Οι μέχρι σήμερα

 

Οι μέχρι σήμερα "Ενώσεις του Μήνα"

 

---2006---

Υπερφθοροοκτανοϊκό οξύ (PFOA)

Ασπαρτάμη

Φυλλικό οξύ

Φθαλικός δι-(2-αιθυλoεξυλo) εστέρας (DEHP)

Δεκαμεθυλοκυκλοπεντασιλοξάνιο

Γενιπίνη

Ιματινίβη (Glivec)

Καψαϊκίνη

DDT

---2007---

Ρεσβερατρόλη

Ισιλίνη

Ελαιοευρωπεΐνη

Δενατόνιο (Bitrex)

ω-3 & ω-6 λιπαρά οξέα

Οκτανιτροκυβάνιο

cis-Διαμμινοδιχλωρολευκόχρυσος (Cisplatin)

Αβοβενζόνη

Εξαφθοριούχο θείο

Αφλατοξίνες

Εξασθενές χρώμιο

Τετραβρωμοδισφαινόλη-Α (TBBPA)

---2008---

Υπεροξείδιο του υδρογόνου

Ενώσεις τριβουτυλοκασσιτέρου

Τετραϋδροκανναβινόλη

Υπερχλωρικό οξύ και άλατά του

Τρενβολόνη (Τριενολόνη)

Εξαφθοριούχο ουράνιο

Μεθάνιο

Βαρύ ύδωρ

Θαλιδομίδη

Στεβιόλη και γλυκοζίτες της

Μελαμίνη

Ισοκυανικό μεθύλιο (MIC)

---2009---

Μεθαδόνη

Υδραζωτικό οξύ και άλατά του

Αιθυλενοδιαμινοτετραοξικό οξύ (EDTA)

Καφεΐνη

Νικοτίνη

Ινσουλίνη

'Οζον

Ακρυλαμίδιο

Οσελταμιβίρη (Tamiflu)

Παράγοντας Ενεργοποίησης Αιμοπεταλίων (PAF)

Ακετυλοσαλικυλικό οξύ (Ασπιρίνη)

Τριφθοριούχο χλώριο

---2010---

Διμεθυλοϋδράργυρος

Ουρικό οξύ

Βενζόλιο

Κινίνη

Αδρεναλίνη (Επινεφρίνη)

Διοξίνη (TCDD)

Πολυβινυλοχλωρίδιο (PVC)

Φερροκένιο

Ταξόλη (Πακλιταξέλη)

Μαγικό οξύ

Μεθανόλη

Διαιθυλαμίδιο του λυσεργικού οξέος (LSD)

---2011---

Χλωροφόρμιο

Διμεθυλοσουλφοξείδιο (DMSO)

Σύντομη Ιστορία της Χημείας (για το έτος Χημείας)

Διφθοριούχο ξένο

Αιθυλένιο

α-Τοκοφερόλη

Τρυγικό οξύ

Οξικό οξύ

Αμμωνία

Χλωριούχο νάτριο

---2012---

Γλυκόζη

Βενζο[a]πυρένιο

Μονοξείδιο του άνθρακα

Υποξείδιο του αζώτου

Πενικιλλίνη G

Στρυχνίνη

Νιτρογλυκερίνη

Υποχλωριώδες οξύ και άλατά του

---2013---

Βαρφαρίνη

Λυκοπένιο

5'-Αδενοσινο-τριφωσφορικό οξύ (ATP)

Αρτεμισινίνη

Καμφορά

Ακεταλδεΰδη

Μυρμηκικό οξύ

---2014---

Ανιλίνη

Διοξείδιο του άνθρακα

Οξείδιο του αργιλίου (Αλουμίνα)

L-Ασκορβικό οξύ (βιταμίνη C)

Όξινο και ουδέτερο ανθρακικό νάτριο

---2015---

Θειικό οξύ

Βανιλίνη

L-DOPA (Λεβοντόπα)

Γλυκίνη

---2016---

Θειικό ασβέστιο

Υδροκυάνιο και κυανιούχα άλατα

Βορικό οξύ και βορικά άλατα

'Οξινο γλουταμικό νάτριο (MSG)

Η χημική ένωση του μήνα

 [Απρίλιος 2010]

 

Επιμέλεια σελίδας:

Θανάσης Βαλαβανίδης, Καθηγητής - Κωνσταντίνος Ευσταθίου, Καθηγητής

 

Φυσικoχημικές ιδιότητες [Αναφ. 1]:

Εμφάνιση: Λευκοί ορθορομβικοί βελονοειδείς κρύσταλλοι με έντονο το φαινόμενο της τριβοφωταύγειας

Μοριακός τύπος: C20H24Ν2Ο2

Σχετική μοριακή μάζα: 324,417

Σημείο τήξης: 177 ºC (υπό αποσύνθεση)

Σημείο βρασμού: Εξαχνώνεται σε υψηλό κενό στους 170-180 ºC

Ασθενής διβασική βάση με pK1 = 5,07 (18 ºC), pK2 = 9,7

pH κορεσμένου υδατικού διαλύματος: 8,8

Διαλυτότητα: 1 g κινίνης διαλύεται: σε 1900 mL ύδατος (σε 760 mL ζέοντος ύδατος), σε 0,8 mL αιθανόλης, σε 80 mL βενζολίου (σε 18 mL βενζολίου στους 50 ºC), σε 1,2 mL χλωροφορμίου, σε 250 mL διαιθυλαιθέρα, σε 20 mL γλυκερίνης, αδιάλυτη σε πετρελαϊκό αιθέρα.

Διαλυτότητα του όξινου θειικού επταϋδρικού άλατος (C20H24Ν2Ο2.H2SO4.7H2O): 1 g διαλύεται σε 9 mL ύδατος, 0,7 mL ζέοντος ύδατος, 23 mL αιθανόλης, 625 mL χλωροφορμίου, 2500 mL διαιθυλαιθέρα, 15 mL γλυκερίνης. pH υδατικού διαλύματος 3,5

Θειική διϋδρική κινίνη (πλέον συνηθισμένη εμπορική μορφή)

Μοριακός τύπος: (C20H24Ν2Ο2)2.H2SO4.2H2O

Εμφάνιση: βελονοειδείς κρύσταλλοι, που αποκτούν καφέ χρώμα κατά την έκθεση στο φως.

Διαλυτότητα: 1 g άλατος διαλύεται σε 810 mL ύδατος (σε 32 mL ζέοντος ύδατος), σε 120 mL αιθανόλης (σε 10 mL στο σημείο ζέσεως της αιθανόλης). pH υδατικού διαλύματος 6,2.

Κινίνη

Quinine

 

 

Ιστορία της κινίνης

Η κινίνη είναι μια αντιπυρετική και μυοχαλαρωτική ουσία και είναι κύριο αλκαλοειδές του αποξηραμένου φλοιού του τροπικού δέντρου κιγχόνη (cinchona). Οι φαρμακευτικές ιδιότητες αυτού του φλοιού ήταν γνωστές εδώ και εκατοντάδες χρόνια στους Ινδιάνους Κέτσουα ('Ινκα) του Περού και της Βολιβίας, που το χρησιμοποιούσαν ως γενικό αντιπυρετικό φάρμακο και κυρίως για τη θεραπεία της ελονοσίας. Οι Ινδιάνοι άλεθαν τον φλοιό του κορμού και έπιναν το αιώρημα της λαμβανόμενης σκόνης σε νερό, αφού προηγουμένως προσέθεταν γλυκαντικές ουσίες για να εξουδετερώσουν την εξαιρετικά πικρή γεύση του.

Οι Ιησουίτες μοναχοί που ακολουθούσαν τους Ισπανούς στη Λατινική Αμερική έφεραν τον θαυματουργό φλοιό της κιγχόνης στην Ευρώπη γύρω στο 1600, όπου έγινε γνωστός ως Περουβιανός φλοιός (Peruvian bark). Η ονομασία του δέντρου προέρχεται από το όνομα της γυναίκας του Ισπανού Αντιβασιλέα (Spanish viceroy) του Περού, της Anna del Osorio, κόμισσας της Chinchon (πόλη της Ισπανίας, 50 χλμ. νοτιοανατολικά της Μαδρίτης), η οποία είχε προσβληθεί από ελονοσία.

