Глава 1. Кофеин и связанные с ним продукты с химической точки зрения

 1.1 Сколько кофеина содеpжится в pазличных пpодуктах?

По данным Амеpиканской Национальной Ассоциации Производителей Безалкогольных Напитков, в банке газировки (~340ml) содержится следующее количество кофеина (в миллигpаммах):

Для сравнения, в ~200ml чашке кофе, по данным Bunker and McWilliams in "J Am Diet" 74:28-32, 1979:

То же для чая:

Холодный - 70mg 
Черный - 60mg 
Черный, U.S. -  40mg 
Растворимый - 30mg 

Отклонения в количестве кофеина на 1 чашку кофе или чая очень велики, даже если напиток готовится одним и тем же человеком, с одинаковым оборудованием, рецептом, компонентами, день за днем.

Ссылки:
"Variability in caffeine consumption from coffee and tea: Possible significance for epidemiological studies" by B. Stavric, R. Klassen, B. Watkinson, K. Karpinski, R. Stapley, and P. Fried in "Foundations of Chemical Toxicology", Volume 26, number 2, pp. 111-118, 1988 и доступный обзор в "Looking for the Perfect Brew" by S. Eisenberg, "Science News", Volume 133, April 16, 1988, pp. 252-253.

нижеследующая информация получена из "Bowes and Church's Food values of portions commonly used" by Anna De Planter Bowes.  Lippincott, Phila. 1989. Pages 261-2: Caffeine.

3 чайных ложки ("с верхом") шоколадного порошка - 8mg 
2 столовых ложки шоколадного сиропа - 5mg 
1 упаковка (порция) какао - 5mg 

Еще кое-что:
Гуарановый коктейль "Magic Power"/"Волшебная Сила" (весьма распространен в Германии), содержит: 15ml алкоголя и 5g семян гуараны (250.0 mg кофеина, предполагая 5% содержание его в семенах, как утверждается в литературе)
Гуарановая капсула (500mg семян) - 25mg кофеина
(Гуарана- это тpопическое растение из Бpазилии)

Гуарановая газировка повсеместно распространена в Бразилии и часто продается в местных тропических лавках. Она вкусна и оказывает ударное воздействие. Гуарана стимулирует с бешеной силой, но не вызывает симптомов передозировки.
Очевидно, кроме кофеина она содержит еще какие-то активные вещества, потому что "вкус" ее другой. То же самое можно сказать про мате.

Суммарные данные по содержанию кофеина:

 1.2 Что такое кофеин для химика?

Вот какие названия носит кофеин (из CAS):

RN   [58-08-2] регистрационный номер в CA (Chemical Abstracts)
CN   1H-Purine-2,6-dione, 3,7-dihydro-1,3,7-trimethyl- (9CI)      (стандартное название в CA)
CN   Caffeine (8CI) раннее стандартное название другие синонимы:
CN   1,3,7-Trimethyl-2,6-dioxopurine
CN   1,3,7-Trimethylxanthine
CN   7-Methyltheophylline
CN   Alert-Pep
CN   Cafeina
CN   Caffein
CN   Cafipel
CN   Guaranine
CN   Koffein
CN   Mateina
CN   Methyltheobromine
CN   No-Doz
CN   Refresh'n
CN   Stim
CN   Thein
CN   Theine
CN   Tri-Aqua

Универсальное "неинвертированное" название будет 3,7-Dihydro-1,3,7-trimethyl-1H-purine-2,6-dione

из "Merck Index":
Caffeine:  3,7-dihydro- 1,3,7-trimethyl- 1H-purine- 2,6-dione;
1,3,7-trimethylxanthine;
1,3,7-trimethyl- 2,6-dioxopurine;
coffeine;
thein;
guaranine;
methyltheobromine;

Химическая формула: C₈H₁₀N₄O₂
Молекулярная масса - 194.19
Содержание атомов: C - 49.48%, H - 5.19%, N - 28.85%, O - 16.48%.

Содержится в чае, кофе, листьях мате; также в гуаране и орехах кола... Производится как побочный продукт при получении декофеинизированного кофе...

