★★★카페인/caffeine★★★

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by I feel pretty 2023. 2. 25. 01:38

정의

카페인은 중추 신경계 자극제이며 메틸크산틴(methylxanthine)이다. 카페인은 중추 신경계 자극을 통해 생리적 효과를 나타내며 화학적 분류는 크산틴(xanthines)이다.

카페인 분자식

분자식: C8 H10 N4 O2
분자량 :194.1906g/mol
IUPAC 명명법: 1,3,7-trimethyl-2,3,6,7-tetrahydro-1H-purine-2,6-dione
InChIKey RYYVLZVUVIJVGH-UHFFFAOYSA-N
InChI InChI=1S/C8 H10 N4 O2/c1-10-4-9-6-5(10) 7(13) 12(3) 8(14) 11(6) 2/h4H,1-3H3
SMILES 열 Cn1 cnc2 n(C) c(=O) n(C) c(=O) c12

분자구조

분자의 화학적 구조는 원자의 배열과 각 해당 원자들 간의 화학결합으로 결정된다. 카페인 분자는 10 개의 수소 원자, 8 개의 탄소 원자, 4 개의 질소 원자 그리고 2 개의 산소 원자로 구성되어 총 24 개의 원자로 형성된다. 카페인 분자에는 총 25 개의 화학결합이 있으며, 이는 15 개의 비수소결합, 7 개의 다중결합, 2 개의 이중결합, 5 개의 방향족결합, 1 개의 5 원자 고리, 1 개의 6 원자 고리, 1 개의 9 원자 고리, 1 개의 요소(-티오) 유도체, 1 개의 이미드(-티오) 그리고 1 개의 이미다졸로 구성되어 있다.
카페인의 구조 이미지는 아래와 같다.

3차원 분자 모형 및 구조 데이터
https://m.terms.naver.com/imageDetail.naver?docId=4352366&imageUrl=https%3A%2F%2Fdbscthumb-phinf.pstatic.net%2F5096_000_1%2F201711 20164008330_02VDBRYG2.gif%2Fcaffeine-3D-stru.gif%3Ftype%3Dm4500_4500_fst%26wm%3DN

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3차원 분자모형

m.terms.naver.com

caffeine
3차원 분자모형

분자 모형을 회전, 확대, 축소 등 다양한 기능을 통해서 보다 상세하게 살펴볼 수 있다. 추가 메뉴를 통해 반 데르 발스 표면 등을 시각화하고 이미지 파일로 내보내는 등의 옵션을 활용할 수 있다.

분자의 원자, 화학 결합, 연결성 및 좌표에 관한 정보 등이 포함된 구조 데이터 파일을 다운로드할 수 있다. 대부분의 주요 화학 소프트웨어에서 지원된다.

다른 이름(동의어) 또는 등록번호

Cafipel
caffeine
1,3,7-Trimethylxanthine
Guaranine
Methyltheobromine

카페인 역사/이용범위

커피나 차 같은 일부 식물의 열매, 잎, 씨앗 등에 함유된 알칼로이드(alkaloid)의 일종으로, 커피, 차, 소프트드링크, 강장음료, 약품 등의 다양한 형태로 인체에 흡수되며, 중추신경계에 작용하여 정신을 각성시키고 피로를 줄이는 등의 효과가 있으며 장기간 다량을 복용할 경우 카페인 중독을 야기할 수 있다.

흰색의 결정으로 쓴 맛이 나며, 커피 열매 안의 씨앗, 찻잎, 카카오와 콜라 열매, 마테차 나무와 과리나 등에 들어 있다. 식물에 함유된 카페인은 식물을 먹고사는 해충을 마비시켜 죽이는 일종의 살충제 역할을 한다.

