Molekulare Grundlagen der Cyclodextrin Komplexierung

Cyclodextrine sind zyklische, aus Glucoseeinheiten aufgebaute, Makromoleküle. Wegen ihrer Fähigkeit organische Moleküle (Gäste) in ihr hydrophobes Inneres einzuschließen und deren Eigenschaften zu beeinflussen, werden Cyclodextrine mehr und mehr in Umwelt-, technischer und pharmazeutischer Chemie, sowie in der pharmazeutischen Technologie eingesetzt. Im vorliegenden Projekt werden die molekularen Grundlagen der Cyclodextrin-Einschlusskomplexe studiert. In vorangehenden Studien haben wir Regressionsmodelle entwickelt, welche es erlauben die freie Bindungsenergie der Cyclodextrin-Gast Komplexe vorherzusagen. Ausserdem zeigen diese Modelle, dass sich die Komplexierungsmechanismen von verschiedenen Cyclodextrinen unterscheiden. Ausser den Van der Waals Wechselwirkungen sind abwechselnd hydrophobe Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken für die Komplexstabilität verantwortlich. Ein Ziel des Projekts ist es, theoretisch vorhergesagte Unterschiede experimentell nachzuweisen. Weiters soll das Vorhersagemodell durch die gezielte Vermessung von Komplexen verbessert werden. Weiters soll das hydrophabe Innere der Cyclodextrine genauer untersucht werden. Dabei sollen Moleküle, die eine intramolekulare Wasserstoffbrücke besitzen und die einen lösungsmittelabhängigen Proton Transfer aufweisen als Sonde verwendet werden. Systematische Messungen der Stabilitätskonstanten, der Protontransferkonstanten, sowie der thermodynamischen Parameter in Abhängigkeit verschiedener (protischer und aprotischer) Lösungsmittel und verschiedener Cyclodextrine werden ein exakteres Bild des Komplexierungsvorganges und der damit verbundenen Lösungsmittelorientierung liefern. Das für die Komplexierung typische Phänomen der Enthalpie-Entropie Kompensation soll mittels eines theoretischen Rechenansatzes untersucht werden, in dem die freie Solvatisierungsenergie durch eine Kontinuumapproximation beschrieben wird. Letztendlich sollen die Strukturen und Eigenschaften von verschiedenen Cyclodextrinen mittels semiempirischer und, bis zu einem gewissen Grad, mit ab initio Methoden berechnet werden, um eine genauere Beschreibung der treibenden Kräfte des Komplexierungsprozesses zu erhalten. Darüber hinaus ist beabsichtigt, durch diese Rechnungen molekulare Deskriptoren zu ermitteln, die für die Vorhersagemodelle eingesetzt werden können.