Tryptamine: Structuur, gebruik en betekenis

Inleiding

Tryptamine is een opmerkelijke verbinding met een centrale rol in verschillende aspecten van het leven, van zijn aanwezigheid in het menselijk lichaam tot zijn belang op het gebied van farmacologie en wetenschap. Dit artikel gaat in op de structuur, chemische eigenschappen, fysische eigenschappen, farmacologie, synthese, reacties, geschiedenis, toepassingen en wettelijke status van tryptamine en biedt inzicht in de diverse rollen en het voortdurende belang ervan in onderzoek en industrie.

Chemische eigenschappen van tryptamine

Tryptamine, een monoamineverbinding, bezit interessante chemische eigenschappen die ten grondslag liggen aan zijn biologische en farmacologische betekenis. De molecuulformule is C10H12N2 en het heeft een unieke chemische structuur die wordt gekenmerkt door een bicyclische indoolring die is samengesmolten met een ethylamine zijketen. Deze structurele bijzonderheid dient als basis voor de verschillende functies.

Tryptamine structuurformule

In laboratoriumsituaties maken de chemische structuur en reactiviteit van tryptamines het ontvankelijk voor verschillende chemische modificaties. Onderzoekers kunnen tryptamine acylaten, alkyleren of op een andere manier veranderen om een breed scala aan tryptaminederivaten te creëren. Deze derivaten hebben vaak farmacologische toepassingen, zoals de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen en psychoactieve stoffen. Deze flexibiliteit in chemische reacties heeft bijgedragen aan het belang van tryptamine op het gebied van medicinale chemie en neurowetenschappen.

Fysische eigenschappen van tryptamine

Tryptamine, een verbinding van aanzienlijk belang, vertoont onderscheidende fysische eigenschappen die bijdragen aan de herkenning en toepassing ervan in verschillende wetenschappelijke domeinen. In zuivere vorm is tryptamine een kristallijne vaste stof met een smeltpunt dat meestal tussen 113 en 116 ˚C ligt. Deze karakteristieke vaste toestand en het smelttraject vormen essentiële referentiepunten voor de identificatie en zuivering van de verbinding.

Tryptamine

Verder vertoont tryptamine opmerkelijke oplosbaarheidskenmerken. Het is oplosbaar in polaire oplosmiddelen, waarvan water een prominent voorbeeld is. Dit oplosgedrag vergemakkelijkt de extractie en isolatie uit natuurlijke bronnen en helpt bij de bereiding van oplossingen voor laboratoriumexperimenten. Het is ook oplosbaar in ethanol, DMSO en dimethylformamide. De kleur van tryptamine, waargenomen in zijn verschillende vormen, omspant een spectrum van wit tot gebroken wit, met variaties afhankelijk van de zuiverheid.

• CAS-nr.: 61-54-1;
• Formele naam: 1H-indool-3-ethanamine;
• Synoniemen: 3-Indoleethylamine, NSC 165212;
• Kookpunt: Het heeft een kookpunt van ongeveer 378 °C;

Tryptamine synthesen

1. Decarboxylering van tryptofaan

De synthese van tryptamine is een wetenschappelijk interessant proces waarbij deze verbinding via gecontroleerde chemische reacties wordt gemaakt. Een van de primaire methoden voor tryptamine synthese is de decarboxylering van tryptofaan, een essentieel aminozuur.

De synthese begint meestal met tryptofaan, afkomstig van natuurlijke bronnen of synthetisch geproduceerd. Dit aminozuur dient als precursor voor tryptamine. De belangrijkste stap in het proces is de decarboxylering van tryptofaan, waarbij de carboxylgroep (-COOH) uit het molecuul wordt verwijderd, wat leidt tot de vorming van tryptamine.

De decarboxyleringsreactie vereist vaak het gebruik van specifieke reagentia en omstandigheden. Reducerende middelen, zoals lithiumaluminiumhydride of natriumborohydride, worden vaak gebruikt om het verwijderen van de carboxylgroep te vergemakkelijken. Er wordt ook warmte toegepast om de reactie naar het gewenste resultaat te leiden.

