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咖啡因的 物理和化学性质

发布时间:2019/09/24

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  中文名称:咖啡因;英文名称:Caffeine;别名名称:1,3,7-三甲基黄嘌呤;分 子 量:194.19。

  性状:通常以无结晶水与一个结晶水的形式存在,为白色粉末或白色针状结晶。无臭,味苦。密度(g/mL,18/4℃): 1.23。熔点(oC)::238℃,178℃升华。在133帕压力下,于160-165℃升华得很快。★△◁◁▽▼

  1、尿素法 由氯乙酸经中和;氰化;酸化得到氰乙酸,然后与尿素缩合得氰乙酰脲,再经环合;酸化;亚硝化;还原;酰化;甲基化得到咖啡因。

  2、二甲脲法 由尿素和一甲胺缩合成二甲基脲,再与氰乙酸缩合为1,3-二甲基乙酰脲,然后经环合;亚硝化;还原;甲酰化;环合;甲基化而得咖啡因。二甲脲法收率高;成本低;消耗少;周期短;设备要求不高;操作简便;容易控制,适合于工业生产。

  此外,在生产低含量咖啡因的咖啡时,可得到副产品咖啡因。除了从天然物质提取的方法和上述全合成法外,还有半合成法。人可可提取可可碱,然后甲基化得到咖啡因,这是较早的半合成法。从鸟类粪素或尿酸制备咖啡因也属于这类合成法。

  3、由氯乙酸中和、氰化、酸化得到氰乙酸,然后与尿素缩合得氰乙酰脲,再经酸化、亚硝化、还原、酰化、◆●△▼●甲基化得到咖啡因。也可从茶叶、咖啡豆、可可中提取。

  4、主要的制取方法为天然物提取法。将100g茶叶放入Soxhlet萃取器的滤纸筒中,加入95%的乙醇670ml,在烧瓶中再加入330ml乙醇,水浴加热回流提取,直至提取液颜色较浅为止 (2.5~3h)。

  然后,将提取液用活性炭脱色,脱色后趁热抽滤,得棕色液,蒸馏回收乙醇(约420ml) ,将剩余液趁热倒出,加入45g生石灰粉,搅成浆状,蒸汽浴上蒸干成粉状,然后用升华法分离可制得咖啡因。

  展开全部咖啡因(Caffeine )是从茶叶、咖啡果中提炼出来的一种生物碱,适度地使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用,临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。但是,大剂量或长期使用也会对人体造成损害,特别是它也有成瘾性,一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状,虽然其成瘾性较弱,戒断症状也不十分严重.但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时,咖啡因就不仅作用于大脑皮层,还能直接兴奋延髓,引起阵发性惊厥和骨骼震颤,损害肝、胃、肾等重要内脏器官,诱发呼吸道炎症、妇女乳腺瘤等疾病,甚至导致吸食者下一代智能低下,肢体畸形。因此也被列入受国家管制的精神药品范围。

  滥用咖啡因通常也有吸食和注射两种形式,其兴奋刺激作用及毒副反应、症状、药物依赖性与苯丙胺相近。

  我国巳破获多起境内外贩毒分子互相勾结把咖啡因走私出境到“金三角”地区的案件。目前我国咖啡因的合法生产大于合法需求,流人非法渠道的情况较为严重。

  咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的,强烈苦味的粉状物。它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量,194.19

  咖啡因开始能使中枢神经系统兴奋,因此能够增加警觉度,使人警醒,有快速而清晰的思维,增加注意力和保持较好的身体状态。[20]最后进入脊髓并保持一个较高的剂量。在体内,关于咖啡因的化学反应十分复杂[20] ,大致的几种机理如下:

  咖啡因在肝脏中被分解产生三个初级代谢产物副黄嘌呤(84%),可可碱(12%),and 茶碱(4%)咖啡因在摄取后45分钟内被胃和小肠完全吸收。吸收后它会分布于身体的所有器官之中,转化过程符合化学动力学一级反应。

