Tryptamine : Structure, utilisations et importance

Introduction

La tryptamine est un composé remarquable qui joue un rôle essentiel dans divers aspects de la vie, de sa présence dans le corps humain à son importance dans le domaine de la pharmacologie et de la science. Cet article se penche sur la structure, les propriétés chimiques, les propriétés physiques, la pharmacologie, la synthèse, les réactions, l'histoire, les applications et le statut juridique de la tryptamine, et donne un aperçu de ses divers rôles et de son importance actuelle dans la recherche et l'industrie.

Propriétés chimiques de la tryptamine

La tryptamine, un composé monoaminergique, possède des propriétés chimiques intéressantes qui expliquent son importance biologique et pharmacologique. Sa formule moléculaire est C10H12N2 et sa structure chimique unique se caractérise par un cycle indole bicyclique fusionné à une chaîne latérale d'éthylamine. Cette particularité structurelle est à la base de ses divers rôles.

Formule structurelle de la tryptamine

En laboratoire, la structure chimique et la réactivité des tryptamines permettent de les soumettre à diverses modifications chimiques. Les chercheurs peuvent acyler, alkyler ou modifier la tryptamine pour créer une large gamme de dérivés de la tryptamine. Ces dérivés ont souvent des applications pharmacologiques, telles que le développement de nouveaux produits pharmaceutiques et de substances psychoactives. Cette souplesse dans les réactions chimiques a contribué à l'importance de la tryptamine dans les domaines de la chimie médicinale et des neurosciences.

Propriétés physiques de la tryptamine

La tryptamine, un composé d'un intérêt considérable, présente des propriétés physiques distinctives qui contribuent à sa reconnaissance et à son application dans divers domaines scientifiques. Sous sa forme pure, la tryptamine se présente comme un solide cristallin dont le point de fusion se situe généralement entre 113 et 116 ˚C. Cet état solide caractéristique et cette plage de fusion constituent des repères essentiels pour l'identification et la purification du composé.

Tryptamine

En outre, la tryptamine présente des caractéristiques de solubilité remarquables. Elle est soluble dans les solvants polaires, dont l'eau est un exemple frappant. Ce comportement de solubilité facilite son extraction et son isolement à partir de sources naturelles et aide à la préparation de solutions pour l'expérimentation en laboratoire. Elle est également soluble dans l'éthanol, le DMSO et le diméthylformamide. La couleur de la tryptamine, observée sous ses différentes formes, couvre un spectre allant du blanc au blanc cassé, avec des variations en fonction de sa pureté.

• Numéro CAS : 61-54-1 ;
• Nom officiel : 1H-indole-3-éthanamine ;
• Synonymes : 3-Indoleéthylamine, NSC 165212 ;
• Point d'ébullition : le point d'ébullition est d'environ 378 °C ;

Synthèses de la tryptamine

1. Décarboxylation du tryptophane

La synthèse de la tryptamine est un processus d'intérêt scientifique qui implique la création de ce composé par le biais de réactions chimiques contrôlées. L'une des principales méthodes utilisées pour la synthèse de la tryptamine est la décarboxylation du tryptophane, un acide aminé essentiel.

La synthèse commence généralement par le tryptophane, dérivé de sources naturelles ou produit synthétiquement. Cet acide aminé sert de précurseur à la tryptamine. L'étape clé du processus est la décarboxylation du tryptophane, au cours de laquelle le groupe carboxyle (-COOH) est retiré de la molécule, ce qui conduit à la formation de la tryptamine.

La réaction de décarboxylation nécessite souvent l'utilisation de réactifs et de conditions spécifiques. Des agents réducteurs, tels que l'hydrure de lithium et d'aluminium ou le borohydrure de sodium, sont couramment utilisés pour faciliter l'élimination du groupe carboxyle. La chaleur est également appliquée pour conduire la réaction vers le résultat souhaité.

