Химики впервые синтезировали малые циклодекстрины

Японские химики впервые синтезировали малые циклодекстрины, которые состоят из трех и четырех звеньев глюкозы. С помощью «мостика», который придал молекуле глюкозы конформационную подвижность, авторам удалось образовать кольцо как из трех, так и из четырех молекул глюкозы. Исследование опубликовано в журнале Science.

Циклодекстринами называют макроциклы из олигосахаридов, которые состоят из нескольких молекул глюкозы, соединенные α-1,4 гликозидными связями. Центр такого кольца гидрофобный, а наружная часть молекулы — гидрофильная. Это свойство позволяет использовать такие молекулы как реагент для перевода гидрофобных молекул в водный раствор. Циклодекстрины широко применяют в медицине, пищевой промышленности, аналитической химии и экологии.

Наибольшее распространение получили циклодекстрины, которые содержат от шести до восьми звеньев, так как напряжение связей между пиранозными кольцами минимально и такие молекулы относительно просто получать действием ферментов на полимер глюкозы — крахмал. Для образования малых макроциклов необходимо, чтобы мономеры обладали достаточной конформационной гибкостью. Ранее считалось, что существование трехчленных и четырехчленных циклодекстринов невозможно из-за высоких значений напряжений гликозидных связей.

Химики уже получали и описывали молекулы, подобные циклодекстринам с малыми кольцами (пятичленные), но только сейчас японскому исследователю Дайки Икута (Daiki Ikuta) с коллегами из университета Кансэй Гакуин удалось синтезировать макроциклы из трех и четырех звеньев глюкозы. На первой стадии синтетики защитили все гидроксильные группы глюкозы, кроме третьей и шестой, к которым двумя концами присоединяли молекулу, игравшую роль мостика и способную «изогнуть» моносахарид так, чтобы он мог образовать гликозидные связи с другими звеньями без избытка напряжения. Для синтеза четырехчленного циклодекстрина химики получили два димера, затем из них — тетрамер, который на следующей стадии образовал макроцикл. Циклодекстрин из трех молекул глюкозы образовался из тримера, полученного последовательным присоединением «гибких» моносахаридов.

Исследователи подтвердили структуру полученных веществ методом ядерного магнитного резонанса, масс-спектрометрией высокого разрешения и изучили кристаллы методом рентгеновской дифракции. Синтез циклодекстрина из трех звеньев оказался эффективней, чем из четырех — выход реакции образования трехчленного макроцикла достигал 88 процентов, и только 25 процентов цепей из четырех молекул глюкозы смогли связаться в кольцо. Объяснений этим различиям авторы статьи не приводят.

По словам исследователей, полученные циклодекстрины смогут найти применение в качестве очень селективного молекулярного сита, а разработанные методики помогут в синтезе веществ, для которых необходима конформационная гибкость моносахаридов.

Для создания сложных молекул часто приходится учитывать геометрические параметры и расположение атомов. В конце 2016 года английские ученые создали с помощью молекулярной «распорки» самое большое ароматическое кольцо.

Алина Кротова