Кристаллическая структура:
Гексогональные призмы (после сублимации), t плавл. 238C, сублимируется при 178C.
Быстрая сублимация происходит при 160-165C под давлением 1 мм. рт. ст. на расстоянии 5мм. d=1.23. Kb при 19C 0.7E-14. Ka при 25C 1.0E-14. pH 1% раствора 6.9.
Водные растворы солей кофеина быстро диссоциируют.
Спектры поглощения: Hartley, J. Chem. Soc.  87, 1802 (1905).
Один грамм растворяется в 46ml воды, 5.5ml воды при 80C, 1.5ml кипящей воды; 66ml спирта, 22ml спирта при 60C; 50ml ацетона; 5.5ml хлороформа; 530ml диэтирового эфира; 100ml бензола, 22ml кипящего бензола.
Свободно растворяется в пирроле; в тетрагидрофуране, содержащем около 4% воды; растворяется в этилацетате; медленно растворяется в петролейном эфире.
Растворимость в воде увеличивается при добавлении бензоатов, циннаматов, цитратов или салицилатов щелочных металлов.

• Кофеин-моногидрат: Тонкие иглы, содержит 8.5% H₂O. Выветривается на воздухе; полная дегидратация происходит при 80C.
  Медианная летальная доза 200mg/kg (крысы, орально).
• Кофеин-диацетат: гранулы или порошок с запахом уксусной кислоты. Теряет уксусную кислоту на воздухе. Растворим в воде и спирте с распадом на кофеин и уксусную кислоту. Хранить плотно закупоренным.
• Кофеин-гидрохлорид дигидрат: кристаллы, распадается при 80-100C с потерей воды и HCl. Растворим в воде и спирте с распадом.

Терапевтическая категория: центральный стимулятор, диуретик.

 1.3 Правда ли, что в чае нет кофеина? Что такое теин, теофиллин, теобромин и т.п.?

Из "Основ биохимии" Хоторна ("Principles of biochemistry", Horton and al, 1993):

Кофеин иногда называют "теин" когда он находится в чае (tea). Когда-то считалось, что чай и кофе содержат различные стимулирующие вещества (что в какой-то степени верно). В кофе содержатся только следовые количества теофиллина и совсем нет теобромина, в то время как в чае эти стимуляторы присутствуют в заметных количествах.

Кофеин:        1,3,7-trimethylxanthine
Теофиллин:      1,3-dimethylxanthine
Теобромин:      3,7-dimethylxanthine

Кофеин и теофиллин- метилированные производные пурина, ингибирующие фосфодиэтсеразу цАМФ (циклического аденозинмонофосфата) и защищающие цАМФ от разрушения. Таким образом, стимулирующий эффект гормонов, использующих цАМФ в качестве внутриклеточного сигнала (это адреналин, гистамин и многие другие), усиливается и продлевается.

Теобромин практически неактивен как стимулятор, он действует приблизительно в 10 раз слабее кофеина. Теофиллин по сравнению с кофеином несколько более токсичен и несколько менее активен как стимулятор ЦНС, но между ними больше сходства, чем различия. Теофиллин более активен как диуретик (увеличивает мочеотделение), более токсичен и действует медленее. Теобромин содержится в какао, чае (очень немного) и орехах кола. В какао его содержится приблизительно в семь раз больше кофеина и именно он делает какао "стимулятором".

Теофиллин оказывает сильное действие на сердце и бронхи и часто используется для лечения бронхиальной астмы, эмфиземы и других легочных заболеваний.

 Структура кофеиновой молекулы примерно следующая:

       CH₃
         |
        N
        / \
     N---C C==O
     ||   ||  |
     ||   ||  |
    C  H   C   N--CH₃
    \  /   \ /
     N    C
      |     ||
    CH₃  O

 1.4 Правда ли, что в кофе "экспрессо" меньше кофеина, чем в обычном?

Скоpее наоборот. В чашке экспрессо примерно столько же кофеина, как и в обычном черном кофе. но чашка экспрессо гораздо меньше, поэтому концентрация кофеина в нем намного выше. Более того, в высоких концентрациях кофеин быстрее всасывается и действует сильнее.

Байка о том, что в экспрессо меньше кофеина возникла потому, что пережаренные зерна, используемые для приготовления экспрессо, действительно
содержат меньше кофеина, чем обычный жареный кофе. но экспрессо приготовляется при помощи перегретого пара под давлением. Пар извлекает кофеин из зерен полнее и растворяет его в меньшем количестве воды, чем в обычном черном кофе (см. данные в разделе 1.1).

