Продолжение. Начало см. в № 36/2002
Наркотики: химия и медицина
Метилксантины
Учитель. В разделе с таким незнакомым названием я хочу рассказать о кофеине, теофиллине и теобромине, т. е. о тех веществах, с которыми вы уже давно знакомы на практике и которые вы с большим удовольствием употребляете. Ведь перечисленные вещества входят в состав чая, кофе и какао. И именно эти соединения отвечают за стимулирующий эффект перечисленных продуктов. Но сначала расскажу немного об истории чая, кофе и какао.
Чай (кофеин, теобромин, теофиллин)
(Учитель еще раз демонстрирует слайд № 3 (см. № 36/2002).)
Чай культивировался как лекарственное растение в Китае еще 2500 лет до н. э. Лишь в IX в. чаеводство освоили в Японии и Корее, в начале XIX в. – в Индии и на острове Цейлон. В Европу чай привезли португальцы в XV–XVII вв. Сначала чай использовали как лекарство, затем начали жевать зеленые чайные листья и лишь потом сушить и заваривать их так, как мы делаем это сейчас. Использование чая как напитка началось примерно в XVIII в.
Кофе (кофеин, теофиллин)
Происхождение культуры кофе связано с Эфиопией, Йеменом. В Эфиопии давно открыли стимулирующее свойство кофе. Пастухи наблюдали, как козы и овцы не спали всю ночь, наевшись плодов кофе. Попробовали сами, понравилось. С тех пор и повелось жевать сухие кофейные плоды. Окультурили кофе в Йемене.
В качестве стимулирующего напитка кофе начали использовать в Аравии приблизительно в середине XV в. Однако долгое время в Йемене все-таки не употребляли кофейный напиток, т. к. соблюдали запрет на него, наложенный церковью. Первый напиток из кофе, по-видимому, был алкогольным, поскольку его получали после сбраживания сладкой пульпы плодов.
В начале XVIII в. культура кофе из Аравии стала проникать в другие тропические страны. В 1696 г. голландцы организовали первые колониальные плантации на о.Цейлон, но через несколько десятилетий они были полностью уничтожены грибным паразитом ржавчиной и заменены плантациями чая. В 1718 г. голландцы привезли кофейное дерево в Суринам. В 1727 г. были посажены первые плантации кофе в Бразилии, но до XIX в. они занимали небольшие площади. Сейчас Бразилия и Колумбия – крупнейшие производители кофе (34,8% мировой площади этой культуры).
Какао (теобромин, кофеин)
Какао происходит из тропической Америки. Спутники Кортеса при завоевании Мексики впервые познакомились с какао. Ацтеки готовили напиток, который назывался «чокоатль», т. е. «горькая вода» (отсюда слово «шоколад»); они пили его с перцем, кукурузой и ванилью. Плоды какао назывались «какахуатль», отсюда, очевидно, название «какао». Император ацтеков собирал дань с земледельцев в виде какао-бобов. Большую массу бобов обнаружили в королевском дворце Монтесумы, когда в 1519 г. он был захвачен воинами Кортеса. Какао-бобы были привезены Колумбом из Центральной Америки в Европу как диковина. Испанцы не знали индейского способа приготовления напитка, но вскоре сумели разгадать его. Поэтому начался экспорт бобов в Испанию, и здесь впервые был изготовлен фабричный шоколад. Напиток какао стал популярен в начале XVII в. в Италии, Франции, а затем в Голландии, Германии и Англии. Наряду с «кофейными» домами были основаны «шоколадные» дома, которые использовались как клубы. В связи с высокой стоимостью какао его употребляли лишь представители имущих классов.
Кофеин, содержащийся во всех перечисленных продуктах, усиливает и регулирует процессы возбуждения в коре большого мозга; в соответствующих дозах он усиливает положительные условные рефлексы и повышает двигательную активность. Стимулирующее действие приводит к повышению умственной и физической работоспособности, уменьшению усталости и сонливости. Большие дозы могут привести к истощению нервных клеток. Действие кофеина в значительной мере зависит от типа высшей нервной деятельности.