Les chimistes et les chercheurs contrôlent soigneusement les paramètres de réaction pour garantir l'efficacité et la sélectivité du processus de décarboxylation. La tryptamine obtenue peut ensuite être isolée et purifiée par diverses techniques, telles que la chromatographie ou la cristallisation, afin d'obtenir un produit de la qualité et de la pureté souhaitées. Il est important de noter que si la décarboxylation du tryptophane est une méthode largement utilisée, il existe d'autres voies synthétiques et modifications pour la production de tryptamine.

Expériences

Décarboxylation dans l'éther diphénylique

Le DL-Tryptophane (1,0 g) et l'éther diphénylique (50 ml) ont été chauffés à reflux pendant 1 heure dans une atmosphère d'azote. Le mélange a été refroidi et extrait avec de l'acide chlorhydrique aqueux 2N (3x40 ml). Cet extrait a été lavé avec de l'éther, basifié (6N NaOH), et extrait avec de l'éther (5x50ml). Cet extrait a été lavé avec de l'eau et de la saumure, séché sur sulfate de sodium, et le solvant a été éliminé dans le vide, laissant un résidu qui a été recristallisé à partir de benzène pour donner des prismes jaune pâle (530 mg), mp 113-114°C. La sublimation a permis d'obtenir un solide cristallin incolore (450 mg, 57%), mp 114-115°C.

L'utilisation de tétraline fraîchement distillée comme solvant pour la décarboxylation a conduit à un rendement de seulement 36%. Avec de la tétraline commerciale, le rendement a été réduit à 20%. Aucune tryptamine n'a été isolée lors d'expériences utilisant de la diphénylamine ou du diméthylsulfoxyde à la place de l'éther diphénylique.

Décarboxylation du tryptophane dans le diphénylméthane

Une suspension de L-tryptophane (250 mg) dans du diphénylméthane chaud (10 g) a été doucement portée à reflux sous un courant d'azote pendant 5 à 20 minutes jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de dégagement de dioxyde de carbone. Après refroidissement, le mélange réactionnel jaune pâle et clair a été traité avec une solution de benzène (20 ml) saturée de chlorure d'hydrogène sec. Le précipité résultant a été recueilli par filtration, lavé avec du n-hexane et séché pour donner du chlorhydrate de tryptamine brut (223 mg, 93%) qui a été recristallisé à partir d'éthanol/acétate d'éthyle pour donner du chlorhydrate de tryptamine (151 mg, 63%) sous forme d'aiguilles incolores, mp 248-249°C.

Une autre procédure similaire (malheureusement sans référence) est la suivante

Un mélange de 0,3-0,5 g de DL-tryptophane et de 12-20 g de diphénylméthane a été porté à ébullition au-dessus d'une flamme de brûleur dans une atmosphère d'azote pendant 20 minutes. Après refroidissement, 20-40 ml d'une solution saturée de benzène de chlorure d'hydrogène ont été ajoutés au mélange. Le précipité de sels qui s'est déposé a été séparé et dissous dans un mélange d'éthanol et d'acétate d'éthyle. En refroidissant fortement, des cristaux incolores lustrés se sont déposés avec un mp de 248-249°C. L'expérience a été répétée plusieurs fois. Rendement 75-90%.

Décarboxylation du tryptophane catalysée par le cuivre

Chélate de cuivre du tryptophane

À une solution de L-tryptophane (50 g) dans l'eau, on a ajouté une solution d'acétate de cuivre(II) en excès dans l'eau. Le précipité obtenu a été filtré. L'extrait a ensuite été lavé plusieurs fois avec de l'eau chaude pour donner le composé de chélate de cuivre. Rendement : 52 g, mp >280°C.