  咖啡因的半衰期,即身体转化所摄取咖啡因的一半所用的时间,在不同个体之间变化剧烈,主要和年龄,肝功能,怀孕与否,同时摄入的其他药物以及肝脏中与咖啡因代谢有关的酶的数量等有关。一个健康成人的咖啡因的半衰期大约是3-4个小时,在口服避孕药物的女性体内则延长至5-10个小时 ,在已怀孕的女性体内则大概为9-11个小时。当某些个体患有严重的肝脏疾病时,咖啡因会累积,半衰期延长至96个小时。婴儿或儿童的咖啡因的半衰期可能大于成年人,在一个新生婴儿的体内可能会长至30个小时。某些其它因素也会缩短咖啡因的半衰期,比如吸烟。

  咖啡因的代谢在肝脏中发生,由细胞色素氧化酶P450(特别是1A2同工酶)酶系统氧化,形成三种不同的二甲基黄嘌呤,这三种二甲基黄嘌呤对身体有不同的作用。

  副黄嘌呤(1,7-二甲基黄嘌呤,84%)-能够加速脂解,导致血浆中的甘油及自由脂肪酸的含量增加。

  可可碱(12%)-能够扩张血管,增加尿量。可可碱也是可可豆中主要的生物碱,也存在于巧克力中。

  茶碱(4%)-舒缓支气管平滑肌,被用作治疗哮喘。治疗所用的剂量远远大于由咖啡因代谢所产生的剂量。

  咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的,强烈苦味的粉状物。▼▼▽●▽●它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量,194.19

  白色粉末或六角棱柱状结晶, 熔点 238°, 178°, 升华。1g溶于46ml水、5.5ml 80°的水、1.5ml沸水、66ml乙醇、22ml 60°的乙醇、50ml 丙酮及5.5ml 氯仿等。IRνmax cm -1: 3100, 2970, 1700, 1660, 1550, 1480, 1360, 1240, 1020, 980, 750, 610; UVλMeOHmax nm (ε): 272(8510); NMR (CDCl3) δ: 3.4, 3.6, 4.0, 7.6; MSm/e: 194 (100), 67 (66), 109 (66), 55 (44), 82 (39), 42 (28), 40 (18), 41 (16)[1]。◆▼性质描述: 本品含一分子结晶水,为白色或带极微黄绿色,柔韧有丝光的针状结晶,升华精制得六角形棱柱状晶体。熔点238℃,178℃升华。在133帕压力下,于160-165℃升华得很快。每克咖啡因可溶于46毫升水,5.5毫升热水(80℃),1.5毫升沸水,66毫升乙醇,22毫升热乙醇(60℃),50毫升丙酮,5.5毫升氯仿,530毫升,100毫升苯,或22毫升沸苯。极易溶于吡咯及含4%水的四氢呋喃。溶于乙酸乙酯,微溶于石油醚。本品盐类在水中的溶解度,按苯甲酸盐;肉桂酸盐;柠檬酸盐;水杨酸依次增加;咖啡因的盐酸盐;硫酸盐;磷酸盐均易溶于水或醇,并分解成游离碱和酸。咖啡因有风化性,无臭,味苦。相对分子质量:194.2(无水),212.2 (1分子水)

  展开全部咖啡因(Caffeine )是从茶叶、咖啡果中提炼出来的一种生物碱,适度地使用有祛除疲劳、兴奋神经的作用,临床上用于治疗神经衰弱和昏迷复苏。但是,大剂量或长期使用也会对人体造成损害,特别是它也有成瘾性,一旦停用会出现精神萎顿、浑身困乏疲软等各种戒断症状,虽然其成瘾性较弱,戒断症状也不十分严重.但由于药物的耐受性而导致用药量不断增加时,咖啡因就不仅作用于大脑皮层,还能直接兴奋延髓,引起阵发性惊厥和骨骼震颤,损害肝、胃、肾等重要内脏器官,诱发呼吸道炎症、妇女乳腺瘤等疾病,甚至导致吸食者下一代智能低下,肢体畸形。因此也被列入受国家管制的精神药品范围。

