2,4-dinitrofenol - biológia
Molekulárny kompas na zarovnanie buniek
Čo robí listy na jeseň starnúcimi
Demokracia perličiek
Prostredie spoločnosti Ekembo: Ľudia tiež žili v otvorenej krajine
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Pšeničná odroda vznikla krížením divých tráv
| Genetika | Poľnohospodárstvo, lesníctvo a chov zvierat
Jačmeň Pangenom: míľnik na ceste do sklárne
Pri zníženom príjme potravy, dlhšia životnosť
Metóda bez zvierat predpovedá toxicitu nanočastíc
Migrácia buniek: novoobjavená funkcia známeho proteínu
2,4-dinitrofenol
žltý kryštalický prášok s fenolovým zápachom [1]
2,4-dinitrofenol (krátky: DNP) je žltá kryštalická pevná látka s fenolovým zápachom. Štruktúra pozostáva z benzénového kruhu s hydroxylovou skupinou (–OH) a dvoma nitroskupinami (–NO2) ako substituentmi. Patrí do skupiny dinitrofenolov, skupiny šiestich konštitučných izomérov. Prvýkrát bol použitý v roku 1919. V tom čase sa vo Francúzsku používalo na výrobu munície. 40% DNP a 60% TNT vyrobilo výbušnú zmes pre delostrelecké granáty. Predtým, ako sa zistila toxicita DNP, našla sa v 30. rokoch 20. storočia široké použitie ako prostriedok proti obezite.
prezentácia
2,4-dinitrofenol vzniká z O- a -Nitrofenol opätovnou nitráciou. Je to medziprodukt na ceste k kyseline pikrovej.
2,4-dinitrofenol môže vznikať v atmosfére reakciou dusičnanových radikálov s fenolom alebo inými aromatickými látkami. [5]
charakteristiky
Fyzikálne vlastnosti
2,4-dinitrofenol kryštalizuje v ortorombickej kryštalickej sústave v vesmírnej skupine 212121 s parametrami mriežky a = 610,6 pm, b = 2324 pm a c = 516,8 pm. V jednotkovej bunke sú štyri jednotky vzorca. [6]
Chemické vlastnosti
Slabo kyslý charakter fenolu je spôsobený mezomérnou stabilizáciou fenolátového iónu. Dve nitroskupiny priťahujú elektróny kvôli −M efektu; fenolová OH väzba je čoraz viac polarizovaná. Má teda vyššiu kyslosť v porovnaní s fenolom. Hodnota pKa 4,09 je preto zodpovedajúcim spôsobom nižšia (fenol: 9,99 [2]).
V atmosfére 2,4-dinitrofenol rýchlo reaguje s fotochemicky generovanými hydroxylovými radikálmi. [5] Je tiež nestabilný počas noci, pretože je oxidovaný dusičnanovými radikálmi. 2,4-dinitrofenol sa pravdepodobne rozkladá vo vode za aeróbnych podmienok; bez kyslíka začína odbúravanie na nitroskupine.
Bromácia 2,4-dinitrofenolu s elementárnym brómom v ľadovej kyseline octovej vedie k 2-bróm-4,6-dinitrofenolu, ktorý má teplotu topenia 118 - 119 ° C. [7] Priama jodácia elementárnym jódom a oxidom ortutnatým vytvára 2-jód-4,6-dinitrofenol (CAS 15968-55-5). [8] Chlórovaním s chlórnanom sodným sa získa 2-chlór-4,6-dinitrofenol. [9]
2,4-Dinitrofenol sa môže čiastočne redukovať na 2-amino-4-nitrofenol (CAS 99-57-0) pomocou sulfidu sodného [10] alebo sulfidu amónneho [11]. Úplná redukcia na 2,4-diaminofenol (CAS 95-86-3) sa môže uskutočniť napríklad pomocou cínu a kyseliny chlorovodíkovej [12] alebo pomocou elementárneho vodíka na niklovom katalyzátore [13].
Spôsob činnosti
2,4-dinitrofenol je takzvaný protónový ionofor a pôsobí ako oddeľovač oxidatívnej fosforylácie v mitochondriách bunky.
