Ciclodextrinele sunt carbohidrați , oligomeri ciclici ai glucozei obținuți prin mijloace enzimatice din amidon .
În compoziția ciclodextrinelor, resturile de D-(+)-glucopiranoză sunt legate în macrocicluri prin legături α-D-1,4- glicozidice . Proprietățile ciclodextrinelor diferă mult de dextrinele convenționale (liniare) . Uneori, ciclodextrinele sunt numite cicloamiloze , ciclomaltooligozaharide , ciclomaltodextrine . Nume istoric: dextrine cristaline Shardinger .
Pentru prima dată, ciclodextrinele au fost descoperite de M. Villiers ( MA Villiers ) în 1891 , care a studiat produsele metabolice ale bacteriilor Clostridium butyricum și a dat prima descriere a acestor carbohidrați cristalini sub denumirea de „celuloză” (celulozină). Cea mai mare contribuție la studiul ciclodextrinelor a fost adusă mai târziu (1903-1911) de F. Schardinger , după care au fost numite dextrine Schardinger pentru o lungă perioadă de timp.
Toate ciclodextrinele sunt pulberi cristaline albe, netoxice, practic fără gust. În exterior, acestea sunt substanțe albe cristaline și amorfe. Cantitatea de apă de cristalizare variază de la 1 la 18%, în funcție de metodele de uscare și preparare a medicamentului.
Ciclodextrinele se disting prin numărul de reziduuri de glucoză conținute într-una dintre moleculele lor. Deci cel mai simplu reprezentant - α-ciclodextrina - este format din 6 unități de glucopiranoză. β-ciclodextrină conține 7, iar γ-ciclodextrină - 8 legături. Sunt aceste trei tipuri de așa-numite. ciclodextrinele naturale (sau native) sunt cele mai frecvente și studiate. Ciclodextrinele, ale căror molecule constau din 3-5 unități de glucopiranoză, nu au fost încă sintetizate prin metode enzimatice, totuși au fost obținute prin metode de sinteză organică.
În timpul transformării amidonului în ciclodextrine cu ajutorul enzimei microbiene ciclodextringlucanotransferaza (CGTază, EC 2.4.1.19), se formează și zaharuri ciclice, având nouă, zece, unsprezece sau mai multe (până la 30-60) reziduuri de glucoză în ciclu și notate cu literele corespunzătoare ale alfabetului grecesc σ, ε , ζ, η, θ etc. Acestea sunt așa-numitele ciclodextrine cu inel mare (inel mare) .
Tabelul de mai jos prezintă principalele proprietăți ale ciclodextrinelor:
| Proprietate | α-ciclodextrină | β-ciclodextrină | y-ciclodextrină |
|---|---|---|---|
| Numărul de reziduuri de glucoză din macrociclu | 6 | 7 | opt |
| Greutatea moleculară, da | 972,85 | 1134,99 | 1297,14 |
| Diametrul exterior al torusului, Å | 13.7 | 15.3 | 16.9 |
| Diametrul intern al cavității torusului, Å | 5.2 | 6.6 | 8.4 |
| Înălțimea torusului, Å | 7.8 | 7.8 | 7.8 |
| Volumul cavității interne, ų | 174 | 262 | 472 |
| Volumul fizic al cavității dintr-o probă de 1 g CD, ml: | 0,1 | 0,14 | 0,2 |
| Volumul molar parțial în soluții, ml mol -1 | 611,4 | 703,8 | 801,2 |
| Solubilitate în apă la 25 °C, g/100 ml | 14.5 | 1,85 | 23.2 |
| Temperatura de descompunere, °C | 278 | 299 | 267 |
Forma moleculelor de ciclodextrine într-o aproximare aproximativă este un torus , asemănător de asemenea cu un trunchi de con gol. Această formă este stabilizată prin legături de hidrogen între grupările OH , precum și prin legături α-D-1,4-glicozidice. Toate grupările OH din ciclodextrine sunt situate pe suprafața exterioară a moleculei. Prin urmare, cavitatea interioară a ciclodextrinelor este hidrofobă și este capabilă să formeze complexe de incluziune cu alte molecule organice și anorganice în soluții apoase . În complecșii de incluziune, inelul de ciclodextrină este „molecula gazdă”, substanța inclusă este numită „oaspete”.
Complecșii de incluziune în apă se disociază în ciclodextrină și materia primă, arătând principalele proprietăți ale acesteia din urmă. Când sunt încălzite peste 50-60°C, complexele se descompun de obicei complet și, de obicei, își refac structura la răcire.
În timpul formării complexelor, multe dintre proprietățile inițiale ale compușilor incluși se modifică. Substanțele insolubile în apă dobândesc o solubilitate mai mare, devin stabile în procesele de oxidare și hidroliză, schimbă gustul, culoarea și mirosul. Din lichide și chiar din unele gaze nobile se pot obține compuși sub formă de pulbere, din substanțe uleioase - medicamente complet solubile în apă (de exemplu, vitamine solubile în grăsimi ).
Datorită proprietăților lor, ciclodextrinele sunt utilizate pe scară largă în tehnologia alimentară , farmaceutică , cosmetică , biotehnologie , chimie analitică , au perspective bune de utilizare în industria textilă , în procesele de tratare a apei și chiar în producția de ulei .
Beta-ciclodextrina este înregistrată ca aditiv alimentar E459 .
În prezent, ciclodextrinele sunt disponibile la prețuri mici, producția lor mondială fiind estimată la zeci de mii de tone.
Datorită capacității lor de a absorbi alcoolul etilic (până la 60% din propria greutate), ciclodextrinele sunt folosite ca bază pentru crearea băuturilor alcoolice instant sub formă de pudră. [unu]
Ciclodextrinele sunt capabile să mărească solubilitatea medicamentelor slab solubile în apă, precum și să îmbunătățească penetrarea medicamentelor prin membranele biologice. [2]
În plus, ciclodextrinele permit combinarea de medicamente de obicei incompatibile. În special, preparatele care, atunci când sunt amestecate, pot precipita. [3]
Ciclodextrinele sunt de mare interes în parte pentru că nu sunt toxice. DL50 (oral, șobolan) este de ordinul gramelor pe kilogram. [4] Cu toate acestea, încercările de a utiliza ciclodextrine pentru prevenirea aterosclerozei [ 5] [6] [7] acumularea de lipofuscină [8] și obezitatea [9] asociată cu vârsta [9] sunt împiedicate de afectarea nervului auditiv [10] și nefrotoxicitate . [9]
Având în vedere faptul că ateroscleroza este principala cauză a bolilor cardiovasculare , care reprezintă 40 - 50% din toate cauzele de deces în populația țărilor industrializate, încercările de a crea un medicament pe bază de ciclodextrină pentru prevenirea acestuia continuă. În special, a fost creat medicamentul UDP-003, care este un dimer al ciclodextrinei, care are toxicitate scăzută și este mult mai eficient decât alte ciclodextrine în îndepărtarea colesterolului toxic oxidat , un factor cheie în acumularea plăcilor de colesterol . [5]