• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi23. 08. 2022 | Heidi Thode

Cyclodextrin-kemi

Artikler fra Dansk KemiOrganisk kemi23. 08. 2022 By Heidi Thode

Fra metanfangst til kunstige enzymer: Facetter af cyclodextrinernes mange muligheder.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 4, 2022 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.

Læs originalartiklen her

Af Cecilie Høgfeldt Jessen, Martin Jæger Pedersen, Christian Marcus Pedersen og Mikael Bols, Kemisk Institut, Københavns Universitet

Cyclodextriner er cykliske kulhydrater med en kavitet, der kan kompleksbinde hydrofobe stoffer. Vi undersøger deres kemi og anvendelser til blandt andet gasfangst og som kunstige enzymer.
Cyclodextriner er ringsluttede kæder af kulhydrater bestående af a-1,4-bundne glukose-molekyler (figur 1). Således ligner de stivelse meget i struktur, og de mest almindelige cyclodextriner opstår da også ved enzymatisk nedbrydning af stivelse. En interessant egenskab ved cyclodextrinerne, som allerede blev opdaget af den østrigske kemiker Frans Shardinger i 1908, er, at skønt de selv er vandopløselige og polære molekyler, kan de danne komplekser med små hydrofobe molekyler. Komplekseringen skyldes cyclodextrinernes bagel-lignende struktur, hvor ydersiden er polær, mens kaviteten, dvs. hullet i bagelen er hydrofob og virker som et bindingssite (figur 1). Især cyclodextrinerne bestående af 6 og 7 glukose-enheder, kaldet a- og b-cyclodextrin, er billige og har en lang række anvendelser, hvor man udnytter komplekseringen af stoffer såsom lægemidler eller parfumestoffer [1]. Eksempelvis kan cyclodextrinen ved at kompleksbinde et hydrofobt lægemiddel gøre det mere vandopløseligt og virke som en slags færge, der transporterer et ellers uopløseligt lægemiddel til det sted, det skal optages. Et andet eksempel er, at cyclodextrinen kan danne et kompleks med en flygtig hydrofob parfumeforbindelse, som så kun afgives langsomt og giver en langvarig duft. En stor fordel ved at bruge cyclodextrinerne er, at de er billige, uskadelige og biologisk nedbrydelige stoffer.

Gaskomplekser
Mens det er velkendt, at cyclodextriner binder små organiske molekyler, er det mindre kendt, at de kan kompleksbinde simple gasser. Hvis man bobler klorgas gennem en opløsning af a-cyclodextrin, får man et tykt gul-grønt bundfald af klor-cyclodextrin komplekset. Udfældningen skyldes, at klor bindes i kaviteten i cyclodextrinen og derved fortrænger vandmolekyler, hvilket resulterer i dannelsen af et kompleks, der er tungtopløseligt i vand. Bundfaldet kan frafilteres og genopløses i vand, hvorved det afgiver klorgassen. Dette er interessant, fordi det måske kan bruges til at fange drivhusgasser såsom metan og CO2 og dermed bidrage til kampen mod den globale opvarmning forårsaget af netop disse to gasser. a-cyclodextrin kan i sig selv fange metan, men det er nødvendigt at sætte gassen under tryk for at få nok kompleks til, at det fælder ud. Cyclodextrin-metan komplekset er smukke krystaller, som kan studeres ved røntgenkrystallografi, der viser metanmolekylet bundet i kaviteten (figur 2). Opløses krystallerne i vand eller opvarmes de til 100°C, afgives metanen igen. Denne gas kan opsamles og cyclodextrinen kan genanvendes til fangst af mere metan. Processen kan følges med det blotte øje, men ses endnu bedre ved forstørrelse under et mikroskop (figur 2). For at gøre metanfangsten mere effektiv, skal kaviteten i cyclodextrinen optimeres til binding af metan. Dette vil gøre bindingen stærkere og samtidigt gøre cyclodextrinen selektiv overfor metan. På den måde forestiller vi os, at cyclodextrinen kan bruges til sortering af gasser. Klor vil eksempelvis være for stor til at passe ind i kaviteten, der er optimeret til metan. For nyligt er cyclodextriner med færre glukosemolekyler end 6 blevet beskrevet, og det vil være spændende at studere deres metanbindende egenskaber.

