Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Химическая структура трех основных типов циклодекстринов.

Циклодекстрины представляют собой семейство циклических олигосахаридов , состоящих из макроциклического кольца субъединиц глюкозы, соединенных α-1,4- гликозидными связями . Циклодекстрины производятся из крахмала путем ферментативного превращения. Они используются в пищевой, фармацевтической, фармацевтической и химической промышленности, а также в сельском хозяйстве и экологической инженерии. [1]

Циклодекстрины состоят из 5 или более единиц α-D-глюкопиранозида, связанных 1-> 4, как в амилозе (фрагмент крахмала ). Самый крупный циклодекстрин содержит 32 1,4-ангидроглюкопиранозидных звена, в то время как в качестве плохо охарактеризованной смеси также известны по меньшей мере 150-членные циклические олигосахариды. Типичные циклодекстрины содержат ряд мономеров глюкозы в диапазоне от шести до восьми звеньев в кольце, образующих форму конуса:

  • α (альфа) -циклодекстрин : 6 субъединиц глюкозы
  • β (бета) -циклодекстрин : 7 субъединиц глюкозы
  • γ (гамма) -циклодекстрин : 8 субъединиц глюкозы

Приложения [ править ]

Доставка лекарств [ править ]

Обладая гидрофобным внутренним и гидрофильным внешним видом, циклодекстрины образуют комплексы с гидрофобными соединениями. Альфа-, бета- и гамма-циклодекстрин в целом признаны безопасными FDA США. [2] [3] Они применялись для доставки различных лекарств, включая гидрокортизон, простагландин, нитроглицерин, итраконазол, хлорамфеникол. Циклодекстрин придает растворимость и стабильность этим лекарствам. [1] Соединения включения циклодекстринов с гидрофобными молекулами способны проникать в ткани организма, их можно использовать для высвобождения биологически активных соединений в определенных условиях. [4] В большинстве случаев механизм контролируемой деградации таких комплексов основан на pH.изменение водных растворов, что приводит к потере водородных или ионных связей между молекулами хозяина и гостями. Альтернативные способы разрушения комплексов используют нагревание или действие ферментов, способных расщеплять -1,4-связи между мономерами глюкозы. Было также показано, что циклодекстрины усиливают проникновение лекарств через слизистые оболочки. [5]

Хроматография [ править ]

β-циклодекстрины используются для получения сред с неподвижной фазой для разделения ВЭЖХ . [6]

Другое [ править ]

Циклодекстрины связывают ароматы . Такие устройства способны выделять аромат во время глажки или при нагревании человеческим телом. Такое обычно используемое устройство представляет собой типичный «сушильный лист». Тепло сушилки для белья выделяет аромат на одежду. Они являются основным ингредиентом Febreze, который утверждает, что β-циклодекстрины «улавливают» вызывающие запах соединения, тем самым уменьшая запах. [1]

Циклодекстрины также используются для производства спиртового порошка путем инкапсуляции этанола . При смешивании с водой из порошка получается алкогольный напиток .


Структура [ править ]

Структура тороида γ-CD, показывающая пространственное расположение.

Типичные циклодекстрины состоят из 6-8 глюкопиранозидных единиц. Эти субъединицы связаны 1,4- гликозидными связями . Циклодекстрины имеют тороидальную форму с большим и меньшим отверстиями тороида, открытыми для вторичных и первичных гидроксильных групп растворителя соответственно. Благодаря такому расположению внутренняя часть тороидов не является гидрофобной , но значительно менее гидрофильной, чем водная среда, и, таким образом, способна принимать другие гидрофобные молекулы. Напротив, внешняя поверхность достаточно гидрофильна для придания циклодекстринам (или их комплексам) растворимости в воде. Они не растворяются в типичных органических растворителях.