1819년 독일 화학자 프리드리히 페르디난트 룽게(Friedrich Ferdinand Runge)가 처음으로 비교적 순도 높은 카페인을 분리해 냈고, 커피에 들어 있는 혼합물이라는 의미로 카페인(kaffein, 영어로는 caffeine)이라는 명칭을 붙였다. 19세기말 헤르만 에밀 피셔(Hermann Emil Fischer)가 카페인의 화학구조를 밝혀냈다. 카페인의 분자식은 C8H10N4O2이다.

인간은 석기시대부터 카페인을 섭취하기 시작했으며, 초기에는 우연히 카페인을 함유한 식물의 씨앗, 나무껍질, 잎 등을 씹어 먹다가 피로를 가시게 하고 정신을 각성시키며 기분을 들뜨게 하는 효과가 있다는 것을 알게 된 뒤에, 오늘날 커피나 차를 마시듯이 뜨거운 물에 담가서 우려먹는 형태로 점차 발전한 것으로 보인다.

카페인이 인체에 미치는 영향은 개인의 신체 크기와 카페인에 대한 내성 정도에 따라 다르지만 적당량을 섭취했을 경우 일반적으로 중추신경계와 신진대사를 자극하여 피로를 줄이고 정신을 각성시켜 일시적으로 졸음을 막아주는 효과가 있으며 이뇨작용을 촉진시키는 역할도 한다. 보통 카페인은 흡수한 뒤 1시간 이내에 효과를 나타내며, 서너 시간이 지나면 효과가 사라진다. 또한 상습적으로 복용할 경우 내성이 생겨 효과가 약해진다.

오늘날 카페인은 기호식품 및 치료약품으로 널리 소비되고 있다. 연간 소비되는 카페인 양은 세계적으로 120,000톤으로 추산되며 가장 흔한 카페인 섭취 경로는 커피와 차를 통한 섭취다. 이외에 카카오 열매 성분이 들어가는 초콜릿과 콜라, 카페인 함유 식물을 활용한 다양한 소프트드링크와 강장음료 등이 널리 인기를 얻고 있다. 근래에는 샴푸와 비누 같은 생활용품에 카페인을 넣은 상품도 출시되고 있다. 제조업체에서는 피부를 통해 카페인이 흡수된다고 주장하지만 효과는 미지수다.
또한 카페인이 들어간 각성제, 흥분제, 강심제, 이뇨제 등이 만들어져 다양한 용도로 쓰이고 있다. 각성제는 피로를 덜어주고 정신을 각성시켜 주므로 야간운전자나 수험생이 많이 이용한다. 카페인은 조산된 신생아의 수면 중 무호흡증과 불규칙적인 심장박동을 치료하는 용도로 활용되며 편두통이나 심장병 등에도 쓰인다. 또한 약제 이외에 금·팔라듐·비스무트 등의 분석시약으로도 사용된다.

카페인 부작용

카페인은 다량을 장시간 복용할 경우 카페인중독(caffeinism)을 초래할 수 있다. 카페인중독은 짜증, 불안, 신경과민, 불면증, 두통, 심장 떨림, 근반사항진(hyperreflexia), 호흡성 알칼리증(respiratory alkalosis) 등을 포함한 다양한 신체적·정신적 증상을 수반한다. 또한 카페인은 위산분비를 촉진하므로 오랫동안 다량을 복용하면 위궤양, 미란성식도염(erosive esophagitis), 위식도역류질환(gastroesophageal reflux disease) 등을 야기할 수 있다.

고카페인 음료

나를 정신 차리게 만드는 것은 진한 커피, 아주 진한 커피이다.
커피는 내게 온기를 주고, 특이하나 힘과 기쁨과 쾌락이 동반된 고통을 불러 일으킨다.”
- 나폴레옹 보나파르트 -

경기가 나쁘다고 이야기하지만 여전히 길거리에 늘어가는 것은 커피전문점이다. 2011년 현재, 전국의 커피전문점 수는 1만2381개로 전년도에 비해 54%가 늘어났으며, 시장 규모는 2조원을 넘었다고 한다.