Využitie sacharidov a mastných kyselín končí v mitochondriách za účelom vytvorenia chemiosmotického potenciálu v dýchacom reťazci medzi medzimembránovým priestorom a mitochondriálnou matricou. To vytvára okrem iného protónový gradient medzi dvoma priestormi, ktorý sa zvyčajne používa na výrobu energie (vo forme ATP). „Oddeľovače“ oxidatívnej fosforylácie rozkladajú tento gradient prijímaním protónov z medzimembránového priestoru, difúziou cez vnútornú mitochondriálnu membránu do matrice a opätovným uvoľňovaním protónov tam. DNP opäť difunduje - mezomérne stabilizovaná - do medzimembránového priestoru, kde sa opäť začína rovnaký proces.
Energia, ktorá bola uložená v tomto protónovom gradiente, sa stráca ako teplo. Aby sa udržal alebo obnovil gradient pre operáciu syntézy ATP, musí bunka zvýšiť svoju metabolickú rýchlosť. Napríklad sa metabolizuje viac mastných kyselín a sacharidov. Fyziologický účinok DNP je preto založený na zvýšení metabolizmu.
Fyziologicky mimoriadne dôležité je oddelenie oxidačnej fosforylácie v hnedom tukovom tkanive novorodencov (čo umožňuje tvorba tepla bez chvenia) termogenínom. Termogenín je proteín iónového kanála (protónový kanál) vo vnútornej mitochondriálnej membráne, ktorý môže selektívne oddeľovať oxidačnú fosforyláciu.
Fyziologický význam
Použite na chudnutie
Z pozorovania francúzskych pracovníkov vo fabrikách na výrobu výbušnín počas prvej svetovej vojny, ktorí prišli pri práci do styku s 2,4-dinitrofenolom a ktorí okrem značných príznakov (závraty, potenie a bolesti hlavy) stratili aj telesnú hmotnosť, vznikla hypotéza, že obezita bola spôsobená požitím 2,4-dinitrofenol sa má ošetriť. [14] Toto bolo obzvlášť dobre známe vďaka výsledkom prvých štúdií od farmakológa Maurice L. Taintera. Po krátkych počiatočných problémoch sa 2,4-dinitrofenol v 30. rokoch v USA stal liekom proti obezite. Dôvodom tejto popularity bolo, že denné dávky 3 až 5 mg 2,4-dinitrofenolu na kg telesnej hmotnosti zvyšujú bazálny metabolizmus u zdravého človeka až o 50%. [15] Na rozdiel od hormónov štítnej žľazy dinitrozlúčeniny nenapádajú bielkovinový albumín obsiahnutý v bunkovom tkanive a tuk sa nerozkladá na úkor svalov. Okrem toho nezvyšuje krvný tlak ani pulz.
V polovici 30. rokov bolo čoraz viac spochybňované použitie DNP ako lieku na chudnutie. Napríklad dvaja lekári dospeli k záveru z údajov z jednej štúdie, že terapeutické hladiny DNP prispeli k chudnutiu veľmi málo. [16] Okrem toho sa počas liečby DNP pozorovali čoraz závažnejšie vedľajšie účinky (pozri časť nižšie). [17] Tainter na druhej strane zastával názor, že išlo nanajvýš o zriedkavé následky precitlivenosti na DNP.
Americký schvaľovací úrad pre lieky (FDA) kvôli svojej nebezpečnosti a súčasne úzkemu terapeutickému rozsahu nakoniec odobral súhlas s predajom liekov obsahujúcich DNP. [18] [19]
V 80. rokoch bol 2,4-dinitrofenol ilegálne znovu zavedený ako liek proti obezite a proti rakovine. Výrobky obsahujúce DNP sa predávali vo forme kapsúl. Smrť zápasníka pri užití týchto 2,4-dinitrofenolových tabliet viedla k vyšetrovaniu, ktoré vyústilo do súdneho pojednávania. V priebehu tohto rozhodnutia bol DNP stiahnutý z trhu ako liek na chudnutie. Americký schvaľovací úrad pre lieky doposiaľ neschválil doplnok výživy alebo liečivo obsahujúce DNP. Napriek tomu DNP stále používajú kulturisti a športovci, aby pomohli rýchlo stratiť telesný tuk.