Синтез [ править ]

Циклодекстрины получают путем ферментативной обработки крахмала . [7] [8] Обычно циклодекстрингликозилтрансфераза (CGTase) используется вместе с α- амилазой . Сначала крахмал разжижается либо посредством тепловой обработки, либо с использованием α-амилазы, затем добавляется CGTase для ферментативного превращения. CGTases продуцируют смеси циклодекстринов, таким образом, продукт превращения приводит к смеси трех основных типов циклических молекул в соотношениях, которые строго зависят от используемого фермента: каждая CGTase имеет свое собственное характерное соотношение синтеза α: β: γ. [9]Очистка трех типов циклодекстринов использует различную растворимость молекул в воде: β-ЦД, который плохо растворим в воде (18,5 г / л или 16,3 мМ) (при 25 ° C), может быть легко извлечен путем кристаллизации, в то время как более растворимый α- и γ-ЦД (145 и 232 г / л соответственно) обычно очищают дорогостоящими и трудоемкими методами хроматографии . В качестве альтернативы на стадии ферментативного превращения можно добавить «комплексообразующий агент»: такие агенты (обычно органические растворители, такие как толуол , ацетон или этанол)) образуют комплекс с желаемым циклодекстрином, который впоследствии осаждается. Образование комплекса приводит к превращению крахмала в синтез осажденного циклодекстрина, тем самым обогащая его содержание в конечной смеси продуктов. Wacker Chemie AG использует специальные ферменты, которые могут конкретно производить альфа-, бета- или гамма-циклодекстрин. Это очень ценно, особенно для пищевой промышленности, так как только альфа- и гамма-циклодекстрин можно употреблять без ограничения суточного потребления.

Кристаллическая структура ротаксана с макроциклом α-циклодекстрина . [10]

Производные [ править ]

Интерес к циклодекстринам усиливается, потому что их поведением хозяин-гость можно манипулировать путем химической модификации гидроксильных групп. О- метилирование и ацетилирование являются типичными превращениями. Оксид пропилена дает гидроксипропилированные производные. [1] Первичные спирты могут быть тозилированы. Степень дериватизации регулируется, то есть полное метилирование или частичное. [11]

Как β-циклодекстрин, так и метил-β-циклодекстрин (MβCD) удаляют холестерин из культивируемых клеток. Метилированная форма MβCD оказалась более эффективной, чем β-циклодекстрин. Известно, что водорастворимый MβCD образует растворимые комплексы включения с холестерином, тем самым повышая его растворимость в водном растворе. MβCD используется для получения продуктов, не содержащих холестерин: громоздкая и гидрофобная молекула холестерина легко оседает внутри циклодекстриновых колец. MβCD также используется в исследованиях для разрушения липидных рафтов путем удаления холестерина с мембран. [12]

Исследование [ править ]

В супрамолекулярной химии циклодекстрины являются предшественниками механически взаимосвязанных молекулярных структур , таких как ротаксаны и катенаны . Иллюстративно, α-циклодекстрин образует координационный комплекс второй сферы с тетрабромаурат-анионом ([AuBr4] -). [13]

Было показано, что комплексы бета-циклодекстрина с некоторыми пищевыми красителями каротиноидов усиливают цвет, увеличивают растворимость в воде и улучшают светостойкость. [14] [15]

История [ править ]

Модель заполнения пространства β-циклодекстрином.

Циклодекстрины, как они известны сегодня, были названы «целлюлозином», когда их впервые описал А. Вильерс в 1891 году. [16] Вскоре после этого Ф. Шардингер идентифицировал три встречающихся в природе циклодекстрина -α, -β и -γ. Поэтому эти соединения были названы «сахарами Шардингера». 25 лет, с 1911 по 1935 год, Прингсхайм в Германии.был ведущим исследователем в этой области, продемонстрировав, что циклодекстрины образуют стабильные водные комплексы со многими другими химическими веществами. К середине 1970-х каждый из природных циклодекстринов был структурно и химически охарактеризован, и было изучено гораздо больше комплексов. С 1970-х годов Сейтли и другие провели обширную работу по изучению инкапсуляции циклодекстринами и их производными для промышленного и фармакологического применения. [17] Среди процессов, используемых для комплексообразования, процесс замешивания кажется одним из лучших. [18]

Безопасность [ править ]