Décarboxylation du chélate de cuivre de tryptophane

Une suspension de chélate de cuivre tryptophane dans du DMSO a été chauffée à 170-175°C pendant plusieurs minutes, au cours desquelles un dégagement de dioxyde de carbone a été observé. Après refroidissement, le précipité obtenu a été filtré et une quantité appropriée d'eau a été ajoutée au filtrat. Le mélange réactionnel a été rendu basique avec une solution d'hydroxyde de sodium à 30 % et extrait avec du chloroforme. Après distillation du solvant, le résidu obtenu a été purifié par chromatographie flash sur gel de silice pour donner de la tryptamine avec un rendement de 40 %. L'utilisation d'HMPA (triamide hexaméthylphosphorique) à la place du DMSO a permis d'augmenter le rendement à 45%, mais cette petite augmentation du rendement ne vaut pas la peine de travailler avec l'HMPA, un solvant coûteux et hautement toxique.

Décarboxylation du tryptophane dans la tétraline avec un catalyseur cétonique

Du L- ou DL-Tryptophane (102,1 g, 0,5 mol) a été suspendu dans de la tétraline (250 ml) contenant de l'acétone (2,9 g, 0,5 moles) et le mélange a été chauffé à reflux pendant 8-10 heures avec une agitation vigoureuse jusqu'à ce qu'il n'y ait plus d'émission de dioxyde de carbone et que le mélange réactionnel devienne clair. Le solvant a été éliminé sous vide et le résidu a été distillé sous pression réduite pour donner un solide cristallin jaune, bp 140-155°C à 0,25 mmHg. Ce solide a été recristallisé à partir de benzène bouillant pour donner des prismes jaunes pâles, mp 116-117,5°C (lit 115-117°C). Le rendement avec l'acétone comme catalyseur était de 75 %, la méthyléthylcétone de 84,4 %, la 3-pentanone de 85 % et la 2-pentanone de 86,2 %.

Décarboxylation catalysée par la cétone

La décarboxylation est réalisée en mélangeant environ 80 g de tryptophane dans 250 ml de solvant à point d'ébullition élevé (xylène, DMSO, cyclohexanol, etc.), en ajoutant une pincée de cétone (j'aime bien 5 g de cyclohexanone, mais quelques grammes de MEK fonctionnent raisonnablement bien), en chauffant le tout à environ 150 degrés, et lorsque l'évolution du CO2 cesse/la solution est claire, la réaction est terminée. Cela prend entre 1,5 et 4 heures. Une fois la réaction terminée, le solvant est éliminé par ébullition (ou du moins fortement réduit en volume), et le résidu est dissous dans du DCM. Celui-ci est lavé avec une solution de NaHCO3 à 5%, puis avec une solution d'eau distillée, la couche de DCM est séparée, séchée avec du MgSO4, et le DCM est éliminé par ébullition. Vous obtenez alors de la tryptamine raisonnablement pure.

Décarboxylation dans le cyclohexanol, avec la 2-Cyclohexen-1-one comme catalyseur

20 g de L-Tryptophane ont été dissous dans 150 ml de cyclohexanol contenant 1,5 ml de 2-cyclohexen-1-one, et la température de la solution a été maintenue à 154°C pendant 1,5 heure. La tryptamine a été isolée sous forme de sel HCl, mp 256°C. Rendement 92,3%.

2. Méthode de réduction du 3-(2-Nitrovinyl)indole

Une méthode alternative et remarquable pour la synthèse de la tryptamine implique la réduction du 3-(2-Nitrovinyl)indole, ce qui montre la polyvalence des approches en chimie organique. Cette méthode spécifique est un processus en plusieurs étapes qui commence par la nitration de l'indole, suivie de la réduction du nitroindole résultant pour former le 3-(2-Nitrovinyl)indole. La dernière étape de cette séquence implique la réduction du 3-(2-Nitrovinyl)indole pour produire de la tryptamine.

La réduction du 3-(2-Nitrovinyl)indole est généralement réalisée par des méthodes de réduction catalytique ou chimique. La réduction catalytique, qui utilise souvent de l'hydrogène gazeux en présence d'un catalyseur métallique tel que le palladium sur carbone, constitue un moyen contrôlé et sélectif de convertir le groupe nitro en groupe fonctionnel amine. L'hydrure de lithium et d'aluminium peut également être utilisé comme source d'hydrogène.

