Bir siklodekstrin (bazen sikloamiloz olarak adlandırılır ), çeşitli molekülleri kapsüllemeyi mümkün kılan doğal kökenli bir kafes molekülü veya moleküler kafestir . Siklodekstrinler günümüzde çok sayıda tarımsal gıda ve farmasötik üründe bulunmaktadır ve bu nedenle birçok bilimsel araştırmanın konusudur.
Bir siklodekstrin, n üyeli glukopiranozdan oluşan bir siklik oligomerdir ( oligosakarit ) C 6 H 10 O 5α- (1,4) 'e bağlı, dolayısıyla ham formül ( C6 H 10 O 5 ) n. Tipik siklodekstrinler için n'nin değerleri 6, 7 veya 8'dir. Ancak diğer siklodekstrinler, 10 ila 30 veya daha fazla mertebesinde daha yüksek n değerlerine sahiptir. Bu moleküllerin en büyüğü "dev siklodekstrinler" olarak adlandırılır ve molekül kafeslerinin özelliklerini kaybeder. İngiliz dilinde olduğu gibi, amiloidoza yaklaşma eğiliminde olan siklodekstrinler için sikloamilozlar terimini ayırmak mantıklı görünmektedir . Bu açık zincirli oligomer C'lik bir sayıda olan 6 H 10 O 5 zincir bağlantıları. Biz arasındaki yapısal benzerlik not: bir yandan üç tipik siklodekstrinler ve amiloz ile, ve diğer taraftan da üç sikloalkanlar (CH 2 ) n-ile n = 6, 7 ya da 8 ve polietilen (CH 2 ) n- n çok büyük.
Bir birinci siklodekstrin izole edilmiş ve kristalize edilmiştir , 1891 tarafından Antoine Villiers-Moriamé yan ürün bozunma çok minör olarak nişasta bakteri tarafından Bacillus amylobacter . Ölçtüğü kimyasal bileşim aslında bir siklodekstrininki idi, ancak suda ölçülen çözünürlük (15 ° C'de 13 g / L), onun molar kütleyi kriyoskopi ile buradan çıkarmasına izin vermek için çok düşüktü . Bu çözünürlük, p-siklodekstrininkine iyi karşılık gelir. 1900'lerin başında Schradinger, % 25-30 oranında siklodekstrin sağlayarak nişastayı parçalayan bakteri Bacillus macerans'ı izole etti ve α- ve-siklodekstrinleri kristalleştirdi. Daha sonra diğer bakterilerin (örn. Alkalofilik basil ) aynı şeyi yaptığını göstereceğiz . Siklodekstrinler, günümüzde hala esas olarak amilozun (nişastanın doğrusal fraksiyonu) enzimatik bozunmasıyla üretilmektedir .
Sırasıyla 6, 7 ve 8 üyeden oluşan α-, β- ve γ-siklodekstrinler ağırlıklı olarak kullanılan veya üzerinde çalışılan üç aile C 6 H 10 O 5.
α-siklodekstrin | β-siklodekstrin | γ-siklodekstrin | |
---|---|---|---|
CAS numarası | |||
Kaba formül | C 36 H 60 O 30 | C 42 H 70 O 35 | C 48 H 80 O 40 |
Molar kütle (g / mol) | 972.8 | 1135.0 | 1297.1 |
Cam değişim ısısı | 292 ° C ± 2 ° C . | ||
Boyu 0.79 nm olan boşluğun nm cinsinden çapı | 0,47 ila 0,53 | 0,60 ila 0,65 | 0,75 ila 0,83 |
25 ° C'de suda çözünürlük (g / L) | 145 | 18.5 | 232 |
Doğal siklodekstrinlerden birçok türev elde edilebilir: glukopiranoz birimlerinin hidroksil grupları aminlenebilir, esterlenebilir veya eterleştirilebilir. Bu türevlerin sentezi genellikle iyi çözünürlük elde etmeyi amaçlamaktadır . En çok çalışılanlar arasında β-siklodekstrin (βCD, doğal, yerli İngilizce ) türevleri vardır : hidroksipropil-β-siklodekstrin (HPCD) ve Rastgele-metillenmiş-β-siklodekstrin (Rameβ-CD).
Genel olarak, siklodekstrinler ve bunların hidrofilik türevlerinin, ağızdan uygulandıklarında pratik olarak toksik olmadığı düşünülmektedir. Gerçekten de, bu moleküller, neredeyse (biyolojik zarların üzerinden difüze ve bağırsak geçişi sırasında emilmez , oral LD50 , sıçan 18.800 mg / kg göre, β-siklodekstrin için MGVS'de ). Bu nedenle, 1993 raporuna dayanan 1995 tarihli bir raporda, WHO (Ortak FAO / WHO Uzman komitesi, 1993, 1995), zararlı etkisi olmayan bir doza dayalı olarak βCD için vücut kütlesinin kilogramı başına 5 mg Kabul Edilebilir Günlük Alım vermiştir. ( NOEL ) köpeklerde diyette% 1.25 (güvenlik faktörü 200). FDA (Gıda ve İlaç Kurumu) bir gıda olarak kullanımı ürüne bağlı olarak% 0,5 ila 2 kadar katkı yetki verir. BCD bu nedenle gıda endüstrisinde gıda katkı maddesi olarak kullanılır (E459).
