Jump to content

Циклодекстрин

Химическая структура трех основных типов циклодекстринов.

Циклодекстрины — семейство циклических олигосахаридов , состоящих из макроциклического кольца субъединиц глюкозы , соединенных α-1,4 гликозидными связями . Циклодекстрины получают из крахмала путем ферментативной конверсии. Они используются в пищевой, фармацевтической, химической промышленности, доставке лекарств , а также в сельском хозяйстве и экологической инженерии. [1]

Циклодекстрины состоят из 5 или более α-D-глюкопиранозидных единиц, связанных 1->4, как в амилозе (фрагменте крахмала ). Типичные циклодекстрины содержат ряд мономеров глюкозы от шести до восьми единиц в кольце, образующих форму конуса:

Самый крупный хорошо охарактеризованный циклодекстрин содержит 32 звена 1,4-ангидроглюкопиранозида. Известны также плохо охарактеризованные смеси, содержащие по меньшей мере 150-членные циклические олигосахариды.

Приложения

[ редактировать ]
β-Циклодекстрин

Доставка лекарств

[ редактировать ]

Циклодекстрины входят в состав более чем 30 различных одобренных лекарств. [2] Имея гидрофобную внутреннюю часть и гидрофильную внешнюю поверхность, циклодекстрины образуют комплексы с гидрофобными соединениями. Альфа-, бета- и гамма-циклодекстрин в целом безопасными . признаны FDA США [3] [4] Их применяют для доставки различных лекарственных средств, в том числе гидрокортизона, простагландина, нитроглицерина, итраконазола, левомицетина. 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. [5] В большинстве случаев механизм контролируемой деградации таких комплексов основан на изменении pH водных растворов, приводящем к потере водородных или ионных связей между молекулами хозяина и гостя. Альтернативные средства разрушения комплексов используют нагревание или действие ферментов, способных расщеплять α-1,4 связи между мономерами глюкозы. Было также показано, что циклодекстрины улучшают проникновение лекарств в слизистую оболочку. [6]

Хроматография

[ редактировать ]

β-циклодекстрины используются для производства неподвижной фазы сред для разделения ВЭЖХ . [7]

Циклодекстрины связывают ароматизаторы . Такие устройства способны выделять ароматы при нагревании, например, при глажке, нагреве тела или в сушилке. Обычное применение — типичный «лист для сушки». Они также являются основным ингредиентом препарата Febreze , который утверждает, что β-циклодекстрины «улавливают» соединения, вызывающие запах, тем самым уменьшая запах. [1]

Циклодекстрины также используются для производства спиртового порошка путем капсулирования этанола . При смешивании с водой из порошка получается алкогольный напиток , его также можно принимать в виде таблеток. [8] Одобрение порошкового спирта FDA в 2014 году было встречено широкими запретами и негативной реакцией в Соединенных Штатах. [9]

Структура

[ редактировать ]
Тороидальная структура γ-CD, показывающая пространственное расположение.

Типичные циклодекстрины состоят из 6-8 глюкопиранозидных единиц. Эти субъединицы связаны 1,4- гликозидными связями . Циклодекстрины имеют тороидальную форму, причем большие и меньшие отверстия тороида подвергают воздействию растворителя вторичные и первичные гидроксильные группы соответственно. Из-за такого расположения внутренняя часть тороидов значительно менее гидрофильна, чем водная среда, и, следовательно, способна вмещать гидрофобные молекулы. Напротив, внешняя поверхность достаточно гидрофильна , чтобы придавать циклодекстринам (или их комплексам) водорастворимость. Они не растворяются в типичных органических растворителях.

Циклодекстрины получают ферментативной обработкой крахмала . [10] [11] Обычно циклодекстрингликозилтрансфераза (CGTase) используется вместе с α- амилазой . Сначала крахмал разжижают либо термической обработкой, либо с помощью α-амилазы, затем для ферментативной конверсии добавляют CGTase. CGTases производят смеси циклодекстринов, таким образом, продукт преобразования приводит к смеси трех основных типов циклических молекул в соотношениях, которые строго зависят от используемого фермента: каждая CGTase имеет свое характерное соотношение синтеза α:β:γ. [12] Очистка трех типов циклодекстринов использует различную водорастворимость молекул: β-ЦД, который плохо растворим в воде (18,5 г/л или 16,3 мМ при 25 °C), можно легко получить путем кристаллизации , в то время как более растворимый α- и γ-ЦД (145 и 232 г/л соответственно) обычно очищают с помощью дорогостоящих и трудоемких методов хроматографии . В качестве альтернативы на стадии ферментативной конверсии можно добавить «комплексообразователь»: 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 сторону синтеза осажденного циклодекстрина, тем самым обогащая его содержание в конечной смеси продуктов. Компания Wacker Chemie AG использует специальные ферменты, которые могут специально производить альфа-, бета- или гамма-циклодекстрин. Это очень ценно, особенно для пищевой промышленности, поскольку без ограничения суточного потребления можно употреблять только альфа- и гамма-циклодекстрин.

