साइक्लोडेक्सट्रिन

साइक्लोडेक्सट्रिन चक्रीय oligosaccharides का एक परिवार है, जिसमें α-1,4 ग्लाइकोसिडिक बांड से जुड़े ग्लूकोज सबयूनिट्स का एक macocycle रिंग होता है। साइक्लोडेक्सट्रिन स्टार्च से एंजाइम रूपांतरण द्वारा उत्पादित होते हैं। उनका उपयोग भोजन, दवा, दवा वितरण और रासायनिक उद्योगों के साथ-साथ कृषि और पर्यावरण इंजीनियरिंग में किया जाता है। साइक्लोडेक्सट्रिन 5 या अधिक α-D-ग्लूकोपीरानोसाइड इकाइयों से बने होते हैं जो 1->4 से जुड़े होते हैं, जैसा कि एमाइलोज (स्टार्च का एक टुकड़ा) में होता है। विशिष्ट साइक्लोडेक्सट्रिन में कई ग्लूकोज मोनोमर्स होते हैं, जो एक रिंग में छह से आठ यूनिट तक होते हैं, एक शंकु आकार बनाते हैं:


 * α-Cyclodextrin|α (अल्फा)-साइक्लोडेक्सट्रिन: 6 ग्लूकोज सबयूनिट्स
 * β-साइक्लोडेक्सट्रिन|β (बीटा)-साइक्लोडेक्सट्रिन: 7 ग्लूकोज सबयूनिट्स
 * γ-साइक्लोडेक्सट्रिन|γ (गामा)-साइक्लोडेक्सट्रिन: 8 ग्लूकोज सबयूनिट्स

सबसे बड़ी अच्छी तरह से विशेषता वाले साइक्लोडेक्सट्रिन में 32 1,4-एनहाइड्रोग्लुकोपीरानोसाइड इकाइयाँ होती हैं। कम से कम 150-सदस्यीय चक्रीय ओलिगोसेकेराइड वाले खराब-विशेषताओं वाले मिश्रण भी ज्ञात हैं।

दवा वितरण
साइक्लोडेक्सट्रिन 30 से अधिक विभिन्न अनुमोदित दवाओं में अवयव हैं। हाइड्रोफोबिक इंटीरियर और हाइड्रोफिलिक बाहरी के साथ, साइक्लोडेक्सट्रिन हाइड्रोफोबिक यौगिकों के साथ कॉम्प्लेक्स बनाते हैं। अल्फा-, बीटा- और गामा-साइक्लोडेक्सट्रिन सभी को आम तौर पर यू.एस. एफडीए द्वारा सुरक्षित माना जाता है। उन्हें हाइड्रोकार्टिसोन, प्रोस्टाग्लैंडीन, नाइट्रोग्लिसरीन, इट्राकोनाजोल, क्लोरैम्फेनिकॉल सहित विभिन्न प्रकार की दवाओं के वितरण के लिए आवेदन किया गया है। साइक्लोडेक्सट्रिन इन दवाओं को घुलनशीलता और स्थिरता प्रदान करता है।  हाइड्रोफोबिक अणुओं के साथ साइक्लोडेक्सट्रिन के समावेशी यौगिक शरीर के ऊतकों में प्रवेश करने में सक्षम होते हैं, इनका उपयोग विशिष्ट परिस्थितियों में जैविक रूप से सक्रिय यौगिकों को छोड़ने के लिए किया जा सकता है। ज्यादातर मामलों में ऐसे परिसरों के नियंत्रित क्षरण का तंत्र पानी के घोल के पीएच परिवर्तन पर आधारित होता है, जिससे मेजबान और अतिथि अणुओं के बीच हाइड्रोजन या आयनिक बंधों की हानि होती है। परिसरों के विघटन के लिए वैकल्पिक साधन ग्लूकोज मोनोमर्स के बीच α-1,4 लिंकेज को साफ करने में सक्षम एंजाइमों के ताप या क्रिया का लाभ उठाते हैं। साइक्लोडेक्सट्रिन को दवाओं के म्यूकोसल प्रवेश को बढ़ाने के लिए भी दिखाया गया था।