Bu moleküller eko uyumlu olarak düşünülebilir ve doğal ortamda bozunur. Bununla birlikte, doğal siklodekstrin, değiştirilmiş siklodekstrinlerden daha kolay bozunur: 28 günde BCD'nin% 82 biyolojik bozunması, ancak HPCD için yalnızca% 9 ve MCD için% 9.
Siklodekstrinler, merkezlerinde bir boşluk oluşturan kesik bir koni yapısına sahiptir. Bu boşluk , suda çözünürlüğü düşük molekülleri barındırabilen apolar ve oldukça hidrofobik karbonlu bir ortam (karbon iskeleti ve eter bağındaki oksijen) sunar, torusun dışında birçok hidroksil grubu bulunur ve bu da iyi çözünürlüğe yol açar (ancak Sulu ortamda siklodekstrinlerin türevleri. Doğal β-CD'nin, doğal α-CD ve γ-CD'den neredeyse on kat daha az çözünür olduğu not edilecektir: aslında, tüm siklodekstrinlerin torusun dışında bir hidrojen bağı kuşağı vardır. Bu "kuşak" ın β-CD'de çok daha sert olduğu ortaya çıktı, bu da bu molekülün suyla hidrojen bağı oluşturmadaki zorluğunu ve dolayısıyla sulu ortamda daha düşük çözünürlüğünü açıklıyor. Bu apolar boşluk sayesinde, siklodekstrinler, çok çeşitli hidrofobik konuk moleküller ile sulu ortamda inklüzyon kompleksleri oluşturabilir . Bir veya daha fazla molekül, bir, iki veya üç siklodekstrin içinde kapsüllenebilir.
Kompleks oluşumu, konuk molekülün boyutu ile siklodekstrinin (konukçu) arasında iyi bir eşleşme olduğunu varsayar. "Hidrojen bağları veya Van der Waals elektronik etkileşimleri sayesinde boşluğun içinde kovalent olmayan bir şekilde oluşur" . Boşluğun içi, polar olmayan moleküllerin yerleştirilebileceği lipofilik bir mikro ortam sağlar . Bu komplekslerin oluşumuna neden olan ana kuvvet, yüksek entalpi su moleküllerinin boşluğundaki apolar-apolar birleşimleri yaratan hidrofobik moleküller ile yer değiştirerek sistemin enerji stabilizasyonudur . Bu konuk moleküller, serbest ve karmaşık durumları arasında dinamik bir denge içindedir. Bu kompleksleşmenin sonucu, sulu fazda çok çözünmeyen hidrofobik moleküllerin çözünmesidir. Bu nedenle siklodekstrinler, sulu bir ortamda kompleks oluşturabilir ve dolayısıyla hidrofobik bileşikleri çözebilir (boşluğun polaritesi, sulu bir etanol çözeltisininkiyle karşılaştırılabilir ). Siklodekstrinler, davet edilen molekül tipine bağlı olarak farklı stokiyometrilerin komplekslerini de oluşturabilir: birkaç CD aynı molekülü kompleks yapabilir veya birkaç molekül aynı CD ile kompleks oluşturabilir. Kompleksin stokiyometrisine (i: j) dikkat etmek gelenekseldir, burada j, dahil olan DC'lerin sayısını ve i komplekslenen moleküllerin sayısını gösterir. Bu stokiyometrilerin etrafındaki varyasyonların çok büyük olduğuna dikkat edin, en yaygın kompleksler (1: 1), (2: 1) ve (1: 2), ancak kompleksler (3: 4) veya hatta (5: 4) var!
Özel siklodekstrin dimer durumuYakın zamanda, bazı siklodekstrin dimerlerinin suda garip bir deformasyona uğrayabileceği yayınlandı. Aslında, "bağlayıcı" grubu taşıyan glukopiranoz birimi 360 ° dönebilir, böylece siklodekstrin ve hidrofobik grup arasında bir inklüzyon kompleksi oluşumuna izin verir .
Siklodekstrinler genellikle farmasötiklerde formülasyon için eksipiyan olarak kullanılır . Katkı komplekslerinin çökeltilmesiyle özellikle sıvı bileşiklerin katılara (tozlar, tabletler) dönüştürülmesini mümkün kılarlar. Pek çok ilaç hidrofobik moleküllerden oluşur, bu da bunların enjekte edilebilir bir çözelti içinde kullanılmasını imkansız kılar ve sindirim sırasında oral emilim sorunları ortaya çıkarabilir. Aktif bileşenlerin kompleksleşmesi , kan sisteminden geçişlerini veya difüzyonlarının ilerleyişini daha iyi kontrol etmeyi mümkün kılar . Diğer bir uygulama da dil altı yolla yapılan tedavidir. Işığa duyarlı veya çok reaktif aktif bileşenlerin kompleksleşmesi, genellikle bunları korumayı veya stabilize etmeyi mümkün kılar.