 1.5 Каков кофеин на вкус?

Кофеин очень горький. Пиво "Barq's Root" содержит кофеин и производители говорят, что там 12.78mg на 170g и что они добавляют его как вкусовой компонент для резкой горькости".

 1.6 Сколько теобромина/теофиллина в pазных пpодуктах?

Источник: Physicians Desk Reference and Institute of Food Technologies    from Pafai and Jankiewicz (1991) DRUGS AND HUMAN BEHAVIOUR
настольный Справочник Врача; Пафаи и Джанкевич из Института Пищевых Технологий "ЛЕКАРСТВА И ПОВЕДЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА"

какао                                    250mg теобромина
плитка сладкого шоколада    130mg теобромина
чашка черного кофе              нет теобромина, следы теофиллина
чашка чая, заваренного
из пакетика за 3 мин.             3-4 mg теофиллина
Диет-Кока                              нет теофиллина ни теобромина

Как кофеин влияет на здоровье

Что случается при передозировке?

From Desk Reference to the Diagnostic Criteria from DSM-3-R (American Psychiatric Association, 1987: 305.90 Интоксикация кофеином - симптомы):

Недавний прием кофеина, обычно в дозе более 250mg;

По крайней мере пять из следующих симптомов:
 1) беспокойство;
 2) нервозность;
 3) раздражительность;
 4) бессоница;
 5) покраснение лица;
 6) повышенный диурез;
 7) расстройство пищеварения;
 8) мышекные подергивания;
 9) тахикардия (учащенное сердцебиение) или сердечная аритмия;
10) бессвязный поток мыслей и речи;
11) периоды неутомляемости
12) психомоторное возбуждение;

При отсутствии других психических заболеваний со схожими эффектами. (как Anxiety Disorder.)

В принципе, передозировка кофеина может быть крайне неприятной, но обычно не вызывает необратимых изменений. Однако, иногда люди умирают от передозировки.

Суммарные токсикологические данные:

Токсическая доза:
Подтвержденная летальная доза составляет 10g, хотя известен один документированный случай выживания после инъекции 24g. У маленьких детей прием внутрь 35mg/kg может вызвать интоксикацию средней тяжести. Дети метаболизируют кофеин очень медленно. Для них также опасен теофиллин, котоpый может содеpжаться в пpепаpатах от бpонхиальной астмы.

Симптомы:
Острое отравление кофеином дает ранние симптомы анорексии (отсутствие аппетита), тремора (дрожание, в т.ч. пальцев рук) и беспокойства. Затем следует тошнота, тахикардия, гипертония и спутанность сознания. Сильная интоксикация может вызвать делирий ("б. горячка"), судороги, наджелудочковую и желудочковые тахаритмии, гипокалиемию и гипергликемию.

Хронический прием высоких доз кофеина может привести к нервозности, раздражительности, гневливости, постоянному тремору, мышечным подергиваниям,
бессонице и гиперрефлексии (hyperreflexia).

При тестировании крови:
Концентрации 1..10mg/l нормальны для пьющих кофе. Концентрация 80mg/l несовместима с жизнью.

ТЕРАПИЯ:
НЕОТЛОЖНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ.
 1. Обеспечить доступ воздуха и облегчить вентиляцию (см. App. A)
 2. Купировать судороги и нарушения АД, если они есть.
    При отсутствии медикаментов можно применить алкоголь в дозе около 50ml в пересчете на чистый спирт.
 3. Гипокалиемия обычно проходит сама.
 4. Непрерывное наблюдение.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ЛЕКАРСТВА И АНТИДОТЫ.
 Бета-адреноблокаторы эффективнопредупреждают кардиотоксическое  действие кофеина, вызванное чрезмерной адреностимуляцией и  нормализуют артериальное давление. Рекомендуется применение пропанолола,.01..0.02mg/kg, или эсмодола,.05 mg/kg, под контролем ЧСС и АД. Эсмодол предпочтительнее, т.к. имеет короткий период полураспада и его легко контролировать.