Chemici en onderzoekers controleren de reactieparameters zorgvuldig om de efficiëntie en selectiviteit van het decarboxyleringsproces te garanderen. De resulterende tryptamine kan vervolgens worden geïsoleerd en gezuiverd met verschillende technieken, zoals chromatografie of kristallisatie, om een product van de gewenste kwaliteit en zuiverheid te verkrijgen. Het is belangrijk op te merken dat, hoewel de decarboxylering van tryptofaan een veelgebruikte methode is, er ook andere synthetische routes en modificaties bestaan voor de productie van tryptamine.

Experimenten

Decarboxylering in difenylether

DL-tryptofaan (1,0 g) en difenylether (50 ml) werden gedurende 1 uur bij reflux verhit in een stikstofatmosfeer. Het mengsel werd afgekoeld en geëxtraheerd met 2N waterig zoutzuur (3x40 ml). Dit extract werd gewassen met ether, basisch gemaakt (6N NaOH) en geëxtraheerd met ether (5x50 ml). Dit extract werd gewassen met water en pekel, gedroogd boven natriumsulfaat, en het oplosmiddel verwijderd in vacuo, waardoor een residu dat werd geherkristalliseerd uit benzeen tot lichtgele prisma's (530 mg), mp 113-114 ° C. Sublimatie gaf een kleurloze kristallijne vaste stof (450 mg, 57%), mp 114-115°C.

Het gebruik van vers gedestilleerd tetraline als oplosmiddel voor decarboxylering leidde tot een opbrengst van slechts 36%. Met commerciële tetraline werd de opbrengst gereduceerd tot 20%. Er werd geen tryptamine geïsoleerd uit experimenten met difenylamine of dimethylsulfoxide in plaats van difenylether.

Decarboxylering van tryptofaan in difenylmethaan

Een suspensie van L-tryptofaan (250 mg) in warm difenylmethaan (10 g) werd zachtjes refluxed in een stikstofstroom gedurende 5-20 minuten totdat geen evolutie van koolstofdioxide meer werd waargenomen. Na afkoeling werd het heldere lichtgele reactiemengsel behandeld met een met droog waterstofchloride verzadigde benzeenoplossing (20 ml). Het resulterende neerslag werd verzameld door filtratie, gewassen met n-hexaan en gedroogd om ruwe tryptaminehydrochloride (223 mg, 93%) te verkrijgen, die werd geherkristalliseerd uit ethanol/ethylacetaat om tryptaminehydrochloride (151 mg, 63%) als kleurloze naalden, mp 248-249°C te verkrijgen.

Een andere soortgelijke procedure (helaas zonder referentie) luidt als volgt

Een mengsel van 0,3-0,5 g DL-tryptofaan en 12-20 g difenylmethaan werd gekookt boven een brandervlam in een stikstofatmosfeer gedurende 20 min. Na afkoeling werd 20-40 ml van een verzadigde benzeenoplossing van waterstofchloride aan het mengsel toegevoegd. Het neerslag van zouten dat neersloeg werd afgescheiden en opgelost in een mengsel van ethanol en ethylacetaat. Bij sterke afkoeling werden glanzende kleurloze kristallen afgezet met een mp 248-249°C. Het experiment werd verschillende keren herhaald. Opbrengst 75-90%.

Koper-gekatalyseerde decarboxylering van tryptofaan

Tryptofaan koper chelaat

Aan een oplossing van L-tryptofaan (50 g) in water werd een oplossing van een overmaat koper(II)acetaat in water toegevoegd. Het neerslag werd gefiltreerd. Het extract werd vervolgens verschillende keren gewassen met heet water om de koperchelaatverbinding te krijgen. Opbrengst: 52 g, mp >280°C.

