Elôzô rész

A ciklodextrinek a legalkalmasabb rotaxán-képzõ molekulák közé tartoznak. Ennek az a lényege, hogy egy hosszú molekulát át lehet fûzni a ciklodextrin üregen, majd a hosszú “tengely”-molekula két végéhez hozzákapcsolni nagy térkitöltésû csoportokat, vagy azokkal ionizálni, aminek következtében ez a befûzött molekula nem tud kicsúszni az üregbõl (7. ábra). A környezet különbözõ változásainak hatására (elektromos erõtér, pH, besugárzás stb.) a rotaxán tengelymolekulája elmozdul, elcsavarodik, úgy, mint egy golyóscsapágyba fûzött tengely.

7. ábra. CD-rotaxán: egy a,w-diamino-alkán "befûzôdik" a CD-hengerbe, majd a két aminocsoportot nagy térkitöltésû csoportokká alakítva (pl. kobaltklorid-etiléndiaminnal) a "tengelymolekula" már nem tud kicsúszni a CD-"csapágyból", abban azonban szabadon foroghat	8. ábra. "Molekuláris nyaklánc" (polirotaxán): egy polietilén-oxid "tengelyre" több CD-t is fel lehet fûzni, majd 1-fluor-2,4-dinitrobenzollal a lánc két végét lezárva a szerkezet stabilissá válik

A ciklodextrin gyûrû mozgása is korlátozott, csak a tengely irányában képes elmozdulni. Legújabban közölték a “molekuláris nyaklánc” elõállítását polioxietilénbõl (8. ábra), vagy b-ciklodextrinbe zárt hexametiléndiamint regáltattak ciklodextrinbe zárt diacidkloriddal, minek következtében olyan nylonszálak jöttek létre, amelyekre nagyszámú ciklodextrin gyûrû van ráfûzve. Ily módon egészen új típusú szerkezetû anyagok lesznek elõállíthatók.

Molekuláris “csöveket” lehet elõállítani oly módon, hogy például polietilén glikol-bisz-amint komplexálnak a-ciklodextrinnel, majd a keletkezett polirotaxánt reagáltatják 2,4-dinitrofluorobenzollal (9. ábra). Ily módon a hosszú lánc két végén olyan méretû csoport kötõdik, amely meggátolja a polietilén glikollánc kicsúszását az a-ciklodextrin molekulából. Ezután epiklórhidrinnel kezelve ezt a polirotaxánt a szomszédos ciklodextrin gyûrûk primér, ill. szekundér oldalai összekapcsolódnak. Vizes közegben nátrium-hidroxid hatására a dinitrofluorbenzol csoportok lehasadnak, és a polimerlánc kicsúszik a polimer csõbõl.

Lantanid-ionok alkalikus vizes közegben gyakorlatilag kvantitatíve kicsapódnak. Ciklodextrinek jelenlétében azonban nagymértékben megnõ a vízoldékonyságuk. Például a prazeodímium-ion a-ciklodextrinnel 1:1 mólarányú, g-ciklodextrinnel 2:1 mólarányú komplexet képez. Ezek azonban nem zárványkomplexek, az ionok az üregbe nem hatolnak be, hanem a kedvezõ térbeli közelségben és konstellációban elhelyezkedõ hidroxilcsoportokkal képeznek hidroxo-komplexeket. A cériumion g-ciklodextrin komplexe hatékonyan katalizálja a dezoxiribonukleinsav hidrolízisét.

Néhány újabb példa a ciklodextrinek alkalmazására az élelmiszer-, kozmetika-, vegyiparban és a biotechnológiában

A stabilis por alakú aromaanyag/ciklodextrin zárványkomplexek gyártása már évek óta nagy mennyiségben folyik, például Franciaországban. Magyarországon a narancshéjolaj és a citromhéjolaj/b-ciklodextrin tartalmú porcukor van forgalomban. Az Egyesült Államokban az FDA még nem engedélyezte a ciklodextrinek általános humán fogyasztását, ez azonban csak idõ kérdése. Egy éve már engedélyezve és forgalomban van a GARLESSENCE, ami fokhagymaolaj/b-ciklodextrin komplexe (vér koleszterinszint csökkentõ). (Magyarországon ugyanez Allidex néven kapható.)

Az egyik nagyvolumenû ciklodextrinfogyasztó az élelmiszeriparban a csökkentett koleszterintartalmú vaj és tejtermékek gyártása. Belgiumban, Franciaországban forgalomban van ilyen termék. A vajat meleg b-ciklodextrin szuszpenzióval keverik el, majd centrifugálással elválasztják a lipidfázist, a koleszterin 90%-a hidrofil ciklodextrines fázisban marad. A kapott koleszterin/ciklodextrin komplex regenerálható, így a ciklodextrin többször felhasználható ilyen célra. Az Egyesült Államokban koleszerinmentes tojást is forgalmaznak már, a tojás sárgájából a koleszterin éppúgy eltávolítható, mint a vajból. Természetesen az ily módon kezelt tojás már csak hûtött állapotban vagy szárított tojáspor formájában hozható forgalomba.

