěna a použita k boji proti astmatu , zánětu sleziny a epilepsii [16] .
V roce 1809 publikoval francouzský analytický chemik Louis Nicolas Vauquelin článek o důkladné analýze virginského tabáku. V rámci této práce byl Vauquelin schopen izolovat přiměřeně čistý vzorek nikotinu a také izolovat kyselinu jablečnou , na kterou je nikotin v tabáku vázán. Přes vynikající analytickou práci není Vauquelin považován za objevitele nikotinu, protože nerozpoznal alkaloid v nikotinu, ale věřil, že hlavní vlastnosti látky jsou spojeny s příměsí amoniaku, zatímco samotné alkaloidy jsou bázemi [16] .
Nikotin objevili němečtí chemici Christian Wilhelm Posselt a Carl Ludwig Reimann . V roce 1828 předložili referát o aktivním principu tabáku a získali výroční cenu Heidelbergské univerzity za nejlepší práci. Výzkum Posselta a Reimanna byl kritizován, protože mnoho chemiků odmítlo uvěřit, že by alkaloid mohl být kapalinou , ale speciálně vytvořená komise výsledky překontrolovala a potvrdila [16] .
V roce 1843 Louis Melsens našel empirický vzorec pro nikotin. Struktura nikotinu byla široce diskutována během 80. a začátkem 90. let 19. století a v roce 1893 ji založil německý chemik Adolf Pinner . K potvrzení struktury byla nutná syntéza této látky: byla realizována Ame Pictem v roce 1904. Pictet v sérii článků publikoval nejen metodu získávání syntetického nikotinu identického s přírodním nikotinem, ale také dva produkty jeho oxidace, nikotyrin a dihydronikotyrin. Bohužel některé fáze syntézy probíhaly za velmi drsných podmínek, které by mohly zpochybnit hodnotu Pictetovy syntézy jako metody potvrzení struktury. Pozdější syntéza (1928), provedená za mírných podmínek, však potvrdila správnost stanoveného vzorce [16] .
První syntéza opticky aktivního ( S )-nikotinu byla provedena v roce 1982. Jako výchozí materiál sloužil opticky aktivní substituovaný pyrrolidin a během syntézy se vytvořil pyridinový kruh [17] .
Nikotin je spojen se senzačním případem otravy v Belgii v roce 1850, kdy byl hrabě Bokarme obviněn z otrávení bratra své ženy. Jako konzultant působil belgický chemik Jean Serve Stas , který v průběhu náročné analýzy nejen zjistil, že otravu způsobil nikotin, ale také vyvinul metodu pro detekci alkaloidů , která se s drobnými úpravami používá dodnes. v analytické chemii dnes [16] .
Do vyšetřování se zapojil i francouzský chemik Mathieu Orfila , který poté, co se o případu doslechl a provedl toxikologické pokusy na zvířatech, přišel s metodou určování alkaloidů podobnou Stasově metodě. Navíc v období mezi koncem vyšetřování a soudním procesem Orfila zveřejnil své výsledky, zatímco Stas, jako odborník na případ, byl nucen mlčet. Belgický tisk obvinil Orfilu z podvodu, ale Stas ve svých publikacích přesto Orfile dal, co mu náleží, nicméně naznačoval, že on sám byl objevitelem [16] .
Nikotin je hygroskopická olejovitá kapalina hořké chuti, snadno mísitelná s vodou (při teplotách pod 60 °C a nad 210 °C) v základní formě.
Nikotin je snadno rozpustný v organických rozpouštědlech a ve vodě. Vodné roztoky o koncentracích od 7,89 do 82 % se zakalí při teplotách 89 až 82155 °C , při těchto teplotách se mění jejich index lomu a specifická rotace . Roztoky s koncentracemi pod 7,89 % a nad 82 % jsou homogenní bez ohledu na teplotu [18] .
Čistý nikotin otáčí rovinu polarizace světla doleva, (α) D =169.
Hustota nikotinu je 1,009 g/cm 3 [18] .