Decarboxylering van het tryptofaan koperchelaat

Een suspensie van tryptofaan koperchelaat in DMSO werd gedurende enkele minuten verhit bij 170-175 °C, waarbij een kooldioxideontwikkeling werd waargenomen. Na afkoeling werd het resulterende neerslag gefiltreerd en aan het filtraat werd een geschikte hoeveelheid water toegevoegd. Het reactiemengsel werd basisch gemaakt met 30% natriumhydroxideoplossing en geëxtraheerd met chloroform. Na destillatie van het oplosmiddel werd het resulterende residu gezuiverd door flashchromatografie op silicagel en leverde tryptamine op met een opbrengst van 40%. Het gebruik van HMPA (hexamethylfosforische triamide) in plaats van DMSO verhoogde de opbrengst tot 45%, maar die kleine toename in opbrengst is het werken met het dure en zeer giftige oplosmiddel HMPA niet waard.

Decarboxylering van tryptofaan in tetraline met een keton-katalysator

L- of DL-tryptofaan (102,1 g, 0,5 mol) werd gesuspendeerd in tetraline (250 ml) met aceton (2,9 g, 0,5 mol) en het mengsel werd 8-10 uur onder krachtig roeren tot reflux verhit totdat er geen kooldioxide meer vrijkwam en het reactiemengsel helder werd. Het oplosmiddel werd onder vacuüm verwijderd en het residu werd onder verminderde druk gedestilleerd tot een gele kristallijne vaste stof, bp 140-155°C bij 0,25 mmHg. Dit werd geherkristalliseerd uit kokend benzeen om vage gele prisma's te verkrijgen, mp 116-117,5°C (lit 115-117°C). De opbrengst met aceton als katalysator was 75%, methylethylketon 84,4%, 3-pentanon 85% en 2-pentanon 86,2%.

Keton-gekatalyseerde decarboxylering

Decarboxylatie wordt bereikt door ongeveer 80 g tryptofaan te mengen in 250 mL hoogkokend oplosmiddel (xyleen, DMSO, cyclohexanol, etc.), een scheutje keton toe te voegen (ik vind 5 g cyclohexanon lekker, maar een paar gram MEK werkt ook redelijk goed), het te verhitten tot ongeveer 150 graden, en wanneer de CO2-evolutie stopt/oplossing helder is, is de reactie voltooid. Dit duurt 1,5 tot 4 uur. Hierna wordt het oplosmiddel afgekookt (of in ieder geval sterk in volume gereduceerd) en het residu wordt opgelost in DCM. Dit wordt gewassen met een 5% NaHCO3-oplossing, dan met een gedestilleerde wateroplossing, dan wordt de DCM-laag afgescheiden, gedroogd met MgSO4, en de DCM wordt afgekookt. Je hebt nu redelijk zuivere tryptamine.

Decarboxylering in cyclohexanol, met 2-Cyclohexeen-1-on als katalysator

20 g L-tryptofaan werd opgelost in 150 ml cyclohexanol met 1,5 ml 2-cyclohexeen-1-one, en de temperatuur van de oplossing werd gedurende 1,5 uur op 154°C gehouden. De tryptamine werd geïsoleerd als het HCl-zout, mp 256 ° C. Opbrengst 92,3%.

2. 3-(2-Nitrovinyl)indool reductiemethode

Een alternatieve en opmerkelijke methode in de synthese van tryptamine omvat de reductie van 3-(2-Nitrovinyl)indool, wat de veelzijdigheid van benaderingen in de organische chemie laat zien. Deze specifieke methode is een meerstappenproces dat begint met de nitratie van indool, gevolgd door de reductie van het resulterende nitroindool tot 3-(2-Nitrovinyl)indool. De laatste stap in deze reeks is de reductie van 3-(2-Nitrovinyl)indool tot tryptamine.

De reductie van 3-(2-Nitrovinyl)indool wordt meestal bereikt door katalytische of chemische reductiemethoden. Katalytische reductie, vaak met behulp van waterstofgas in aanwezigheid van een metaalkatalysator zoals palladium op koolstof, biedt een gecontroleerde en selectieve manier om de nitrogroep om te zetten in de amine functionele groep. Ook lithiumaluminiumhydride kan worden gebruikt als waterstofbron.