이렇게 급격히 커피 시장이 성장하고 있는 것을 보면 커피는 분명히 매력을 지니고 있는 것 같아 보인다. 프랑스의 위대한 영웅 나폴레옹도 “내게 온기를 주고, 힘과 기쁨과 쾌락이 동반된 고통을 불러 일으킨다”고 하지 않았나. 확실히 커피는 우리에게 힘과 에너지를 주어 피로를 잊게 해 주고, 집중력도 높여주며, 경우에 따라서는 편안한 느낌도 선사하는 훌륭한 기호품인 것은 사실이다.

이러한 커피의 주성분은 카페인이다. 최근에는 커피와 같은 식물 열매 혹은 잎에 함유되어 있는 카페인을 다양한 음료에도 첨가하여 피로감을 줄이고, 졸음을 쫓으며, 신진대사를 촉진하고자 하는 기능성 음료나 식품이 개발되고 있다. 문제는 이러한 커피나 음료 혹은 식품에 포함된 카페인을 지나치게 많이 그리고 자주 복용하는 경우이다.

우리가 흔히 마시는 인스턴트 커피 1봉에는 약 30~80mg의 카페인이 들어있다. 또한 커피전문점의 아메리카노 커피에는 약 160~300mg의 카페인이 포함되어 있다. 커피 이외의 에너지드링크 중에는 60~200mg 정도의 카페인이 포함되어 있으며, 흔히 마시는 콜라에도 약 50mg의 카페인이 포함되어 있다. 우리나라 성인 1인당 일일 카페인 섭취 허용량이 400mg 정도이므로, 커피전문점 커피 2~3잔이면 하루 허용량을 훌쩍 넘는다.

특히 성장기에 있는 청소년의 경우에는 125mg의 카페인을 일일 섭취 허용량으로 규정하고 있는데, 에너지드링크 1~2캔이면 허용 기준을 초과하게 된다. 우리나라 청소년들이 특히 시험기간에 이러한 허용 기준을 넘겨 에너지드링크를 복용하는 것은 이제 드물지 않은 일이 됐다. 월간 ‘신동아’에 기고된 중학생의 카페인 드링크 소비에 대한 기고문을 보면 가히 충격적이다. 시험 때 잠을 쫓기 위해 많은 학생들이 에너지드링크, 박카스, 커피 등을 마셔가며 공부해야 하는 현실을 상세하게 소개하고 있다.

새벽 2시까지 본전을 뽑기 위해서 내가 준비한 것, 바로 에너지 드링크다. 에너지 드링크는 이번 시험 비장의 무기다. 에너지드링크는 무개념 중학생들도 봐주지 않고 쓰나미처럼 덮쳐오는 잠을 쫓아주는 신비의 음료수이기 때문이다… (중략) 캔을 따서 한 모금 마시니, 탄산이 짜릿하게 올라와 잇몸이 알알하다. 소비자상담센터에서 괜찮다고 한다. 죽기야 할까. 카페인 좀 흡수하고, 심장이 좀 빨리 뛰고, 밤새 잠을 자지 않아 키가 덜 자라고, 좀 뚱뚱해진 대도 무슨 상관 있을까. 시험 성적이 나쁘면 정말로 죽고 싶은 생각이 드는데. 중딩의 운명이란 생각을 하자 중2병이 다시 도져 우울하다. 이 글 때문에 어른들이 에너지드링크와 중딩들이 큰 문제라고 말할지 모르겠다. 하지만 나로서는 에너지드링크가 고맙기만 하다. 그 어떤 어른도 에너지드링크만큼 대한민국 중딩의 사정을 잘 이해해주진 못하기 때문이다.
- 신동아, 중에서 -

이러한 카페인 드링크 중독 문제는 비단 우리나라에서의 문제만은 아니다. 미국에서의 에너지드링크 판매액은 매년 급격히 증가해서 2012년에는 약 12조원에 육박한다고 한다. 미국에서도 에너지드링크를 주로 소비하는 대상은 청소년이다.

