Χημεία της νικοτίνης

>> Σάββατο, 4 Αυγούστου 2012

Η νικοτίνη είναι ένα υγροσκοπικό, υδατοδιαλυτό ελαιώδες και σχετικά εύφλεκτο υγρό. Το μόριό της αποτελείται από ένα δακτύλιο πυριδίνης και ένα δακτύλιο πυρρολιδίνης. Ως τυπική αζωτούχος βάση σχηματίζει άλατα με οξέα και στον καπνό βρίσκεται ως άλας με διάφορα συνήθη οξέα του φυτικού κόσμου, όπως το κιτρικό και το μηλικό οξύ. 

Κατά το κάπνισμα μικρό μόνο ποσοστό της νικοτίνης εισπνέεται, ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό της καίγεται. 
 
Η παρουσία στον χυμό των φύλλων του καπνού ενός πτητικού συστατικού με βασικές ιδιότητες διαπιστώθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο χημικό-φαρμακοποιό Louis Nicolas Vauquelin το 1809, ο οποίος παρέλαβε νικοτίνη σε ακάθαρτη μορφή με διαβίβαση υδρατμών μέσω φύλλων καπνού. Σε χημικώς καθαρή μορφή η νικοτίνη παραλήφθηκε από τα φύλλα του καπνού το 1828 από τους Γερμανούς χημικούς Posselt και Reimann του Πανεπιστημίου της Χαϊλδεβέργης. Ο εμπειρικός χημικός τύπος της νικοτίνης βρέθηκε από τον Melsens το 1848 και ο συντακτικός τύπος της από τον Garry Pinner το 1893. Η πρώτη σύνθεσή της νικοτίνης πραγματοποιήθηκε από τους Pictet και Crepieux το 1904.
Σύνθεση νικοτίνης. 'Ενα τυπικό συνθετικό σχήμα της νικοτίνης, με το οποίο επιβεβαιώνεται η χημική δομή της δείχνεται παραπάνω [Αναφ. 3]. Η σύνθεση ξεκινά με την 3-κυανοπυριδίνη (Ι) η οποία αντιδρά με το 3-αιθοξυ-προπυλο-μαγνησιοβρωμίδιο, παρέχοντας την κετόνη ΙΙ, σύμφωνα με το παρακάτω γενικό σχήμα αντίδρασης νιτριλίων με τα αντιδραστήρια Grignard για την παρασκευή κετονών: 