  滥用咖啡因通常也有吸食和注射两种形式,其兴奋刺激作用及毒副反应、症状、药物依赖性与苯丙胺相近。

  我国巳破获多起境内外贩毒分子互相勾结把咖啡因走私出境到“金三角”地区的案件。目前我国咖啡因的合法生产大于合法需求,流人非法渠道的情况较为严重。

  咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的,强烈苦味的粉状物。它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量,194.19

  早在石器时代 ,人类已经开始使用咖啡因。早期的人们发现咀嚼特定植物的种子、树皮或树叶有减轻疲劳和提神的功效。直到很多年以后,人们才发现使用热水泡这些植物能够增加咖啡因的效用。许多文化都有关于远古时期的人们发现这些植物的神话。

  根据一个古老的蒙古神线年的中国皇帝神农氏,在一次偶然的机会下,发现当有的树叶飘进沸水中会产生一种芳香且提神的饮品 。一本古老的关于茶的著作陆羽《茶经》中也提到了神农氏的名字。

  咖啡早期的历史十分朦胧,不过一个流传广泛的神话能让我们回溯到阿拉伯咖啡的发源地埃塞俄比亚。根据这个神话,一个名叫卡迪的牧羊人发现,当山羊食用了咖啡灌木上的浆果时会变得兴奋异常并且在夜里失眠,山羊也会不断地再次食用该浆果,体验相同的活力。最早的有关咖啡的书面记载可能是9世纪波斯医师al-Razi所著的Bunchum。1587年,Malaye Jaziri汇编了一本追溯咖啡历史及合法性争议的书,名叫《Umdat al safwa fi hill al-qahwa》。在这本书中,Jaziri记录了一个亚丁的伊斯兰教长Jamal-al-Din al-Dhabhani是首先于1454年饮用咖啡的人,15世纪后,也门的苏菲派穆斯林开始有规律的饮用咖啡来保持祈祷时的清醒。16世纪快要结束的时候,在埃及的欧洲居民们记录了咖啡的使用,大概这个时候,咖啡开始在近东广泛使用。咖啡最为一种饮料在17世纪流传到欧洲,最初被称为阿拉伯酒。这段时间,咖啡屋开始增多,最初的咖啡屋是在君士坦丁堡和威尼斯。在英国,第一家咖啡屋开业于1652年,在伦敦Cornhill街圣迈克尔巷。很快咖啡开始在西欧流行并在17和18世纪社会交流中扮演了重要的角色。

  就像咖啡浆果和茶叶一样,可乐树坚果也有很古老的起源。很多西非的文明通过单独或群体的咀嚼可乐树坚果来恢复精力和减轻饥饿。1911年,当美国政府没收了40大桶和20小桶可口可乐时,可乐成了第一个有记录的关于健康的恐慌焦点。当年3月13日,美国政府开始了美国对40大桶和20小桶可口可乐,▼▲希望通过夸大的宣传迫使可口可乐将咖啡因从其配方中移除,比如宣传在一个女子学校,过多的饮用可口可乐导致“夜间荒诞行为,违背学院规则和女性的礼节,甚至不道德。”尽管法官最后支持了可口可乐,1912年仍然有两个旨在修正纯粹食品与药品法案的议案被提交众议院,把咖啡因添加进“上瘾”和“有害”的物质清单,必须在产品标签中列出。

  使用可可的最早的证据是从公元前8世纪古玛雅文明时期的罐中发现的残渣。在新世界里,巧克力被混入一种叫Xocoatl得苦辣饮品之中使用,也常伴有香草、辣椒和胭脂。xocoatl被广泛认为能够抗疲劳,这大概归功于其中可可碱和咖啡因成分。◇•■★▼巧克力在哥伦布发现美洲大陆以前的中美洲是一种奢侈品,可可豆也曾被用来作为货币。

