Методы получение комплексов с циклодекстринами

Для проведения реакции комплексообразования (приготовления комплекса какого-либо со­единения с ЦД) должна быть приготовлена, как минимум, смесь этих веществ. При этом важно заранее правильно определить стехиометрию соотношения, что может быть сделано только в лабо­раторных экспериментах.

В «классическом примере» с толуолом и бета-циклодекстрином, стехиометрическое соотноше­ние составляет величину 1:1. В случае, если молекула «гостя» геометрически слишком мала, или, наоборот, велика, данный параметр может принимать иные значения, например 2:1, 1:2, 2:3. Воз­можны более сложные варианты, когда стехиометрия комплексов не может быть описана целыми числами или же меняется для одного и того же соединения в большую или меньшую сторону, в за­висимости от методов приготовления.

Важным вопросом является проблема выбора растворителя в качестве основы реакционной смеси, в которой, собственно, и будет производиться приготовление комплекса. Следует сразу за­метить, что наличие жидкости в смеси, приготовленной для реакции комплексообразования, не всегда обязательно. Классической иллюстрацией этому (Szejtli, 1989) является опыт, в котором смесь кристаллического бета-циклодекстрина и салициловой кислоты (1:1), помещенную в запа­янную стеклянную емкость, несколько месяцев хранили при комнатной температуре. В резуль­тате простого контакта образовался комплекс, что было продемонстрировано методами рент­геновской кристаллографии. Вместе с тем, такие процессы протекают достаточно медленно и в подавляющем большинстве случаев, наличие растворителя в системе желательно и необходимо.

Комплексообразование обычно осуществляют в водных растворах, хотя имеются сообщения о возможности проведения этого процесса в органических жидкостях: диметилсульфоксиде, ди- метилформамиде, глицерине, в которых циклодекстрины также неплохо растворимы. В качестве растворителей могут быть использованы и гидрофобные жидкости, не растворяющие цикличе­ские олигосахариды, но растворяющие включаемую субстанцию.

Таким образом, говоря о выборе растворителя, в большинстве случаев отдавать предпочтение водным системам, для которых могут быть сформулированы приведенные ниже рекомендации.

Получение комплексов в водных растворах ЦД. Общий смысл этой процедуры заключается в том, что к водному раствору циклодекстрина постепенно добавляют «вещество — гость» или его раствор в полярном растворителе, например этиловом спирте, ацетоне. Дополнительный раствори­тель применятся в том случае, если вещество-гость имеет твердое агрегатное состояние. Чисто внешне поведение системы может быть описано тремя схемами:

1. гомофазная смесь -- добавление комплексанта -► гомофазная смесь;

2. гомофазная смесь -» добавление комплексанта -* экспозиция в течение некоторого време­ни-» образование осадка комплекса;

3. гомофазная смесь -* добавление комплексанта -» немедленное образование осадка компле­кса.

В зависимости от того, каков характер комплексообразования, выбирается методическая стра­тегия, заключающаяся в правильном подборе времени реакции и физических условий ее проведе­ния. В идеале, ее следует провести таким образом, чтобы добавленные порции комплексообразова- теля успели образовать соединение включения до выпадения кристаллического осадка, после чего снизить температуру и добиться его образования. С этой точки зрения варианты схем 1 и 2 являют­ся более благоприятными в плане прогноза качества будущего комплекса. При «быстрой» кристал­лизации комплекса получаемого из твердофазного соединения следует остерегаться образования физической смеси кристаллов комплекса с исходным «гостем»

Перемешивание.

Температуру раствора следует подбирать, исходя из целесообразности повышения начальной концентрации реакционных ингредиентов, (например бета-циклодекстрина, растворимость кото­рого ограничена), или с целью замедления реакции комплексообразования (диссоциация компле­кса в воде особенно активна при температурах выше 50-70 ’С).

Скорость подачи комплексообразователя следует ограничивать в случае, если комплексант сильно гидрофобен, чтобы избежать расслоения системы. Этой же рекомендации следует придер­живаться, проводя комплексообразование при повышенных температурах (более 50 ’С).

Величина кислотности (щелочности) раствора имеет важное значение, когда комплексооб- разователь ионизирован. Следует подбирать такие значения pH, когда ионизация отсутствует, т. е. с органическими кислотами работать в кислых растворах, с органическими аминами в ще­лочных.

Приготовление комплексов в суспензии. Необязательно, чтобы Перед приготовлением компле­кса включения, например, в водной среде, циклодекстрин полностью находился в растворе. Очень часто при перемешивании суспензии ЦД и необходимой порции «молекулы гостя» в реакторе с ме­шалкой комплексообразование заканчивается в течение 2—24 ч. Контроль за процессом может быть осуществлен даже визуально — путем микроскопирования: специфические кристаллы ЦД исчезают, и их заменяет аморфоподобная высокодисперсная масса. Факт кристаллообразования может быть подтвержден также методами рентгеноструктурного анализа. Считается, что для полу­чения комплексов включения в промышленных условиях суспензионный метод является наиболее удобным.

В Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН разработан широкий ассортимент ап­паратуры для проведения механохимических реакций. Использование этих технологических ре­шений имеет очевидные преимущества и для приготовления комплексов включения на основе цик лодекстринов.

8.