Nicotin, auch Nikotin, ist ein pflanzliches Alkaloid, das als cholinerges Nervengift zur Abwehr von Fressfeinden natürlich in den Blättern der Tabakpflanze sowie in geringerer Konzentration auch in anderen Nachtschattengewächsen vorkommt. Nicotin besitzt je nach Dosierung erregende oder lähmende Wirkungen auf Ganglien des vegetativen Nervensystems.Doris Schwarzmann-Schafhauser: Nikotin. In: Werner E. Gerabek, Bernhard D. Haage, Gundolf Keil, Wolfgang Wegner (Hrsg.): Enzyklopädie Medizingeschichte. De Gruyter, Berlin / New York 2005, ISBN 3-11-015714-4, S. 1053. Selten werden Nicotinderivate als NicotinoideIzuru Yamamoto, John E. Casida (Hrsg.): Nicotinoid insecticides and the nicotinic acetylcholine receptor. Springer, 1999. bezeichnet; meist sind damit die synthetischen, als Insektizide eingesetzten Neonicotinoide gemeint. Nicotin ist als psychoaktiver Wirkstoff von z. B. Zigaretten eine weit verbreitete Volksdroge (siehe Rauchen).
Geschichte Die Tabakpflanze wurde in Amerika von den Maya spätestens seit dem 10. Jahrhundert rituell konsumiert. Im Jahr 1492 wurde Christoph Columbus bei Ankunft in der neuen Welt getrockneter Tabak präsentiert.Dietrich Hoffmann, Ilse Hoffmann: Chemistry and Toxicology. (PDF; 454 kB). In: Smoking and Tobacco Control Monograph No. 9 – Cigars: Health Effects and Trends. Kapitel 3, National Cancer Institute, 1998. Der Botschafter Frankreichs in Portugal, Jean Nicot de Villemain, sandte im Jahr 1560 Samen von Nicotiana tabacum an den französischen König, der ihre medizinische Verwendung förderte.H. P Rang u. a.: Rang and Dale’s Pharmacology. 6. Auflage. Elsevier, 2007, ISBN 978-0-7020-4074-0, S. 598. Nicotin wurde unter der Bezeichnung Nicotianin erstmals 1828 durch den Chemiker Karl Ludwig Reimann und den Mediziner Christian Wilhelm Posselt im Rahmen eines Wettbewerbs der Universität Heidelberg isoliert; die Benennung wählten sie nach Jean Nicot. Die chemische Struktur wurde von Adolf Pinner und Richard Wolffenstein aufgeklärt. Im Jahr 1850 wies der belgische Chemiker Jean Servais Stas nach, dass Hippolyte Visart de Bocarmé sein Opfer Gustave Fougnies mit Nicotin vergiftet hatte.Georg Schwedt: Chemie und Literatur: ein ungewöhnlicher Flirt. Wiley-VCH, Weinheim 2009, ISBN 978-3-527-32481-1, S. 226 (Online).
Vorkommen mini|hochkant|links|Feld mit Tabakpflanzen
Natürliches Vorkommen Nicotin wird vor allem durch verschiedene Arten der Gattung Nicotiana (vor allem Nicotiana tabacum und Nicotiana rustica) und anderer Gattungen der Nachtschattengewächse (beispielsweise Duboisia hopwoodii und Asclepias syriaca)Robert L. Metcalf: Insect Control. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. 7. Auflage. Wiley 2007, S. 9. als Sekundärmetabolit in nennenswerter Menge erzeugt. In sehr geringer Konzentration ist Nicotin auch in einigen anderen Arten der Familie und der nahe verwandten Windengewächse nachgewiesen. Außerhalb dieser Familien tritt der Stoff sporadisch in geringerer Konzentration auf, so zum Beispiel in der Gattung Erythroxylum aus der Familie der Rotholzgewächse.Eckart Eich: Ornithine-Derived Alkaloids. In: Solanaceae and Convolvulaceae: Secondary Metabolites – Biosynthesis, Chemotaxonomy, Biological and Economical Significance (A Handbook). Springer Verlag, 2008, ISBN 978-3-540-74540-2, S. 33–188. Nicotin kommt in geringeren Mengen auch in verschiedenen Nachtschattengewächsen wie Kartoffeln, Tomaten und Auberginen vor. Da Nicotin in der Tabakpflanze fast ausschließlich in der Wurzel gebildet wird, kann nikotinfreier Tabak aus Tabakpflanzen hergestellt werden, die auf Wurzeln von Tomatenpflanzen aufgepfropft wurden.Rainer Tölle, Gerhard Buchkremer: Zigarettenrauchen: Epidemiologie, Psychologie, Pharmakologie und Therapie. 2. Auflage. Springer, 2013, ISBN 978-3-642-74044-2. S. 45.
