Циклодекстрини - олігосахариди циклічної будови

ЦИКЛОДЕКСТРИНИ – ОЛІГОСАХАРИДИ ЦИКЛІЧНОЇ БУДОВИ

Богинська В. В., студентка магістратури

Ковтун О. М., доцент

Національний педагогічний університет імені М. П. Драгоманова

Одним із новітніх напрямів в галузі хімії є супрамолекулярна хімія, яка продовжує розвиватись і сьогодні. Це міждисциплінарна галузь науки, що включає хімічні, фізичні та біологічні аспекти розгляду складних хімічних систем, зв'язаних в єдине ціле за допомогою міжмолекулярних нековалентних взаємодій. Такі системи називаються комплексами, які складаються з рецепторів (або лігандів) і субстратів («гостей»). Іноді їх називають «гість» і «господар» [4].

Одними із основних об’єктів дослідження супрамолекулярної хімії є олігосахариди циклічної будови, а саме циклодекстрини (ЦД), які використовують в якості «господарів» в цій галузі.

З розвитком хімії циклодекстринів формувалась їхня номенклатура. Першою назвою, яка використовувалася для циклодекстринів, представлених Вільєрсом, була "целюлозин". Пізніше була запропонована систематична номенклатура, в якій циклічні олігосахариди можуть бути названі за наступним алгоритмом: префікс "цикло-", тип зв'язків у круглих дужках, систематична назва глікозидного залишку з мультиплікативним суфіксом.

Великі циклодекстрини позначають грецькими літерами за пропозицією Френча і співробітників, як логічне продовження родових назв α-, β- і
γ-циклодекстринів. Останнім циклодекстрином, який отримав префікс грецької літери, є ω-ЦД [3].

У своїх працях В. Ши і А. Хеджес зробили спроби класифікувати циклодекстрини. Так всі циклодекстрини поділяються на природні і синтетичні. Вчені синтезували для розширення застосування циклодекстринів багато розгалужених ЦД та їх похідних, що дало змогу змінити фізичні і хімічні властивості циклодекстринів, зокрема, розчинність, комплексоутворюючу здатність, термічну і хімічну стабільність.

Розгалужені циклодекстрини можна розділити на дві категорії: гомогенні і гетерогенні розгалужені циклодекстрини, або одно- і багаторозгалужені циклодекстрини. Гомогенні розгалужені циклодекстрини мають тільки бічні ланцюги глюкози, які зв'язані з нативними ЦД. Гетерогенні розгалужені циклодекстрини мають один або більше залишків галактози або манози, зв'язаних один з одним або безпосередньо з природними ЦД.

Похідні ЦД зазвичай отримують шляхом амінування, етерифікації або естерифікації первинних і вторинних гідроксильних груп циклодекстринів. Практично всі похідні мають змінений об'єм гідрофобної порожнини, а також ці модифікації можуть поліпшити розчинність та хімічну стабільність ЦД.

Узагальнюючи літературні дані, класифікацію циклодекстринів можна представити так (схема 1).

[pic 1]

Схема 1. Класифікація циклодекстринів

Аналіз літератури показав, що циклодекстрини (ЦД) – циклічні олігосахариди, утворені у результаті деградації крохмалю під дією циклодекстринглюканотрансферази (ЦГТ-ази).

Серед циклічних найбільш поширених олігосахаридів, що широко використовують в промислових масштабах, виділяють α-, β- та
γ-циклодекстрини, які складаються з 6, 7 і 8 молекул глюкози, відповідно, які з’єднані α-(1,4)-глікозидними зв’язками. Циклодекстрини з числом глюкозних одиниць менше 6 через стеричний фактор існувати не можуть. На сьогодні відомі ЦД з 9, 10, 11, 12 і 13 залишками глюкози (δ-, ε-, ζ-, η- і θ-, відповідно), але лише δ-ЦД був вивчений детально. Найбільші ЦД швидко руйнуються. [pic 2]

Циклодекстрини мають кільцеподібну або тороїдальну форму молекули. Порожнина цих сполук покрита атомами Гідрогену, що надають їм гідрофобних властивостей, тоді як зовнішня поверхня є гідрофільною, завдяки ОН-групам. Останні поділяються на первинні (знаходяться з вузького боку конусу), і вторинні (знаходяться з широкої сторони молекули).

Порівнюючи α-, β- та γ-циклодекстрини, необхідно зазначити, що у молекулі β-ЦД повний вторинний пояс утворюється водневими зв'язками, тому
β-ЦД має досить жорстку структуру. Вторинний пояс є неповним у молекулі
α-ЦД, оскільки одна глюкопіранозна одиниця знаходиться у деформованому положенні. Отже, замість шести можливих водневих зв'язків утворюються тільки чотири. γ-ЦД являє собою некомпланарну, більш гнучку структуру, на стороні, де розташовані вторинні ОН-групи, діаметр порожнини більший, ніж на стороні з первинними ОН-групами, оскільки вільне обертання останніх зменшує діаметр порожнини. Тому β-ЦД має ідеальну симетрію, а α- та γ-ЦД-кільця дещо спотворені [1].