(α)

(β)

(γ)

(δ)

(α): Το δέντρο κιγχόνη (Cinchona pubescens). Αειθαλές δέντρο της οικογένειας Rubiaceae, που φθάνει σε ύψος 5-15 m. (β): Το άνθος της κιγχόνης. (γ): Παλιά δείγματα φλοιού κιγχόνης.

(δ): Χαρακτικό του 17ου αιώνα: "Το Περού προσφέρει κλαδιά κιγχόνης στην επιστήμη".

Το 1631 καταγράφεται ιστορικά η πρώτη χρήση του φλοιού της κιγχόνης για τη θεραπεία της ελονοσίας στην Ευρώπη (στη Ρώμη). Η ελονοσία ήταν μια συχνά θανατηφόρα ασθένεια και αρκετοί ανώτατοι ιερείς (καρδινάλιοι, αρκετοί Πάπες) είχαν πεθάνει από ελονοσία, αφού η νόσος ήταν ενδημική στους βαλτότοπους γύρω από τη Ρώμη. Αυτός που εισήγαγε τη θεραπεία της ελονοσίας με τον φλοιό της κιγχόνης υπήρξε κυρίως ο Ιησουΐτης ιερέας Agostino Salumbrino (1561-1642), που είχε ζήσει στη Λίμα του Περού και είχε γνωρίσει τη φαρμακευτική χρήση του φλοιού κιγχόνης από τους Ινδιάνους Κέτσουα.

Οι Γάλλοι Joseph Caventou (1795-1877)και Pierre Pelletier (1788-1842)που ανακάλυψαν την κινίνη (ζωγραφικός πίνακας του Robert Thom).

Μια άλλη ονομασία του φλοιού κιγχόνης ήταν φλοιός των Ιησουϊτών (Jesuit bark) και οι εμπορικές εισαγωγές του στην Ευρώπη από το Περού υπήρξαν εμπορικά επικερδείς. Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι ο μεγάλος άγγλος στρατιωτικός και πολιτικός ηγέτης Oliver Cromwell, πέθανε το 1659 από ελονοσία αρνούμενος θεραπεία με τον "φλοιό των Ιησουιτών", διότι ο ίδιος ως ασυμβίβαστος προτεστάντης και πουριτανός δεν θέλησε να χρησιμοποιήσει ένα φάρμακο που τόσο στενά συνδεόταν με τη Ρωμαιοκαθολική Εκκλησία [Αναφ. 2].

To 1735 ο Γάλλος βοτανολόγος Joseph de Jussieu συνόδεψε μια μεγάλη ερευνητική αποστολή (η πρώτη μη Ισπανική) στη Λατινική Αμερική και συνέλεξε σημαντικά στοιχεία για το δέντρο κιγχόνη και τις θεραπευτικές ιδιότητες του κορμού επί 30 χρόνια, αλλά για κακή του τύχη τα στοιχεία που συγκέντρωσε εκλάπησαν. Ο Charles Marie de la Condamine που ήταν ο αρχηγός της αποστολής δεν πέτυχε στην προσπάθειά του να φέρει δενδρύλλια κιγχόνης στην Ευρώπη, γεγονός που καθυστέρησε την παραγωγή κινίνης στην Ευρώπη.

Απομόνωση της δραστικής ουσίας. Επιστημονικές μελέτες για την κινίνη έγιναν για πρώτη φορά και δημοσιεύθηκαν από τον διάσημο Γερμανό φυσιοδίφη Alexander von Humboldt και τον Alme Bonpland στις αρχές του 18ου αιώνα. Η κινίνη παρελήφθη σε καθαρή μορφή από τη σκόνη του φλοιού του κορμού το 1820 από τους Γάλλους χημικούς-φαρμακοποιούς Pierre Joseph Pelletier και Joseph Bienaime Caventou (1795-1877) και τότε ονομάσθηκε για πρώτη φορά κινίνη (quinine).

Η ονομασία της κινίνης προέρχεται από την ινδιάνικη ονομασία της κιγχόνης "quina-quina" ή "quina" (που σημαίνει "φλοιός των φλοιών" ή "ιερός φλοιός"). 'Ετσι, από αυτή την ινδιάνικη λέξη προέρχεται το συνθετικό κιν- (quin-), που συναντάται στην ονομασία πλήθους οργανικών ενώσεων παράγωγων των επιμέρους τμημάτων του μορίου της κινίνης και (π.χ. κινολίνη, κινολινικό οξύ, κινοξαλίνη).

Οι R. B. Woodward (αριστερά) και W. E. Doering (δεξιά) σε φωτογραφία του 1944 [Αναφ. 4α]

Η δημιουργία των αποικιών στην Αφρική, στην Ινδία και τη Λατινική Αμερική όπου ενδημεί η ελονοσία, έκανε επιτακτική την ανάγκη μεγάλων ποσοτήτων κινίνης. Δένδρα που μεταφυτεύθηκαν στην Ανατολική Ινδία δεν είχαν υψηλές περιεκτικότητες κινίνης στον κορμό τους. 'Ενας 'Αγγλος συλλέκτης, o Charles Ledger (1818-1905), εξήγαγε σπόρους μιας ποικιλίας κιγχόνης, που αργότερα ονομάστηκε προς τιμή του Cinchona ledgeriana από τη Βολιβία. Αυτό το έκανε έγινε με ιδιαίτερη προσωπική διακινδύνευση, αφού η εξαγωγή σπόρων και δενδρυλλίων κιγχόνης απαγορευόταν αυστηρά από τις Βολιβιανές αρχές.

Οι 'Αγγλοι ήταν καχύποπτοι και δεν αγόρασαν τους σπόρους που έφερε ο Ledger. Αντίθετα, οι Ολλανδοί αγόρασαν τους σπόρους αυτούς και τους καλλιέργησαν στην Ιάβα όπου η κιγχόνη ευδοκίμησε. 'Ετσι, οι Ολλανδοί κατάφεραν ουσιαστικά να μονοπωλήσουν το εμπόριο της παγκόσμιας αγοράς κινίνης (περίπου 10 χιλιάδες τόννοι, περίπου το 97% της παγκόσμιας παραγωγής) για περίπου 100 χρόνια.

Κατά το 2ο Παγκόσμιο Πόλεμο, οι Ιάπωνες κατέλαβαν την Ιάβα και πήραν σπόρους των δένδρων, αλλά δεν κατάφεραν να αναπτύξουν κιγχόνες σε σύντομο διάστημα για να παραχθεί κινίνη και να προμηθεύσουν τα στρατεύματά τους στα πεδία μαχών των τροπικών περιοχών. Οι ΗΠΑ αναγκάστηκαν λόγω της έκτατης ανάγκης να στείλουν βοτανολόγους στην Κολομβία και Κόστα Ρίκα απ' όπου παρέλαβαν σημαντικές ποσότητες κινίνης για τις ανάγκες του πολέμου.

Συνθετική κινίνη. Η πρώτη ολική σύνθεση της κινίνης πραγματοποιήθηκε το 1944 από τους Αμερικανούς επιστήμονες Robert Burns Woodward (1917-1979, Βραβείο Nobel Χημείας 1965) και William E. Doering (1917-) στο Πανεπιστήμιο Harvard. Οι δύο νέοι επιστήμονες παρουσίασαν τη σύνθεσή τους σε δύο δημοσιεύσεις στο Journal of American Chemical Society, σε μία σύντομη (μονοσέλιδη) το 1944 και μία πληρέστερη (15σέλιδη) με τον ίδιο ακριβώς τίτλο το 1945 [Αναφ. 3α,β]. Στην πραγματικότητα οι δύο νέοι επιστήμονες συνέθεσαν τις πρόδρομες ενώσεις της κινίνης ομομεροκινίνη και από αυτήν την d-κινοτοξίνη και δεν κατέληξαν ποτέ στην ίδια την κινίνη. Σωστά όμως θεωρείται ως η πρώτη σύνθεση δεδομένου ότι το 1918 είχε δημοσιευθεί από τους P. Rabe και K. Kindler μέθοδος μετατροπής της d-κινοτοξίνης (προϊόν αποσύνθεσης της κινίνης) σε κινίνη [Αναφ. 3γ]. Το ότι η εργασία των Rabe και Kindler δεν παρείχε λεπτομέρειες ως προς το πειραματικό μέρος σε συνδυασμό με τις πολύ μικρές αποδόσεις αυτής της μετατροπής, έδωσε αφορμή για αμφισβητήσεις ως προς την "προτεραιότητα" των επιστημόνων του Harvard. Επιπλέον, το τελικό προϊόν δεν θα ήταν το ίδιο με τη φυσική κινίνη, αλλά ρακεμικό μίγμα των εναντιομερών μορφών της [Αναφ. 4].