Кристаллическая структура ротаксана с α-циклодекстрина макроциклом . [13]

Производные

[ редактировать ]

Интерес к циклодекстринам возрастает, поскольку их поведением «хозяин-гость» можно манипулировать путем химической модификации гидроксильных групп. O- Метилирование и ацетилирование являются типичными превращениями. Оксид пропилена дает гидроксипропилированные производные. [1] Первичные спирты могут быть тозилированы. Степень дериватизации можно регулировать, т.е. полное метилирование или частичное. [14]

И β-циклодекстрин, и метил-β-циклодекстрин (MβCD) удаляют холестерин из культивируемых клеток. Было обнаружено, что метилированная форма MβCD более эффективна, чем β-циклодекстрин. Известно, что водорастворимый MβCD образует растворимые комплексы включения с холестерином, тем самым повышая его растворимость в водном растворе. MβCD используется для приготовления продуктов, не содержащих холестерина: объемная гидрофобная молекула холестерина легко помещается внутри циклодекстриновых колец. MβCD также используется в исследованиях по разрушению липидных рафтов путем удаления холестерина из мембран. [15]

Благодаря ковалентному присоединению тиоловых групп к циклодекстринам могут быть приданы высокие мукоадгезивные свойства, поскольку эти тиолированные олигомеры ( тиомеры ) способны образовывать дисульфидные связи с богатыми цистеином субдоменами гликопротеинов слизи. Таким образом, время пребывания тиолированных циклодекстринов в желудочно-кишечном тракте и глазах существенно увеличивается. [16] [17] Кроме того, тиолированные циклодекстрины активно поглощаются клетками-мишенями, высвобождая свою полезную нагрузку в цитоплазму. Например, клеточное поглощение различных модельных лекарств было улучшено в 20 раз при использовании тиолированного α-циклодекстрина в качестве системы-носителя. [18]

Исследовать

[ редактировать ]
Синтез акустически активных наночастиц для «наночастичной гистотрипсии».

В супрамолекулярной химии циклодекстрины являются предшественниками механически связанных молекулярных структур , таких как ротаксаны и катенаны . Показательно, что α-циклодекстрин образует координационный комплекс второй сферы с тетрабромаурат-анионом ([AuBr4]-). [19]

Было показано, что комплексы β-циклодекстрина с некоторыми каротиноидными пищевыми красителями усиливают цвет, повышают растворимость в воде и улучшают светостойкость. [20] [21]

Комплексы, образованные между β-циклодекстрином и производными адамантана, использовались для создания самовосстанавливающихся материалов, таких как гидрогели. [22] и поверхности с низким коэффициентом трения. [23]

Используя взаимодействие хозяин-гость между β-циклодекстрином и перфторгексаном , акустически активные наночастицы . были созданы [24] Эти наночастицы были объединены с гистотрипсией , что привело к развитию гистотрипсии, опосредованной наночастицами (NMH). NMH устраняет ограничения традиционной гистотрипсии , такие как неселективность и необходимость высокого давления. [25] Этот многообещающий новый метод имеет потенциальное применение в абляции клеток для различных целей, включая лечение рака . [26]

Модель заполнения пространства β-циклодекстрином.