Ayrıca uzun süreli bir şekilde bir ilacı serbest bırakmak için iç protezlerinde kullanılabilir: böylece, bir CNRS laboratuvarı ( UMET ait Lille I Üniversitesi ) üzerine siklodekstrinleri kullanarak başardı aktif stent yapılmış Kobalt - Krom . Alaşımı kaplı (CoCr) lipofilik ilaçlar için bir rezervuar görevi gören ve anti-proliferatif ilaçların uzun süreli salınımına izin veren hidrofilik, biyolojik olarak uyumlu ve biyolojik olarak parçalanabilir siklodekstrinlere dayalı bir polimer ile ; polydopamine (PDA), bir biyopolimer (kullanılan güçlü bir yapışkandır kalıplar ) daha sonra "oluşturulacak polimer, bir siklodekstrin güçlü çapa sağlayan cihaz (CoCr) metal parçası üzerinde ince bir tabaka halinde uygulanan yerinde metile gelen" bir polikondensasyon reaksiyonu sırasında çapraz bağlama maddesi olarak siklodekstrinler ve sitrik asit. Aktif stentlerin kullanımının güvenliği ve dayanıklılığı, şimdiye kadar uzun vadede devam eden tromboz riskini azaltarak iyileştirilebilir .
Aynı "yapıştırıcı" ( Biyolojik Tabanlı Akıllı tarafından üretilen biyolojik yapıştırıcı ile ince iplikçik desteklerinden yapışmasına midye) ve bu da bir organ veya organizma, bir ilişkili manyetik nano partiküllerin içinde kullanımı zordur etkili fakat toksik antibiyotik biyosit ( nanosilver örneğin ) ancak birkaç saat etki etmesi için bırakıldıktan sonra geri kazanılabilir (bir mıknatıs kullanılarak).
Gıda endüstrisi , yaygın olarak kullanılan (ve en fazla 20 Japonya yıllar) olarak siklodekstrinlerin olan lezzet arttırıcı tat bileşiklerinin ya da çok olan düzeltme molekülleri kolay takılmasına izin veren ile uçucu ve tat süresini uzatmak, örneğin sakız . Bunun tersine, belirli istenmeyen molekülleri uzaklaştırmak için, özellikle pişmiş yemeklerde kolesterollerin veya acı bileşiklerin seviyelerini düşürmek için de kullanılırlar . Siklodekstrinler ayrıca mayonez ve hatta margarinler gibi emülsiyonları stabilize etmek için kullanılır .
Siklodekstrinler, analitik kimyada , özellikle HPLC'de (Yüksek Performanslı Sıvı Kromatografi), sabit fazda (genel olarak silika) bir aşı olarak giderek daha fazla kullanılmaktadır . Siklodekstrinin kullanımı, analiz edilecek bileşiklerin durağan faz için afinitesini değiştirmeyi ve dolayısıyla alıkonma sürelerini değiştirmeyi mümkün kılar. Siklodekstrinler ayrıca kiral selektör özellikleri sayesinde enantiyomerlerin ayrılmasına da izin verir .
Siklodekstrinlerin dikkate değer bir özelliği, belirli ışığa duyarlı molekülleri kompleks haline getirerek, uyarıma ( özellikle florimetri ) yanıt verme yeteneklerini geliştirmeleridir .
Siklodekstrinler, toprak ıslahında kullanım için ilginç özelliklere sahiptir :
Bu potansiyel kullanım, araştırılan iki ana yolla araştırmanın konusudur: biyoremediasyon ve ekstraksiyon. İlk yaklaşım 1980'lerden beri incelenirken , ikincisi 1990'larda ortaya çıktı .
Çevre kirliliği riski olmadan ham cevherden altın çıkarma (veya atılmış elektronik cihazlarda geri kazanımı). Bu süreç James Fraser Stoddart'ın ekibinden Zhichang Liu tarafından keşfedildi ve 2013'te Nature Communications dergisinde yayınlanan bir çalışmanın baş yazarı . İki test tüpünün içeriğini karıştırdı: biri a-siklodekstrin içeriyordu, diğeri altın içeren bir çözelti içeriyordu ve böylece karışımda atomlar, su ve su tarafından tutulan yaklaşık 4000 nanotel altın iyonunun bir araya getirilmesinden oluşan küçük iğneler elde edildi. siklodekstrin, bu altını cevherde bulunan paladyum veya platin gibi diğer değerli metallerden ayırır .
“Kaldırılması siyanür gelen altın sektöründe çevreye büyük önem taşımaktadır. Bu korkunç maddeleri, nişastadan elde edilen ucuz, biyolojik olarak zararsız bir malzeme ile değiştirdik . "