Növekszik azon kozmetikai termékek száma, amelyek ciklodextrint tartalmaznak valamilyen célból. Napbarnító preparátumokban az AOK, az Avon, az Estée-Lauder stb. cégek használnak ciklodextrint, ez esetben a ciklodextrin funkciója egyes komponensek kellemetlen szagának az eltüntetése. A Shiseido cég tartós hatású parfümöt hoz forgalomba, a vizes szuszpenzióban hidroxipropil-b-ciklodextrinnel komplexált illatanyagok vannak, amelyet a bõrre kenve 6–8 órán keresztül tartó egyenletes illatanyag leadás biztosítható.

Az Egyesült Államokban évi 1 000 tonnánál is több b-ciklodextrint használnak egy olyan termékben, amelyben az illatanyag ciklodextrinnel komplexálva kerül felvitelre egy textil alapú kendõre. Ezt a kendõt kell bedobni a mosási folyamat után a szárítógépbe, ahol is a hõ és a nedvesség hatására válik szabaddá az illatanyag és a lágyítóval együtt fixálódik a mosott textílián.

A textilipar szempontjából nagyon fontos az, hogy a ciklodextrinek olyan segédanyagokat tudnak helyettesíteni, amelyeknek igen nagy a kémiai oxigénigényük, tehát erõsen környezetszennyezõk. A ciklodextrinek ebbõl a szempontból sokkal “szelídebb” anyagok, biodegradációjuk semmilyen nehézséget nem jelent. A textiliparban a ciklodextrinek alkalmazása terén a kutatások két irányban folynak. Az egyik az, hogy a ciklodextrineket a textilkikészítés során alkalmazzák a vizes rendszerekben a környezetszennyezõ detergensek helyett, például a direkt színezékek mobilizálásában, azok felvitelében a textilszálakra. A közlemények szerint az orsókon lévõ szálak színezése egyenletesebb, mint amit az eddig használatos színezõ fürdõkben el lehet érni. A másik irányzat az, hogy ciklodextrineket kémiailag lehet kötni az említett (pl. triazinil származékot) a textilrostok felületén. A textilrostok tömegének kb. 6%-át kitevõ mennyiségû ciklodextrin köthetõ ilyen formában meg, amellyel immobilizálni lehet pl. illatanyagokat. Ezek az illatanyagok csak a viselés közben, a test páraleadása és melege következtében lassan válnak szabaddá, ugyanakkor a kiürülõ ciklodextrin gyûrûk megkötik az izzadtság kellemetlen illatú komponenseit. A ciklodextrin nemcsak a cellulózrostokhoz, de a gyenge hidrofilicitású mûszálak felületére is köthetõ, így a mûszálak felületmódosítására eddig elképzelhetetlen lehetõséget nyújtanak a ciklodextrinek.

Ciklodextrin-butiléter vízben nem, de szuperkritikus CO₂-ben oldódik, így szintetikus szálakra [pl. poli-(etilén-tereftalát)] felvihetõ – ezt jól szemlélteti az, hogy jódgõz hatására a szál elszínezõdik, de természetesen jód helyett vízben nem oldódó színezékeket is meg tud kötni a rögzített ciklodextrin.

A metilezett ciklodextrinek igen jelentõs mértékben csökkentik a víz felületi feszültségét, tehát úgy viselkednek, mint a detergensek, de nem habzanak. Egy ciklodextrinmolekula egyetlen komplett micellának tekinthetõ. Vizes ciklodextrin oldatok alkalmasak lipid vagy protein szennyezések eltávolítására szilárd felületekrõl. Egy szokásos mosószer 1,5%-os vizes oldatába mártva egy dodecil-izocionáttal szennyezett gumikesztût, a szennyezõdés 12%-a oldódik le. Háromszori mosószerbe történõ mártással már 28% távolítható el. 1,5%-os dimetil-b-ciklodextrin oldatba mártva ugyanilyen szennyezett gumikesztyût egyszeri bemártásra 45%-a, háromszori bemártásra 82%-a távolítható el a szennyezõ anyagnak. ... Ugyanilyen szennyezõdés-eltávolító hatékonysággal rendelkezik a metilezett ciklodextrin mûanyag flakonok, üveglemezek vagy acéllemezek esetében is.