3. Enzymatische route

Een andere manier om tryptamine te synthetiseren is via een enzymatische route, die de invloed van biologische katalysatoren in de organische chemie laat zien. Enzymatische synthese biedt een duurzamere en milieuvriendelijkere aanpak, waarbij de specificiteit en efficiëntie van enzymen worden gebruikt om chemische transformaties te vergemakkelijken. Bij deze enzymatische route is het uitgangsmateriaal vaak tryptofaan, de voorloper van tryptamine. Via enzymatische processen wordt tryptofaan omgezet in tryptamine, waardoor er geen agressieve chemische reagentia nodig zijn en de milieu-impact van de synthese wordt verminderd. Een enzym dat bij dit proces betrokken is, is tryptofaan decarboxylase, dat de decarboxylering van tryptofaan tot tryptamine katalyseert. Enzymatische routes zijn zeer specifiek, waardoor de selectieve omzetting van tryptofaan in tryptamine mogelijk is, terwijl de vorming van ongewenste bijproducten tot een minimum wordt beperkt.

Enzymatische synthese van tryptamine heeft de aandacht getrokken vanwege het potentieel in groene chemie en duurzame productiepraktijken. Door gebruik te maken van de inherente capaciteiten van biologische katalysatoren, sluit deze methode aan bij de principes van milieuvriendelijke synthese en biedt een alternatief voor traditionele chemische benaderingen. Terwijl onderzoekers doorgaan met het verkennen van innovatieve methoden op het gebied van organische synthese, springt de enzymatische route naar tryptamine eruit als een veelbelovende en milieubewuste benadering, die bijdraagt aan de evolutie van duurzame praktijken op het gebied van chemische productie.

Farmacologie van tryptamine

De farmacologie van tryptamine ontvouwt zich als een complex samenspel tussen deze monoamineverbinding en de ingewikkelde biochemische processen binnen het centrale zenuwstelsel. Tryptamine, met zijn kenmerkende chemische structuur, oefent diepgaande effecten uit op stemming, perceptie en cognitie, waardoor het een onderwerp van intensieve studie is op het gebied van farmacologie en neurowetenschappen.

Tryptamine derivaten

De kern van de farmacologische impact van tryptamine is zijn rol als voorloper van cruciale neurotransmitters. Het dient met name als bouwsteen voor serotonine, een neurotransmitter die nauw betrokken is bij het reguleren van stemming, emotie en slaap. De synthese van melatonine, een hormoon dat essentieel is voor de regulatie van het circadiane ritme, wordt ook beïnvloed door tryptamine. Bijgevolg kunnen veranderingen in tryptamine niveaus verstrekkende gevolgen hebben voor het geestelijk welzijn en de slaap-waak cycli.

De psychoactieve effecten van tryptamine, hoewel niet volledig opgehelderd, komen voort uit de interactie met serotoninereceptoren in de hersenen. Tryptamine kan de met sporenaminen geassocieerde receptor TAAR1 (hTAAR1 bij mensen) zwak activeren. Beperkte studies hebben tryptamine beschouwd als een neuromodulator die de activiteit van neuronale celreacties kan reguleren zonder te binden aan de geassocieerde postsynaptische receptoren.

Bovendien strekt de betrokkenheid van tryptamine bij het serotonerge systeem zich uit tot de invloed ervan op stemmingsstoornissen en psychiatrische aandoeningen. Onderzoekers hebben het potentieel ervan als therapeutisch middel onderzocht, met name bij de ontwikkeling van antidepressieve en antipsychotische medicijnen.

Tryptamine reacties

De chemische structuur van tryptamine maakt het vatbaar voor een verscheidenheid aan reacties. Het kan worden geacyleerd, gealkyleerd of op een andere manier worden gewijzigd om een breed scala aan tryptaminederivaten te creëren. Sommige van deze derivaten hebben farmacologische toepassingen, terwijl andere worden gebruikt bij de synthese van complexere organische verbindingen. Deze reacties hebben bijgedragen aan het belang van de verbinding op het gebied van medicinale chemie en neurowetenschappen.