Molekula nikotinu se skládá z pyridinových a pyrrolidinových kruhů. Pyrrolidinový kruh přijímá „obalovou“ konformaci s trans -uspořádáním pyridinového kruhu a N - methylové skupiny [19] .
Jelikož je nikotin zásadou ( p Kb ( pyrrolidin ) = 8,02, pKb ( pyridin ) = 3,12), reaguje s kyselinami za vzniku solí (obvykle pevných a rozpustných ve vodě). Sorpce nikotinu přes biologické membrány je závislá na pH a u sliznic je urychlena při vysokých hodnotách pH, kdy molekula nikotinu nemá náboj. Při fyziologických hodnotách pH je nikotin protonován ze 69 % . Nikotin má nízkou polaritu a je vysoce rozpustný v médiích s nízkou polaritou, takže se dobře vstřebává kůží a proniká do mozkové tkáně hematoencefalickou bariérou [19] .
Nikotin se snadno oxiduje na fyziologicky důležitý a aktivní v těle teplokrevných živočichů kyselina nikotinová - vitamin PP , přičemž pyrrolidinový cyklus je nahrazen karboxylovou skupinou . Také vlivem různých oxidačních činidel a ultrafialového záření dochází k oxidaci nikotinu na methylamin a oxid nikotin [20] .
Jakmile se nikotin dostane do těla, rychle se šíří krví a může procházet hematoencefalickou bariérou . V průměru trvá 7 sekund po vdechnutí tabákového kouře, než se nikotin dostane do mozku . Poločas rozpadu nikotinu z těla je asi dvě hodiny [21] . Nikotin vdechovaný s tabákovým kouřem při kouření tvoří malý zlomek nikotinu nalezeného v tabákových listech (většina látky se spálí). Množství nikotinu absorbovaného tělem při kouření závisí na mnoha faktorech, včetně typu tabáku, zda je veškerý kouř vdechován a zda je použit filtr. V případě žvýkacího tabáku a šňupacího tabáku , které se vkládají do úst a žvýkají nebo vdechují nosem, je množství nikotinu vstupujícího do těla mnohem větší než při kouření tabáku. Nikotin je metabolizován v játrech enzymem cytochromu P450 ( hlavně CYP2A6 , ale také CYP2B6 ). Hlavním metabolitem je kotinin .
Nikotin působí na nikotinové acetylcholinové receptory : protonovaný atom dusíku pyrrolidinového kruhu v nikotinu napodobuje kvartérní atom dusíku v acetylcholinu a atom dusíku pyridinu má charakter Lewisovy báze , jako je kyslík ketoskupiny acetylcholinu [22]. . V nízkých koncentracích zvyšuje aktivitu těchto receptorů, což mimo jiné vede ke zvýšení množství stimulačního hormonu adrenalinu (epinefrinu). Uvolňování adrenalinu vede ke zrychlení srdeční frekvence, zvýšenému krevnímu tlaku a dýchání a také ke zvýšení hladiny glukózy v krvi.
Sympatický nervový systém , působící prostřednictvím splanchnických nervů na dřeň nadledvin , stimuluje uvolňování adrenalinu. Acetylcholin , produkovaný pregangliovými sympatickými vlákny těchto nervů, působí na nikotinové acetylcholinové receptory, aby způsobil depolarizaci buněk a příliv vápníku přes napěťově řízené vápníkové kanály . Vápník spouští exocytózu chromafinových granulí , čímž podporuje uvolňování adrenalinu (a norepinefrinu ) do krve .
Kotinin je vedlejší produkt vstřebávání nikotinu, který zůstává v krvi až 48 hodin a lze jej použít jako indikátor toho, zda je osoba vystavena kouření nebo jiným formám užívání nikotinu. Ve vysokých dávkách vede nikotin k zablokování nikotinového acetylcholinového receptoru, který je příčinou toxicity nikotinu a jeho účinnosti jako insekticidu .