По современным данным, кофеин и теофиллин угнетают фермент фосфодиэстеразу, что приводит к внутриклеточному накоплению циклического аденозинмонофосфата (цАМФ). цАМФ является медиатором, под его влиянием стимулируются метаболические процессы в разных органах и тканях, в том числе и в центральной нервной системе.
Важную роль в стимулирующем эффекте играет структурное сходство молекул кофеина и теофиллина с аденозином, который связан со специфическими аденозиновыми рецепторами мозга. Аденозин уменьшает процессы возбуждения в мозге, поэтому замещение его кофеином или теофиллином приводит к стимулирующему эффекту. При длительном применении кофеина возможно образование в клетках мозга новых аденозиновых рецепторов, и действие кофеина постепенно уменьшается. Вместе с тем при внезапном прекращении введения кофеина аденозин занимает все доступные рецепторы, что может привести к усилению торможения с явлениями утомления, сонливости, депрессии и др.
Кофеин, теофиллин, теобромин входят в состав некоторых пищевых продуктов. Кроме того, кофеин и теофиллин применяют в медицине.
Задание. Теофиллин – это 1,3-диметилксантин, теобромин – это 3,7-диметилксантин. Как будет называться кофеин?
Ответ. Кофеин – это 1,3,7-триметилксантин.
Опиаты
(Учитель демонстрирует слайд № 6.)
В булочной.
– Дайте, пожалуйста, булочку с маком!
– Еще чего! Может, вам еще и батончик с героином?!
Анекдот
В начале – небольшой рассказ из книги Лейстнера и Буйташа «Химия в криминалистике»:
«Однажды гражданин Венгрии, будучи в командировке в Швеции, решил по привычке полакомиться маковым рулетом. После бесплодных хождений по местным магазинам он написал домой письмо с просьбой прислать ему немного мака для начинки. Ответ не заставил себя ждать. Вначале прибыло из- вещение о посылке, в которой было 2 кг мака, а вслед прибыл… полицейский. Дело в том, что в Швеции семена мака, содержащие опий, как и другие потенциальные источники опия, запрещены для ввоза в страну. Нашему незадачливому кулинару стоило большого труда убедить полицейского в том, что у него нет лаборатории для выделения опия из мака, а есть простое желание приготовить из мака любимое праздничное угощение. Шведские полицейские, известные своей корректностью, не захотели испортить иностранцу праздник. После определения содержания опийных алкалоидов в пробе мака, которое показало, что концентрация этих веществ ниже допустимой, тем не менее пришло распоряжение передать посылку на хранение в ближайшую аптеку, а ее адресату было дано разрешение время от времени получать порцию мака для рулета, но выдаваемое ему одноразовое количество мака не должно было превышать 100 г».
Как видно из рассказа, полиция Швеции очень серьезно относится к опийному маку. И не зря! Ведь наркотические вещества, выделяемые из мака, принадлежат к группе наиболее опасных наркотиков, обычно называемых опиатами (от греч. opion – маковый сок). В эту группу объединяют препараты морфин и кодеин и их структурные модификации, получаемые при обработке маковой соломки, а также синтетические аналоги.
Опиаты вызывают характерное состояние созерцательной эйфории, ложное ощущение осуществленных желаний и существенно понижают двигательную активность. Действительность воспринимается более или менее адекватно. При употреблении опиатов довольно быстро развивается привыкание, причем такое, что для достижения необходимого эффекта приходится увеличивать дозу наркотика в 10 раз. При этом появляется психическая и физическая зависимость. Физическая зависимость выглядит как тяжелое заболевание – с болями в животе и ломотой в суставах, слезотечением и насморком, сердечными аритмиями, ощущением удушья, тяжелой одышкой.
Трудности при лечении связаны с тяжелой зависимостью от опиатов. Больного действительно нельзя сразу же оставлять без привычного наркотика, он может умереть! Стойкое излечение возможно, но достичь его удается только при неукоснительном выполнении терапевтических программ, проводимых, как правило, в специальных стационарах.
(Учитель демонстрирует слайд № 7.)
