Interested Article - Циклодекстрины

cathleen
  • 2021-03-14
  • 1

Циклодекстри́ны — углеводы , циклические олигомеры глюкозы , получаемые ферментативным путём из крахмала .

В составе циклодекстринов остатки D-(+)-глюко пиранозы объединены в макроциклы α-D-1,4- гликозидными связями . По свойствам циклодекстрины резко отличаются от обычных (линейных) декстринов . Иногда циклодекстрины называют циклоамилозами , цикломальтоолигосахаридами , цикломальтодекстринами . Историческое название: кристаллические декстрины Шардингера .

История изучения

Впервые циклодекстрины были обнаружены М. Вилльером ( М. А. Villiers ) в 1891 г., исследовавшим продукты метаболизма бактерий Clostridium butyricum , и давшим первое описание этих кристаллических углеводов под названием «целлюлозин» (cellulosine). Наибольший вклад в исследование циклодекстринов внёс позднее (1903—1911 гг.) Ф. Шардингер ( F. Schardinger ), в честь которого они длительное время назывались декстринами Шардингера.

Структура и свойства

Структуры трёх основных циклодекстринов.

Все циклодекстрины представляют собой белые кристаллические порошки, нетоксичные, практически не имеющие вкуса. Внешне — это белые кристаллические и аморфные субстанции. Количество кристаллизационной воды варьирует от 1 до 18 % в зависимости от методов сушки и приготовления препарата.

Циклодекстрины различают по количеству остатков глюкозы , содержащихся в одной их молекуле. Так простейший представитель — α-циклодекстрин — состоит из 6 глюкопиранозных звеньев. β-циклодекстрин содержит 7, а γ-циклодекстрин — 8 звеньев. Именно эти три типа т.н. натуральных (или нативных) циклодекстринов наиболее распространены и исследованы. Циклодекстрины, молекулы которого состоят из 3-5 глюкопиранозных звеньев, ферментативными методами до сих пор не синтезированы, однако были получены методами органического синтеза.

При трансформации крахмала в циклодекстрины с помощью микробного фермента (ЦГТазы, КФ 2.4.1.19) также образуются циклические сахара, имеющие девять, десять, одиннадцать и более (до 30—60) остатков глюкозы в цикле и обозначаемые соответствующими буквами греческого алфавита σ, ε, ζ, η, θ и т. д. Это так называемые крупнокольцевые (large-ring) циклодекстрины .

В нижеприведённой таблице — основные свойства циклодекстринов:

Свойство α-циклодекстрин β-циклодекстрин γ-циклодекстрин
Число остатков глюкозы в макроцикле 6 7 8
Молекулярный вес, Да 972,85 1134,99 1297,14
Внешний диаметр тора, Å 13,7 15,3 16,9
Внутренний диаметр полости тора, Å 5,2 6,6 8,4
Высота тора, Å 7,8 7,8 7,8
Объём внутренней полости, ų 174 262 472
Физический объём полости в навеске 1г ЦД, мл: 0,1 0,14 0,2
Частичный молярный объём в растворах, мл·моль −1 611,4 703,8 801,2
Растворимость в воде при 25 °C, г/100 мл 14,5 1,85 23,2
Температура разложения, °С 278 299 267

Образование клатратов

Форма молекул циклодекстринов в грубом приближении представляет собой тор , также напоминающий полый усечённый конус. Данная форма стабилизирована водородными связями между OH-группами , а также α-D-1,4-гликозидными связями. Все ОН-группы в циклодекстринах находятся на внешней поверхности молекулы. Поэтому внутренняя полость циклодекстринов является гидрофобной и способна образовывать в водных растворах комплексы включения с другими молекулами органической и неорганической природы. В комплексах включения кольцо циклодекстрина является «молекулой хозяином», включённое вещество называют «гостем».

Комплексы включения в воде диссоциируют на циклодекстрин и исходное вещество, проявляя основные свойства последнего. При нагревании выше 50—60 °C комплексы обычно распадаются полностью и обычно восстанавливают свою структуру при охлаждении.

В процессе образования комплексов меняются многие исходные свойства включаемых соединений. Нерастворимые в воде вещества, приобретают большую растворимость, становятся стабильными в процессах окисления и гидролиза, меняют вкус, цвет и запах. Из жидкостей и даже некоторых благородных газов могут быть получены порошкообразные соединения, из маслообразных веществ — полностью растворимые в воде препараты (например, жирорастворимые витамины ).

Применение

Благодаря своим свойствам циклодекстрины широко применяются в пищевых технологиях , фармацевтике , косметике , биотехнологии , аналитической химии , имеют хорошие перспективы использования в текстильной промышленности , в процессах очистки воды и даже в добыче нефти .

Бета-циклодекстрин зарегистрирован в качестве пищевой добавки E459 .

В настоящее время циклодекстрины доступны по низким ценам, их мировое производство оценивается в объёмах десятков тысяч тонн.

Благодаря своей способности абсорбировать этиловый спирт (до 60% от собственной массы), циклодекстрины используются как основа для создания порошкообразных растворимых алкогольных напитков.

Циклодекстрины способны увеличивать растворимость малорастворимых лекарств в воде, а также усиливать проникновение лекарств через биологические мембраны.