ДЕЗИНТОКСИКАЦИЯ.
 1. Вызвать рвоту или сделать промывание желудка.
 2. Применить активированный уголь и обволакивающие.
 3. Если пункты 1 и 2 выполнены достаточно быстро (приблизительно в течении часа с момента отравления), слабительные назначать не нужно.

Из обсуждения в alt.drugs.caffeine:

Токсическая доза сильно индивидуальна и прежде всего зависит от приобретенной толерантности (то есть высока для людей, употребляющих много кофе или кофеина). Несколько человек сообщали, что пpиняли 10..13 Vivarin'ов (2..2.5g) и оказались в больнице, где последовало промывание желудка, капельницы и т.п., в то время как другие говорят, что после такой дозы им просто не хочется спать.

По крайней мере двое сообщают о симптоме, отсутствующий в учебниках: полная неспособность двигаться, говорить и даже моргнуть.
В целом, народ описывает ощущения при передозировке как крайне неприятные, даже для тех, кто хорошо знаком с кофеиновыми головными болями и тиком.

Как кофеин влияет на здоpовье и продолжительность жизни?

 OAKLAND, California (UPI) -- Coffee may be good for life.
"Широкомасштабное исследование обнаружило меньшее количество самоубийств среди пьющих кофе, по сравнению с теми, кто воздерживается от него.     Обследование почти 130 тысяч жителей Северной Калифорнии и записей по 4.5 тысячам умерших не выявило никакой другой связи между кофе, чаем и   смертностью.
Кардиолог Артур Клотский рассказал об удивительных результатах: 'Это не заблуждение, так как наше исследование было очень широким, включающим   многорасовую популяцию, и подробно рассматривающим многочисченные факторы, влияющие на смертность, такие как потребление алкоголя и курение.     Не было найдено никакой связи между потреблением кофе и риском смерти. Была установлена "слабая" корреляция между ежедневным употреблением кофе  или чая и риском сердечного приступа - но никакой связи с другими сердечно-сосудистыми заболеваниями, например, гипертонией или инфарктом.     Исследование было проведено организацией профилактики заболеваний "Kaiser Permanente".

Как кофеин влияет на обмен веществ?

Кофеин увеличивает уровень циркулирующих жирных кислот и было показано, что это способствует их окислению и утилизации. В течении многих лет кофеин использовался бегунами на длинные дистанции, чтобы усилить метаболизм жиров. В этом отношении он весьма эффективен для тех, кто еще не привык к нему, и может помочь избавиться от лишнего жира. Однако, кофеин не подавляет аппетит, а напротив, возбуждает его. Кроме того, он усиливает секрецию желудочного сока, так что употребление кофеина без пищи может привести к гастриту и даже язвеной болезни.
Сомнительная причина, по которой кофеин был исходно включен в диетические таблетки была - сделать "амфетамин для бедных" - комбинацию стимуляторов, не запрещенных законом, действующих как амфетамин. Например, сочетание фенилпропаноламина (симпатомиметик, похожий на эфедрин) с кофеином так и называлось "Дексатрим", чтобы подчеркнуть в глазах возможных покупателей его сходство с декседрином - который, однако, слишком жестко контролируется DEA (Drugs Enforsment Administrations, Агенство по Борьбе с Наркотиками), чтобы быть полезным простому человеку. Как бы то ни было, кофеин давно исключен из прописи диетических таблеток - поскольку не была показана его эффективность в них.

Из Goodman and Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics (Фармакологические Основы Терапии):
Кофеин в комбинации с анальгетиком типа аспирина широко используется в терапии обычного типа головной боли. Имеется слишком мало данных, чтобы подтвердить его эффективность для этой цели. В комбинации с алкалоидами спорыньи кофеин также используется в терапии мигрени.
Всасывание [алк. спорыньи эрготамина] при сублингвальном применении недостаточно полное и часто не соответствует терапевтическим целям... Одновременное назначение кофеина (50..100mg на mg эрготамина) улучшает скорость и полноту всасывания.
Кофеин усиливает действие алкалоидов спорыньи при лечении мигрени, открытие, которым мы обязаны людям, страдавшим мигренью и заметившим, что крепкий кофе приносит облегчение боли, особенно в комбинации с эрготамином.

Статья подготовлена по материалам сайта //faqs.org.ru