Nikotin mimo jiné zvyšuje hladiny dopaminu v drahách centra potěšení v mozku . Bylo zjištěno, že kouření tabáku inhibuje monoaminooxidázu , enzym zodpovědný za rozklad monoaminových neurotransmiterů (jako je dopamin) v mozku. Předpokládá se, že nikotin sám o sobě nepotlačuje tvorbu monoaminooxidázy, za to jsou zodpovědné jiné složky tabákového kouře. Zvýšený obsah dopaminu vzrušuje mozková centra potěšení, stejná centra mozku jsou zodpovědná za „ práh bolesti těla“ proto zůstává otevřená otázka, zda si člověk, který kouří, užívá.
Navzdory své silné toxicitě působí nikotin při použití v malých dávkách (například při kouření ) jako psychostimulant . Účinky nikotinu na náladu se liší. Tím, že způsobuje uvolňování glukózy z jater a adrenalinu (epinefrinu) z dřeně nadledvin , způsobuje excitaci. Ze subjektivního hlediska se to projevuje pocity uvolnění, klidu a živosti a také středně euforickým stavem.
Užívání nikotinu vede ke snížení tělesné hmotnosti, snížení chuti k jídlu v důsledku jeho stimulace POMC neuronů [23] a zvýšení hladiny glukózy v krvi (glukóza, působící na centra sytosti a hladu v hypotalamu mozku, otupuje pocit hladu ).
Nikotin je primárně metabolizován v játrech oxidací a N-demethylací. V tomto případě se pyrrolidinový kruh zlomí a dojde k N-methylaci pyridinového kruhu a oxidace nikotinu vede ke kotininu. Tyto metabolity jsou vylučovány z těla močí.
Nikotin je návykový a toxický [ 18] a nikotin nalezený v tabáku má vyšší návykový potenciál než heroin . Pravděpodobnost rozvoje závislosti po jediném kouření tabáku je 32 % (u druhého nejvíce návykového heroinu – 23 % ) [4] .
Podle amerických odborníků asi 20 % americké populace kouří produkty obsahující nikotin , zatímco více než polovinu cigaret kouří lidé s duševními poruchami, z nichž 60 až 80 % tvoří lidé s diagnózou ADHD , schizofrenie a bipolární porucha [24]. .
Historicky se nikotin často používal k léčebným účelům. Rozvíjí se také využití nikotinu k léčbě různých onemocnění. Nejběžnějším směrem je dodávání nikotinu do těla alternativními cestami pro léčbu závislosti na nikotinu . Možnost využití nikotinu v jiných oblastech se zkoumá, například jako lék proti bolesti , lék na poruchu pozornosti , Alzheimerovu chorobu , Parkinsonovu chorobu , kolitidu , herpes , tuberkulózu [15] a schizofrenii [25] . V roce 2020 se francouzští vědci pokusili prokázat preventivní a terapeutickou roli nikotinu ve vztahu k COVID-19 [26] .
Na počátku 20. století byl hlavním insekticidem používaným k ochraně rostlin nikotin. Pro tyto účely se nikotin používal ve formě čisté látky, nejvyšší aktivitu měl jeho síran , tabákový prach a čistá látka, která je toxická i pro savce . Důvod insekticidního účinku nikotinu je stejný jako důvod toxicity: ve vysokých dávkách blokuje nikotinové acetylcholinové receptory . Později byl nikotin nahrazen jeho syntetickými analogy: imidaklopridem , acetamipridem a dalšími [27] .
Jako agrotoxin v zemědělství se používal nikotin sulfát, tabákový prach, kouř, odvar, extrakt a také indocust, směs nikotin sulfátu s čerstvě hašeným vápnem nebo arzeničnanem vápenatým [18] .
Nikotin je extrémně toxický pro chladnokrevná zvířata . Působí jako neurotoxin způsobující paralýzu nervového systému (zástava dýchání, zástava srdeční činnosti, smrt ).
Toxický ve vysokých dávkách a pro teplokrevné živočichy . Průměrná letální dávka pro člověka je 6,5–13 mg/kg perorálně [28] , pro potkany 140 mg/kg přes kůži, pro myši 0,8 mg/kg intravenózně a 5,9 mg/kg intraperitoneálně [29] .