Το 1970, ο Milan R. Uskokovic και οι συνεργάτες του στη φαρμακευτική βιομηχανία Hoffmann-La Roche ανέφεραν μια πλήρη σύνθεση της κινίνης, χωρίς ωστόσο πλήρη στερεοχημικό έλεγχο της σύνθεσης. Το 2001 κατέστη δυνατή η εναντιοεκλεκτική σύνθεση της κινίνης από τον Βέλγο Gilbert Stork στο Πανεπιστήμιο της Columbia [Αναφ. 3δ].

 

Δομή της κινίνης

Η κινίνη είναι ένα τυπικό αλκαλοειδές. Ως αλκαλοειδή χαρακτηρίζεται μια τεράστια ποικιλία οργανικών ενώσεων που συναντώνται στους ζώντες οργανισμούς (και κυρίως στο φυτικό κόσμο). Κοινά χαρακτηριστικά των αλκαλοειδών είναι η παρουσία ετεροκυκλικών αζωτούχων δακτυλίων στο μόριό τους, η ελαφρώς αλκαλική έως αλκαλική αντίδραση των υδατικών τους διαλυμάτων (από την οποία προέρχεται και η ονομασία τους), η έντονα πικρή γεύση τους και η ισχυρή φυσιολογική δράση τους (συνήθως είναι τοξικότατες).

Περιεκτικότητα σε αλκαλοειδή του φλοιού (ξηρού) διάφορων ποικιλιών της κιγχόνης
Ποικιλία % αλκαλοειδή ολικά % κινίνη
C. calisaya 3 -7 0 - 4
C. pubescens 4,5 - 8,5 1 - 3
C. officinalis 5 - 8 2 - 7,5
C. ledgeriana 5 - 14 3 - 13
C. succirubra 6 - 16 4 - 14

Τα μόριο της κινίνης αποτελείται κατά βάση από δύο ετεροκυκλικά δικυκλικά τμήματα: Την αρωματική κινολίνη και την αλεικυκλική κινουκλιδίνη. Το μόριο της κινίνης διαθέτει 4 ασύμμετρα άτομα άνθρακα, επομένως υπάρχουν 16 εναντιομερείς μορφές της.

Η στερεοχημεία της φυσικής κινίνης δείχνεται αριστερά. Η φυσιολογική δράση των επιμέρους εναντιομερών μορφών βιολογικώς δραστικών μορίων είναι γνωστό ότι μπορεί να είναι είναι τελείως διαφορετική. 'Ετσι, η δεξιόστροφη εναντιομερής μορφή της κινίνης, η κινιδίνη (quinidine) δρα ως φάρμακο κατά της καρδιακής αρρυθμίας, διατηρώντας όμως και την ανθελονοσιακή δραστικότητά της.

Η περιεκτικότητα του ξηρού φλοιού της κιγχόνης σε αλκαλοειδή κυμαίνεται σε μεγάλα όρια ανάλογα με την ποικιλία, τον τρόπο καλλιέργειας και τις κλιματικές συνθήκες. Σε διάφορες πηγές αναφέρονται περιεκτικότητες σε κινίνη που φτάνουν το 14% και πλέον. Στον πίνακα δεξιά δίνονται οι περιεκτικότητες διάφορων ποικιλιών κιγχόνης σε σε ολικά αλκαλοειδή και σε κινίνη [Αναφ. 5].

Από τον φλοιό της κιγχόνης έχουν απομονωθεί συνολικά περίπου 30 αλκαλοειδή, με την κινίνη πάντοτε πρώτη σε περιεκτικότητα. Παρακάτω δείχνονται οι χημικοί τύποι της κινίνης και των συγγενών με τη κινίνη αλκαλοειδών, που βρίσκονται επίσης σε σχετικά μεγάλα ποσοστά στον φλοιό της κιγχόνης. 'Ολων οι δομές κατά βάση είναι ίδιες. Διαφέρουν ως προς την παρουσία Η ή μεθοξυ-ομάδας (CH3O-) στη θέση 6 της κινολίνης και ως προς την ομάδα που συνδέεται με το την κινουκλιδίνη που μπορεί να είναι βινύλιο (-CH=CH2) ή αιθύλιο (-CH2CH3).

Τα κυριότερα αλκαλοειδή του φλοιού της κιγχόνης.

 

Χημική σύνθεση της κινίνης

Η χημική σύνθεση της κινίνης υπήρξε ήδη από τα μέσα του 19ου αιώνα επιδίωξη πολλών διάσημων χημικών, λόγω των μεγάλων απαιτούμενων ποσοτήτων για τη θεραπεία της ελονοσίας, του μεγάλου κόστους της ουσίας και της αδυναμίας καλλιέργειας της κατάλληλης ποικιλίας κιγχόνης (C. ledgeriana) έξω από τις περιοχές φυσικής ανάπτυξής της.

'Οπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ολική σύνθεση της κινίνης αποδίδεται στους Robert Burns Woodward και William E. Doering, ωστόσο αυτό αμφισβητήθηκε από αρκετούς. Οι δύο επιστήμονες κατέληξαν το 1944 σε ένα προϊόν αποσύνθεσης της κινίνης την d-κινοτοξίνη. Από εκεί και πέρα υποτίθεται πως ήταν πλέον γνωστός ο τρόπος μετατροπής της d-κινοτοξίνης σε κινίνη με βάση μια παλαιότερη δημοσίευση (1918) των P. Rabe και K. Kindler. Σε καμιά όμως περίπτωση οι Woodward και Doering δεν κατέληξαν στην κινίνη, παρά τον τίτλο της δημοσίευσής τους [Αναφ. 3α,β].

Στη δημοσίευση των Rabe και Kindler υπήρχαν πολλά κενά, γεγονός το οποίο παρέσυρε σε αμφισβήτηση την "προτεραιότητα" των Woodward και Doering [Αναφ. 4]. Γεγονός επίσης είναι ότι οι συνθέσεις αυτές δεν ελάμβαναν υπόψη τη στερεοχημεία της κινίνης και οδηγούσαν σε ρακεμικό μίγμα των διάφορων εναντιομερών μορφών της. Το 2001 κατέστη δυνατή η εναντιοεκλεκτική σύνθεση της κινίνης από τον Gilbert Stork μέσω ρετροσυνθετικής ανάλυσης [Αναφ. 3δ].

Οι παραπάνω συνθέσεις της κινίνης είναι πραγματικά αριστουργήματα οργανικής σύνθεσης, αλλά ποτέ δεν θα μπορούσαν να εξυπηρετήσουν την αρχική επιδίωξη, δηλαδή τη βιομηχανική παραγωγή συνθετικής κινίνης.

Ρετροσυνθετική ανάλυση

Τεχνική με την οποία λύνονται προβλήματα σχεδίασης μιας οργανικής σύνθεσης σχετικά πολύπλοκων ενώσεων. Βασίζεται στον μετασχηματισμό του μορίου-στόχου σε απλούστερες πρόδρομες δομές. Η σύνθεση κάθε πρόδρομου μορίου εξετάζεται με τον ίδιο τρόπο μέχρις ότου όλες οι απαραίτητες πρόδρομες ενώσεις είτε παρασκευάζονται εύκολα ή είναι ενώσεις που διατίθενται στο εμπόριο.

