Свойства циклодекстринов

Строение молекул. Семейство циклодекстринов включает в себя три основных продукта: альфа- ЦД, макрокольцо которого состоит из шести остатков глюкопиранозы, бета-ЦД из семи, и гамма- ЦД из восьми звеньев глюкозы (см.

Сумма биохимических превращений, катализируемых ЦГТазами

Рис. 4. Сумма биохимических превращений, катализируемых циклодекстринглюканотрансферазами

крахмала всегда присутствуют циклодекстрины большого размера. Из реакционной смеси, в прин­ципе, могут быть выделены молекулы циклических сахаров, имеющие девять, десять, одинна­дцать и более звеньев глюкозы в цикле, и соответственно обозначаемые буквами латинского алфавита б-, є-, £-ЦД- Не так давно были обнаружены кольцевые декстрины, состоящие из мальто- сахаридных цепей, состоящих из 30-60 остатков глюкозы. Тем не менее, практического интереса эти продукты не представляют, по свойствам напоминая аморфные ациклические декстрины.

Циклодекстрины нетоксичны и практически не имеют вкуса. Внешне это белые кристалличе­ские или аморфные порошки, причем форма кристаллов, хорошо различима при небольших увели­чениях и специфична для каждой из разновидностей гомологов. Количество кристаллизационной воды в различных препаратах циклодекстринов варьирует от 8 до 18 %, в зависимости от методов их приготовления, режимов сушки и кристаллизации. В частности, коммерческие реагенты могут иметь следующие формулы:

альфа-ЦД • Н₂О, альфа-ЦД • 7,5Н₂О,

бета-ЦД • 11Н₂О, бета-ЦД ■ 12Н₂О,

гаммаЦД ■ 13,ЗН₂О.

При нагревании выше 120 °С кристаллогидраты переходят в аморфную форму, теряя при этом вла­гу. Выше 180-200 °С начинается термическая деструкция, происходящая без видимых признаков плавления. Коммерческие препараты бета-ЦД более известны в формах, содержащих и 11, и 12 мо­лекул воды на один макроцикл. Физическая плотность циклодекстринов находится в пределах от 1,42 до 1,45 г/см³ в зависимости от количества молекул кристаллизационной воды.

Считается, что форма молекул циклодекстринов близка к тору, по определению представляю­щему собой «геометрическое тело, образованное вращением круга вокруг некой прямой, лежащей в плоскости этого круга, но не пересекающей его». В реальности, утверждение о близости формы молекул ЦД к форме классического тора достаточно далеко от действительности. На рис. 5 пред­ставлена серия так называемых софт-поверхностей молекул альфа-ЦД, рассчитанных с помощью компьютера, из которых следует, что на внутренней и внешней поверхности молекул ЦД присут­ствует целая серия как гидрофобных, так и гидрофильных впадин и выступов, отмеченных разны­ми цветами.

Таким образом, молекула альфа-ЦД представляет собой достаточно сложное образование, име­ющее сквозную гидрофобную полость, с характерным чередованием зон полярности на внешней и внутренней стороне молекулы.

Широко применяется функциональная структурная схема строения молекул циклодекстринов, предложенная Ф.Крамером стилизованная в виде конического полого цилиндра (рис. 6).

В основе структуры циклодекстринов находятся звенья глюкопиранозных колец (форма крес­ла, рис. 7), образующие лентообразную круговую структуру. Первичные гидроксильные группы шестого углеродного атома глюкопиранозы (С6) равномерно сосредоточены с узкой стороны молекул ЦД, вторичные (С2 и СЗ) с более широкой. Гидрофобная поверхность внутренней части кольца, в значительной части «выложена» водородными атомами НЗ и Н5, непосредственно свя­занными с атомами углерода, что, в основном, и является причиной отсутствия полярности полости.

Рис. 5. Серия «солъвентных» поверхностей молекулы альфа-уиклодекггрина, рассчитанных методами компьютерного моделирования

Рис. 6. Компьютерная модель молекулы альфа-ЦД и ее трансформация в функциональную структурную схему Крамера (Szeitli., 1989)

Табл. 1. Основные характеристики альфа-, бета- и гаммациклодетринов (J. Szeitli, 1989 )