История открытия циклодекстринов

Первое письменное упоминание о циклодекстринах было опубликовано в 1891 году французским ученым Антуаном Вильерсом, в котором он описал выделение 3 г кристаллического вещества в результате ферментативной обработки 1000 г крахмала. Полученное вещество оказалось устойчивым по отношению к кислотному гидролизу и, как целлюлоза, не проявило восстановительные свойства. Его экспериментальные результаты показали, что это вещество является декстрином [3]. Во втором сборнике научных трудов Вильерс описал химический состав нового кристаллического углевода: была представлена его простейшая формула [(C6H10O5)2Ч3H2O], и предложено название «целлюлозин» («cellulosinem») из-за сходства с целлюлозой, которая также устойчива к кислотному гидролизу. Вильерс отметил, что «белые кристаллы обладают слабым сладковатым вкусом», а также обладают высокой степенью оптической активности, которая была гораздо выше, чем у большинства декстринов, формирующихся под действием масляного брожения. Растворимость в воде новых кристаллов была мала, но возрастала с увеличением температуры. При разных условиях эксперимента, было получено два вида кристаллов, вероятнее всего это были б-декстрин (б-цикодекстрин) и в-декстрин (в-циклодекстрин). Вильерс рассматривал эти новые соединения в качестве изомеров крахмала, которые практически не растворимы в воде, растворимы в спирте, не подвергаются ферментации, устойчивы к действию кислоты, но могут превращаться в эфиры под действием хлорангидридов. Вильерс пришел к выводу, что свойства этих новых декстринов очень отличаются от свойств всех других сахаров, известных на тот момент. Тем не менее, он не продолжил исследование новых соединений (циклодекстринов), а предпочел сосредоточиться на алкалоидах [4].

Австрийский микробиолог Франц Шардингер работал в пищевом научно-исследовательском институте, где изучал различные бактерии, вызвавшие порчу пищевых продуктов, в том числе крахмала. В 1903 году Шардингер опубликовал статью, в которой описывал два кристаллических соединения, А и В, полученных на основе бактерий, ответственных за растворение крахмала и образование кристаллических продуктов. Он смог выделить очень небольшое количество соединения А, но значительно большее количество соединения В, которое он определил, как «целлюлозин Вильерса». В своей статье Шардингер предполагает, что «кристаллический декстрин» (Krystallisiertes декстрин) является наиболее подходящим название, чем «целлюлозин» для этих соединений. В 1911 году Шардингер посчитал, что номенклатура, которую он предложил в 1904 году не была на самом деле соответствующей и решил назвать «целлюлозины Вильерса» как «кристаллический б-декстрин» и «кристаллический в-декстрин». Он обнаружил, что декстрины могут быть синтезированы из нескольких источников крахмала, такие как картофель, рис, пшеница, а также действием бактерий, которые расщепляют крахмал с образованием декстринов. Шардингер был первым исследователем, которому удалось изучить и описать основные свойства декстринов. Кроме этого, он открыл способность декстринов к образованию комплексов с органическими молекулами. В самом деле, Шардингер известен как «отец-основатель» химии циклодекстринов. Он предположил, что загадочные кристаллические вещества являлись циклическими «полисахаридами». В последующие годы циклодекстрины были названы декстринами Шарденгера, в его честь [3].

С середины 1930;х годов начался исследовательский период циклодекстринов. В 1938 году Фройденберг и его сотрудники показали, что циклодекстрины имеют кольцевую структуру (1>4)-связанной единиц глюкозы с центральной полостью, и в последующие годы была определена их молекулярная масса. В конце 1930;х годов Фройденберг впервые предложил, что внутренняя полость декстрина обладает гидрофобными свойствами и описал почему декстрины образуют молекулярные комплексы включения. Через несколько лет, чтобы объяснить формирование комплексов включения типа «гость-хозяин», он впервые показал причастность гидрофобных сил к данному явлению. Научная группа Фройденберга обнаружила г-декстрин и объяснила его структуру между 1948 и 1950 годами. Фройденберг также предположил возможность существования циклодекстрина с 9 или 10 единицами глюкозы. Их существование было продемонстрировано несколько лет спустя Фрэнчем. Фройденберг изучил природу гликозидных связей. В 1953 году он зарегистрировал первый патент по применению циклодекстринов в фармацевтической промышленности. Работа Фройденберга значительно продвинула понимание структуры и химии декстринов Шардингера на новый уровень.

В 1942 году Декстер Фрэнч и Рандл, используя рентгеноструктурный анализ и кристаллическую плотность, определили молекулярные массы би.

в-декстринов и обнаружили точное количество остатков глюкозы в них, то есть шесть и семь, соответственно. Использование частичного кислотного гидролиза и ферментативного расщепления с последующими измерениями с помощью рентгеноструктурного анализа и бумажной хроматографии, Фрэнч показал, что в-декстрин состоит из семи остатков глюкозы, симметрично расположенных по кольцу и связанных друг с другом с помощью б-1,4- гликозидных связей. Френч предложил название для такого соединения циклооктаамилоза. В конце 1950;х годов Фрэнч и сотрудники определили точный молекулярный вес, точное химическое строение, размеры и типы связей в трех циклоамилозах (б-, в-, и г-декстринах). Кроме этого, Фрэнч изучал образование комплексов включения: например, он использовал спектрофотометрию для изучения взаимодействие между циклоамилозой и йодом. Он показал, что абсорбционная спектроскопия — интересный метод для определения константы диссоциации комплекса включения между циклоамилозой и субстратом. Многочисленные фундаментальные исследования Фрэнча привели к возрастающему интересу к циклодекстринам в качестве агентов, стабилизирующий аромат для пищевой промышленности [4].