  巧克力在1700年由西班牙人引进欧洲,他们也将可可树引入了西印度群岛和菲律宾。它们被用于炼金术,叫做黑豆。

  1819年德国化学家弗里德里希·费迪南·龙格第一次分离得到纯的咖啡因。根据一个传说,他之所以这样做是听了歌德的吩咐。

  现在,每年咖啡因的国际销量已达到120000吨,这个数字相当于每天每个人消耗一份咖啡饮品,这也使它成为了世界最流行的影响精神的物质。在北美,90%的成年人每天消耗一定量的咖啡因。

  咖啡因开始能使中枢神经系统兴奋,因此能够增加警觉度,使人警醒,有快速而清晰的思维,增加注意力和保持较好的身体状态。[20]最后进入脊髓并保持一个较高的剂量。在体内,关于咖啡因的化学反应十分复杂[20] ,大致的几种机理如下:

  咖啡因在肝脏中被分解产生三个初级代谢产物副黄嘌呤(84%),可可碱(12%),and 茶碱(4%)咖啡因在摄取后45分钟内被胃和小肠完全吸收。吸收后它会分布于身体的所有器官之中,转化过程符合化学动力学一级反应。

  咖啡因的半衰期,即身体转化所摄取咖啡因的一半所用的时间,在不同个体之间变化剧烈,主要和年龄,肝功能,怀孕与否,同时摄入的其他药物以及肝脏中与咖啡因代谢有关的酶的数量等有关。一个健康成人的咖啡因的半衰期大约是3-4个小时,在口服避孕药物的女性体内则延长至5-10个小时 ,在已怀孕的女性体内则大概为9-11个小时。当某些个体患有严重的肝脏疾病时,咖啡因会累积,半衰期延长至96个小时。婴儿或儿童的咖啡因的半衰期可能大于成年人,在一个新生婴儿的体内可能会长至30个小时。某些其它因素也会缩短咖啡因的半衰期,比如吸烟。

  咖啡因的代谢在肝脏中发生,由细胞色素氧化酶P450(特别是1A2同工酶)酶系统氧化,形成三种不同的二甲基黄嘌呤,这三种二甲基黄嘌呤对身体有不同的作用。

  副黄嘌呤(1,7-二甲基黄嘌呤,84%)-能够加速脂解,导致血浆中的甘油及自由脂肪酸的含量增加。

  可可碱(12%)-能够扩张血管,增加尿量。可可碱也是可可豆中主要的生物碱,也存在于巧克力中。

  茶碱(4%)-舒缓支气管平滑肌,被用作治疗哮喘。治疗所用的剂量远远大于由咖啡因代谢所产生的剂量。

  咖啡因是一个中枢神经系统兴奋剂,也是一个新陈代谢的刺激剂。咖啡因既被作为饮品,也被作为药品,其作用都是提神及解除疲劳。每个人所需要的能够产生效果的咖啡因精确剂量并不相同,主要取决于体型和咖啡因耐受度。咖啡因在不到一个小时的时间内就可以开始在身体里发挥作用,对于一个温和剂量的咖啡因摄取,在3到4个小时内作用消失。食用咖啡因并不能减少所需睡眠时间,它只能临时的减弱困的感觉。

  因为这些影响,咖啡因是一个机能增进剂:提升大脑和身体的能力。一项在1979年的研究表明,与对照组相比,摄取了咖啡因之后的运动员在长距离自行车项目中的表现增加7%。其他的研究获得了更加显著的结果:一个对经过训练的跑步运动员的实验表明,在摄取一剂9毫克每千克体重的咖啡因之后,运动员的直线%。如此显著的提升并不是孤立的偶然情况,一些后续的研究也得到相似的结果。另外一个研究表明,在摄取了5.5毫克每千克体重咖啡因之后,在自行车项目中,能够提升29%的持续时间。