Nicotingehalt von Tabakprodukten und Substituten Der Nicotinanteil in getrocknetem Tabak liegt bei 0,6 bis 2,9 Prozent der Trockenmasse. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass die Angabe der Nicotinmenge pro Zigarette nur eine äußerst eingeschränkte Informationsqualität besitzt, da der Gehalt an aufgenommenem Nicotin je nach Art der Inhalation und der Konstruktion der Zigarette variiert. Des Weiteren ist von wesentlicher Bedeutung, dass ein Raucher durch die Umstellung auf nicotinreduzierte Zigaretten nicht zwingend weniger Nicotin pro Tag zu sich nimmt, da viele Raucher an diesen stärker und länger ziehen. Die Zigarette selbst enthält wesentlich mehr Nicotin (circa 12 mg, siehe Abschnitt toxische Wirkung), das beim Rauchen jedoch größtenteils einfach verbrennt, bevor es eingeatmet wird.
Wie viel Nicotin ein inhalierender Zigarettenraucher aufnimmt, hängt vom Nicotingehalt im Rauch der gerauchten Zigarettenmarke und von der Rauchtechnik ab.Rainer Tölle, Gerhard Buchkremer: Zigarettenrauchen: Epidemiologie, Psychologie, Pharmakologie und Therapie. 2. Auflage. Springer, 2013, ISBN 978-3-642-74044-2, S. 36 (). Die Nicotin- und Cotininkonzentrationen im Plasma von Rauchern schwanken stark und korrelieren kaum mit dem Nicotingehalt der von ihnen gerauchten Zigaretten. So wurde etwa in einem einzelnen Fall aus dem Rauch einer nicotinarmen Zigarettenmarke (deklarierter, maschinell ermittelter Nicotingehalt im Rauch 0,6 mg) prozentual mehr Nicotin aufgenommen (143 %) als aus einer nicotinreichen Zigarettenmarke mit einem deklarierten Nicotingehalt von 2,4 mg (Nicotinaufnahme 48 %).
Ein typisches Nicotinpflaster gibt über 16 oder 24 Stunden etwa ein Milligramm Nicotin pro Stunde ab.Alfred Lichtenschopf: Standards der Tabakentwöhnung: Konsensus der Österreichischen Gesellschaft für Pneumologie – Update 2010. Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-7091-0979-3, S. 55.
Das Tabakschnupfen kann zu einer täglichen Nicotinaufnahmemenge ähnlich derjenigen eines starken Rauchers führen (20 bis 60 mg).Zur Wirkung des Schnupftabaks, doi:10.1007/BF01865916.
Eigenschaften Konstitutiver Pflanzenwehrstoff Nicotiana, so die lateinische Bezeichnung für die Gattung der Tabakpflanzen, erzeugen das Nicotin in ihren Wurzeln. Wenn die Pflanze reift, wandert der Stoff in die Blätter und erreicht dort einen Massenanteil von 0,5 bis zu 7,5 Prozent. Das Nicotin dient in den Pflanzenteilen, insbesondere in den Blättern, zur Abwehr von Fressfeinden der Pflanze, sofern der Fressfeind ein Nervensystem mit nicotinischem Acetylcholinrezeptor aufweist. Nicotin und Nicotinoide sind starke Insektizide.
Physikalische Eigenschaften Reines Nicotin ist bei Zimmertemperatur eine farblose, ölige Flüssigkeit, die sich an der Luft rasch braun färbt. Es ist eine wasserlösliche Base und im Wasserdampf flüchtig.