Механизм действия опиатов следующий. В мозге
есть специальные «опиатные» рецепторы, которые в
обычном состоянии связаны с вырабатываемыми
организмом нейропептидами – энкефалинами и
эндорфинами. Некоторые части молекул опиатов
имеют структурное и конформационное сходство с
энкефалинами и эндорфинами. Поскольку в одной
дозе опиатов, поступающей в организм, находится
много
больше нейропептидов, чем содержится в
организме, то опиаты занимают все рецепторы. Уже
после 2–3 приемов опиатов организм «привыкает» к
наркотикам и не может без них нормально
функционировать. Все, физическая зависимость
сформирована!
Установлено несколько типов опиатных рецепторов, находящихся не только в мозговой, но и в других тканях. Функциональное назначение некоторых рецепторов пока неясно, относительно назначения других уже сложилось определенное мнение. Так, например, m-рецепторы связывают с эйфорией, физической зависимостью и угнетением дыхания, d-рецепторы – со снотворным эффектом и т. д.
Опиаты – одни из самых опасных наркотиков, поэтому несколько подробнее остановимся на некоторых представителях этой группы.
Опиум – высушенный сок мака, содержащий морфин и кодеин. Несмотря на то, что опиум был известен в Европе и Африке с давних пор, массовое использование этого наркотика началось в Азии, которая и сейчас остается его основным поставщиком. Самое большое распространение курение опиума получило в Китае. Примерно с середины XVIII в. страсти курения опиума предавались все слои населения Китая. И все же в истоках этой эпидемии находилась Европа. Британская Ост-Индийская компания монополизировала ввоз наркотиков в Китай из Бенгалии, где было налажено его широкое производство. Попытка китайского правительства запретить ввоз опиума привела к «опиумным войнам» – англо-китайской 1840–1842 гг. и англо-франко-китайской 1856–1860 гг. В результате было отвоевано право на ввоз опиума. «Победители» не знали, что на самом деле открыли дорогу опиуму на Запад. Из стран Востока курение распространилось по всему миру. Сейчас опиум употребляют относительно редко, из-за его менее слабого эффекта, предпочитая ему чистый морфин и героин.
Морфий обычно выделяют из опиума и продают в чистом виде или в виде смеси с другим наркотиком или просто наполнителем. Часто морфий служит исходным материалом для синтеза героина.
Героин считается королем опиатов, он обладает наибольшим эйфорическим эффектом и, как следствие, наибольшей разрушительной силой. Героин впервые синтезировали в 1874 г. из морфина, и до начала прошлого столетия его практически не использовали. В 1898 г. героин впервые был применен в качестве обезболивающего средства. Вскоре он получил широкое распространение в медицине до тех пор, пока не стало известно о его способности вызывать зависимость. С 1914 г. (Harrison Narcotic Act of 1914 у.) героин исключен из списков лекарственных препаратов в США и затем в других странах, его производство и хранение возможно лишь по особому разрешению. Это дорогой наркотик, цена одного грамма колеблется от 100 до 400 долларов США. «Чистый» героин предназначен для курения, а его гидрохлорид – для инъекций. Введение внутривенно чрезвычайно опасно, т. к. существует риск передозировки и заражения. Очень опасны и смеси героина с другими наркотиками, в результате их взаимного усиливающего эффекта нередки передозировки со смертельным исходом.
Метадон
– полностью синтетический продукт. Разработан
во время второй мировой войны нацистами.
Причиной разработки стало прекращение поставок
опиума в Германию. Нацисты-героинщики,
страдающие от ломок, поручили немецким
фармацевтическим компаниям разработать
полностью синтетический опиат, производство
которого не нуждалось бы в маковом соке. Заказ
был выполнен: нацистские наркоманы избавились от
ломок, а на свет появился новый наркотик –
метадон.