Kontaktlencsék tisztítására ugyancsak alkalmas a dimetil-b-ciklodextrin. Ez esetben nemcsak leoldja a lipid és protein szennyezéseket a lencsérõl, de arra is jó, hogy oldja az antiszeptikus benzoilperoxidot vagy más antiszeptikus hatóanyagot.

A vízben oldhatatlan ciklodextrin szulfát alumínium só a rekombináns humán fibroblaszt növekedési faktor számára jelentõs mértékû védelmet biztosít a pepszinnel és az alfa-chimotripszinnel szemben és lassú hatóanyagleadást biztosít. Állatkísérletekben ez a kombináció hatékonynak bizonyult a gyomorfekélyek kezelésére.

A gépiparban fémfelületek, alkatrészek zsírtalanítására a szokásos szerves oldószerek használatát a robbanásveszély korlátozza, a nem gyúlékony halogénezett oldószereket pedig a Földünket körülvevõ ózonpajzsot károsító hatása miatt nem lehet használni. A metilezett ciklodextrinek meglepõen hatékony zsírtalanító ágenseknek bizonyultak, pl. motoralkatrészek számára. A szokásos detergensektõl eltérõen a metilezett ciklodextrinek nem képeznek emulziót ilyen körülmények között.

Illatanyag ciklodextrin komplexeit kezelve termoplasztikus polimer pelletekkel, hosszú idõn át a kívánt illatot leadó mûanyag tárgyak, alkatrészek állíthatók elõ. Például: autókárpitozásban használt mûanyag bevonatokat lehet elõállítani, melyek a valódi bõr illatát árasztják. Telefonkagyló mikrofon végére rápattintható mûanyag rács hat hónapon keresztül illatozik, de antiszeptikus anyagok komplexe is belekeverhetõ a mûanyagba a préselés elõtt. Ciklodextrineket keverve a különbözõ mûanyag termékekbe, azok biodegradációját használat után jelentõsen meg lehet gyorsítani. Ciklodextrinekkel szemipermeábilis, ill. enantioszelektív membránok állíthatók elõ.

A mikrobiológiai tankönyvek szerint a lepra baktérium (Mycobacterium leprae) egyik legfontosabb jellemzõje az, hogy in vitro nem tenyészthetõ. Ez mind diagnosztikáját, mind az ellene ható gyógyszerek szkrínelését igen megnehezítette. Egy hazánk fia, Kátó László a montreali egyetem most már nyugdíjas professzora, életébõl 30 évet szentelt a lepra baktérium in vitro tenyésztésének. Montreali laboratóriumában, ill. az afrikai és brazíliai dzsungelbeli lepra kórházakban – elmondása szerint – harmincezer kísérletet végzett, sok tanulsággal, de eredmény nélkül. A nyolcvanas évek közepére már világossá vált számára, hogy a lepra baktérium in vitro tenyésztésének az a legfõbb akadálya, hogy a baktérium számára a legfontosabb energiaforrást jelentõ palmitinsav a táptalajból nem képes áthatolni a Mycobacterium viszonylag vastag, hidrofil burkán. A dimetil-b-ciklodextrinnel szolubilizált palmitinsavval végzett elsõ kísérlet két eredménnyel járt: sikerült tenyészteni a lepra baktériumot szilárd táptalajon, másrészt a lepra kutatók nemzetközi társadalma ezt nem hitte el neki. Néhány évnek kellett eltelnie, míg a rendelkezésükre bocsátott palmitinsav/dimetil-b-ciklodextrinnel végzett kísérletek alapján elhitték és mostanában egymás után jelennek meg a Kátó professzor felismerését alátámasztó közlemények. Valószínû, hogy nemcsak a lepra baktérium, de számos más nehezen tenyészthetõ baktérium tenyésztése is könnyebbé fog válni.

A szamárköhögés elleni oltóanyag termelése ugyancsak nehézkes folyamat volt korábban. A Bordatella pertussis a haemagglutinin faktort csak szilárd táptalajon termelte, szubmerz kultúrában a sejtek szaporodása és legfõképpen haemagglutinin termelése nagyon alacsony szinten megállt. Felismerve azt, hogy a Bordatella pertussis a saját életmûködését gátló zsírsavakat választ ki, 2 mg dimetil-b-ciklodextrint adva a fermentációs közegbe, a szubmerz tenyésztés megoldott, százszoros mennyiségû haemagglutinin termelhetõ ily módon. Az eljárást iparilag alkalmazzák már több országban.