V Nemecku je distribúcia DNP ako diétneho produktu zákonom zakázaná. V júli 2006 tu zomrela 19-ročná žena po užití dobrého gramu tejto látky. S akútnymi problémami so srdcom, návalmi tepla a dýchavičnosťou bola prijatá do nemocnice, kde o deň neskôr zomrela. Kamarát si drogu objednal cez internet v Rusku. Prokuratúra ju obvinila z prečinu usmrtenia z nedbanlivosti a vzniesla obvinenie. Súd s ňou sa uskutočnil na okresnom súde v Hannoveri a skončil sa oslobodzujúcim rozsudkom. [20] [21]
Poškodenie zdravia
Vedľajšie účinky DNP sa prejavujú poklesom krvného tlaku, zrýchleným srdcom (tachykardia), srdcovou arytmiou, náhlou srdcovou smrťou, dýchavičnosťou (dýchavičnosťou), aspiračnou pneumóniou, pľúcnym edémom, bolesťami hlavy, nepokojom, mozgovým edémom, kómou, prehriatím (hypertermia), dehydratáciou, metabolickými poruchami Rhabdomyolýza), dysfunkcia štítnej žľazy, zvýšená hladina cukru v krvi, bolesti brucha, nevoľnosť, vracanie, cyanóza, zvýšený rozpad červených krviniek (hemolytická anémia), zmeny v krvnom farbive s narušením transportu kyslíka (methemoglobinémia), deštrukcia bielych krviniek (→ žltkastý Kostmannov syndróm), Pálenie kože, katarakta, renálna insuficiencia, zlyhanie obličiek, poruchy pečene, zlyhanie pečene a nakoniec zlyhanie viacerých orgánov v pokročilých štádiách otravy DNP.
Či je 2,4-dinitrofenol karcinogénny (karcinogénny), zostáva nejasné. V predchádzajúcej štúdii na myšiach DNP nevykazoval žiadny vplyv na rast vyvolanej rakoviny kože. [22] Možné mutagénne vlastnosti 2,4-dinitrofenolu sa skúmali v baktériách pomocou Amesovho testu. Ukazuje sa, že DNP nemal žiadny mutagénny účinok. [23] Teratogénny účinok zlúčeniny podobnej DNP, dinosebu, sa preukázal v pokusoch na zvieratách. [24]
Smrteľná dávka
V súčasných lekárskych štúdiách sa smrteľná dávka 2,4-dinitrofenolu podáva ako 1 až 3 gramy. [25] Tieto informácie sa však týkajú jednej dávky a farmakokinetika DNP nie je presne známa. Polčas sa však zdá byť dostatočne dlhý na to, aby došlo k akumulácii. Jedna štúdia popisuje napr. Napríklad prípad, keď kulturista užíval DNP v dávke 600 mg/deň po dobu 4 dní a potom o deň neskôr zomrel. [26] Väčšina úmrtí DNP sa dá pravdepodobne odvodiť od skutočnosti, že sa nezohľadnil kumulatívny účinok. Ľudia ako vždy reagujú rôzne, a ak je osobná smrteľná dávka 1 gram, potom sa toto množstvo v tele dá dosiahnuť po niekoľkých dňoch, aj keď človek prijme podstatne menej za deň. Poslednou zdokumentovanou smrťou v Nemecku je 19-ročná školáčka, ktorá zomrela v auguste 2007 po jednorazovom užití DNP v nemocnici Agnesa Karla v Laatzene. [20]
Doteraz nebolo nájdené žiadne účinné antidotum; v prípade otravy DNP je možné podporiť iba príznaky. Je však známy prípad, kedy by pacient s hypertermiou vyvolanou DNP mohol byť úspešne liečený opakovaným podávaním dantrolénu. [27] Dantrolén sa používa ako prostriedok proti malígnej hypertermii. Možno by rýchle podanie mohlo pacientovi zachrániť život. [28]
Technické využitie
2,4-dinitrofenol sa používa na syntézu farieb a konzervačných látok na drevo, fotochemikálií, insekticídov, výbušnín, indikátorov pH, ako aj na zastúpenie kyseliny pikrovej a amidolu. [5] [29]