Untersuchung von Cyclodextrinkomplexen - OPUS - Universität ...

16 Theorie und Stand der Forschung
2.3.4 Struktur und Eigenschaften der gebildeten Komplexe
Aus den beschriebenen Triebkräften der Komplexbildung leiten sich auch die Grundsätze
der Struktur der gebildeten Assoziate ab. Die hydrophoben Bereiche der Moleküloberfläche
des Gastes werden soweit wie möglich im Inneren der Kavität platziert, um den Verlust an
Kontaktfläche zum Wasser zu maximieren. Hydrophile Gruppen ragen dagegen in das
Medium hinaus [8]. Je nach chemischer Struktur des Gastes können mit den
Hydroxylgruppen an den Rändern des Cyclodextrins zusätzlich Wasserstoffbrückenbindungen
eingegangen werden, die die Komplexstabilität weiter erhöhen. Das
Sauerstoffatom der glycosidischen Bindung (O4) ist hierfür sterisch meist zu stark
abgeschirmt [69]. Wie in Kapitel 2.2.4 beschrieben, sind Cyclodextrine aufgrund ihrer
Flexibilität in der Lage, verschiedene Konformationen einzunehmen. Im Zuge der
Komplexbildung kann der Wirt seine Molekülstruktur deshalb in gewissem Maß an den Gast
anpassen, um die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen zu optimieren [41]. Dieses
Phänomen wird auch als ‚induced-fit’ [5] bezeichnet, ein Begriff, der von Protein-Ligand-
Wechselwirkungen übernommen wurde, wo die Bindung eines Liganden mit einer
Konformationsänderung seines Rezeptors einhergehen kann [70,71]. Dieser Effekt wird nicht
nur bei den flexibleren Derivaten [72], sondern auch bei den natürlichen Cyclodextrinen [73]
beschrieben.
Die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Gesamtkomplexes bestimmt vorwiegend
der Gast [5], aber auch die Zusammensetzung des umgebenden Mediums ist von
Bedeutung [6]. Die bekannteste Konsequenz für den Gast ist eine augenscheinliche
Änderung seiner Wasserlöslichkeit. Weitere Effekte sind [4]:
Beeinflussung der spektralen Eigenschaften; durch die Veränderung der direkten
Umgebung des Gastmoleküls kommt es zu detektierbaren Verschiebungen in den
Signalen spektroskopischer Verfahren.
Modifikation der Reaktivität der Gastkomponente; stabilisierende Effekte für das
eingeschlossene Molekül sind möglich [3,7]. Cyclodextrine können jedoch auch die
Geschwindigkeit von Reaktionen steigern (s. Kap. 2.3.5.6).
Einschränkung der Diffusionseigenschaften oder der Flüchtigkeit des Gastes.
Feste Komplexe sind im Allgemeinen hydrophil und in Wasser rasch aufzunehmen.
Für die Cyclodextrine ergeben sich üblicherweise keine direkten Folgen. Bestimmte Gäste,
die entweder geladen sind oder Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können, sind
allerdings in der Lage, auch die Löslichkeit der Cyclodextrine, also des eigentlichen
Löslichkeitsvermittlers, selbst zu erhöhen [7].