Algemeen schema voor de synthese van tryptaminederivaten

Geschiedenis van tryptamine

Het historische traject van tryptamine is een boeiend verhaal dat culturen, inheemse praktijken en de evolutie van wetenschappelijk inzicht overspant. Geworteld in oude tradities, ontvouwt het verhaal van tryptamine zich door de aanwezigheid ervan in verschillende psychoactieve planten en de daaropvolgende erkenning in de 20e eeuw als een sleutelcomponent in psychedelische ervaringen.

In de oudheid ontdekten inheemse culturen intuïtief de psychoactieve eigenschappen van planten die tryptamine bevatten. Opmerkelijke voorbeelden zijn het gebruik van Banisteriopsis caapi in traditionele rituelen in het Amazonegebied, waar het een integraal onderdeel vormt van het ayahuasca brouwsel. De psychoactieve effecten van deze op planten gebaseerde brouwsels waren een integraal onderdeel van spirituele en helende praktijken en boden toegang tot veranderde bewustzijnstoestanden.

Het was echter pas halverwege de 20e eeuw dat tryptamine bekendheid kreeg in de wetenschappelijke gemeenschap. Met het isoleren en identificeren van psychoactieve stoffen uit natuurlijke bronnen, begonnen wetenschappers de chemische bestanddelen te ontrafelen die verantwoordelijk waren voor de effecten die werden waargenomen in inheemse rituelen. Tryptamine kwam naar voren als een cruciale stof in de samenstelling van hallucinogene paddenstoelen, met name in het Psilocybe geslacht.

Psilocybe paddenstoelen

In de jaren 1950 en 1960 was er een golf van interesse en onderzoek naar tryptamine-bevattende stoffen, gedreven door de tegencultuur beweging en de verkenning van veranderde bewustzijnstoestanden. In deze periode werd psilocybine, een tryptaminederivaat, gesynthetiseerd door Albert Hofmann, dezelfde chemicus die als eerste LSD synthetiseerde. De synthese van psilocybine maakte de weg vrij voor een beter begrip van de rol van tryptamine in het opwekken van psychedelische ervaringen.

Tegenwoordig blijft de geschiedenis van tryptamine zich ontwikkelen. Lopend onderzoek verkent het therapeutische potentieel, met name op het gebied van geestelijke gezondheid, als wetenschappers de invloed op serotonine regulatie en stemmingsstoornissen onderzoeken. Het rijke historische tapijt van tryptamine, geweven door inheemse rituelen, wetenschappelijke ontdekkingen en maatschappelijke verschuivingen, onderstreept het blijvende belang ervan in het vormgeven van de menselijke waardering van bewustzijnsveranderende verbindingen.

Toepassingen van tryptamine

De toepassingen van tryptamine strekken zich uit over een spectrum van wetenschappelijke, medische en industriële domeinen, en onderstrepen de veelzijdigheid en het belang ervan op verschillende gebieden.

Medicinale chemie

Tryptamine dient als een fundamentele bouwsteen in de synthese van geneesmiddelen. Zijn rol als voorloper van neurotransmitters als serotonine en melatonine maakt het cruciaal in de ontwikkeling van medicijnen tegen stemmingsstoornissen, slaap-waakregulatie en andere neurologische aandoeningen. Onderzoekers gebruiken de chemische structuur van tryptamine om nieuwe verbindingen met potentiële therapeutische toepassingen te ontwerpen en te synthetiseren.

Enkele opmerkelijke voorbeelden van geneesmiddelen die zijn afgeleid van of beïnvloed door tryptamine zijn:

Melatonine-agonisten

Tryptamine's rol als voorloper van melatonine heeft geleid tot de ontwikkeling van melatonine agonisten zoals ramelteon (Rozerem). Deze medicijnen worden gebruikt om de slaap-waakcycli te reguleren en slapeloosheid te behandelen door de effecten van melatonine na te bootsen.

