Структура трехзвенного циклодекстрина, полученная методом рентгеноструктурного анализа. Внутри макроцикла обозначены расстояния между гликозидными атомами кислорода (в ангстремах)

Хидетоси Ямада и его коллеги из японского Университета Кансэй Гакуин синтезировали самые маленькие циклодекстриновые циклы, содержащие три и четыре звена глюкозы. Классические циклодекстрины состоят из нескольких (чаще всего шести — восьми) циклических D-глюкопиранозидных звеньев. Это очень интересные соединения — их внутренняя полость гидрофобна и может образовывать в водных растворах комплексы с органическими и неорганическими молекулами (включенное вещество «гость», циклодекстрин «хозяин»). Благодаря своим свойствам циклодекстрины широко применяют в пищевых технологиях, фармацевтике, косметике, биотехнологии и многих других областях. Ранее считали, что из-за сильного пространственного напряжения циклические тример и тетрамер глюкозы не могут существовать. Но, оказалось, могут («Science», 2019, 4, doi: 10.1126/science.aaw3053).

Химикам и раньше удавалось синтезировать циклические углеводы, состоящие из трех остатков моносахаридов, однако у этих соединений отсутствовала характерная для циклодекстринов внутренняя полость, которая может улавливать небольшие молекулы.

Судя по публикациям, синтез малых циклодекстринов впервые заинтересовал Ямаду еще в конце 1990-х, однако потом он оставил попытки синтезировать подобные соединения. Интерес вернулся, когда в его исследовательской группе получили вещества, которые назвали мягкими глюкопиранозными циклами. Это удалось сделать с помощью мостиковой химической группы, связывающей два гидроксильных фрагмента глюкозы. Мостик способствовал тому, что глюкопиранозное кольцо деформировалось, благодаря чему его удалось объединить в циклодекстрины малого размера. После успешной циклизации таких искаженных молекул глюкозы мостик, позволявший получать трех- и четырехзвенные циклодекстрины, удаляли. Правда, в результате синтез новых молекул оказался многостадийным и не очень простым, тогда как классические, макроциклические циклодекстрины получают ферментативным гидролизом крахмала.

Ямада предполагает, что полученные в его лаборатории трех- и четырехчленные циклодекстрины смогут найти практическое применение, — возможно, их полости можно будет использовать для изготовления химических сенсоров или систем разделения газа. Однако прежде надо оптимизировать методику синтеза этих соединений, чтобы можно было получать их хотя бы в граммовых количествах. Пока что исследователям удалось получить только около 15 мг циклодекстрина из трех звеньев глюкозы и менее 5 мг циклодекстрина из четырех звеньев.

Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 6/2019) на с. 20.