Enantiomere von Nicotin Name (S)-Nicotin (R)-Nicotin Andere Namen L-Nicotin(−)-Nicotin D-Nicotin(+)-NicotinPseudonicotin Strukturformel 150px 150px CAS-Nummer (Isomerengemisch) EG-Nummer 686-240-2 623-834-2 (Isomerengemisch) ECHA-Infocard (Isomerengemisch) PubChem (Isomerengemisch) Wikidata Q28086552 Q27119762 Q12144 (Isomerengemisch)
Chemische Eigenschaften Die chemische Struktur von Nicotin, die auf zwei verbundenen Ringen aus Pyridin und Pyrrolidin basiert, wurde von Adolf Pinner und Richard Wolffenstein aufgeklärt.A. Pinner, R. Wolffenstein: Ueber Nicotin. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 24, 1891, S. 61–67, doi:10.1002/cber.18910240108.A. Pinner, R. Wolffenstein: Ueber Nicotin. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 24, 1891, S. 1373–1377, doi:10.1002/cber.189102401242.A. Pinner, R. Wolffenstein: Ueber Nicotin. In: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft. 25, 1892, S. 1428–1433, doi:10.1002/cber.189202501214. Nicotin besitzt ein stereogenes Zentrum, es ist chiral. In der Natur kommt ausschließlich (S)-Nicotin vor. Natürliches Nicotin liegt am Chiralitätszentrum in der gleichen Konfiguration vor wie L-Prolin. Das Enantiomer (R)-Nicotin hat keine pathophysiologische Bedeutung. Wenn in diesem Artikel der Begriff ‚Nicotin‘ gebraucht wird, ist stets (S)-Nicotin gemeint.
Biosynthese In Tabakpflanzen wird Nicotin, ausgehend von Nicotinsäure und L-Ornithin, in folgenden Schritten synthetisiert:Paul M. Dewick: Medicinal Natural Products: A Biosynthetic Approach. 2. Edition. Wiley-Blackwell, 2001, S. 313.Xuewen Wang, Jeffrey L. Bennetzen: Current status and prospects for the study of Nicotiana genomics, genetics, and nicotine biosynthesis genes. In: Molecular Genetics and Genomics. 290, 2015, S. 11, doi:10.1007/s00438-015-0989-7. PMID 25582664. 1,4-Reduktion des Pyridinrings der Nicotinsäure zu 1,4-Dihydronicotinsäure, unter Verwendung von NADPH als Reduktionsmittel. Decarboxylierung der 1,4-Dihydronicotinsäure zu 1,2-Dihydropyridin.
Parallel dazu: Bildung von Putrescin aus L-Ornithin. Synthese eines N-Methylpyrrolinium-Kations aus Putrescin.
Reaktion zum fertigen Nicotin:
1,4-Dihydronicotinsäure (ein Enamin) reagiert mit dem N-Methylpyrrolinium-Kation (einem Iminium-Ion) über ein Zwischenprodukt und anschließender Reoxidation des Dihydropyridinrings mit NADP+ zu Nicotin. rahmenlos|hochkant=2.8|zentriert|Biosynthese von Nicotin
Analytik Die zuverlässige qualitative und quantitative Bestimmung von Nicotin in den verschiedenen Untersuchungsmaterialien gelingt nach angemessener Probenvorbereitung durch die Kopplung der Gaschromatographie oder HPLC mit der Massenspektrometrie.M. Iwai, T. Ogawa, H. Hattori, K. Zaitsu, A. Ishii, O. Suzuki, H. Seno: Simple and rapid assay method for simultaneous quantification of urinary nicotine and cotinine using micro-extraction by packed sorbent and gas chromatography-mass spectrometry. In: Nagoya J Med Sci., 75(3-4), Aug 2013, S. 255–261. PMID 24640182.K. B. Scheidweiler, D. M. Shakleya, M. A. Huestis: Simultaneous quantification of nicotine, cotinine, trans-3'-hydroxycotinine, norcotinine and mecamylamine in human urine by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. In: Clin Chim Acta., 413(11–12), 14. Juni 2012, S. 978–984. PMID 22394455.A. Lopes, N. Silva, M. R. Bronze, J. Ferreira, J. Morais: Analysis of cocaine and nicotine metabolites in wastewater by liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Cross abuse index patterns on a major community. In: Sci Total Environ., 487, 15. Jul 2014, S. 673–680. PMID 24200094.N. Liachenko, A. Boulamery, N. Simon: Nicotine and metabolites determination in human plasma by ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry: a simple approach for solving contamination problem and clinical application. In: Fundam Clin Pharmacol., 29(5), Okt 2015, S. 499–509. PMID 26118829. Auch die Headspace-Technik findet in besonderen Fällen Verwendung.C. Müller, F. Vetter, E. Richter, F. Bracher: Determination of caffeine, myosmine, and nicotine in chocolate by headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography-tandem mass spectrometry. In: J Food Sci., 79(2), Feb 2014, S. T251–T255. PMID 24446916.
Biochemische Bedeutung und Wirkung mini|Wirkung von Nicotin auf dopaminerge Nerven mini|Wirkung von Nicotin auf Chromaffinzellen der Nebenniere