Циклодекстрины представляют большой интерес отчасти потому, что они нетоксичны. ЛД50 (перорально, крысы) составляет порядка граммов на килограмм. [1] Тем не менее, попытки использовать циклодекстрины для профилактики атеросклероза , [19] , связанные с возрастом липофусцином накопления [20] и ожирением столкновения с препятствием в виде повреждения слухового нерва [21] и нефротоксического эффект [22]

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б в г д Томас Виммер (2012). «Циклодекстрины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.e08_e02 . ISBN 978-3527306732.CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  2. ^ Уведомление GRAS № GRN 000155, альфа-циклодекстрин ; Уведомление GRAS № GRN 000074, бета-циклодекстрин ; Уведомление GRAS № GRN 000046, гамма-циклодекстрин
  3. ^ Уэкама, Кането; Хираяма, Фумитоши; Ири, Тетсуми (1998). "Системы-носители лекарственного средства циклодекстрина". Химические обзоры . 98 (5): 2045–2076. DOI : 10.1021 / CR970025P . PMID 11848959 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  4. ^ Беккет, Гордон; Schep, Leo J .; Тан, Мун Йи (1999). «Улучшение растворения празиквантела in vitro путем комплексообразования с α-, β- и γ-циклодекстринами». Международный журнал фармацевтики . 179 (1): 65–71. DOI : 10.1016 / S0378-5173 (98) 00382-2 . PMID 10053203 . 
  5. ^ Моррисон, Питер WJ; Коннон, Че Дж .; Хуторянский, Виталий В. (18.01.2013). «Циклодекстрин-опосредованное повышение растворимости рибофлавина и проницаемости роговицы» (PDF) . Молекулярная фармацевтика . 10 (2): 756–762. DOI : 10.1021 / mp3005963 . ISSN 1543-8384 . PMID 23294178 .   
  6. ^ Мотояма, Akira; Сузуки, Аяко; Широта, Осаму; Намба, Рюдзиро (2002). «Прямое определение энантиомеров пиндолола в сыворотке крови человека с помощью ЖХ-МС / МС с переключением колонок с использованием хиральной колонки с фенилкарбаматом-β-циклодекстрином». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 28 (1): 97–106. DOI : 10.1016 / S0731-7085 (01) 00631-8 . PMID 11861113 . 
  7. ^ Йожеф Szejtli (1998). «Введение и общий обзор химии циклодекстрина». Chem. Ред . 98 (5): 1743–1754. DOI : 10.1021 / cr970022c . PMID 11848947 . 
  8. ^ Biwer, A .; Антраникян, Г .; Хайнцле, Э. (2002). «Ферментативное производство циклодекстринов». Прикладная микробиология и биотехнология . 59 (6): 609–17. DOI : 10.1007 / s00253-002-1057-х . PMID 12226716 . S2CID 12163906 .  
  9. ^ Фарахат, Мохамед (2020-03-28). «Улучшение производства β-циклодекстрина и изготовления пищевых противомикробных пленок, содержащих комплекс включения эфирного масла гвоздики / β-циклодекстрина». Письма по микробиологии и биотехнологии . 48 (1): 12–23. DOI : 10.4014 / mbl.1909.09016 . ISSN 1598-642X . 
  10. ^ Stanier, Кэрол А .; О'Коннелл, Майкл Дж .; Андерсон, Гарри Л .; Клегг, Уильям (2001). "Синтез флуоресцентных ротаксанов стильбена и толана сочетанием Сузуки". Химические коммуникации (5): 493–494. DOI : 10.1039 / b010015n .
