大規模合成大環環糊精的新方法

環糊精(Cyclodextrins, CDs),是由葡萄糖分子首尾相連而形成的環狀結構,其中α-、β-和γ-環糊精分別包含了六、七和八個葡萄糖單元。環糊精目前已被工業界以噸級規模生產,並廣泛應用於食品、化妝品和藥物產業中。環糊精這種環狀分子具有獨特的中空結構,能夠包覆其他分子,因此在各種產品中被用來包裹藥物或香料等活性成分。然而,由九個以上葡萄糖單元組成的大環環糊精雖然早在數十年前就已被發現,但始終無法以超過毫克級的規模進行分離和研究。目前工業上製備環糊精的方法,主要是使用一種名為CGTase的酶將澱粉轉化為環狀結構。這種酶能夠切割澱粉分子並將其重新連接成環狀,但通常只能生成小環的環糊精。科學家們發現,在該酶促反應中,不同大小的環狀和鏈狀產物會不斷相互轉換,形成一個動態平衡的系統。如果在這個系統中添加一些能夠吸附或結合特定大小環糊精的輔助分子,就能夠打破平衡,使特定大小的環糊精優先被生成。但要找到合適的輔助分子一直是個難題,這限制了科學家深入研究大環環糊精的性質和潛在應用。

近日,丹麥技術大學的研究團隊,成功開發出一種可大規模生產δ-環糊精(九個葡萄糖單元)的方法,該方法可以達成40%以上的高產率和95%以上的高純度,且不需使用複雜的分離技術。該方法能成功的關鍵,在於他們使用了十二硼酸鹽(B12Cl122−)作為輔助分子,這種分子能夠優先與δ-環糊精結合,從而在酶促反應中促進其形成。整個合成過程只需要一個步驟,使用的材料和酶都很容易取得且價格低廉,而且輔助分子可以在反應後回收再利用,這使得δ-環糊精首次能夠被以克級的規模量產。研究人員發現,雖然在測試的三種十二硼酸鹽中,B12Br122−與δ-環糊精的結合力最強,但在實際合成中,B12Cl122−卻能產生更多的δ-環糊精。研究團隊解釋,這是因為B12Cl122−較不會與其他大小的環糊精(尤其是γ-環糊精)結合,有效減少了不必要的副反應。研究人員表示,這項技術開創了工業化生產δ-環糊精的可能性。

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