Opakované užívání nikotinu prostřednictvím kouření způsobuje fyzickou a psychickou závislost [30] . Dlouhodobé užívání ve formě cigaret může způsobit onemocnění a dysfunkce, jako je hyperglykémie , arteriální hypertenze , ateroskleróza , tachykardie , arytmie , angina pectoris , ischemická choroba srdeční , srdeční selhání a infarkt myokardu [31] . V kombinaci s dehty přispívá nikotin k rozvoji onkologických onemocnění, včetně rakoviny plic [31] [32] , jazyka a hrtanu. Podporuje rozvoj zánětu dásní a stomatitidy .
Existují studie prokazující výrazný nootropní účinek nikotinu v důsledku uvolňování acetylcholinu a [33] .
Pacienti s duševními poruchami mají zvýšenou závislost na kouření. Velké množství studií po celém světě tvrdí, že pacienti se schizofrenií častěji kouří (20 různých zemí studovalo celkem 7593 pacientů se schizofrenií, z toho 62 % byli kuřáci) [34] . Od roku 2006 kouří v USA 80 % nebo více lidí se schizofrenií ve srovnání s 20 % obecné populace nekuřáků (podle NCI ) [35] . Existuje řada hypotéz o příčinách této závislosti, které ji vysvětlují jako touhu odolat symptomům poruchy a touhu odolat negativním účinkům antipsychotik . Podle jedné hypotézy nikotin sám o sobě poškozuje psychiku [36] .
Podle jedné studie injekce nikotinu do myší snížily koncentraci enzymu methylujícího DNA DNMT1 a zvýšily expresi enzymu GAD67 produkujícího GABA v prefrontálním kortexu hlodavců [37] . Navrhuje, že závislost na cigaretách u pacientů může být částečně vysvětlena schopností nikotinu zvrátit negativní epigenetické účinky zvýšených hladin DNMT1. Není však jasné, zda duševní poruchy vedou k nerovnováze DNMT1 a GAD67, které vyžadují korekci, a antipsychotika, která užívají, mění mnoho parametrů, včetně GABAergních [38] .
Podle studie z roku 2017 nikotin eliminuje hypofrontalitu – nedostatečné prokrvení mozku v prefrontálním kortexu , charakteristické pro schizofrenii, takže podle výzkumníků může mít nikotin teoreticky příznivý terapeutický účinek na pacienty se schizofrenií [25] . Zkoumá se nový lék, částečný agonista α7- nikotinového acetylcholinového receptoru , GTS-21 (DMBX-A) [39] .
Nikotin hraje přímou roli v karcinogenezi prostřednictvím různých mechanismů, včetně zvýšení aktivity transkripčních faktorů podporujících růst nádoru, snížení apoptózy a zvýšení angiogeneze v nádorech. Navíc specifické typy nikotinových acetylcholinových receptorů – např. alfa 7 receptory, které jsou stimulovány nikotinem – se nacházejí v mnoha maligních nádorech a předpokládá se, že hrají roli v progresi nádoru.12 Bylo prokázáno, že blokáda alfa 7 nikotinových acetylcholinových receptorů snížení růstu některých druhů rakoviny. Tato zjištění však pocházela ze studií in vitro a obavy, které vyvolaly, nebyly ve studiích in vivo zohledněny. Navzdory tomu, že nikotinová substituční terapie je na trhu již 30 let, nebyla dosud spojena s žádným „skutečným“ zvýšením rizika rakoviny.
alkaloidů | Hlavní typy|
---|---|
pyrrolidin | Gigrine |
Tropan | |
piperidin | |
Chinolizidin | |
pyridin | |
isochinolin | |
Chinolin | |
Indol | |
Purin | |
fenylethylamin | |
Terpeny | |
jiný |
Cigarety | |
---|---|
Odrůdy |
|
Komponenty | |
příslušenství |
|
Kultura kouření | |
Dopad na zdraví |
|
tabákový průmysl |
|
Právní úprava |
|
Protitabákové prázdniny | |
Seznamy |
|
|
![]() | |
---|---|
V bibliografických katalozích |