Циклодекстрины были названы «целлюлозинами», когда их впервые описал А. Вильерс в 1891 году. [27] Вскоре после этого Ф. Шардингер идентифицировал три встречающихся в природе циклодекстрина: α, β и γ, называемые «сахарами Шардингера». В течение 25 лет, с 1911 по 1935 год, Ганс Прингсхайм в Германии был ведущим исследователем в этой области. [28] демонстрируя, что циклодекстрины образуют стабильные водные комплексы со многими другими химическими веществами. К середине 1970-х годов 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 циклодекстринов и их производных для промышленных и фармакологических применений. [29] Среди процессов, используемых для комплексообразования, процесс замешивания кажется одним из лучших. [30]

Безопасность

[ редактировать ]

Циклодекстрины представляют широкий интерес отчасти потому, что в исследованиях на животных они оказались нетоксичными. LD50 ( перорально, крысы) составляет порядка граммов на килограмм. [1] Тем не менее попытки использовать β-циклодекстрин для профилактики атеросклероза , [31] возрастное липофусцина накопление [32] и ожирение сталкиваются с препятствием в виде повреждения слухового нерва [33] инефротоксическое действие. [34]

  1. ^ Перейти обратно: а б с д и Виммер Т. (2012). «Циклодекстрины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайли-ВЧ. дои : 10.1002/14356007.e08_e02 . ISBN  978-3527306732 .
  2. ^ Гу А, Пшеница Н (2021). «Макроциклы как вспомогательные вещества, усиливающие действие лекарственных препаратов, в фармацевтических препаратах». Журнал явлений включения и макроциклической химии . 100 (1–2): 55–69. дои : 10.1007/s10847-021-01055-9 . S2CID   233139034 .
  3. ^ «Альфа-циклодекстрин» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Уведомление GRAS № GRN 000155. ; «Бета-циклодекстрин» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Уведомление GRAS № GRN 000074. ; «Гамма-циклодекстрин» . Управление по контролю за продуктами и лекарствами США. Уведомление GRAS № GRN 000046.
  4. ^ Уэкама К., Хираяма Ф., Ирие Т. (июль 1998 г.). «Системы-носители лекарственных средств циклодекстрина». Химические обзоры . 98 (5): 2045–2076. дои : 10.1021/CR970025P . ПМИД   11848959 .
  5. ^ Беккет Г., Шеп Л.Дж., Тан М.Ю. (март 1999 г.). «Улучшение растворения празиквантеля in vitro путем комплексообразования с альфа-, бета- и гамма-циклодекстринами». Международный фармацевтический журнал . 179 (1): 65–71. дои : 10.1016/S0378-5173(98)00382-2 . ПМИД   10053203 .
  6. ^ Моррисон П.В., Коннон С.Дж., Хуторянский В.В. (февраль 2013 г.). «Циклодекстрин-опосредованное повышение растворимости рибофлавина и проницаемости роговицы» . Молекулярная фармацевтика . 10 (2): 756–762. дои : 10.1021/mp3005963 . ПМИД   23294178 .
  7. ^ Мотояма А., Сузуки А., Широта О., Намба Р. (апрель 2002 г.). «Прямое определение энантиомеров пиндолола в сыворотке человека методом ЖХ-МС/МС с переключением колонок с использованием хиральной колонки фенилкарбамат-бета-циклодекстрин». Журнал фармацевтического и биомедицинского анализа . 28 (1): 97–106. дои : 10.1016/S0731-7085(01)00631-8 . ПМИД   11861113 .
  8. ^ «Порошковый спирт: инкапсуляция» . Национальная ассоциация по контролю за алкогольными напитками . Проверено 22 января 2024 г.
  9. ^ «Порошковый спирт» . Алкоголь.орг . Проверено 22 января 2024 г.
  10. ^ Сейтли Дж. (июль 1998 г.). «Введение и общий обзор химии циклодекстрина». Химические обзоры . 98 (5): 1743–1754. дои : 10.1021/cr970022c . ПМИД   11848947 .
  11. ^ Бивер А., Антраникян Г., Хайнцле Э. (сентябрь 2002 г.). «Ферментативное производство циклодекстринов». Прикладная микробиология и биотехнология . 59 (6): 609–617. дои : 10.1007/s00253-002-1057-x . ПМИД   12226716 . S2CID   12163906 .