Ο Elias James Corey (φωτογραφία αριστερά) τυποποίησε τη ρετροσυνθετική ανάλυση στο βιβλίο του "The Logic of Chemical Synthesis". Για την εργασία του αυτή ο Corey τιμήθηκε με το Βραβείο Nobel Χημείας το 1990. Σήμερα ο Corey (1928-) είναι ομότιμος καθηγητής Χημείας στο Πανεπιστήμιο Harvard και θεωρείται ως ένας από τις μεγαλύτερους εν ζωή χημικούς [Αναφ. 6].

 

Σύνθεση Rabe - Kindler (1918). Παρακάτω δείχνεται η αλληλουχία αντιδράσεων για τη σύνθεση κινίνης ξεκινώντας από τη δεξιόστροφη κινοτοξίνη (d-κινοτοξίνη) ένα προϊόν αποσύνθεσης της κινίνης, το οποίο είχε παρασκευάσει ο Pasteur το 1853 με θέρμανση κινίνης παρουσία ισχυρού οξέος.

Το πρώτο βήμα είναι η προσθήκη βρωμίου μέσω υποβρωμιώδους νατρίου (Br σε οξειδωτική κατάσταση +1) στην κινοτοξίνη. Ακολουθεί σχηματισμός του δακτυλίου της κινουκλιδίνης με επίδραση αιθοξειδίου του νατρίου. Λόγω του βασικού περιβάλλοντος, το προϊόν κινινόνη (μέσω της ενολικής μορφής) βρίσκεται σε ισορροπία με την εναντιομερή της κινιδινόνη. Ακολουθεί αναγωγή με αργίλιο (με μικρή απόδοση) που οδηγεί σε αναγωγή των καρβονυλίων και το σχηματισμό κινίνης, αναπόφευκτα όμως σε μίγμα με άλλες εναντιομερείς μορφές (κινιδίνη, 9-επι-κινίνη και 9-επι-κινιδίνη) [Αναφ. 4β].

Σύνθεση Woodward - Doering (1944). Η σύνθεση των Woodward και Doering μπορεί να θεωρηθεί ως ένα αριστούργημα οργανικής σύνθεσης. Ωστόσο, όπως προαναφέρθηκε, δεν οδηγούσε στην κινίνη, αλλά στην ομομεροκινίνη (homomeroquinine, cis-3-βινυλο-4-πιπεριδινο-προπιονικό οξύ) και από εκεί και πέρα οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τα βήματα της σύνθεσης των Proštenik και Prelog (1943) για να καταλήξουν στην d-κινοτοξίνη και εκεί τέλειωσε η σύνθεση. Υποτίθεται ότι θα μπορούσε να ακολουθήσει η μετατροπή της d-κινοτοξίνης σε κινίνη με τη σύνθεση των Rabe και Kindler που περιγράφηκε προηγουμένως. Παρακάτω δίνεται το γενικό διάγραμμα ροής της σύνθεσης της ολικής σύνθεσης κινίνης.

Η σειρά των 16 σταδίων φαίνεται στο χειρόγραφο του Gilbert Stork που συνόδευε δακτυλογραφημένη επιστολή, την οποία έστειλε στον Woodward το 1944, αμέσως μετά τη δημοσίευση της ολικής σύνθεσης υπό μορφή "επικοινωνίας προς τον εκδότη". O τότε 23-χρονος Stork είχε ενδιαφερθεί ιδιαίτερα για τη σύνθεση της κινίνης και με την επιστολή αυτή ζητούσε λεπτομέρειες ως προς τις αποδόσεις των επιμέρους σταδίων, για να ετοιμάσει μια ομιλία που επρόκειτο να δώσει στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin, όπου πραγματοποιούσε τις μεταπτυχιακές σπουδές του:

 

 

Gilbert Stork (1921-) σε φωτογραφία του 1944, ως μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin.

Στο γράμμα του ο Stork γράφει:

"Αγαπητέ Δρ. Woodward:

Πρόκειται να δώσω μια ομιλία στους μεταπτυχιακούς φοιτητές και στα μέλη του Τμήματος Οργανικής Χημείας του Πανεπιστημίου του Wisconsin στις 4 Οκτωβρίου στο θέμα της απόδειξης της δομής της κινίνης και τη συνθετική προσέγγιση.

Σκοπεύω, βέβαια, να παρουσιάσω τη λαμπρή σύνθεση που καταφέρατε με τον Δρ. Doering. Ωστόσο, η "Επικοινωνία προς τον Εκδότη" που δημοσιεύτηκε στο JACS, αν και παρουσιάζει τα διαδοχικά βήματα δεν παρέχει τις αποδόσεις των επιμέρους μετασχηματισμών.

Διερωτώμαι αν θα είχατε χρόνο να μου γνωστοποιήσετε τις αποδόσεις των διαφόρων βημάτων, που οδηγούν στην ομομεροκινίνη. Θα σας ήμουν ευγνώμων αν θα μπορούσατε τα συμπληρώσετε στο επισυναπτόμενο φύλλο και να μου το στείλετε πίσω.

Θα μπορούσατε επίσης να μου πείτε αν επαναλάβατε τη μετατροπή Rabe της κινοτοξίνης σε κινίνη στην παρούσα εργασία;

Ειλικρινά ημέτερος

 Gilbert Stork"

Ο Gilbert Stork με την τελευταία του ερώτηση έδειξε πως αμφισβητούσε τον τίτλο "The Total Synthesis of Quinine". Ο ίδιος έμελλε να πραγματοποιήσει πολλά χρόνια αργότερα (το 2001) την ολική σύνθεση κινίνης, η οποία οδηγούσε μάλιστα στη σωστή εναντιομερή μορφή, αξιοποιώντας βέβαια τις μέχρι τότε προόδους στην Οργανική Σύνθεση, που δεν διέθεταν 57 χρόνια πριν οι Woodward και Doering [Αναφ. 3δ].

 

Αριστερά: Αμερικανοί ναύτες συσκευάζουν κινίνη σε στρατιωτική φαρμακευτική εγκατάσταση για τις μάχες του Ειρηνικού. Δεξιά: Χιουμοριστικό σκίτσο της εποχής του 2ου Παγκοσμίου Πολέμου, όπου απεικονίζονται ως θύματα του πολέμου τα μονοπώλια του πετρελαίου, του καουτσούκ και της κινίνης, μετά τις επιτυχίες της συνθετικής χημείας (στρατιώτης).

O Jefrey Seeman σε ένα εξαιρετικά πληροφοριακό άρθρο ανασκόπησης 36 σελίδων στο Angewandte Chemie του 2007, εξέτασε διεξοδικά το θέμα της "προτεραιότητας" ως προς την ολική σύνθεση της κινίνης. Ο Seeman καταλήγει υπέρ της εγκυρότητας της άποψης ότι η σύνθεση των Woodward-Doering και Rabe-Kindler αποτελεί την πρώτη ολική σύνθεση της κινίνης [Αναφ. 4β].

Για το συμπέρασμα αυτό βασίστηκε: Στην εξαιρετική επιστημονική φήμη των Rabe (ενός από τους πλέον ειδικούς εκείνης της εποχής στη χημεία της κινίνης) και Kindler, στο ότι 20 χρόνια μετά τη δημοσίευση του άρθρου τους μπόρεσαν να απομονώσουν σε φυλαγμένο δείγμα από το τότε παρασκεύασμά τους επιπλέον ποσότητες κινίνης, αλλά και στο συγχαρητήριο γράμμα του (το 1948) προς τον Woodward, όπου ανέφερε: "Χαίρομαι που πρόλαβα στη ζωή μου να δω την ολική σύνθεση της κινίνης".

Στο εξαιρετικό αυτό άρθρο ο Seeman παραθέτει πλήθος ιστορικών ντοκουμέντων πάνω στο θέμα αυτό, όπως πολλές φωτογραφίες όλων των πρωταγωνιστών αυτής της επικής οργανικής σύνθεσης.

Επιπτώσεις της ολικής σύνθεσης της κινίνης. Η σύνθεση των Woodward και Doering, αν και δεν κατέληγε στην ίδια την κινίνη αλλά σε πρόδρομες ενώσεις της, έκανε εκείνη την εποχή μεγάλο πάταγο.

