Gorzka strona chininy

dr Iwona Tesarowicz
Katedra Biotechnologii i Ogólnej Technologii Żywności
Wydział Technologii Żywności
Uniwersytet Rolniczy w Krakowie

Chinina, dość powszechnie znany aromat do napojów typu tonik, kojarzona jest przede wszystkim, z leczeniem malarii – choroby tropików wywoływanej przez pierwotniaka z rodzaju Plasmodium i przenoszonej przez komara widliszka (Anopheles). Chinina występuje, wraz z grupą ponad trzydziestu izomerów i pochodnych, w korze chinowca, krzewu lub słabo rozgałęzionego drzewa z rodzaju Cinchona L. (rodzina Rubiaceae), porastającego stoki Andów. Indianie zamieszkujący rejony, gdzie występuje ta roślina, znali lecznicze właściwości jej kory od wieków i stosowali ją jako remedium na gorączki o różnym podłożu.

Kiedy do Ameryki Południowej dotarli konkwistadorzy, odkryto skuteczność chininy w leczeniu tej niebezpiecznej i często śmiertelnej choroby. Duży udział w rozpowszechnieniu nowego leku na malarię, zwaną też zimnicą, mieli Jezuici, którzy jako pierwsi, około 1641 roku, sprowadzili korę chinową do Europy. W XIX wieku zaczęto zakładać plantacje chinowca w innych, tropikalnych i subtropikalnych rejonach świata, m.in. w Indiach, na Jawie, Cejlonie, Jamajce. Te plantacje stanowią do dziś główne źródło surowca, jakim jest kora chinowa. Rocznie produkuje się z niej około 700 ton alkaloidów – wykorzystywanych w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym, ale również w przemyśle spożywczym.

W 1820 roku francuscy chemicy Pelletier i Caventou po raz pierwszy wyizolowali czysty związek chininy. Później podejmowano też próby przeprowadzenia syntezy chininy, okazało się to jednak niezwykle trudne, m.in. ze względu na obecność w cząsteczce tego związku kilku centrów stereogenicznych. Do lat 40-tych XX wieku udało się opracować poszczególne stadia syntezy, a zasługi w tej dziedzinie miało kilka ośrodków naukowych. Ostatecznie pierwsza całkowita synteza chininy została jednak ukończona dopiero w 2001 roku przez Gilberta Storka i jego współpracowników (Columbia University, USA), jako kulminacja wysiłków trwających przez półtora wieku. Całkowita stereospecyficzna synteza przeprowadzona przez Storka to krok milowy w chemii organicznej, niestety spóźniony z punktu widzenia produkcji leków przeciwzimniczych, gdyż w przeciągającym się okresie prac nad syntezą chinina została już zastąpiona przez leki alternatywne. Zależność dostaw chininy od politycznych zawirowań, np. odcięcie od jawajskich plantacji chinowca podczas okupacji wyspy przez Japończyków w czasie II Wojny Światowej, przyczyniła się do wzmożenia wysiłków w kierunku opracowania nowych leków zastępujących chininę.

Cząsteczka chininy przedstawiona jest na Rys. 1. Jak widać na ilustracji, cząsteczka tego związku zbudowana jest z dwóch zasadniczych części: aromatycznego pierścienia chinolinowego oraz alifatycznej chinuklidyny. Oba te fragmenty połączone są mostkiem hydroksymetylenowym (karbinolowym), który obejmuje dwa centra stereogeniczne (C8 i C9) o zmiennej, w zależności od alkaloidu, konfiguracji absolutnej. Alkaloidy chinowca są więc b-aminoalkoholami. Wokół wiązań utworzonych przez mostek karbinolowy możliwa jest, ograniczona wymaganiami sterycznymi, rotacja fragmentu chinolinowego względem fragmentu chinuklidynowego, co prowadzi do pewnej zmienności konformacyjnej.

Chinina, jak również jej diastereoizomer chinidyna, w przeciwieństwie do innych izomerów z grupy alkaloidów chinowca, odznaczają się interesującą cechą, mianowicie, kwaśne roztwory tych alkaloidów (szczególnie wodne roztwory ich siarczanów) wykazują błękitną fluorescencję (Rys. 2) – za sprawą obecności fluoroforowego układu, jakim jest metoksychinolina. Ta właściwość, w przypadku chininy po raz pierwszy zaobserwowana w 1845 r. przez Sir Johna Fredericka Williama Herschela, przyczynila się w dużej mierze do rozwoju spektrofluorometrii. Obecność w cząsteczce chininy ugrupowania fluoroforowego pozwala też wykorzystać metody spektrofluorymetryczne do kontroli stężenia tego związku w produktach spożywczych.