  12. ^ Фарахат М (28 марта 2020 г.). «Повышение производства β-циклодекстрина и изготовление съедобных антимикробных пленок, содержащих эфирное масло гвоздики/комплекс включения β-циклодекстрина» . Письма по микробиологии и биотехнологии . 48 (1): 12–23. дои : 10.4014/mbl.1909.09016 . S2CID   216203179 .
  13. ^ Стэньер Калифорния, О'Коннелл М.Дж., Клегг В., Андерсон Х.Л. (2001). «Синтез флуоресцентных стильбенов и толан-ротаксанов методом сочетания Сузуки». Химические коммуникации (5): 493–494. дои : 10.1039/b010015n .
  14. ^ Брэди Б., Линам Н., О'Салливан Т., Ахерн С., Дарси Р. (2000). «6A-Op-толуолсульфонил-β-циклодекстрин». Органические синтезы . 77 : 220. дои : 10.15227/orgsyn.077.0220 .
  15. ^ Родаль С.К., Скреттинг Г., Гарред О., Вильхардт Ф., ван Деурс Б., Сандвиг К. (апрель 1999 г.). «Экстракция холестерина метил-бета-циклодекстрином нарушает образование покрытых клатрином эндоцитарных везикул» . Молекулярная биология клетки . 10 (4): 961–974. дои : 10.1091/mbc.10.4.961 . ПМК   25220 . ПМИД   10198050 .
  16. ^ Кали Г., Хаддадзадеган С., Лаффлер Ф., Бернкоп-Шнурх А. (январь 2023 г.). «Пертиолированные циклодекстрины: наноразмерные носители лекарственных средств, обеспечивающие длительное время пребывания в желудочно-кишечном тракте» . Углеводные полимеры . 300 : 120275. doi : 10.1016/j.carbpol.2022.120275 . ПМИД   36372469 .
  17. ^ Грассири Б., Нолл П., Фабиано А., Пирас А.М., Замбито Ю., Бернкоп-Шнурх А. (февраль 2022 г.). «Тиолированный гидроксипропил-β-циклодекстрин: потенциальный многофункциональный наполнитель для доставки лекарств в глаза» . Международный журнал молекулярных наук . 23 (5): 2612. doi : 10.3390/ijms23052612 . ПМЦ   8910138 . ПМИД   35269753 .
  18. ^ Каплан О., Трушковска М., Кали Г., Нолл П., Бланко Массани М., Браун Д.Е. и др. (сентябрь 2023 г.). «Тиолированный α-циклодекстрин: вероятно, наименьший носитель лекарственного средства, обеспечивающий усиленное клеточное поглощение и выход из эндосом» . Углеводные полимеры . 316 : 121070. doi : 10.1016/j.carbpol.2023.121070 . ПМИД   37321712 .
  19. ^ Лю З., Фраскони М., Лей Дж., Браун З.Дж., Чжу З., Цао Д. и др. (2013). «Селективное выделение золота, чему способствует координация второй сферы с α-циклодекстрином» . Природные коммуникации . 4 : 1855. Бибкод : 2013NatCo...4.1855L . дои : 10.1038/ncomms2891 . ПМЦ   3674257 . ПМИД   23673640 .
  20. ^ Марколино В.А., Занин Г.М., Даррант Л.Р., Бенасси М., Матиоли Г. (апрель 2011 г.). «Взаимодействие куркумина и биксина с β-циклодекстрином: методы комплексообразования, стабильность и применение в пищевых продуктах». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 59 (7): 3348–3357. дои : 10.1021/jf104223k . ПМИД   21381747 .
  21. ^ де Оливейра В.Е., Алмейда Е.В., Кастро Х.В., Эдвардс Х.Г., Дос Сантос Х.Ф., де Оливейра Л.Ф. (август 2011 г.). «Каротиноиды и комплексы включения β-циклодекстрина: рамановская спектроскопия и теоретические исследования». Журнал физической химии А. 115 (30): 8511–8519. Бибкод : 2011JPCA..115.8511D . дои : 10.1021/jp2028142 . ПМИД   21728366 .
  22. ^ Харада А., Такашима Ю., Накахата М. (июль 2014 г.). «Супрамолекулярные полимерные материалы посредством взаимодействия циклодекстрин-гость». Отчеты о химических исследованиях . 47 (7): 2128–2140. дои : 10.1021/ar500109h . ПМИД   24911321 .
  23. ^ Ван Ю, Сунь Ю, Авестро Эй Джей, МакГонигал П.Р., Чжан Х (ноябрь 2021 г.). «Супрамолекулярный ремонт поверхностей гидратной смазки» . Хим . 8 (2): 480–493. дои : 10.1016/j.chempr.2021.11.001 .