Kunstige enzymer
Endnu mere nyttige er cyclodextrinerne, hvis de ikke blot binder kemiske forbindelser, men også omdanner dem til andre stoffer. Og med de delvist beskyttede cyclodextriner kan vi lave kunstige enzymer ved at kombinere cyclodextrinens bindingssite med katalytiske grupper såsom syrer, baser eller metalioner. Får man placeret atomerne rigtigt, resulterer det i katalysatorer, der udviser enzymatisk katalyse og Michaelis Menten kinetik. Vi har tidligere i Dansk Kemi beskrevet cyclodextrin derivater, der katalyserer hydrolyse og oxidation med høje hastighedsforøgelser [2]. Disse cyclodextriner har strategisk placerede ketoner eller syregrupper i sig. Senere har vi lavet cyclodextriner, der binder metalioner og virker som kunstige metalloenzymer, der i nærværelse af hydrogenperoxid forøger hastigheden af alkoholoxidation flere tusinde gange [3].
Stadig er vi et godt stykke fra at have kunstige enzymer, der er så effektive som rigtige enzymer, men med udvikling af nye cyclodextrin derivater vil vi kunne forbedre efterligningen af et enzyms aktive site. Det interessante ved kunstige enzymer skabt fra cyclodextriner er, at de ligesom rigtige enzymer katalyserer reaktioner i vand og derfor er miljøvenlige, men kan katalysere andre reaktioner. Man kan for eksempel tænke sig, at man kan udvikle et enzym, der kan binde et CO2 eller metanmolekyle og derefter omdanne det til et ikke-gasformigt brændstof som metanol.

Cyclodextrin modifikation
Hvis vi virkelig skal ”rykke” i forhold til at forbedre cyclodextrinernes anvendelser til gasfangst eller kunstige enzymer, er det nødvendigt at kunne modificere dem kemisk. At gøre det direkte på det ubeskyttede kulhydrat giver dog lave udbytter og urene stoffer. Vores erfaring er, at det er bedre at beskytte hydroxygrupperne i cyclodextrinen med beskyttelsesgrupper først, hvorved vi får hydrofobe forbindelser, der let kan håndteres og oprenses. En meget effektiv metode er at beskytte cyclodextrinen med såkaldte benzyl-grupper eller benzyl-ethere. Nogle af benzylgrupperne kan derefter fjernes med reduktionsmidlet diisobutyl aluminium hydrid (DIBAL). Ved at justere mængden af DIBAL, temperatur og reaktionstid har vi fundet ud af, at vi selektivt kan fjerne en, to, tre eller fire benzylgrupper fra én eller begge sider af cyclodextrinen (figur 3) [4]. Dette resulterer i alkoholer, der kan omdannes til andre funktionelle grupper, broer eller hængsler. Endelig kan de resterende benzylgrupper fjernes med mild hydrogenolyse med hydrogen- og palladiumkatalysator.

Konklusion
Naturlige cyclodextriner har et væld af anvendelsesmuligheder – nogle af hvilke vi har diskuteret her. Det bliver derfor meget spændende at se, hvor vores nye metoder til at fremstille modificerede cyclodextriner (figur 3) vil bringe os hen.

E-mail:
Mikael Bols:  bols@chem.ku.dk

Referencer
1. J. Szejtli, Chem. Rev. (Washington, D.C.) 1998, 98, 1743-1753.
2. J. Bjerre, L. Marinescu, M. Bols, Dansk Kemi 2007, 15-18.
3. B. Wang, M. Bols, Chem. – A Eur. J. 2017, 23, 13766-13775.
4. M. Bols, V. Friis, Chem. – A Eur. J. 2022, 28, e202200564.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi, Organisk kemi

Seneste nyt fra redaktionen

Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

Analytisk kemiArtikler fra Dansk KemiTop19. 05. 2025

Advances in chemical ionization mass spectrometry can improve our understanding of atmospheric composition. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Varun Kumar, Institut for

Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi14. 05. 2025

Oldgamle CO2-ædende mikroorganismer kan fange CO2 direkte fra skorstensrøg og omdanne kulstoffet til grønne molekyler. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Mads Ujarak Sieborg1 og

Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

AktueltBranchenyt14. 05. 2025

Busch Group annoncerer, at deres brand centrotherm clean solutions bliver en del af Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions. Fra september 2025 vil gasreduktionssystemerne til Semicon-industrien, som tidligere blev tilbudt under dette mærke, blive integreret i Pfeiffer-porteføljen og fremover være

I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

Branchenyt14. 05. 2025

For blot fjerde gang i dette årtusinde uddeles Videnskabernes Selskabs Guldmedalje. Det sker i dag, hvor bakterieforsker Per Halkjær Nielsen, professor ved Institut for Kemi og Biovidenskab ved Aalborg Universitet, får den fine hæder for sit livsværk og sin holdånd. Han er manden, der kortlægger

Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

AktueltArtikler fra Dansk KemiKlima og miljø28. 04. 2025

Tilstedeværelsen af PFAS-forbindelser skyldes ikke kun lokale kilder, men de kan langtransporteres i luften til selv meget fjerntliggende arktiske egne. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2025 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen

Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

AktueltMedicinalkemi21. 04. 2025

I dag er det frem med nålen, hvis man er i behandling med diverse former for fedme-medicin. Det hæmmer imidlertid udbredelsen på specielt asiatiske og afrikanske markeder, hvor der er en udtalt nålefobi. Derfor arbejder det danskstiftede biotekselskab Pila Pharma med at få udvikle deres

Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

AktueltBioteknologiFødevarekemi07. 04. 2025

NitroVolt, en dansk biotech-virksomhed, vil vende produktionen af ammoniak på hovedet. I stedet for den velkendte løsning, der bygger på den energitunge Haber-Bosch-proces, vil produktionen nu foregå i en container, der fx kan stå direkte ude hos en landmand. Ammoniak til kunstgødning er en slags

En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

AktueltArtikler fra Dansk KemiHistorisk kemi01. 04. 2025

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 6, 2024 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder. Læs originalartiklen her Nomenklaturudvalget får indimellem henvendelser om dansk kemisk nomenklatur fra de oversættere i EU, hvis opgave det er at oversætte EU-lovgivning på

Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

AktueltEnergi31. 03. 2025

Efter en byggeperiode på omkring to år, er BASF nye 54 megawatt elektrolyseanlæg blevet indviet. Udover at være Tyskland største, med en kapacitet til at producere op til 8.000 ton grøn brint årligt, skriver det også historie på et andet område. Brinten skal primært anvendes som råmateriale i

Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

AktueltBranchenyt31. 03. 2025

Danske virksomheder er fortsat nogle af de mest aktive i Europa til at innovere. Det viser nye tal fra Den Europæiske Patentmyndighed, EPO, som udsteder patenter, der kan dække i op til 45 lande. Vestas, Novozymes og Danmarks Tekniske Universitet har leveret de største bidrag til, at Danmark kan

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis





Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her

/Nyheder

  • Kem-En-Tec Nordic

    Opnå rent DNA/RNA på få minutter og på bæredygtig vis!

  • Kem-En-Tec Nordic

    Sikker gelfarvning på kun 15 minutter?

  • DENIOS ApS

    Her er den oversete vej til et sundere arbejdsmiljø

  • Busch Vakuumteknik A/S

    Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions lancerer den nye HiCube Neo RGA

  • Busch Vakuumteknik A/S

    centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

  • DENIOS ApS

    Ved du, hvornår det er tid til at vedligeholde, udskifte eller flytte dit opsamlingskar?

  • DENIOS ApS

    3 sikkerhedsfunktioner, du skal kigge efter på dit opsamlingskar

  • Holm & Halby

    VidensDage 2025: To dage i videnskabens og fremtidens tegn

  • Holm & Halby

    Holm & Halby deltager i Europe Biobank Week 2025

  • LABDAYS – Fagmesse for Laboratorieteknik

    LabDays – Almost sold out

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›

Seneste Nyheder

  • Chemical ionization mass spectrometry in atmospheric studies

    19.05.2025

  • Gamle processer, nye muligheder: Nyt kemisk-biologisk koncept til CO2-fangst og omdannelse

    14.05.2025

  • Centrotherm clean solutions bliver til Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions

    14.05.2025

  • I dag får professor Per Halkjær Nielsen Videnskabernes Selskabs Guldmedalje

    14.05.2025

  • Atmosfærisk transport af PFAS til Højarktis

    28.04.2025

  • Biotek-firma bag fedme-medicin på tabletform har lagt en klar plan om samarbejde eller opkøb

    21.04.2025

  • Dansk virksomhed vil vende produktionen af ammoniak på hovedet – ned i en lille container

    07.04.2025

  • En EU-historie om nomenklatur – og ginseng til hunde, katte og heste!

    01.04.2025

  • Tysk elektrolyseanlæg er som det første i verden blevet integreret direkte i kemisk produktion

    31.03.2025

  • Dansk innovation blander sig i toppen over lande med de fleste patentansøgninger

    31.03.2025

  • Ny grundbog tager studerende på videregående uddannelser ind i den basale kemi

    26.03.2025

  • Nedrivningsarbejdere i kontakt med PCB slipper med skrækken – kun lave niveauer i blodet

    25.03.2025

  • Styrkelse af nyfundet gen kan gøre kartoflen resistent over for svampeangreb

    24.03.2025

  • Fra forskning i nanosikkerhed til mere sikker håndtering af nanomaterialer i det danske arbejdsmiljø

    21.03.2025

  • Dansk forbud mod PFAS er lige på trapperne – indsigelsesfrist mod 2024-aftale er overskredet

    20.03.2025

Alle nyheder ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia A/S
Naverland 35
DK - 2600 Glostrup
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk
Privatlivspolitik
Cookiepolitik