Ramelteon (Rozerem)

Triptanen voor migrainebehandeling

Hoewel niet direct afgeleid van tryptamine, hebben triptanen zoals sumatriptan (Imitrex) en rizatriptan (Maxalt) een structurele gelijkenis met tryptamine. Deze geneesmiddelen worden gebruikt om migraine te verlichten door zich te richten op serotoninereceptoren en de bloedvaten in de hersenen te vernauwen.

Sumatriptan (Imitrex) en rizatriptan (Maxalt)

Neurowetenschappelijk onderzoek

Tryptamine speelt een belangrijke rol in neurowetenschappelijk onderzoek en dient als hulpmiddel om neurotransmitterroutes en hersenfuncties te onderzoeken. Door het tryptaminegehalte te moduleren of de interacties met receptoren te bestuderen, krijgen wetenschappers inzicht in de complexe mechanismen die ten grondslag liggen aan stemming, perceptie en cognitie. Deze onderzoeken dragen bij aan het onderzoek naar neurologische aandoeningen en de ontwikkeling van gerichte interventies.

Organische synthese en derivaten

De chemische structuur van tryptamine vergemakkelijkt het gebruik ervan in organische synthese, waardoor chemici een verscheidenheid aan derivaten kunnen creëren. Deze derivaten kunnen toepassingen hebben buiten de neurowetenschappen, waaronder in de synthese van complexe organische verbindingen met potentiële industriële of farmaceutische relevantie. Onderzoekers verkennen de modificatie van tryptamine om verbindingen te ontwikkelen met specifieke eigenschappen of functies.

Potentiële therapeutische toepassingen

Naast de historische en recreatieve associaties, verkent lopend onderzoek het therapeutische potentieel van tryptaminederivaten in de geestelijke gezondheid. De modulatie van serotonine niveaus door tryptamine-gerelateerde verbindingen is een focus van onderzoek voor aandoeningen zoals depressie, angst en posttraumatische stressstoornis. Het onderzoek naar therapeutische toepassingen is echter genuanceerd, gezien de bijbehorende risico's en ethische overwegingen.

Stemmingsregulatie en slaapverbetering

Vanwege de betrokkenheid bij de synthese van serotonine en melatonine worden tryptamine en zijn derivaten onderzocht op hun mogelijkheden voor stemmingsregulatie en slaapverbetering. Supplementen die tryptamine precursoren bevatten worden op de markt gebracht vanwege hun vermeende invloed op stemming en slaappatronen, hoewel de werkzaamheid en veiligheid van dergelijke producten zorgvuldig overwogen moeten worden.

Samenvattend omvatten de toepassingen van tryptamine een breed scala aan wetenschappelijke en praktische domeinen, van zijn fundamentele rol in de medicinale chemie en neurowetenschappen tot zijn aanwezigheid in psychoactieve stoffen en potentiële therapeutische toepassingen. De voortdurende verkenning van de veelzijdige eigenschappen van tryptamine blijft vorm geven aan de diverse toepassingen in onderzoek, industrie en geneeskunde.

Wettelijke status van tryptamine

De wettelijke status van tryptamine en zijn derivaten verschilt per land en rechtsgebied. Op sommige plaatsen wordt het beschouwd als een gereguleerde stof vanwege de kans op misbruik en de psychoactieve effecten. Op andere plaatsen kan het gereguleerd zijn, maar niet expliciet verboden. Onderzoekers en individuen moeten zich bewust zijn van de specifieke regelgeving in hun regio voordat ze met tryptamine werken.

Conclusie

Samenvattend heeft de verkenning van tryptamine zijn veelzijdige betekenis onthuld. Van zijn rol in het lichaam tot zijn invloed op de farmacologie, neurowetenschappen en daarbuiten, tryptamine is een verbinding van groot belang. Het artikel behandelt de eigenschappen, verschillende synthesemethoden, historische wortels en toepassingen in de medicinale chemie en neurowetenschappen. De farmacologische nuances en juridische overwegingen van tryptamine maken het verhaal nog complexer. Naarmate het onderzoek vordert, belooft tryptamine de toekomst van de geneeskunde, organische chemie en psychofarmacologie vorm te geven.