  11. ^ Бернадетт Брэди, Нуала Линам, Томас О'Салливан, Кормак Ахерн, Рафаэль Дарси (2000). «6А-Оп-толуолсульфонил-β-циклодекстрин». Орг. Synth . 77 : 220. DOI : 10,15227 / orgsyn.077.0220 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  12. ^ Родал, Сив Кьерсти; Скреттинг, Грета; Гарред, Эйстейн; Вильхардт, Фредерик; ван Деурс, Бо; Сандвиг, Кирстен (1999). «Экстракция холестерина с помощью метил-β-циклодекстрина препятствует образованию эндоцитарных везикул, покрытых клатрином» . Молекулярная биология клетки . 10 (4): 961–74. DOI : 10.1091 / mbc.10.4.961 . PMC 25220 . PMID 10198050 .  
  13. ^ Лю, Чжичан; Фраскони, Марко; Лей, Жуйин; Браун, Захари Дж .; Чжу, Чжисюэ; Цао, Деннис; Иель, Жюльен; Лю, Гуолян; Fahrenbach, Albert C .; Ботрос, Юссри Й .; Фарха, Омар К .; Хапп, Джозеф Т .; Миркин, Чад А .; Стоддарт, Дж. Фрейзер (2013). «Селективное выделение золота благодаря координации второй сферы с α-циклодекстрином» . Nature Communications . 4 : 1855. Bibcode : 2013NatCo ... 4.1855L . DOI : 10.1038 / ncomms2891 . PMC 3674257 . PMID 23673640 .  
  14. ^ Марколино, Ванесса Апаресида; Занин, Гизелла Мария; Даррант, Люсия Регина; Бенасси, Марта Де Толедо; Матиоли, Грасетт (2011). «Взаимодействие куркумина и биксина с β-циклодекстрином: методы комплексообразования, стабильность и применение в продуктах питания». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 59 (7): 3348–57. DOI : 10.1021 / jf104223k . PMID 21381747 . 
  15. ^ Де Оливейра, Ванесса Э .; Алмейда, Эдуардо WC; Castro, Harlem V .; Эдвардс, Хауэлл GM; Душ Сантуш, Элио Ф .; Де Оливейра, Луис Фернандо К. (2011). "Каротиноиды и комплексы включения β-циклодекстрина: Рамановская спектроскопия и теоретические исследования". Журнал физической химии . 115 (30): 8511–9. Bibcode : 2011JPCA..115.8511D . DOI : 10.1021 / jp2028142 . PMID 21728366 . 
  16. ^ Вилье, А. "Sur la трансформация де ла фекюля в декстрине par le ferment butyrique". Компт. Ренд. Акад. Sci . 1891 : 536–8.
  17. ^ Szejtli J. (1988). "Cyclodextrin Technology" vol 1. Springer, New York " ISBN 978-90-277-2314-7 [ необходима страница ] 
  18. ^ Gil, A .; Chamayou, A .; Leverd, E .; Bougaret, J .; Барон, М .; Куарраз, Г. (2004). «Эволюция взаимодействия нового химического соединения, эфлюцимиба, с γ-циклодекстрином в процессе замешивания» (PDF) . Европейский журнал фармацевтических наук . 23 (2): 123–9. DOI : 10.1016 / j.ejps.2004.06.002 . PMID 15451000 .  
  19. ^ Себастьян Циммер, Алена Гребе, Сирил С. Бакке и др. И Эйке Латц (2016). Циклодекстрин способствует регрессу атеросклероза за счет перепрограммирования макрофагов . Научная трансляционная медицина: 8 (333), 333ra50 doi : 10.1126 / scitranslmed.aad6100
  20. Перейти ↑ Gaspar, J., Mathieu, J., & Alvarez, P. (2017). 2-гидроксипропил-бета-циклодекстрин (HPβCD) снижает связанное с возрастом накопление липофусцина посредством связанного с холестерином пути. Научные отчеты, 7 (1), 2197. PMC  5438378
  21. ^ Crumling MA, Лю Л., Томас П. В., Бенсон Дж., Каники А., Кабара Л. и др. (2012) Потеря слуха и гибель волосковых клеток у мышей, получавших холестерин-хелатирующий агент гидроксипропил-β-циклодекстрин. PLoS ONE 7 (12): e53280. DOI : 10.1371 / journal.pone.0053280
  22. ^ Scantlebery, AML, Ochodnicky, P., Kors, L. et al. (2019). β-Циклодекстрин противодействует ожирению у мышей, получавших западную диету, но вызывает нефротоксический эффект . Научно Группа 9, 17633 DOI : 10.1038 / s41598-019-53890-г

Внешние ссылки [ править ]