Сейчас метадон используется для того, чтобы помочь наркоманам справится с героиновой зависимостью. Дело в том, что действие героина проходит через несколько часов, и в день нужно делать несколько уколов. Метадон же спасает от ломок на 1–3 суток в зависимости от индивидуальных особенностей человека. Метадон очень сильный наркотик (примерно такой же, как и героин), ломки от него могут продолжаться в течение месяца, для сравнения ломки от героина заканчиваются за 7–10 дней. Очень опасны смеси метадона с другими наркотиками, под совместным действием наркотиков психика человека, как правило, быстро деградирует, а его организм быстро разрушается.
Думаю, вам будет полезно знать, что лица, употребляющие опиаты, могут иметь татуировки с разнообразными изображениями цветка или коробочки мака.
Задание 1. Вам представлены формулы морфина, кодеина и героина. Как вы думаете, какие из этих веществ будут реагировать:
а) с металлическим натрием;
б) с гидроксидом натрия;
в) с соляной кислотой?
В случае, если реакция возможна, укажите соотношение реагентов.
Ответ. а) Морфин (1:2), кодеин (1:1); б) героин (1:2) (гидролиз с образованием морфина и ацетата натрия); в) все (1:1).
Задание 2. Представьте себя сотрудником криминалистической лаборатории. Вам необходимо определить, как могут наркодельцы получать из морфия героин.
Ответ.
Морфий + 2СН3СООН = героин + 2Н2О.
Задание 3. Сотрудниками милиции задержана крупная партия морфия. Предложите способ получения из этого морфия кодеина, использующегося в медицине в качестве средства против кашля.
Ответ.
Морфий + СН3ОН = кодеин + Н2О.
Психостимуляторы
(Учитель демонстрирует слайд № 8.)
– Что сегодня, – спросил я, – морфий или
кокаин?
Холмс лениво отвел глаза от старой книги с
готическим шрифтом.
– Кокаин, – ответил он.
А.Конан Дойль
С химической точки зрения психостимуляторы – это фенилалкиламины либо конформационно сходные соединения. В эту группу входят амфетамин, метамфетамин, кокаин, эфедрин, метилфенидат, перидрол, катинон и сюда же иногда приписывают тетрагидроканнабинол. Все перечисленные вещества снимают ощущение усталости и сонливости, подавляют чувство голода, вызывают душевный подъем и стремление к деятельности, придают чувство уверенности и даже бесстрашия. Большинство допингов, незаконно применяемых в спорте, относится именно к этой группе соединений. Вызываемая ими эйфория сопровождается двигательной активностью и учащением сердцебиения.
Психостимуляторы не вызывают физической зависимости, но возникающая психическая зависимость привязывает человека, возможно, даже сильнее, чем физическая. При регулярном употреблении эти наркотики истощают нервную систему. В отсутствие наркотика (а потом даже и в присутствии) развивается подавленное состояние, иногда с наклонностью к самоубийству. Одновременно наблюдается нарушение сердечного ритма, мышечная слабость. Больные, как правило, быстро худеют.
(Учитель демонстрирует слайд № 9.)
Наркотики этой группы имеют сходное строение с нейромедиаторами (т. е. химическими передатчиками импульсов нервной системы) – дофамином и ноадреналином. Попадая в организм человека, психостимуляторы, во-первых, стимулируют выпуск дофамина и норадреналина, а во-вторых, затрудняют обратный захват этих нейромедиаторов. Увеличение концентрации этих нейромедиаторов становится причиной того, что организм получает искусственно завышенный сигнал удовольствия.
Для лечения в данном случае применяют успокаивающие средства и сразу же лишают наркотика – жизни больного это не грозит. И хотя необходимо терпение, специальных терапевтических программ не требуется.
Эти наркотики очень распространены. Вот более подробная информация о некоторых наиболее известных представителях этой группы.