Η κετόνη ΙΙ αντιδρά με υδροξυλαμίνη παρέχοντας την αντίστοιχη οξίμη ΙΙΙ, η οποία ανάγεται με LiAlH4 προς την αμινοένωση ΙV. Με επίδραση HBr η αιθοξυλική ομάδα αντικαθίσταται με Br παρέχοντας την ενδιάμεση ένωση V, από την οποία αποσπάται HBr με σχηματισμό πυρρολιδινικού δακτυλίου και της ένωσης 3-(2-πυρρολιδινο)-πυριδίνης γνωστής ως νορνικοτίνης (VI). Με επίδραση CH3I, η νορνικοτίνη μεθυλιώνεται στο άζωτο του πυρρολιδινικού δακτυλίου παρέχοντας νικοτίνη (VII). Φυσικά, η σύνθεση αυτή οδηγεί στη ρακεμική μορφή της νικοτίνης (ισομοριακό μίγμα των S και R μορφών).
Αποικοδόμηση της νικοτίνης. Η νικοτίνη υπόκειται σε αντιδράσεις αποικοδόμησης και οξείδωσης, από τα προϊόντα των οποίων διαπιστώθηκε αρχικά η δομή της. Ορισμένες από τις αντιδράσεις αυτές παρουσιάζονται στο παραπλεύρως σχήμα [Αναφ. 3]. 'Ετσι:
i) Απόσταξη με άνυδρο ZnCl2 παρέχει πυριδίνη, πυρρόλιο και μεθυλαμίνη, που επιβεβαιώνουν την παρουσία πυριδινικού και πυρρολικού δακτυλίου στο μόριο.
ii) Συμπύκνωση με πυκνό ΗΙ στους 15C παρέχει CH3I, γεγονός που προϋποθέτει την παρουσία στο μόριο της ομάδας >Ν-CH3.
iii) Οξείδωση της νικοτίνης με ισχυρά οξειδωτικά μέσα σε όξινο περιβάλλον παρέχει νικοτινικό οξύ, γεγονός που αποδεικνύει ότι ο πυριδινικός δακτύλιος συνδέεται με το υπόλοιπο μόριο μέσω της 3-θέσης.
iv) Η μετατροπή της νικοτίνης μέσω μεθυλίωσης και οξείδωσης σε υγρινικό οξύ, επιβεβαιώνει την παρουσία του πυρρολικού δακτυλίου και ότι αυτός συνδέεται με τον πυριδινικό δακτύλιο μέσω της 2-θέσης.
Η νικοτίνη ως βάση. Η νικοτίνη δρα ως ασθενής διβασική βάση (ασθενέστερη και από την αμμωνία), με pKb1 = 6,16 και pKb2 = 10,96 (15ºC) (για την αμμωνία είναι pKb = 4,75). Πρώτο πρωτονιώνεται το άζωτο του πυρρολιδινικού δακτυλίου, ως πλέον βασικό του αζώτου του πυριδινικού δακτυλίου.
Εναντιομερείς μορφές νικοτίνης. Η πρώτη εναντιοεκλεκτική (enantioselective) σύνθεση της φυσικής (S)-νικοτίνης πραγματοποιήθηκε το 1981, ενώ της μη φυσικής (R)-νικοτίνης πραγματοποιήθηκε το 2000 [Αναφ. 4]. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η μη φυσική (R)-νικοτίνη έχει περίπου τη μισή φυσιολογική δραστικότητα της (S)-νικοτίνης και ότι κατά το κάπνισμα οι υψηλές θερμοκρασίες που αναπτύσσονται οδηγούν σε μερική ρακεμοποίηση της (S)-νικοτίνης.
Αλκαλοειδή παρόμοιας δομής. 'Αλλα αλκαλοειδή παρόμοιας δομής με εκείνη της νικοτίνης και ορισμένα προϊόντα οξείδωσής της που απαντούν σε μικρή αναλογία στα φύλλα του καπνού ή στο αίμα των καπνιστών δείχνονται παρακάτω. Ειδικά, η κοτινίνη και δευτερευόντως το Ν-οξείδιο της νικοτίνης είναι οι μορφές στις οποίες κατά κύριο λόγο μετατρέπεται η νικοτίνη στον ανθρώπινο οργανισμό.

Η νορνικοτίνη είναι προϊόν ενζυματικής Ν-απομεθυλίωσης της νικοτίνης και η συσσώρευσή της στον καπνό κατά τη ξήρανση των φύλλων του ή στον οργανισμό των καπνιστών, θεωρείται ως ιδιαίτερα επικίνδυνη. Η επικινδυνότητα της νορνικοτίνης οφείλεται στη δευτεροταγή αμινομάδα της. 'Οπως όλες οι δευτεροταγείς αμίνες μπορεί να αντιδράσει με νιτρώδες οξύ παρέχοντας την καρκινογόνο 'Ν-νιτρωδονορνικοτίνη [Αναφ. 5]. Η αντίδραση αυτή έχει τη γενική μορφή:
R-NH-R' + HONO    R-N(-Ν=Ο)-R' + Η2Ο
και όλες οι Ν-νιτρωδο-αμίνες ή νιτροζαμίνες είναι εξαιρετικά επικίνδυνες καρκινογόνες ενώσεις.

 Περισσότερα: http://www.chem.uoa.gr/chemicals

Δημοσίευση σχολίου

  © Blogger template Simple n' Sweet by Ourblogtemplates.com 2009

Back to TOP