  咖啡因有时也与其他药物混合提高它们的功效。咖啡因能够使减轻头痛的药的功效提高40%,并能使身体更快的吸收这些药品缩短起作用的时间。因此,很多非处方治疗头痛的药品中包含有咖啡因。咖啡因也与麦角胺一起使用,治疗偏头痛和集束性头痛,也能克服由抗组胺剂带来的困意。

  早产婴儿的呼吸问题,有时也使用柠檬酸咖啡因治疗。使用柠檬酸咖啡因疗法后,早产婴儿的支气管发育不良明显减少。此疗法的唯一缺点是在治疗中暂时性的体重增长变慢。柠檬酸咖啡因在很多国家只能通过处方获得。

  对人类而言,咖啡因是安全的,★-●△▪️▲□△▽但是咖啡因对某些动物而言确是有毒性的,例如狗,马和鹦鹉,因为这些动物分解咖啡因的能力比人类弱很多。咖啡因对蜘蛛有显著的影响,远远高于其他药物。

  在短时间内过多的咖啡因可以导致上瘾和一系列的身体与心理的不良反应在长期摄取的情况下,大剂量的咖啡因是一种毒品,能够导致“咖啡因中毒”。咖啡因中毒包括上瘾和一系列的身体与心理的不良反应,比如神经过敏,易怒,焦虑,震颤,肌肉抽搐(反射亢进),失眠和心悸(在严格的上瘾的定义下,只有逐渐增高用量才是上瘾,用咖啡因依赖描述更为恰当一些,但是在一个被广泛接受的定义下,所有慢性的很难摆脱的行为都叫做上瘾,所以也可以用咖啡因上瘾来描述。)另外,由于咖啡因能使胃酸增多,持续的高剂量摄入会导致消化性溃疡,糜烂性食道炎和胃食管反流病。然而,因为无论是正常的咖啡还是脱咖啡因咖啡,都会刺激胃粘膜,增加胃酸分泌,所以咖啡因可能不是咖啡唯一的成分。

  四个被精神疾病诊断与统计手册(第四版)所验证的有咖啡因引起的精神紊乱包括咖啡因过度轻奋、咖啡因焦虑症、咖啡因睡眠失调及其他咖啡因相关紊乱。

  一个急剧的过量咖啡因,通常超过250毫克(相当于2-3杯煮咖啡)就能够导致中枢神经系统过度兴奋。咖啡因过度兴奋的症状包括:烦躁、神经过敏、兴奋、失眠、脸红、尿液增加、胃肠紊乱、肌肉抽搐、思维涣散、心跳不规则或过快以及躁动。

  摄取极大剂量的咖啡因会导致死亡。对于实验鼠,咖啡因的半数致死量为192毫克每千克体重。咖啡因半数致死量取决于体重和个人敏感程度,大概是150至200毫克每千克体重,大约是一个普通成年人在一个有限的时间内摄取140至180杯咖啡,时间取决于生物半衰期。尽管饮用普通咖啡几乎不可能致死,但有由于过度服用咖啡因药丸致死的报告。

  对于咖啡因过度轻奋的治疗通常是辅助性的,即对个别的症状进行相应的治疗。但是如果患者的血清咖啡因浓度过高,则有可能采取腹膜透析、血液透析和血液滤过等方法。

  长期的过度摄取咖啡因会引起一系列的精神紊乱。其中两种被美国精神病学协会验证的是咖啡因焦虑症和咖啡因睡眠失调。

  咖啡因睡眠失调是指由一个个体有规律的摄取高剂量的咖啡因所导致的他或她的睡眠紊乱,并且能被临床诊断所发现。

  对某些个体而言,大剂量的咖啡饮所导致的焦虑足够被临床诊断发现。咖啡因焦虑症会以不同的形式出现,一般性焦虑失调,恐慌发作,强迫症甚至是恐怖症。因为这些症状容易与基本神经失调混淆,比如恐慌失调,一般性焦虑失调,躁郁症或甚至是精神分裂症,所以一些医务工作者认为部分咖啡因摄入过量的人被误诊并给予了不必要的治疗,他们认为咖啡因诱发的精神疾病可以通过切断咖啡因来源而很简单的控制 。一个由不列颠上瘾期刊(British Journal of Addiction)所作的调查表明,虽然很少被诊断出,咖啡因慢性中毒至少困扰了十分之一的总人口。