A nyolcvanas évek közepén indult a Richter Gedeon Gyógyszergyárban a b-ciklodextrin alkalmazása a prednisolonnak, hydrocortisonból történõ mikrobiológiai elõállításánál. Azóta számos mikrobiológiai szteroid konverziót írtak le ciklodextrinek alkalmazásával, minden esetben gyorsabb és nagyobb hatásfokú volt a konverzió. Pl. az androszt-4-en-3,17-dion és az androszt-1,4-dién a leggyakrabban felhasznált intermedierjei a drága szteroid hatóanyagoknak. Ezeket az olcsó koleszterol vagy a szitoszterol oldalláncainak mikrobiológiai degradációjával lehet elõállítani. A mikrobiológiai degradáció azonban nem korlátozódik az oldalláncokra, támadja a szterol-vázat is, így csökken a kitermelés, és a végterméket számos melléktermék szennyezi. A konverzió hatásfokát tovább rontja az, hogy a mikroorganizmusok hatása esetenként termékgátolt, így 40%-nál jobb kitermelés nehezen érhetõ el. b-ciklodextrint alkalmazva a kitermelés 95%-ra fokozódik.

A D⁴-kolesztenont szitoszterolból gCD jelenlétében sikerült jó hatásfokkal elõállítani, a bCD hatása kisebb volt, az aCD pedig hatástalan. Ha azonban koleszterol volt a szubsztrátum, akkor a bCD volt a leghatékonyabb. Az utóbbi két évben tucatnyi vízoldhatatlan lipid ciklodextrinek segítségével végzett mikrobiológiai konverzióját közölték.

Az oldékonyságfokozást jellemzi, hogy pl. diagnosztikai standardként 6 mg/ml koncentrációjú stabilis vizes koleszterol/dimetil-bCD oldatot állítanak elõ.

Fotográfiai ezüsthalid/zselatin emulziókban az ionos oldható ciklodextrin polimerek bizonyultak jól használhatóknak. 3–5 b-ciklodextrinmolekulát epiklórhidrinnel összekapcsolva a termék vízben nagyon jól oldódik, még az 50%-os vizes oldat is viszonylag alacsony viszkozitású. Monoklórecetsavat is adva a reakcióelegyhez, karboximetil csoportok épülnek be a polimerbe. Az ilyen ionos oldható b-ciklodextrin polimerek használhatók a különbözõ emulzió adalékok, stabilizátorok, fátyolgátlók, ill. színezékek vízoldhatóvá tételére, másrészt jelenlétükben tabuláris ezüst-bromid kristályok képzõdnek, amely azt eredményezi, hogy kisebb mennyiségû ezüst felhasználásával nagyobb mértékû feketedést lehet elérni. A színesfilm rétegekben az ilyen oldható polimer molekulák gátolják a színezékmolekulák diffúzióját, tehát javítják a filmek stabilitását, tárolhatóságát. Számos közlemény, találmányi bejelentés foglalkozik a ciklodextrinek alkalmazásával a fotográfiai elõhívó oldatban, a fénymásoló, és a hõre érzékeny másoló anyagok gyártásában.

Az opto-elektronikai megjelenítõ berendezésekben alkalmazott alkilviologének stabilitását, valamint lézer és szcintillátor színezékek oldódását és stabilitását is jelentõs mértékben fokozza a ciklodextrin.

Emulziós típusú bevonó anyagok (pl. festékek) polimereket tartalmaznak, melyek biztosítják a száradás után létrejövõ film szilárdságát, a bevonat ellenállóképességét. Ha a szuszpenzió összes szárazanyag koncentrációja kicsi, akkor kicsi a viszkozitás, könnyû felvinni szilárd felületre az emulziót. Ez esetben azonban nem is képez kellõ ellenállású védõfilmet. Ha a koncentráció nagy, akkor viszont nehéz felvinni az emulziót a szilárd felületre ... A random-metilezett b-ciklodextrin jelentõs mértékben csökkentheti az ilyen emulziók viszkozitását. Ilyen célra ezt a ciklodextrin származékot már nagy mennyiségben használják.

A ciánakrilát típusú pillanatragasztókban az etil-2-ciánakrilát monomer 20 ppm fosztforsavval, 20 ppm SO₂-vel és 100 ppm hidrokinonnal van stabilizálva a túl gyors polimerizáció ellen. Kis mennyiségû heptakisz (2,6-di-O-butil-3-O-acetil)-b-ciklodextrint adva a stabilizált monomerhez, a kötési idõ nagymértékben lerövidül, ugyanakkor a szakítószilárdság szignifikánsan növekszik. ... Kemény kartonokat, nagysebességû gépekkel 200 ^oC-on ragasztanak ilyen gyorsan kötõ ciánakrilát ragasztókkal, így érthetõ, hogy a ciklodextrin származék polimerizációt katalizáló hatása jelentõs. Az eljárást iparilag alkalmazzák.