Οι δύο 27-χρονοι επιστήμονες σχεδόν ανακηρύχθηκαν εθνικοί ήρωες, λαμβανομένων υπόψη: (α) της μεγάλης ανάγκης για κινίνη των στρατιωτών των ΗΠΑ, στα πεδία των μαχών του Ειρηνικού κατά των Ιαπώνων, όπου συχνά τα θύματα από ελονοσία ήταν περισσότερα από τα θύματα των μαχών και (β) της αποκοπής των ΗΠΑ από τις πηγές κινίνης και ειδικότερα από την Ιάβα, την οποία κατέλαβαν οι Ιάπωνες το 1942.

Βέβαια, οι εφημερίδες της εποχής υπερβάλανε σε αφάνταστο βαθμό και λίγοι είχαν συνειδητοποιήσει ότι η σύνθεση πέραν του ότι ήταν ένα λαμπρό επιστημονικό επίτευγμα, ένας πραγματικός θρίαμβος της Οργανικής Συνθετικής Χημείας (πάντοτε για τα δεδομένα της εποχής εκείνης), δεν επρόκειτο ποτέ να χρησιμοποιηθεί για τη βιομηχανική παραγωγή συνθετικής κινίνης, λόγω του απαγορευτικού κόστους (αναφέρεται κόστος της συνθετικής κινίνης 200 φορές μεγαλύτερο σε σχέση με τη φυσική [Αναφ. 3στ]).

 

O William Henry Perkin (1838-1907), ανακάλυψε το πρώτο συνθε-τικό οργανικό χρώμα, τη μωβεΐνη.

Ποια σχέση έχει η κινίνη με τη βιομηχανία χρωμάτων; [Αναφ. 7]

Το 1853, σε ηλικία 15 ετών, ο 'Αγγλος William Henry Perkin εισήχθη στο Βασιλικό Κολλέγιο Χημείας (Royal College of Chemistry) του Λονδίνου, όπου άρχισε τις σπουδές στη Χημεία υπό την επίβλεψη του διάσημου Γερμανού Καθηγητή Χημείας August Wilhelm von Hofmann (1818-1892).

Ο Hofmann είχε διατυπώσει την υπόθεση ότι ενδεχομένως ήταν δυνατή η σύνθεση κινίνης στο εργαστήριο και ανέθεσε στον Perkin να δοκιμάσει αυτή τη σύνθεση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι την εποχή εκείνη οι δομές των μορίων ήταν ως επί το πλείστον αδιευκρίνιστες και περισσότερο εργάζονταν με βάση τους μοριακούς τύπους των διάφορων ενώσεων. 'Ετσι, πολλές προσεγγίσεις στη σύνθεση ενώσεων εκείνης της εποχής μπορούν για τα σημερινά δεδομένα να θεωρηθούν μάλλον ως αφελείς.

Αριστερά: Παλαιό φιαλίδιο με στερεή μωβεΐνη. Δεξιά: Τυπικό φόρεμα βαμμένο με μωβεΐνη.

Ο Perkin βασιζόμενος στον μοριακό τύπο της κινίνης C20H24Ν2Ο2 θεώρησε πως ίσως ένα παράγωγο της ανιλίνης, η N-αλλυλο-τολουιδίνη με μοριακό τύπο C10H13N (συντακτικός τύπος: CH3-C6H4-NH-CH2CH=CH2), θα μπορούσε να υποστεί οξειδωτικό διμερισμό σχηματίζοντας κινίνη με βάση την αντίδραση:

C10H13N + 3 [Ο]    C20H24Ν2Ο2  +  H2O

Ο Perkin το 1856 σε ηλικία μόλις 18 ετών, άρχισε τα πειράματά του σε ένα μικρό πρωτόγονο εργαστήριο που είχε εγκαταστήσει στη σοφίτα του σπιτιού του στο Λονδίνο.

Ξεκίνησε δοκιμάζοντας την οξείδωση δείγματος ανιλίνης μολυσμένο με τολουιδίνες με διάλυμα διχρωμικού καλίου σε θειικό οξύ. Το προϊόν της αντίδρασης ήταν μια μαύρη ουσία, η οποία κάθε άλλο παρά φαινόταν να έχει σχέση με την κινίνη.

Ο Perkin χρησιμοποίησε αιθανόλη για να καθαρίσει τη φιάλη και είδε να δημιουργείται ένα όμορφο ιώδες διάλυμα που μπορούσε να βάψει μεταξωτά και άλλα υφάσματα. Να σημειωθεί ότι μέχρι τότε η βαφή των νημάτων και των υφασμάτων γινόταν αποκλειστικά με ουσίες φυσικής προέλευσης και η έννοια των συνθετικών χρωστικών ουσιών ήταν άγνωστη.

Ο Perkin αντιλήφθηκε την αξία της ανακάλυψής του, εγκατέλειψε τον αρχικό στόχο της σύνθεσης της κινίνης και άρχισε συστηματικά πειράματα με τη βοήθεια φίλων του και κρυφά από τον επιβλέποντα καθηγητή του, αφού το θέμα ήταν άσχετο με αυτό που του είχε αναθέσει ο Hofmann. Τα πειράματά του πάνω σε οξειδώσεις μιγμάτων αρωματικών αμινών (ανιλίνης, ο- και π-τολουιδίνης) σύντομα οδήγησαν στη σύνθεση της μωβεΐνης (mauveine), γνωστής και ως ιώδες της ανιλίνης (aniline purple), που είναι και η πρώτη συνθετική οργανική χρωστική ουσία.

Αυτή ήταν η αρχή της βιομηχανικής παρασκευής οργανικών χρωμάτων που έμελλε να οδηγήσει σε βιομηχανίες-κολοσσούς. 50 χρόνια μετά την ανακάλυψη της μωβεΐνης ήδη είχαν παρασκευασθεί 2000 συνθετικές χρωστικές ύλες.

Μόλις το 1994 κατέστη δυνατός ο προσδιορισμός της ακριβούς σύνθεσης της μωβεΐνης, δηλ. του προϊόντος οξείδωσης μίγματος ανιλίνης, π-τολουιδίνης και ο-τολουιδίνης σε μοριακή αναλογία 1:1:2 με μίγμα θειικού οξέος-διχρωμικού καλίου. Αποδείχθηκε ότι είναι μίγμα τεσσάρων ισομερών μεθυλοπαραγώγων του ίδιου βασικού σκελετού μιας πολυπυρηνικής αρωματικής ένωσης.

 

Ελονοσία [Αναφ. 8]

Η ελονοσία (malaria) είναι μια εμπύρετη παρασιτική και συχνά θανατηφόρος νόσος οφειλόμενη στο πρωτόζωο πλασμώδιο του Λαβεράν, το οποίο περιέγραψε ο Γάλλος γιατρός Alphonse Laveran (1845-1922). Διακρίνονται 4 είδη του γένους των πλασμωδίων: τα Plasmodium falciparum, Plasmodium vivax, Plasmodium ovale, Plasmodium malariae. Η ελονοσία μεταδίδεται με τα κουνούπια (culex) του γένους των ανωφελών (anopheles).

Η μόλυνση από το P. falciparum είναι η πιο σοβαρή μορφή της ελονοσίας λόγω της ικανότητας να προκαλέσει μικροαγγειακές ασθένειες. Τα κυριότερα όργανα που προσβάλλει η ασθένεια αυτή είναι ο εγκέφαλος, τα νεφρά, η σπλήνα, οι πνεύμονες και το γαστρεντερικό σύστημα. Συνήθως προσβάλλονται από ελονοσία βρέφη, παιδιά, έγκυες γυναίκες και ταξιδιώτες σε περιοχές όπου υπάρχουν κουνούπια. Τα κυριότερα συμπτώματα της νόσου είναι: έντονο ρίγος που αρχίζει απότομα, περιοδικός υψηλός πυρετός, εφίδρωση, πονοκέφαλοι, υπνηλία, πόνοι στους μυς και στις αρθρώσεις, πόνοι στην κοιλιά, εμετοί, διάρροια, εξάντληση, αναιμία, ίκτερος, σπασμοί, παραλήρημα. Αν δεν αντιμετωπισθεί έγκαιρα η μόλυνση μπορεί να προκληθεί εγκεφαλική ελονοσία που οδηγεί σε κώμα και τελικά σε θάνατο.

