Циклодекстрины¶

Циклодекстрины — класс циклических олигосахаридов, состоящих из молекул глюкозы, соединённых α-1,4-гликозидными связями. Циклодекстрины образуются в результате ферментативного расщепления крахмала под действием циклодекстринглюканотрансферазы (CGTase). Благодаря уникальной молекулярной структуре — гидрофобной внутренней полости и гидрофильной внешней поверхности — циклодекстрины способны образовывать комплексы включения («гость-хозяин») с широким спектром органических и неорганических соединений, что определяет их широкое применение в фармацевтике, пищевой промышленности, косметологии и аналитической химии.

¶История открытия

Циклодекстрины были впервые описаны в 1891 году французским учёным Антуаном Вильерсом, который выделил их из бактериального ферментата крахмала. В 1903 году немецкий микробиолог Франц Шардингер установил их циклическую природу и кристаллическую структуру, в связи с чем соединения долгое время называли «декстринами Шардингера». Промышленное производство циклодекстринов стало возможным в 1970-х годах после разработки эффективных методов ферментативного синтеза и очистки, а в 1980-х годах началось их масштабное применение в Японии и странах Европы.

¶Строение и свойства

Молекула циклодекстрина имеет форму усечённого конуса (тора). Наружная поверхность молекулы гидрофильна благодаря гидроксильным группам, тогда как внутренняя полость выстлана атомами водорода и гликозидными кислородными мостиками, что придаёт ей гидрофобные свойства.

Основные типы циклодекстринов:

Наиболее распространённым и изученным является β-циклодекстрин. Циклодекстрины с числом остатков менее шести не существуют из-за стерических препятствий, а с числом более восьми (δ, ε и др.) синтезируются в следовых количествах и менее стабильны.

Ключевым свойством циклодекстринов является способность к образованию комплексов включения. В процессе комплексообразования молекула «гостя» (гидрофобное соединение) частично или полностью входит во внутреннюю полость циклодекстрина и удерживается там за счёт ван-дер-ваальсовых сил, гидрофобных взаимодействий и водородных связей. В результате изменяются физико-химические свойства гостевой молекулы: повышается растворимость в воде, стабильность к свету, теплу и окислению, снижается летучесть и токсичность.

¶Применение

¶Фармацевтика

В фармацевтической промышленности циклодекстрины используются как вспомогательные вещества для улучшения биодоступности лекарственных препаратов. Они позволяют:

• повышать растворимость плохо растворимых в воде активных фармацевтических ингредиентов;
• маскировать неприятный вкус и запах;
• стабилизировать неустойчивые соединения;
• обеспечивать контролируемое высвобождение действующего вещества.

Наиболее известные лекарственные препараты на основе циклодекстринов — итраконазол, нимесулид, альпростадил, вориконазол. Производное β-циклодекстрина — сульфобутиловый эфир β-циклодекстрина (каптисол) — используется в составе препарата «Вектибикс» (панумумаб) и ряда других.

¶Пищевая промышленность

В пищевой отрасли циклодекстрины применяются для:

• стабилизации ароматизаторов и эфирных масел;
• удаления нежелательных компонентов (холестерина из яичного желтка, горьких веществ из цитрусовых);
• защиты витаминов и антиоксидантов от разрушения;
• пролонгирования срока хранения продуктов.

В Японии и США циклодекстрины официально разрешены как пищевые добавки (E459 — β-циклодекстрин).

¶Косметология и бытовая химия

Циклодекстрины входят в состав дезодорантов, зубных паст, шампуней и кремов. Они связывают летучие пахучие вещества, обеспечивая длительное действие отдушек, и стабилизируют активные компоненты косметических средств. В бытовой химии используются в составе освежителей воздуха и моющих средств.

¶Аналитическая химия и разделение смесей

Циклодекстрины применяются в качестве хиральных селекторов в капиллярном электрофорезе и высокоэффективной жидкостной хроматографии для разделения оптических изомеров. Они также используются в сенсорных технологиях и молекулярном распознавании.

¶Производные циклодекстринов

Для расширения спектра применения создаются химические производные циклодекстринов. Наиболее распространённые из них:

• метилированные (диметил-β-циклодекстрин);
• гидроксипропилированные (2-гидроксипропил-β-циклодекстрин);
• сульфобутиловые эфиры;
• карбоксиметилированные.

Модификация гидроксильных групп позволяет регулировать растворимость, токсичность и способность к комплексообразованию исходных циклодекстринов.

¶Безопасность и токсикология

При пероральном приёме циклодекстрины практически не всасываются в желудочно-кишечном тракте и выводятся в неизменном виде. α- и γ-циклодекстрины метаболизируются микрофлорой кишечника. β-циклодекстрин при парентеральном введении может вызывать нефротоксичность, поэтому для инъекционных форм применяются его гидрофильные производные. В целом циклодекстрины признаны безопасными для использования в пищевых продуктах и лекарственных средствах в установленных дозировках.

¶Источники

• Szejtli J. Introduction and General Overview of Cyclodextrin Chemistry // Chemical Reviews, 1998.
• Del Valle E.M.M. Cyclodextrins and their uses: a review // Process Biochemistry, 2004.
• Loftsson T., Duchêne D. Cyclodextrins and their pharmaceutical applications // International Journal of Pharmaceutics, 2007.
• Kurkov S.V., Loftsson T. Cyclodextrins // International Journal of Pharmaceutics, 2013.