क्रोमैटोग्राफी
एचपीएलसी पृथक्करण के लिए स्टेशनरी चरण (रसायन विज्ञान) मीडिया का उत्पादन करने के लिए β-साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग किया जाता है।

अन्य
साइक्लोडेक्सट्रिन सुगंध बांधते हैं। इस तरह के उपकरण इस्त्री के दौरान या मानव शरीर द्वारा गर्म किए जाने पर सुगंध जारी करने में सक्षम होते हैं। आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला ऐसा उपकरण एक विशिष्ट 'ड्रायर शीट' है। कपड़े के ड्रायर से निकलने वाली गर्मी कपड़ों में खुशबू छोड़ती है। वे Febreze में मुख्य घटक हैं जो दावा करते हैं कि β-cyclodextrins गंध पैदा करने वाले यौगिकों को फंसा लेते हैं, जिससे गंध कम हो जाती है।

इथेनॉल को एनकैप्सुलेट करके शराब पाउडर का उत्पादन करने के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन का भी उपयोग किया जाता है। पाउडर पानी के साथ मिश्रित होने पर एक मादक पेय बनाता है।

माउस अध्ययनों ने संकेत दिया कि ओलिगोसेकेराइड 2-हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल-β-साइक्लोडेक्सट्रिन (2HPβCD) का चमड़े के नीचे प्रशासन कोलेस्ट्रॉल को घुलनशील बना सकता है, इसे एथेरोमेटस पट्टिका से हटा सकता है जो atherosclerosis  का कारण बनता है। हालांकि, बाद में काम ने निष्कर्ष निकाला कि 2HPβCD के साथ उपचार एथेरोस्क्लेरोसिस प्रतिगमन को प्रेरित करने में अप्रभावी है।

संरचना
विशिष्ट साइक्लोडेक्सट्रिन 6-8 ग्लूकोपीरानोसाइड इकाइयों द्वारा गठित होते हैं। ये सबयूनिट 1,4 ग्लाइकोसिडिक बंध  से जुड़े होते हैं। साइक्लोडेक्सट्रिन में टोरॉयडल आकार होते हैं, टोरॉयड के बड़े और छोटे उद्घाटन क्रमशः सॉल्वेंट अल्कोहल (रसायन विज्ञान) # व्यवस्थित नामों को उजागर करते हैं। इस व्यवस्था के कारण, टॉरॉयड्स का आंतरिक भाग  जल विरोधी  नहीं है, लेकिन जलीय वातावरण की तुलना में काफी कम हाइड्रोफिलिक है और इस प्रकार अन्य हाइड्रोफोबिक अणुओं की मेजबानी करने में सक्षम है। इसके विपरीत, साइक्लोडेक्सट्रिन (या उनके परिसरों) पानी में घुलनशीलता प्रदान करने के लिए बाहरी पर्याप्त रूप से हाइड्रोफिलिक है। वे विशिष्ट कार्बनिक सॉल्वैंट्स में घुलनशील नहीं हैं।