  24. ^ Хиралла Дж., Шмили Р., Демирел Э., Рехман Т.У., Хауэлл Дж., Дурмаз Ю.Ю. и др. (июнь 2019 г.). «Гистотрипсия, опосредованная наночастицами (НМГ), с использованием перфторгексановых «наноконусов» ». Физика в медицине и биологии . 64 (12): 125018. Бибкод : 2019PMB....64l5018K . дои : 10.1088/1361-6560/ab207e . ПМИД   31071701 .
  25. ^ Рехман Т.У., Хираллах Дж., Демирель Э., Хауэлл Дж., Влайсавлевич Э., Юксель Дурмаз Ю. (февраль 2019 г.). «Разработка акустически активных наноконусов с использованием взаимодействия хозяин-гость в качестве нового агента гистотрипсии» . АСУ Омега . 4 (2): 4176–4184. дои : 10.1021/acsomega.8b02922 . ПМК   6649115 . ПМИД   31459627 .
  26. ^ Тойдемир С., Холл С., Демирель Е., Эльмачи Д.Н., Гол Д., Влайсавлевич Е. и др. (декабрь 2022 г.). «Биоконъюгированные кластеры наноконусов β-циклодекстрина-перфторгексана как функциональные наночастицы для гистотрипсии, опосредованной наночастицами». Биомакромолекулы . 23 (12): 5297–5311. doi : 10.1021/acs.biomac.2c01110 . ПМИД   36418020 .
  27. ^ Вильерс А. «О превращении крахмала в декстрин масляной ферментацией». Счет Возвращает. акад. Наука . 1891 : 536–8.
  28. ^ Крини Дж. (26 июля 2020 г.). «Двадцать лет исследований декстрина: дань уважения профессору Гансу Прингсхайму (1876–1940)». Журнал явлений включения и макроциклической химии . 98 (1–2). ООО «Спрингер Сайенс энд Бизнес Медиа»: 11–27. дои : 10.1007/s10847-020-01013-x . S2CID   220774604 .
  29. ^ Сейтли Дж (1988). Циклодекстриновая технология . Том. 1. Дордрехт; Бостон: Академическое издательство Kluwer. ISBN  978-90-277-2314-7 . [ нужна страница ]
  30. ^ Гил А., Шамаю А., Леверд Э., Бугаре Дж., Барон М., Куарраз Дж. (октябрь 2004 г.). «Эволюция взаимодействия нового химического соединения, эфлюцимиба, с гамма-циклодекстрином в процессе замешивания» (PDF) . Европейский журнал фармацевтических наук . 23 (2): 123–129. дои : 10.1016/j.ejps.2004.06.002 . ПМИД   15451000 . S2CID   31860374 .
  31. ^ Циммер С., Гребе А., Бакке С.С., Боде Н., Халворсен Б., Улас Т. и др. (апрель 2016 г.). «Циклодекстрин способствует регрессии атеросклероза посредством перепрограммирования макрофагов» . Наука трансляционной медицины . 8 (333): 333ра50. doi : 10.1126/scitranslmed.aad6100 . ПМЦ   4878149 . ПМИД   27053774 .
  32. ^ Гаспар Дж., Матье Дж., Альварес П. (май 2017 г.). «2-Гидроксипропил-бета-циклодекстрин (HPβCD) снижает возрастное накопление липофусцина посредством холестерин-ассоциированного пути» . Научные отчеты . 7 (1): 2197. Бибкод : 2017НатСР...7.2197Г . дои : 10.1038/s41598-017-02387-8 . ПМЦ   5438378 . ПМИД   28526856 .
  33. ^ Крамлинг М.А., Лю Л., Томас П.В., Бенсон Дж., Каницки А., Кабара Л. и др. (2012). «Потеря слуха и гибель волосковых клеток у мышей, получавших холестерин-хелатирующий агент гидроксипропил-β-циклодекстрин» . ПЛОС ОДИН . 7 (12): е53280. Бибкод : 2012PLoSO...753280C . дои : 10.1371/journal.pone.0053280 . ПМЦ   3532434 . ПМИД   23285273 .
  34. ^ Скантлбери А.М., Оходницкий П., Корс Л., Рампанелли Э., Баттер Л.М., Эль Бумашули С. и др. (ноябрь 2019 г.). «β-Циклодекстрин противодействует ожирению у мышей, находящихся на западном диетическом питании, но вызывает нефротоксический эффект» . Научные отчеты . 9 (1): 17633. Бибкод : 2019NatSR...917633S . дои : 10.1038/s41598-019-53890-z . ПМК   6881402 . ПМИД   31776357 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: b9e9bef721e973f77a2cf4da547d3856__1719353400
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/b9/56/b9e9bef721e973f77a2cf4da547d3856.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cyclodextrin - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)