(α)

(β)

(γ)

(α) Κώνωψ ο ανωφελής (anopheles) κατά τη στιγμή "άντλησης αίματος". Η κοιλία του είναι γεμάτη αίμα το οποίο δρα ως θρεπτικό υγρό για τα αυγά του. Υπάρχουν περίπου 430 είδη κουνουπιών, από τα οποία 30-40 είναι εκείνα που μπορούν να μεταδώσουν την ελονοσία μέσω του παρασίτου Plasmodium. (β) Το Plasmodium falciparum (από το λατινικό falx: δρεπάνι) και αιμοσφαίρια σε ορισμένα από τα οποία διακρίνεται το πλασμώδιο. Τα P. falciparum προκαλεί μια από τις επικίνδυνες μορφές ελονοσίας στον άνθρωπο. (γ) Κύρια συμπτώματα ελονοσίας.

 

Ο αποτελεσματικότερος τρόπος καταπολέμησης της ελονοσίας είναι η αποξήρανση των ελών.

Η ελονοσία στον κόσμο και στην Ελλάδα. Ο Ιπποκράτης και ο Γαληνός αναφέρουν την ελονοσία στα έργα τους. Χρησιμοποιούνται συνώνυμα της ελονοσίας, όπως ελώδης πυρετός και ελειογενής πυρετός ή το λατινικό malaria. Η ελονοσία θεωρείται ακόμη και σήμερα μία από τις μάστιγες της ανθρωπότητας. Υπολογίζεται από την Παγκόσμια Οργάνωση Υγείας, ότι πεθαίνουν (κυρίως στις χώρες της Υποσαχάριας περιοχής της Αφρικής) περίπου 2 εκατομμύρια άτομα ετησίως και κυρίως παιδιά.

Η Ελλάδα έχει πληρώσει με εκατομμύρια νεκρών στο παρελθόν τις επιδημίες ελονοσίας. Σύμφωνα με τον Καθηγητή Υγιεινής Κατσουγιαννόπουλο (Κατσουγιαννόπουλος Β: "Εγχειρίδιο Κοινωνικής Ιατρικής", 'Εκδοση Αφοι Κυριακίδη, Θεσ/νίκη, 1992, σσ. 305-307) 1,5-2,2 εκατομμύρια 'Ελληνες ήταν προσβεβλημένοι μονίμως από ελονοσία μεταξύ του 1920 και 1940. Ο ετήσιος αριθμός θανάτων από ελονοσία υπερέβαινε τις 4-5 χιλιάδες κατά την ίδια περίοδο. Οι επιπτώσεις της ελονοσίας στη δημόσια υγεία και ο αντίκτυπος στην εθνική οικονομία ήταν κατά τις εποχές εκείνες ανυπολόγιστοι από την τεράστια νοσηρότητα και την τεράστια δαπάνη για νοσηλεία των ασθενών και για την αγορά φαρμάκων.

Τις τελευταίες δεκαετίες έγινε συστηματικός ανθελονοσιακός αγώνας από τις υγειονομικές υπηρεσίες και υπήρξε επιτυχής. Μετά την αποξήρανση ελών και βάλτων σε διάφορα μέρη και την καλύτερη φαρμακευτική αγωγή των τελευταίων δεκαετιών, η ελονοσία προκαλεί τώρα μερικές εκατοντάδες ασθενείς κάθε χρόνο αλλά ελάχιστους θανάτους.

Η θεραπεία των ασθενών παλαιότερα επιτυγχάνονταν με κινίνη και τώρα με νέα ανθελονοσιακά φάρμακα. Αλλά το πιο σημαντικό ήταν η επιτυχής εντομοκτονία με τη χρήση δραστικών εντομοκτόνων και η εξυγίανση του περιβάλλοντος. Δραστικό μέσο κατά της ελονοσίας υπήρξε το εντομοκτόνο DDT το οποίο έσωσε εκατομμύρια ζωές. Ωστόσο, λόγω της τοξικότητάς του και της χημικής σταθερότητάς του η χρήση του DDT έχει πλέον ουσιαστικά απαγορευθεί (βλέπε: Χημική ένωση του μήνα: DDT).

Μηχανισμός δράσης της κινίνης. Ο μηχανισμός δράσης της κινίνης, όπως και των άλλων αντιελονοσιακών φαρμάκων που περιέχουν στο μόριο τους την ομάδα της κινολίνης δεν έχει διευκρινιστεί πλήρως. Γενικά, θεωρείται ότι η κινίνη είναι τοξική προς το πλασμώδιο και ειδικότερα παρεμποδίζει την ικανότητά του να διασπά και να χωνεύει την αιμοσφαιρίνη με αποτέλεσμα τη συσσώρευση σε αυτό τοξικών ποσοτήτων της κυτταροτοξικής αίμης, που τελικά προκαλούν τον θάνατό του. 'Αλλος πιθανός μηχανισμός είναι η παρεμπόδιση της βιοσύνθεσης νουκλεϊνικών οξέων του παρασίτου [Αναφ. 9].

Η κινίνη δεν χορηγείται ως ελεύθερη βάση, αλλά ως άλας (υδροχλωρικό, διυδροχλωρικό, θειικό, όξινο θειικό και γλυκονικό). Μπορεί να χορηγηθεί δια της στοματικής οδού ή με ενδοφλέβια ή ενδομυική ένεση, όπως και παρεντερικά. Τυπική δοσολογία για τον ενήλικα είναι 600 mg διυδροχλωρικού ή θειικού άλατος κάθε οκτώ ώρες.

Η κινίνη είναι δραστική και επικίνδυνη φαρμακευτική ουσία που πρέπει να χορηγείται με ιατρική παρακολούθηση, αλλά η χρήση της είναι αποδεκτή δεδομένης της πολύ μεγάλης επικινδυνότητας της ελονοσίας. Παρατεταμένη χρήση της κινίνης ή η λήψη της σε υπερβολικές δόσεις οδηγούν σε ένα σύνδρομο γνωστό ως κιγχονισμός (cinchonism), το οποίο χαρακτηρίζεται από πονοκέφαλο, ναυτία, εμετό, εμβοή (βούισμα στα αυτιά), μερική (στις υψηλές συχνότητες) ή ολική κώφωση, κοιλιακούς πόνους και διάρροια. Σε υπερβολικές δόσεις προκαλεί αιμόλυση και θάνατο. Η χρήση της είναι ακόμη πιο επικίνδυνη για άτομα που αντιμετωπίζουν ορισμένα καρδιολογικά προβλήματα.

'Αλλα ανθελονοσιακά φάρμακα. Πέραν από την ίδια την κινίνη, έχουν χρησιμοποιηθεί και άλλες ενώσεις (φυσικές ή συνθετικές) για την καταπολέμηση της ελονοσίας. Έτσι, όπως προαναφέρθηκε η κινδίνη (εναντιομερής μορφή της κινίνης είναι δραστική, όπως και το μίγμα των αλκαλοειδών κινίνης-κινιδίνης-κιγχονίνης-κιγχονιδίνης (γνωστό ως Quinimax) είναι αρκετά δραστικότερο από την ίδια την κινίνη. Από το μεγάλο αριθμό συνθετικών ανθελονοσιακών φαρμάκων, εκείνο που έχει χρησιμοποιηθεί σε μεγαλύτερες ποσότητες είναι η χλωροκίνη και ακολουθούν η αμοδιακίνη και η μεφλοκίνη, όλα παράγωγα της κινολίνης.

Φιάλη με tonic water σε φυσικό και σε υπεριώδες φως στο οποίο φθορίζει έντονα λόγω της κινίνης που περιέχει.