संश्लेषण
साइक्लोडेक्सट्रिन स्टार्च के एंजाइमेटिक उपचार द्वारा तैयार किए जाते हैं। आमतौर पर साइक्लोडेक्सट्रिन ग्लाइकोसिलट्रांसफेरेज़ (सीजीटीज़) α-amylase के साथ कार्यरत है। पहले स्टार्च को या तो ऊष्मा उपचार द्वारा या α-amylase का उपयोग करके द्रवीकृत किया जाता है, फिर एंजाइम रूपांतरण के लिए CGTase जोड़ा जाता है। CGTases साइक्लोडेक्सट्रिन के मिश्रण का उत्पादन करते हैं, इस प्रकार रूपांतरण का परिणाम तीन मुख्य प्रकार के चक्रीय अणुओं के मिश्रण में होता है, अनुपात में जो उपयोग किए गए एंजाइम पर सख्ती से निर्भर होते हैं: प्रत्येक CGTase की अपनी विशेषता α:β:γ संश्लेषण अनुपात होता है। तीन प्रकार के साइक्लोडेक्सट्रिन का शुद्धिकरण अणुओं की विभिन्न जल घुलनशीलता का लाभ उठाता है: β-CD जो पानी में खराब घुलनशील (18.5 g/L या 16.3mM) (25C पर) क्रिस्टलीकरण के माध्यम से आसानी से प्राप्त किया जा सकता है जबकि अधिक घुलनशील α- और γ-CDs (क्रमशः 145 और 232 g/L) आमतौर पर महंगी और समय लेने वाली क्रोमैटोग्राफी तकनीकों के माध्यम से शुद्ध होते हैं। एक विकल्प के रूप में एक जटिल एजेंट को एंजाइमेटिक रूपांतरण चरण के दौरान जोड़ा जा सकता है: ऐसे एजेंट (आमतौर पर कार्बनिक सॉल्वैंट्स जैसे टोल्यूनि, एसीटोन या इथेनॉल) वांछित साइक्लोडेक्सट्रिन के साथ एक जटिल बनाते हैं जो बाद में अवक्षेपित होता है। जटिल गठन स्टार्च के रूपांतरण को अवक्षेपित साइक्लोडेक्सट्रिन के संश्लेषण की ओर ले जाता है, इस प्रकार उत्पादों के अंतिम मिश्रण में इसकी सामग्री को समृद्ध करता है। वैकर केमी एजी समर्पित एंजाइम का उपयोग करता है, जो विशेष रूप से अल्फा-, बीटा- या गामा-साइक्लोडेक्सट्रिन का उत्पादन कर सकता है। यह विशेष रूप से खाद्य उद्योग के लिए बहुत मूल्यवान है, क्योंकि दैनिक सेवन सीमा के बिना केवल अल्फा- और गामा-साइक्लोडेक्सट्रिन का सेवन किया जा सकता है।



संजात
साइक्लोडेक्सट्रिन में रुचि बढ़ी है क्योंकि उनके मेजबान-अतिथि व्यवहार को हाइड्रॉक्सिल समूहों के रासायनिक संशोधन द्वारा हेरफेर किया जा सकता है। ओ- मेथिलिकरण और एसिटिलिकेशन विशिष्ट रूपांतरण हैं। प्रोपलीन ऑक्साइड Hydroxypropyl डेरिवेटिव देता है। प्राथमिक शराब tosylate किया जा सकता है। व्युत्पन्नकरण की डिग्री एक समायोज्य है, अर्थात पूर्ण मेथिलिकरण बनाम आंशिक। β-cyclodextrin और मिथाइल-β-cyclodextrin (MβCD) दोनों संवर्धित कोशिकाओं से कोलेस्ट्रॉल को हटाते हैं। मिथाइलेटेड फॉर्म MβCD को β-cyclodextrin से अधिक कुशल पाया गया। पानी में घुलनशील MβCD को कोलेस्ट्रॉल के साथ घुलनशील समावेशन कॉम्प्लेक्स बनाने के लिए जाना जाता है, जिससे जलीय घोल में इसकी घुलनशीलता बढ़ जाती है। MβCD कोलेस्ट्रॉल मुक्त उत्पादों की तैयारी के लिए कार्यरत है: भारी और हाइड्रोफोबिक कोलेस्ट्रॉल अणु साइक्लोडेक्सट्रिन के छल्ले के अंदर आसानी से दर्ज किया जाता है। MβCD झिल्ली से कोलेस्ट्रॉल को हटाकर लिपिड बेड़ा को बाधित करने के लिए अनुसंधान में भी कार्यरत है। साइक्लोडेक्सट्रिन के लिए थिओल समूहों के सहसंयोजक लगाव के कारण उच्च म्यूकोएडेसिव गुणों को पेश किया जा सकता है क्योंकि ये थिओलेटेड ओलिगोमर्स (थियोमर्स) बलगम ग्लाइकोप्रोटीन के सिस्टीन-समृद्ध उपडोमेन के साथ डाइसल्फ़ाइड बांड बनाने में सक्षम हैं। इसलिए थिओलेटेड साइक्लोडेक्सट्रिन का गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल और ओकुलर रेजिडेंस टाइम काफी लंबा होता है।