Амфетамин и метамфетамин. Первоначально эти вещества нашли военное применение. Так, известно, что во время вторжения фашистских захватчиков в Бельгию и Францию в 1940 г. для снятия усталости и создания ощущения удали танкистам в носки подсыпали амфетамин и запрещали снимать эти носки по нескольку дней подряд. Давали амфетамин советским и американским летчикам, морякам, танкистам, разведчикам как средство для снятия усталости и повышения бдительности. С демобилизованными солдатами в 1950-х гг. амфетамины распространились в США и далее в Европе. В СССР амфетамины были малодоступны, лишь в 1980–1990-х гг. они начали распространяться в странах Прибалтики, на северо-западе России и в Казахстане. Сейчас амфетамины распространены в психотерапевтической практике и сохранили свое «военное» значение – входят в аптечки спецподразделений армий США. Соли амфетаминов вводят внутривенно, сами амфетамины курят или вдыхают. Цена одной пилюли амфетамина – 10–15 центов. Особой популярностью пользуются амфетамины среди молодежи в возрасте 15–30 лет. Можно выделить следующие молодежные группы, в которых популярны амфетамины:
завсегдатаи ночных клубов и дискотек;
неформалы и тусовщики;
участники молодежных банд.
Экстази
– это полусинтетическое соединение было
запатентовано немецкой фирмой «Merck» еще в 1913 г.
Патент, однако, не содержал упоминаний о его
возможном применении. Широко известным экстази
стало в 1970-х гг., примерно тогда же началось и его
психотерапевтическое применение. Многие
психотерапевты хвалят экстази, кто-то даже
высказал мнение, что «одна доза экстази равна
трем месяцам обычной психотерапии», но, по всей
видимости, это преувеличение. В России экстази
появилось сравнительно недавно, занесено в
список наркотиков. Большую популярность нашло
среди молодежи, особенно среди рейверов. Цена
одной дозы в России колеблется от 5 до 50 долларов.
Тетрагидроканнабинол – действующее начало марихуаны и гашиша. Марихуана – это высушенные и измельченные листья и цветы конопли, гашиш – это смола конопли. Слово «марихуана»ќ стало популярным в США в конце 1930-х гг., по всей видимости, пришло от мексиканских солдат, которые практически поголовно курили листья конопли. Сейчас в США более 6 млн человек употребляют марихуану. Вероятно, это самый распространенный наркотик. В Москве марихуана идет по 20 долларов за коробок и около 100 долларов за стакан.
Лица,
употребляющие марихуану или гашиш, могут иметь
татуировки с изображением полумесяца в
сочетании с тремя четырехконечными звездочками
(«фирменный» знак пакистанского гашиша), профиль
луны с приставленной к носу ладонью и композиции
на восточные темы: мужчина курящий кальян, джинн,
вылетающий из бутылки.
Кокаин – уже пять тысяч лет назад индейцы жевали листья кустарника коки, которые являются сырьем при производстве кокаина. Испанцы неодобрительно смотрели на эту привычку, считая ее безбожной, но именно они и открыли коке дорогу в Европу. Кокаин как таковой был синтезирован в 1855 г., но его действие на человека было признано медициной только в 1880 г. Это первое природное соединение, у которого обнаружена местноанестезирующая активность. Одним из известных людей, начавшим его использовать, стал Зигмунд Фрейд. В начале своей карьеры он пытался продвинуть кокаин как полезное тонизирующее средство, но позже признал его опасность и недостатки. Вскоре кокаин стал распространенной добавкой к различным тоникам в Великобритании, но в 1903 г. под давлением общественности его содержание в них было понижено.
Употребление кокаина было объявлено незаконным в Англии во время первой мировой войны, когда немцы организовали его поставку британским солдатам. К 1930 г. кокаин практически не использовался главным образом из-за широкой доступности других стимуляторов (в основном амфетамина). кокаин стал широко распространен с 1970-х гг., когда его употребление стало едва ли не обычным явлением во всех крупных городах Америки, таких, как Лос-Анджелес, Нью-Йорк и Вашингтон.
Задание 1. Назовите амфетамин по номенклатуре IUPAC.
Ответ. Амфетамин – это 2-амино-1-фенилпропан.
Задание 2. Вам представлены метамфетамин, кокаин и амфетамин. Расположите их в порядке возрастания основных свойств.
Ответ. Амфетамин, метамфетамин, кокаин.
В.Ф.Сугатова,
В.В.Малеев
(г. Окуловка, Новгородская обл.)
Окончание в № 41/2002