Untersuchung von Cyclodextrinkomplexen - OPUS - Universität ...

36 Theorie und Stand der Forschung
2.4.6.2 Einsatzmöglichkeiten zur Untersuchung von Cyclodextrinen und ihren Komplexen
Generell kann man sagen, dass Cyclodextrine für den Computerchemiker eine
Herausforderung darstellen. Aufgrund ihrer relativ hohen Molekülmasse und den vielen
möglichen Torsionen stoßen viele Methoden an ihre Grenzen. Erschwerend kommt hinzu,
dass das Hauptinteresse meist nicht am isolierten Molekül, sondern an den Wechselwirkungen
mit anderen Molekülen im umgebenden Medium liegt.
Quantenmechanische Berechnungen sind aus mehreren Gründen kaum geeignet. Zum
einen können nichtbindende Wechselwirkungen nicht ausreichend beschrieben werden.
Zum anderen wird hier nur der enthalpische Beitrag berücksichtigt, während der entropische
vernachlässigt wird. Dies ist jedoch gerade im Hinblick auf die Flexibilität des Cyclodextrins
und die Möglichkeit des Auftretens eines ‚induced-fit’ (vgl. Kap. 2.2.4, 2.3.4) nicht sinnvoll.
Zudem ist die Berücksichtigung des Reaktionsmediums Wasser problematisch [5,116].
Aus diesen Gründen werden hauptsächlich Methoden der Molekularmechanik angewendet.
Hier stellt sich die Frage nach der Wahl eines passenden Kraftfelds. Nach Literaturangaben
hat sich keines der bekannten Kraftfelder für die Untersuchung von Cyclodextrinen
durchgesetzt [41,117]. Der Vergleich verschiedener Kraftfelder im Hinblick auf ihren Einsatz
für Kohlenhydrate führte nicht zu einem Favoriten [118]. Deshalb werden oft bestehende
Kraftfelder, die zumindest von ihrer Anlage her geeignet scheinen, unverändert als
Kompromiss herangezogen. Darüber hinaus gibt es Ansätze, die Parameter bestehender
Kraftfelder an die Anforderungen der Cyclodextrine anzupassen [119]. Doch auch hier wird
oft mit starken Vereinfachungen der Cyclodextrineigenschaften gearbeitet, um das System
fassbar zu halten. So wird häufig die Flexibilität zumindest großer Molekülteile des
Cyclodextrins vernachlässigt [5]. Die meisten Untersuchungen lassen sich anhand der
Fragestellung in zwei Kategorien einteilen.
Zum einen sind die strukturellen und dynamischen Eigenschaften der Cyclodextrine und
ihrer Derivate selbst von Interesse. Viele Publikationen beschäftigen sich mit der Eignung
verschiedener Methoden. In der Molekularmechanik ist zum Beispiel der Vergleich von
verschiedenen Kraftfeldern nötig [5]. Mit der gewählten Methode kann dann die
Charakterisierung der Cyclodextrinstrukturen mit ihren fundamentalen Eigenschaften wie
MEP oder Lipophilie, erfolgen [33,120,121]. Ausgehend davon wird häufig der Vergleich
zwischen den einzelnen Homologen [33,122] und anderen Oligosacchariden [120]
angestellt. Die Einbeziehung des Lösungsmittels Wasser schließt sich daran an [123].
Besonderer Fokus liegt zudem auf den Konsequenzen einer chemischen Modifizierung des
Ausgangsmoleküls im Hinblick auf die gezielte Entwicklung von speziellen Derivaten
[124,125]. Daneben wurden die dynamischen Aspekte der Cyclodextrinstruktur, vor allem
ihre Flexibilität, durch computerchemische Untersuchungen näher beleuchtet [126,127,128].