अनुसंधान
सुपरमॉलेक्यूलर रसायन विज्ञान में, साइक्लोडेक्सट्रिन यांत्रिक रूप से इंटरलॉक्ड आणविक आर्किटेक्चर, जैसे कि रोटाक्सेन और चेन  के अग्रदूत हैं। व्याख्यात्मक, α-cyclodextrin टेट्राब्रोमोएरेट आयनों ([AuBr4]-) के साथ द्वितीय-क्षेत्र समन्वय परिसर बनाता है। कुछ कैरोटीनॉयड खाद्य रंगों के साथ β-साइक्लोडेक्सट्रिन कॉम्प्लेक्स को रंग को तेज करने, पानी की घुलनशीलता बढ़ाने और प्रकाश स्थिरता में सुधार करने के लिए दिखाया गया है। β-साइक्लोडेक्सट्रिन और एडामेंटेन डेरिवेटिव्स के बीच गठित परिसरों का उपयोग स्व-उपचार सामग्री बनाने के लिए किया गया है, जैसे कि हाइड्रोजेल और कम घर्षण वाली सतहें।

इतिहास
साइक्लोडेक्सट्रिन, जैसा कि वे आज जानते हैं, 1891 में पहली बार ए. विलियर्स द्वारा वर्णित किए जाने पर सेल्युलोसीन कहलाते थे। इसके तुरंत बाद, एफ। शार्डिंगर ने तीन प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले साइक्लोडेक्सट्रिन -α, -β, और -γ की पहचान की। इसलिए इन यौगिकों को शारडिंगर शर्करा कहा जाता था। 25 वर्षों के लिए, 1911 और 1935 के बीच, जर्मनी में हंस प्रिंगशाइम इस क्षेत्र में अग्रणी शोधकर्ता थे, यह प्रदर्शित करते हुए कि साइक्लोडेक्सट्रिन ने कई अन्य रसायनों के साथ स्थिर जलीय परिसरों का निर्माण किया। 1970 के दशक के मध्य तक, प्रत्येक प्राकृतिक साइक्लोडेक्सट्रिन को संरचनात्मक और रासायनिक रूप से चित्रित किया गया था और कई और परिसरों का अध्ययन किया गया था। 1970 के दशक के बाद से, स्ज़ेत्ली और अन्य द्वारा औद्योगिक और औषधीय अनुप्रयोगों के लिए साइक्लोडेक्सट्रिन और उनके डेरिवेटिव द्वारा एनकैप्सुलेशन की खोज के लिए व्यापक कार्य किया गया है। जटिलता के लिए उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाओं में, सानना प्रक्रिया सर्वश्रेष्ठ में से एक प्रतीत होती है।

सुरक्षा
साइक्लोडेक्सट्रिन आंशिक रूप से व्यापक रुचि रखते हैं क्योंकि वे जानवरों के अध्ययन में गैर विषैले दिखाई देते हैं। LD50 (मौखिक, चूहे) ग्राम प्रति किलोग्राम के क्रम में है। फिर भी, एथेरोस्क्लेरोसिस की रोकथाम के लिए β-साइक्लोडेक्सट्रिन का उपयोग करने का प्रयास, उम्र से संबंधित लिपोफ्यूसिन संचय और मोटापा श्रवण तंत्रिका को नुकसान के रूप में एक बाधा का सामना करता है और नेफ्रोटॉक्सिक प्रभाव।