위 기고문에서 한 중학생이 호소한 것처럼, 카페인을 과다하게 섭취하면 손떨림이 발생하기도 하고, 심장이 빨리 뛰는 등의 심혈관계 기능에 이상을 초래한다. 실제로 심장 질환이 있는 청소년이 고카페인 음료를 과다 복용했다가 사망한 사례도 있다. 또한 위장이나 식도의 질환 등을 초래할 수 있다. 과도한 카페인은 칼슘의 흡수를 방해하여 원활한 뼈 생성을 억제하여 청소년의 성장을 저해한다.

초조불안증이나 불면증은 너무도 자주 경험할 수 있는 카페인 과잉에 따른 증상이다. 또한 반복적으로 과도한 용량을 복용할 경우 내성이 발생하고 카페인 중독으로 이어지기도 한다. 이러한 부작용은 나이가 어릴수록, 그리고 섭취하는 카페인의 용량이 많을수록 흔히 발생한다.

다른 중독성 물질과는 달리 카페인에 대한 관대한 사회적 분위기, 부작용에 대한 무관심, 긍정적 측면에 대한 지나친 강조 등으로 인해 카페인 중독에 대한 경각심은 비교적 낮은 편이다. 하지만 사소해 보이는 카페인 중독이지만, 점차 심각한 개인적 혹은 사회적 문제로 비화될 가능성은 충분하다. 과도한 카페인으로 인한 중요한 문제들은 다음과 같다.

1. 카페인 중독 그 자체

카페인은 습관성을 유발하는 중독성 물질이라는 사실은 과학적으로 입증되어 있고, 실제로 많은 사람들이 경험을 통해 알고 있다. 이미 중독이 된 이후에는 커피나 에너지드링크를 적게 마시려고 하면 오히려 집중력이 떨어지거나 피곤하다고 느낀다. 이럴 때, 한 잔의 커피 혹은 에너지드링크는 일거에 불편한 증상을 날려버린다. 이것이 바로 금단이며, 카페인 중독의 대표적인 증상이다. 카페인 중독은 결국 심각한 금단으로 인한 불편감을 발생시키거나 신체적인 질환을 유발하게 된다.

2. 몸을 상하게 하는 술과 카페인의 결합

에너지드링크가 유행하게 되면서 새롭게 등장한 문제가 술과 에너지드링크를 섞어서 마시는 사람들이다. 에너지드링크의 맛과 향, 그리고 술과 상반되게 뇌를 자극하는 카페인의 작용으로 인해 술, 특히 독한 술을 평소보다 많이 마시고도 마치 술에 덜 취한 것처럼 느끼게 해 준다. 그러나 실제로는 훨씬 과다한 양의 알코올과 카페인에 노출되어 알코올에 의한 혹은 카페인에 의한 신체적 정신적 부작용이 일어나거나 다치거나 사고가 발생한다.

3. 다른 중독으로의 전환

카페인의 과다한 섭취는 우울증이나 불안증과 같은 다양한 정신 증상을 유발한다. 그 외에도 다른 중독으로 이어지는 경우도 흔하다. 일반 인구보다 카페인 중독자에서 흡연자(니코틴 중독자)가 훨씬 더 많다는 연구를 참고해 보자. 미국에서의 한 연구에 의하면 특히 에너지드링크에 중독된 대학생들이 이후 마약 중독으로 이어지는 비율이 높다고도 한다.

카페인은 우리의 삶을 깨어있도록 도와주고 활기차게 해 주는 활력소다. 하지만 지나치면 고통을 불러일으킨다. 카페인이 있어 행복할 수 있는 것은 생활에 맛을 더하는 양념으로 활용할 때까지만이다. 아무리 좋은 음식도 양념이 지나치면 그 고유의 맛을 잃어버리는 것처럼, 카페인도 지나치게 되면 우리의 삶을 망가뜨릴 수 있다.