3. Voie enzymatique

Une autre voie de synthèse de la tryptamine implique une voie enzymatique, illustrant l'influence des catalyseurs biologiques en chimie organique. La synthèse enzymatique offre une approche plus durable et plus respectueuse de l'environnement, en exploitant la spécificité et l'efficacité des enzymes pour faciliter les transformations chimiques. Dans cette voie enzymatique, la matière première est souvent le tryptophane, précurseur de la tryptamine. Grâce à des processus enzymatiques, le tryptophane est transformé en tryptamine, ce qui élimine le besoin de réactifs chimiques agressifs et réduit l'impact de la synthèse sur l'environnement. L'une des enzymes impliquées dans ce processus est la tryptophane décarboxylase, qui catalyse la décarboxylation du tryptophane pour former la tryptamine. Les voies enzymatiques sont hautement spécifiques, permettant la conversion sélective du tryptophane en tryptamine tout en minimisant la formation de sous-produits indésirables.

La synthèse enzymatique de la tryptamine a attiré l'attention en raison de son potentiel en matière de chimie verte et de pratiques de fabrication durables. En exploitant les capacités inhérentes aux catalyseurs biologiques, cette méthode s'aligne sur les principes de la synthèse écologique, offrant une alternative aux approches chimiques traditionnelles. Alors que les chercheurs continuent d'explorer des méthodes innovantes dans le domaine de la synthèse organique, la voie enzymatique de la tryptamine apparaît comme une approche prometteuse et respectueuse de l'environnement, contribuant à l'évolution des pratiques durables dans le domaine de la fabrication chimique.

Pharmacologie de la tryptamine

La pharmacologie de la tryptamine est le résultat d'une interaction complexe entre ce composé monoaminergique et les processus biochimiques complexes du système nerveux central. La tryptamine, avec sa structure chimique particulière, exerce des effets profonds sur l'humeur, la perception et la cognition, ce qui en fait un sujet d'étude intense dans les domaines de la pharmacologie et des neurosciences.

Dérivés de la tryptamine

Au cœur de l'impact pharmacologique de la tryptamine se trouve son rôle de précurseur de neurotransmetteurs essentiels. Elle sert notamment d'élément de base à la sérotonine, un neurotransmetteur étroitement impliqué dans la régulation de l'humeur, des émotions et du sommeil. La synthèse de la mélatonine, une hormone essentielle à la régulation du rythme circadien, est également influencée par la tryptamine. Par conséquent, les altérations des niveaux de tryptamine peuvent avoir des implications considérables sur le bien-être mental et les cycles veille-sommeil.

Les effets psychoactifs de la tryptamine, bien qu'ils ne soient pas entièrement élucidés, proviennent de son interaction avec les récepteurs de la sérotonine dans le cerveau. La tryptamine peut activer faiblement le récepteur associé aux amines traces, TAAR1 (hTAAR1 chez l'homme). Des études limitées ont considéré la tryptamine comme un neuromodulateur trace capable de réguler l'activité des réponses des cellules neuronales sans se lier aux récepteurs postsynaptiques associés.

De plus, l'implication de la tryptamine dans le système sérotonergique s'étend à son impact sur les troubles de l'humeur et les conditions psychiatriques. Les chercheurs ont exploré son potentiel en tant qu'agent thérapeutique, notamment dans le développement de médicaments antidépresseurs et antipsychotiques.

Réactions à la tryptamine

La structure chimique de la tryptamine lui permet de se prêter à diverses réactions. Elle peut être acylée, alkylée ou modifiée d'une autre manière pour créer une large gamme de dérivés de la tryptamine. Certains de ces dérivés ont des applications pharmacologiques, tandis que d'autres sont utilisés dans la synthèse de composés organiques plus complexes. Ces réactions ont contribué à l'importance de ce composé dans les domaines de la chimie médicinale et des neurosciences.