Συχνά τα πλασμώδια της ελονοσίας αναπτύσσουν αντοχή στα συνθετικά ανθελονοσιακά φάρμακα και για τον λόγο αυτό η κινίνη και τα άλλα αλκαλοειδή της κιγχόνης παραμένουν στην πρώτη γραμμή καταπολέμησης της ελονοσίας.

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι δεν είναι μόνο τα αλκαλοειδή της κιγχόνης και τα συνθετικά ανάλογα τα μόνα ανθελονοσιακά φάρμακα. Τυπικό παράδειγμα διαφορετικού ανθελονοσιακού φαρμάκου είναι η αρτεμισινίνη (βλ. χημικό τύπο), που έχει απομονωθεί από το φυτό Artemisia annua. Η αρτεμισινίνη είναι ιδιαίτερα δραστική φαρμακευτική ουσία κατάλληλη για την αντιμετώπιση περιπτώσεων ελονοσίας, στις οποίες έχει αναπτυχθεί αντίσταση προς την κινίνη και τα ανάλογα φάρμακα [Αναφ. 10].

 

'Αλλες λιγότερο γνωστές εφαρμογές της κινίνης

Αριστερά: Διαυγείς κρύσταλλοι εραπαθίτη διασταυρούμενοι υπό διαφορετικές γωνίες μπροστά σε φως. Δεξιά: Διευθέτηση των μορίων κινίνης του ιόντος του τριωδιδίου στον κρύσταλλο του εραπαθίτη.

Η κινίνη ως μυοχαλαρωτική ουσία έχει χρησιμοποιηθεί ως φάρμακο για τις νυχτερινές κράμπες, αν και η χρήση δεν επιτρέπεται από τους οργανισμούς φαρμάκων πολλών χωρών. Ακόμη, η κινίνη αποτελεί συστατικό ορισμένων καλλυντικών. Μια επιπλέον εφαρμογή της κινίνης είναι η παρασκευή τονωτικών αναψυκτικών (tonic water, bitter lemon), τα οποία περιέχουν κινίνη σε συγκέντρωση περίπου 80-85 mg/L. Αυτά συνήθως αναμιγνύονται με οινοπνευματώδη ποτά για την παρασκευή των διαφόρων "κοκτέιλ", ως ενισχυτικά της γεύσης [Αναφ. 11].

Μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή της κινίνης είναι η παρασκευή κρυστάλλων εραπαθίτη (herapathite), ο οποίος είναι ένα μικτός κρύσταλλος θειικής κινίνης - μοριακού ιωδίου (αναφέρεται και ως ιωδοθειική κινίνη, quinine iodosulfate). Στον εραπαθίτη έχει αποδοθεί ο μοριακός τύπος: 4QH22+.3SO42-.2I3-.6H2O (όπου Q η κινίνη: C20H24N2O2). Η μικτή αυτή ένωση ανακαλύφθηκε από τον 'Αγγλο χημικό και ιατρό William Bird Herapath το 1852 [Αναφ. 12].

Οι κρύσταλλοι του εραπαθίτη εμφανίζουν έντονο το φαινόμενο του διχρωισμού, ανακλούν το φως διαχωρίζοντάς το σε δύο δέσμες με διαφορετικό μήκος κύματος σε κάθε δέσμη. 'Ετσι, ένας διχρωικός κρύσταλλος εμφανίζεται με διαφορετικό χρώμα, ανάλογα με τη γωνία παρατήρησης.

Κρύσταλλοι εραπαθίτη έχουν ένα λαμπρό πράσινο σμαραγδένιο χρώμα, ενώ το φως που διέρχεται μέσω αυτών έχει ένα λαδοπράσινο χρώμα. 'Οταν δύο κρύσταλλοι τοποθετηθούν σε σειρά υπό γωνία 90º ο ένας ως προς τον άλλο το διερχόμενο φως αποκόπτεται πλήρως, δηλ. οι κρύσταλλοι εραπαθίτη δρουν ως πολωτές (polarizers), γεγονός που οφείλεται στη διευθέτηση των μορίων στους κρυστάλλους (βλ. σχήμα δεξιά).

Φύλλα polaroid.

Ο εραπαθίτης έχει χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή φύλλων polaroid. Αυτά είναι εύκαμπτα φύλλα από διαφανές πολυμερές υλικό (αρχικά είχε χρησιμοποιηθεί νιτροκυτταρίνη) στο οποίο έχει προστεθεί ποσότητα εραπαθίτη υπό μικροκρυσταλλική μορφή. Με έλξη του πολυμερούς σε ημίρρευστη κατάσταση, οι κρύσταλλοι διευθετούνται κατά τη ίδια φορά και μετά τη στερεοποίησή του το πολυμερές φύλλο δρα ως πολωτής. Τα φύλλα polaroid βρίσκουν πλήθος εφαρμογών, όπως π.χ. σε γυαλιά ηλίου (απορροφούν το μερικώς πολωμένο ηλιακό φώς, που ανακλάται από διάφορες επιφάνειες, στάσιμα νερά κ.λπ.), σε υαλοπίνακες κτηρίων, στις οθόνες υγρών κρυστάλλων και σε οπτικά μικροσκόπια.

 

Κίνινη: Τυπική φθορίζουσα ουσία

Η κινίνη είναι μια τυπική φθορίζουσα ένωση και συνήθως σχετίζεται με την πρώτη γνωριμία των φοιτητών της Χημείας με την αναλυτική τεχνική της φθορισμομετρίας, αφού η πιο συνηθισμένη εργαστηριακή άσκηση με την τεχνική αυτή είναι ο φθορισμομετρικός προσδιορισμός της κινίνης σε φαρμακευτικά σκευάσματα ή σε tonic water.

Φιάλες με διαλύματα διάφορων φθοριζουσών ουσιών. 'Ολες φωτίζονται με υπεριώδη ακτινοβολία που είναι αόρατη στο μάτι (γι' αυτό και ο χώρος φαίνεται σκοτεινός), αλλά η κάθε μία εκπέμπει φθορισμό σε διαφορετικές περιοχές μήκους κύματος στην περιοχή του ορατού.

Συνοπτικά για το φαινόμενο του φθορισμού. Η απορρόφηση μιας οπτικής ακτινοβολίας (απορρόφηση φωτονίων) από ένα μόριο συνεπάγεται τη μετάβαση ηλεκτρονίων του σε ανώτερες ενεργειακές στάθμες. Το μόριο αναφέρεται ότι βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση. Αυτή η αποθηκευμένη ενέργεια μπορεί να αποδοθεί ως ενέργεια ποικίλων μορφών. Για παράδειγμα το μόριο μπορεί να αρχίσει να δονείται (κινητική ενέργεια) και τελικά να καταλήγει σε θερμότητα (θερμική ενέργεια). Φθορισμός εμφανίζεται όταν μέρος της ενέργειας διέγερσης αποδίδεται με εκπομπή οπτικής ακτινοβολίας (εκπομπή φωτονίων).

Λόγω της απώλειας μέρους της ενέργειας υπό μορφή θερμότητας, η ενέργεια των φωτονίων της ακτινοβολίας φθορισμού είναι μικρότερη από την ενέργεια των απορροφούμενων φωτονίων της ακτινοβολίας διέγερσης με αποτέλεσμα η εκπεμπόμενη ακτινοβολία να εμφανίζεται πάντοτε σε μεγαλύτερα μήκη κύματος σε σχέση με εκείνα της ακτινοβολίας διέγερσης. Για τον λόγο αυτό διάλυμα κινίνης, που είναι μια τυπική φθορίζουσα ένωση, όταν φωτιστεί με την αόρατη για το ανθρώπινο μάτι υπεριώδη ακτινοβολία (μικρά μήκη κύματος, τυπικά <400 nm), φωτοβολεί έντονα εκπέμποντας ορατή για το ανθρώπινο μάτι ακτινοβολία (μεγαλύτερα μήκη κύματος, τυπικά >400 nm).

Μια από τις προϋποθέσεις για μια οργανική ένωση να παρουσιάζει έντονο το φαινόμενο του φθορισμού είναι το μόριό της να διαθέτει κατά το δυνατόν περισσότερα "ακλόνητα" τμήματα (όπως π.χ. αρωματικούς πυρήνες), γεγονός το οποίο περιορίζει τις δονήσεις του και επομένως την πλήρη απώλεια της απορροφούμενης οπτικής ενέργειας υπό τη μορφή θερμικής ενέργειας.