Кроме того циклодекстрины позволяют совмещать обычно несовместимые лекарственные препараты. В частности препараты которые при смешивании могут выпасть в осадок.

Безопасность и фармакология

Циклодекстрины представляют большой интерес отчасти потому, что они нетоксичны. ЛД50 (перорально, у крысы) составляет порядка граммов на килограмм. Тем не менее, попытки использовать циклодекстрины для профилактики атеросклероза , возрастного накопления липофусцина и ожирения сталкиваются с препятствием в виде повреждения слухового нерва и нефротоксического эффекта .

Учитывая тот факт, что атеросклероз это основная причина сердечно-сосудистых заболеваний на которые приходится 40 - 50% всех причин смерти населения промышленно развитых стран, попытки создания лекарственного препарата на основе циклодекстрина для его профилактики продолжаются. В частности создан препарат UDP-003, являющийся димером циклодекстрина, который имеет низкую токсичность и намного более эффективен, по сравнению с другими циклодекстринами в удалении токсичного окисленного холестерина , ключевого фактора накопления .

Примечания

  1. . Дата обращения: 27 апреля 2014. 11 мая 2014 года.
  2. Peter W. J. Morrison, Che J. Connon, Vitaliy V. Khutoryanskiy. // Molecular Pharmaceutics. — 2013-02-04. — Т. 10 , вып. 2 . — С. 756–762 . — ISSN . — doi : .
  3. Bouattour, Y., Neflot-Bissuel, F., Traïkia, M., Biesse-Martin, A. S., Frederic, R., Yessaad, M., ... & Sautou, V. (2021). Cyclodextrins Allow the Combination of Incompatible Vancomycin and Ceftazidime into an Ophthalmic Formulation for the Treatment of Bacterial Keratitis. International Journal of Molecular Sciences, 22(19), 10538. PMID PMC doi :
  4. Thomas Wimmer (2012). Cyclodextrins. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. doi :
  5. ↑ Oconnor, M. S., Clemens, D., Anderson, A., Dinh, D., & Sadrerafi, K. (2021). . Atherosclerosis, 331, e130-e131. doi :
  6. Sebastian Zimmer, Alena Grebe, Siril S. Bakke et al., and Eicke Latz (2016). от 24 марта 2017 на Wayback Machine . Science Translational Medicine: 8(333), 333ra50 doi :
  7. Mahjoubin-Tehran, M., Kovanen, P. T., Xu, S., Jamialahmadi, T., & Sahebkar, A. (2020). Cyclodextrins: Potential therapeutics against atherosclerosis. Pharmacology & Therapeutics, 107620. PMID doi :
  8. Gaspar, J., Mathieu, J., & Alvarez, P. (2017). 2-Hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (HPβCD) reduces age-related lipofuscin accumulation through a cholesterol-associated pathway. Scientific reports, 7(1), 2197. PMC
  9. ↑ Scantlebery, A.M.L., Ochodnicky, P., Kors, L. et al. (2019). от 6 декабря 2019 на Wayback Machine . Sci Rep 9, 17633 doi :
  10. Crumling MA, Liu L, Thomas PV, Benson J, Kanicki A, Kabara L, et al. (2012) Hearing Loss and Hair Cell Death in Mice Given the Cholesterol-Chelating Agent Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin. PLoS ONE 7(12): e53280. doi :

Литература

  • Edited By: Zhengyu Jin
  • Duchêne, D., & Bochot, A. (2016). Thirty years with cyclodextrins. International Journal of Pharmaceutics, 514(1), 58–72.
  • Crini, G. (2014). Review: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews, 114(21), 10940–10975.
  • Kurkov, S. V., & Loftsson, T. (2013). Cyclodextrins. International Journal of Pharmaceutics, 453(1), 167–180.
  • Szejtli, J. (2004). Past, present and futute of cyclodextrin research. Pure and Applied Chemistry, 76(10), 1825–1845.
  • Bognanni, N., Bellia, F., Viale, M., Bertola, N., & Vecchio, G. (2021). Exploring Charged Polymeric Cyclodextrins for Biomedical Applications. Molecules, 26(6), 1724. PMID PMC doi :
  • Loftsson, T. (2021). Cyclodextrins in parenteral formulations. Journal of Pharmaceutical Sciences, 110(2), 654-664. PMID doi :
  • Xu, C., Yu, B., Qi, Y., Zhao, N., & Xu, F. J. (2021). Versatile Types of Cyclodextrin‐Based Nucleic Acid Delivery Systems. Advanced Healthcare Materials, 10(1), 2001183. PMID doi :
  • Pandey, A. (2021). Cyclodextrin-based nanoparticles for pharmaceutical applications: a review. Environmental Chemistry Letters, 19(6), 4297-4310. doi :
  • Matencio, A., Hoti, G., Monfared, Y. K., Rezayat, A., Pedrazzo, A. R., Caldera, F., & Trotta, F. (2021). Cyclodextrin Monomers and Polymers for Drug Activity Enhancement. Polymers, 13(11), 1684. PMID PMC doi :
Источник —

cathleen
  • 2021-03-14
  • 1
  • Tags:

Same as Циклодекстрины

The title for the last searches