  食品工业中咖啡因的主要来源是咖啡豆。但咖啡豆的咖啡因含量会因品种不同也有变。2004年在埃塞俄比亚发现的一些树,咖啡因量比平均高15倍。一杯咖啡含咖啡因的量从75至250毫克不等。茶和可乐的的咖啡因含量比咖啡少,而马黛茶则高得多。下面是一些食物的咖啡因含量:

  茶里的咖啡因有时被称为茶因、茶色素。人们或许认为两者不同,但茶叶中还有其他黄嘌呤,包括茶碱,马黛因等化合物。

  在大脑中咖啡因可以阻挡 腺嘌呤核苷接受器。腺嘌呤核苷与它的接受器结合后可以减缓神经细胞的活动。一般在睡眠时两者结合。咖啡因分子与腺嘌呤核苷类似,可以与同一种接受器结合。但它不促使细胞活动降低,相反地,它阻止腺嘌呤核苷与它的接受器结合。其结果是神经细胞活动增高,神经细胞分泌激素肾上腺素。肾上腺素导致心跳加快,血压增高,肌肉中的血流量提高,皮肤和内脏的血流量降低,肝脏向血液释放葡萄糖。此外咖啡因与 氨基丙苯一样可以提高脑内的神经递质多巴胺。

  与其它刺激中枢神经系统的物质和酒精不同的是,咖啡因的作用相当短。对大多数人来说,咖啡因不影响他们的注意力和其它高级智力功能,因此含咖啡因的饮料往往在工作场所饮用。

  长时间饮用咖啡因可以导致身体对咖啡因的习惯化。假如这时中断使用咖啡因,身体会对腺嘌呤核苷过分灵敏,血压会过度降低,导致头疼和其它症状。最近的一些研究似乎说明饮用咖啡因可以减低获得 帕金逊症的危险,但这个研究的结论还有待证实。

  太多咖啡因可以导致咖啡因中毒。其症状是烦躁、紧张、刺激感、失眠、面红、多尿和消化道不适。有些人在每日服用250毫克以下时就会有这些症状。每天多于1克可以导致痉挛、思想和语言突然转换、心跳不稳、心动过速和 精神运动性激越。咖啡因中毒的症状有点类似 恐慌症和 全面化焦虑症。192毫克/体重千克[来源请求]或对普通成年人来说72杯咖啡可能可以导致半数人死亡。

  对人来说,咖啡因是安全的,但咖啡因和其它与它类似的物质如茶碱、咖啡碱等可以对其它动物毒性很大,比如对狗和马,原因是这些动物肝脏的新陈代谢与人不同。目前医学界认为咖啡因与骨质流失及骨质疏松症有相关性,因此建议适量摄取咖啡、茶等饮料。

  咖啡因属于甲基黄嘌呤的生物碱。纯的咖啡因是白色的,强烈苦味的粉状物。它的化学式是C8H10N4O2。它的化学名是1,3,7-三甲基黄嘌呤或3,7-二氢-1,3,7三甲基-1H-嘌呤-2,6-二酮。分子量,194.19

  又称咖啡碱。由茶叶或咖啡中提得的一种生物碱。也可人工合成。白色或带极微黄绿色、有丝光的针状结晶。无臭。味苦,有风化性。密度1.23。熔点234~237.5℃。在178℃升华。在热水或氯仿中易溶。略溶于水、乙醇、丙酮,微溶于石油醚。对中枢兴奋作用较弱。主用于解救急性感染中毒等引起的呼吸、循环衰竭;与溴化物合用治疗神经官能症;与乙酰水杨酸制成复方制剂用于一般性头痛,与麦角胺合用治疗偏头痛。▲●…△

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