Schéma général de la synthèse des dérivés de la tryptamine

Histoire de la tryptamine

La trajectoire historique de la tryptamine est un récit captivant qui traverse les cultures, les pratiques indigènes et l'évolution des connaissances scientifiques. Enracinée dans les traditions anciennes, l'histoire de la tryptamine se déroule à travers sa présence dans diverses plantes psychoactives et sa reconnaissance ultérieure au 20e siècle en tant que composant clé des expériences psychédéliques.

Dans les temps anciens, les cultures indigènes ont découvert intuitivement les propriétés psychoactives des plantes contenant de la tryptamine. Parmi les exemples notables, on peut citer l'utilisation de Banisteriopsis caapi dans les rituels traditionnels amazoniens, où elle fait partie intégrante de l'infusion d'ayahuasca. Les effets psychoactifs induits par ces préparations à base de plantes faisaient partie intégrante des pratiques spirituelles et de guérison, car ils permettaient d'accéder à des états de conscience modifiés.

Cependant, ce n'est qu'au milieu du 20e siècle que la tryptamine a gagné en importance dans la communauté scientifique. Avec l'isolement et l'identification de composés psychoactifs à partir de sources naturelles, les scientifiques ont commencé à démêler les composants chimiques responsables des effets observés dans les rituels indigènes. La tryptamine est apparue comme un composé crucial dans la composition des champignons hallucinogènes, en particulier ceux du genre Psilocybe.

Champignons Psilocybe

Les années 1950 et 1960 ont été marquées par un regain d'intérêt et de recherche pour les substances contenant de la tryptamine, sous l'impulsion du mouvement de la contre-culture et de l'exploration d'états de conscience altérés. C'est notamment à cette époque qu'Albert Hofmann, le chimiste qui a été le premier à synthétiser le LSD, a synthétisé la psilocybine, un dérivé de la tryptamine. La synthèse de la psilocybine a permis de mieux comprendre le rôle de la tryptamine dans l'induction des expériences psychédéliques.

Aujourd'hui, l'histoire de la tryptamine continue d'évoluer. Des recherches en cours explorent son potentiel thérapeutique, en particulier dans le domaine de la santé mentale, les scientifiques étudiant son impact sur la régulation de la sérotonine et les troubles de l'humeur. La riche tapisserie historique de la tryptamine, tissée à travers les rituels indigènes, les découvertes scientifiques et les changements sociétaux, souligne son importance durable dans l'appréciation humaine des composés altérant la conscience.

Applications de la tryptamine

Les applications de la tryptamine couvrent un large éventail de domaines scientifiques, médicaux et industriels, soulignant sa polyvalence et son importance dans différents domaines.

Chimie médicinale

La tryptamine est un élément fondamental de la synthèse des produits pharmaceutiques. Son rôle de précurseur de neurotransmetteurs tels que la sérotonine et la mélatonine en fait un élément central dans le développement de médicaments ciblant les troubles de l'humeur, la régulation du sommeil et de l'éveil et d'autres affections neurologiques. Les chercheurs s'appuient sur la structure chimique de la tryptamine pour concevoir et synthétiser de nouveaux composés susceptibles d'avoir des applications thérapeutiques.

Voici quelques exemples notables de produits pharmaceutiques dérivés de la tryptamine ou influencés par elle :

Agonistes de la mélatonine

Le rôle de la tryptamine en tant que précurseur de la mélatonine a inspiré le développement d'agonistes de la mélatonine tels que le ramelteon (Rozerem). Ces médicaments sont utilisés pour réguler les cycles veille-sommeil et traiter l'insomnie en imitant les effets de la mélatonine.