Chinina była skutecznym lekiem na malarię przez długi czas, jednak stosowanie jej wiązało się z licznymi efektami ubocznymi. Również z tego powodu zaczęto poszukiwać leków alternatywnych, naturalnych i syntetycznych. W pewnym momencie okazało się jednak, że rozpowszechniło się zjawisko lekooporności. Zjawisko to dotyczyło oczywiście również chininy, jednak w stosunkowo niewielkim stopniu, dlatego bywa nadal stosowana tam, gdzie inne, nowsze leki zawodzą.

Niepożądane działanie chininy obejmuje m.in.: bóle i zawroty głowy, zamglenie wzroku, upośledzenie słuchu, dzwonienie w uszach, obniżenie ciśnienia, hipoglikemię, zmiany elektrokardiograficzne, zaburzenia rytmu serca, a nawet poważne zaburzenia centralnego układu nerwowego, takie jak delirium (majaczenie) i śpiączka, oraz zaburzenia nastroju. Chinina podrażnia również śluzówkę układu pokarmowego, dlatego może wywołać nudności i wymioty. Nadmierne spożycie chininy może być przyczyną występienia zespołu zwanego cinchonizmem (zaburzenia wzroku, słuchu i równowagi). Obserwowano także działanie alergiczne tego alkaloidu.

Historia chininy jako dodatku smakowego do popularnego dziś napoju jest do pewnego momentu wspólna z tą, jako leku na malarię. Była bowiem bardzo powszechnie stosowana w czasach kolonializmu, m.in. przez Brytyjczyków w Indiach. Ci stosowali ją jako środek profilaktyczny przeciwko malarii i rozpuszczali ją w dżinie – chinina bardzo dobrze rozpuszcza się w alkoholu, znacznie gorzej zaś w wodzie. Takie były początki popularnego później na całym świecie drinku „dżin z tonikiem”.

Obecnie chinina jest stosowana w przemyśle spożywczym w postaci soli (chlorowodorku lub siarczanu) i dodawana jest do napojów gazowanych typu tonik, a także do innych orzeźwiających, gazowanych napojów bezalkoholowych. Jej dodatek zapewnia produktowi charakterystyczny gorzki smak, w tym wypadku jak najbardziej pożądany. Stosowanie chininy w przemyśle spożywczym obwarowane jest jednak pewnymi ograniczeniami. Dyrektywa Komisji 2002/67/WE z dnia 18 lipca 2002 nakazuje producentom umieszczanie na etykiecie produktu zawierającego chininę wyraźnej informacji o obecności tego właśnie aromatu. Ograniczenia dotyczą także maksymalnej dopuszczalnej zawartości chininy w produkcie – wynosi ona, w przypadku chlorowodorku chininy w napojach bezalkoholowych opartych na wodzie, ok. 7,5 mg/100 ml.

Literatura

1. Ball Philip. “What a Tonic”. Chem. Br. (October 2001).
2. Buleandra, M., Rabinca, A.A., Cheregi, M.C., Ciucu, A.A. Rapid voltametric method for quinine determination in soft drinks. Food Chemistry, 2018, 253, 1-4.
3. Czajkowska A., Bartodziejska B., Gajewska M. Ocena zawartości chlorowodorku chininy w napojach bezalkoholowych typu tonik. Bromat. Chem. Toksykol. – XLV, 2012, 3, 433-438.
4. Dyrektywa Komisji 2002/67/WE z dnia 18 lipca 2002 r. w sprawie etykietowania środków spożywczych zawierających chininę oraz środków spożywczych zawierających kofeinę (Dz. Urz. WE L 191 z 19.07.2002, str. 20; Dz. Urz. UE Polskie wydanie specjalne, rozdz. 15, t. 7, str. 116).
5. Hoffmann H.M.R., Frackenpohl J. “Recent Advances in Cinchona Alkaloid Chemistry”. Eur. J. Org. Chem. (2004) 4293-4312.
6. Hofheinz W., Merkli B. “Quinine and Quinine Analogues”. W: “Handbook of Experimental Pharmacology”. Vol. 68/II: Peters W., Richard W.H.G. Antimalarial Drug II. Current antimalarial and new drug development, Springer-Verlag (1984) Heidelburg, New York and Tokyo, 60-81.
7. Kaufman T.S., Rúveda E.A. The Quest for Quinine: Those Who Won the Battles and Those Who Won the War. Chem. Int. Ed., 2005, 44, 854-885.
8. Ley J.P. Masking Bitter Taste by Molecules. Chem. Percept., 2008, 1:58-77.
9. Stork G., Niu D., Fujimoto A., Koft E.R., Balkovec J.M., Tata J.R., Dake G.R. “The First Stereoselective Total Synthesis of Quinine”. J. Am. Chem. Soc. (2001) 123, 3239-3242.
10. Weinreb S.M. „Synthetic lessons from quinine”. Nature (2001) Vol. 411, 429-430.