Η ένταση του φθορισμού ενός διαλύματος μιας φθορίζουσας ένωσης είναι ανάλογη της συγκέντρωσης της φθορίζουσας ένωσης και στο γεγονός αυτό βασίζεται η αναλυτική τεχνική της φθορισμομετρίας (fluorimetry). Η φθορισμομετρία είναι μια από τις πλέον ευαίσθητες οπτικές αναλυτικές τεχνικές, κατά πολύ πιο ευαίσθητη από τη φωτομετρία μοριακής απορρόφησης και επιτρέπει την ανίχνευση και μέτρηση ενός φθορίζοντος μορίου παρουσία δισεκατομμυρίων και πλέον μη φθοριζόντων μορίων. Για παράδειγμα, εύκολα μπορεί να μετρηθεί κινίνη σε υδατικά διαλύματά της σε συγκεντρώσεις 5-50 μg/L.

(α) (β) (γ) (δ)

(α) Απλουστευμένο ενεργειακό διάγραμμα που δείχνει τη διέγερση ενός ηλεκτρονίου υπό την επίδραση ενός φωτονίου ενέργειας hν1 και την αποδιέγερση με εκπομπή φωτονίου ενέργειας hν2 (φθορι-σμός) και παραγωγή θερμότητας (προφανώς θα είναι ν21  ή λ21). (β) Φάσμα διέγερσης (με παρακολούθηση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας στα 450 nm) και φάσμα εκπομπής (με χρησιμοποίηση διεγείρουσας ακτινοβολίας 350 nm) διαλύματος κινίνης σε H2SO4 0,010 M. Η εκπεμπόμενη ακτινοβολία (φθορισμός) θα βρίσκεται παντοτε σε μεγαλύτερα μήκη κύματος σε σχέση με τα μήκη κύματος της ακτινοβολίας διέγερσης. (γ): Τυπική διάταξη φθορισμομέτρου με δύο μονοχρωμάτορες που παρέχουν τη δυνατότητα λήψης φασμάτων διέγερσης και εκπομπης. (δ): Η κυψελίδα με διάλυμα κινί-νης όπως φαίνεται υπό γωνία 90º ο φθορισμός όταν διεγείρεται με υπεριώδη ακτινοβολία [Αναφ. 13].

 

Οργανολογία φθορισμομετρίας. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της έντασης του φθορισμού ενός διαλύματος φθορίζουσας ουσίας τυπικά διαθέτουν: 1) Μια πηγή ακτινοβολίας διέγερσης (συνήθως μια πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας υψηλής έντασης, όπως λυχνία ξένου). 2) 'Εναν επιλογέα του μήκους κύματος της διεγείρουσας ακτινοβολίας (μονοχρωμάτορας ή απλά έγχρωμα φίλτρα). 3) Μια μονάδα τοποθέτησης της κυψελίδας με το μετρούμενο διάλυμα. 3) 'Εναν επιλογέα του μήκους κύματος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (μονοχρωμάτορας ή απλά έγχρωμα φίλτρα). 4) 'Εναν ανιχνευτή οπτικής ακτινοβολίας (π.χ. φωτοπολλαπλασιαστής). 5) Ηλεκτρονικό ενισχυτή του σήματος του ανιχνευτή και όργανο παρουσίασης της μετρούμενης έντασης.

Χαρακτηριστικό κατασκευαστικό γνώρισμα όλων των φθορισμομέτρων είναι ότι η παρακολούθηση της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας (δηλ. του φθορισμού) πραγματοποιείται υπό γωνία 90º σε σχέση με την ακτινοβολία διέγερσης, έτσι ώστε να μην παρενοχλεί η ακτινοβολία αυτή τη μέτρηση.

 

Ορισμένα από τα γραμματόσημα διαφόρων χωρών που είναι αφιερωμένα στην κιγχόνη και στην ανακάλυψη της κινίνης.

 

Βιβλιογραφία - Πηγές από το Διαδίκτυο

  1. (α) Merck Index, 12th ed, σελ. 1386.

  2. (α) Cotton S: "The mighty quinine", the molecule of the month (University of Bristol). (β) Aronson SM: "Malaria and the Jesuit connection", African Media and Malaria Research Network (AMREN). (γ) DerMarderosian Α: "A history of quinine" (www.quinine.com). (δ) Dagani R: "The Top Pharmaceuticals that Changed the World: Quinine", Chemical & Engineering News, 83(25), 2005. (ε) MalariaSite.com: "History of Malaria Treatment". (στ) Wikipedia: "Quinine". (ζ) Frances R. Frankenburg, Baldessarini RJ: "Η νευροσύφιλη, η ελονοσία και η ανακάλυψη των αντιψυχωτικών ουσιών", Harvard Rev Psychiatry 16(5):299-307, 2008.

  3. (α) Woodward R, Doering W: "The Total Synthesis of Quinine", J Am Chem Soc 66(5):849, 1944. (β) Woodward R, Doering W: "The Total Synthesis of Quinine", J Am Chem Soc 67(5):860-874, 1945. (γ) P. Rabe, K. Kindler, Ber. Dtsch. Chem. Ges. 51:466-467, 1918. (δ) Stork G, Niu D, Fujimoto A, Koft ER, Balkovec JM, Tata JR, Dake GR: "The First Stereoselective Total Synthesis of Quinine", J. Am. Chem. Soc. 123(14):3239 - 3242, 2001. (ε) Wikipedia: "Quinine total synthesis". (στ) Baird J: "Synthetic Approaches to Quinine", April 2005 (αρχείο PDF, 1,33 MB).

  4. (α) Halford B: "Quinine Revisited ... Again: Historical research helps untangle the complex mythology of quinine synthesis", Chemical & Engineering News, 85(9):47-50, 2007. (β) Seeman JI: "The Woodward-Doering/Rabe-Kindler Total Synthesis of Quinine: Setting the Record Straight", Angewandte Chemie (International Edition), 46(9):1378-1413, 2007 (αρχείο PDF 2,63 ΜΒ). (γ) Kauffman GB: "On Robert B. Woodward and the Total Synthesis of Quinine", Chem. Educator, 2004, 9:172-176, 2004 (αρχείο PDF, 220 KB).

  5. (α) Drugs.com: "Quinine". (β) Tropical Plant Database: "Quinine (Cinchona officinalis) ".

  6. (α) Wikipedia: "Elias James Corey". (β) Corey EJ: "The Logic of Chemical Synthesis: Multistep Synthesis of Complex Carbogenic Molecules" (ομιλία κατά την τελετή βράβευσής του με το βραβείο Nobel, Δεκέμβριος 1990) (αρχείο PDF, 760 KB).

  7. (α) Royal Society of Chemistry: "Sir William Perkin: and the 150th anniversary of the discovery of mauveine". (β) Wikipedia: "Mauveine".

13. (α) Kutztown University, Department of Chemistry: "Fluorescence Instrumentation". (β) Rochester Institute of Technology, Center of Imaging Science: "Fluorescence spectroscopy of quinine" (αρχείο PDF, 37 KB).

 

 

Αποποίηση ευθυνών: Έχει καταβληθεί κάθε προσπάθεια για να εξασφαλισθεί η ορθότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνονται σε αυτή τη σελίδα, ωστόσο ο έχων την επιμέλεια της σελίδας αυτής και το Τμήμα Χημείας δεν αναλαμβάνουν τη νομική ευθύνη για τυχόν σφάλματα, παραλείψεις ή ανακριβείς πληροφορίες. Επιπλέον, το Τμήμα Χημείας δεν εγγυάται την ορθότητα των αναφερόμενων σε εξωτερικές ιστοσελίδες, ούτε η αναφορά μέσω συνδέσμων (links) στις ιστοσελίδες αυτές, υποδηλώνει ότι το Τμήμα Χημείας επικυρώνει ή καθ' οιονδήποτε τρόπο αποδέχεται το περιεχόμενό τους.