Ramelteon (Rozerem)

Les triptans pour le traitement de la migraine

Bien qu'ils ne soient pas directement dérivés de la tryptamine, les triptans comme le sumatriptan (Imitrex) et le rizatriptan (Maxalt) partagent une similarité structurelle avec la tryptamine. Ces produits pharmaceutiques sont utilisés pour soulager les migraines en ciblant les récepteurs de la sérotonine et en resserrant les vaisseaux sanguins dans le cerveau.

Sumatriptan (Imitrex) et rizatriptan (Maxalt)

Recherche en neurosciences

La tryptamine joue un rôle important dans la recherche en neurosciences, car elle permet d'étudier les voies des neurotransmetteurs et le fonctionnement du cerveau. En modulant les niveaux de tryptamine ou en étudiant ses interactions avec les récepteurs, les scientifiques découvrent les mécanismes complexes qui sous-tendent l'humeur, la perception et la cognition. Ces recherches contribuent à l'exploration des troubles neurologiques et au développement d'interventions ciblées.

Synthèse organique et dérivés

La structure chimique de la tryptamine facilite son utilisation en synthèse organique, ce qui permet aux chimistes de créer une variété de dérivés. Ces dérivés peuvent avoir des applications au-delà des neurosciences, notamment dans la synthèse de composés organiques complexes susceptibles de présenter un intérêt industriel ou pharmaceutique. Les chercheurs explorent la modification de la tryptamine pour développer des composés ayant des propriétés ou des fonctions spécifiques.

Applications thérapeutiques potentielles

Au-delà de ses associations historiques et récréatives, des recherches en cours explorent le potentiel thérapeutique des dérivés de la tryptamine dans le domaine de la santé mentale. La modulation des niveaux de sérotonine par les composés apparentés à la tryptamine est un sujet de recherche pour des maladies telles que la dépression, l'anxiété et le syndrome de stress post-traumatique. Cependant, l'exploration des applications thérapeutiques est nuancée, compte tenu des risques associés et des considérations éthiques.

Régulation de l'humeur et amélioration du sommeil

En raison de son implication dans la synthèse de la sérotonine et de la mélatonine, la tryptamine et ses dérivés sont étudiés pour leur potentiel dans la régulation de l'humeur et l'amélioration du sommeil. Des suppléments contenant des précurseurs de la tryptamine sont commercialisés pour leur impact perçu sur l'humeur et le sommeil, bien que l'efficacité et la sécurité de ces produits nécessitent un examen attentif.

En résumé, les applications de la tryptamine couvrent un large éventail de domaines scientifiques et pratiques, depuis son rôle fondamental dans la chimie médicinale et les neurosciences jusqu'à sa présence dans les substances psychoactives et ses applications thérapeutiques potentielles. L'exploration continue des propriétés à multiples facettes de la tryptamine continue de façonner ses diverses applications dans la recherche, l'industrie et la médecine.

Statut juridique de la tryptamine

Le statut juridique de la tryptamine et de ses dérivés varie selon les pays et les juridictions. Dans certains pays, la tryptamine est considérée comme une substance contrôlée en raison de son potentiel d'abus et de ses effets psychoactifs. Dans d'autres, elle peut être réglementée mais pas explicitement interdite. Les chercheurs et les particuliers doivent connaître les réglementations spécifiques à leur région avant de travailler avec la tryptamine.

Conclusion

En résumé, l'exploration de la tryptamine a révélé ses multiples facettes. De son rôle dans l'organisme à son impact sur la pharmacologie, les neurosciences et au-delà, la tryptamine est un composé d'une grande importance. L'article traite de ses propriétés, de ses diverses méthodes de synthèse, de ses racines historiques et de ses applications en chimie médicinale et en neurosciences. Les nuances pharmacologiques et les considérations juridiques de la tryptamine ajoutent à la complexité de l'article. Au fur et à mesure que les recherches se poursuivent, la tryptamine promet de façonner l'avenir de la médecine, de la chimie organique et de la psychofarmacologie.