Templated Enzymatic Synthesis of δ-Cyclodextrin

化学 环糊精 超分子化学 核磁共振波谱 烷基 线程(蛋白质序列) 组合化学 立体化学 有机化学 蛋白质结构 分子 生物化学
作者
Andreas Erichsen,Günther H. Peters,Sophie R. Beeren
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (8): 4882-4891 被引量:17
标识
DOI:10.1021/jacs.3c00341
摘要

While α-, β-, and γ-cyclodextrin (CD) are ubiquitous hosts employed by supramolecular chemists, δ-CD (formed from nine α-1,4-linked glucopyranose units) has received very little attention. α-, β-, and γ-CD are the major products of the enzymatic breakdown of starch by cyclodextrin glucanotransferase (CGTase), but δ-CD forms only transiently in this reaction, as a minor component of a complex mixture of linear and cyclic glucans. In this work, we show how δ-CD can be synthesized in unprecedented yields by employing a bolaamphiphile template in an enzyme-mediated dynamic combinatorial library of cyclodextrins. NMR spectroscopy studies revealed that δ-CD can thread up to three bolaamphiphiles forming [2]-, [3]-, or [4]-pseudorotaxanes, depending on the size of the hydrophilic headgroup and the length of the alkyl chain axle. Threading of the first bolaamphiphile occurs in fast exchange on the NMR chemical shift time scale, while subsequent threading occurs in slow exchange. To extract quantitative information for 1:2 and 1:3 binding events occurring in mixed exchange regimes, we derived equations for nonlinear curve fitting that take into consideration both the chemical shift changes for species in fast exchange and the integrals for species in slow exchange to determine Ka1, Ka2, and Ka3. Template T1 could be used to direct the enzymatic synthesis of δ-CD due to the cooperative formation of a 1:2 complex─the [3]-pseudorotaxane δ-CD·T12. Importantly, T1 is recyclable. It can be readily recovered from the enzymatic reaction by precipitation and reused in subsequent syntheses enabling preparative-scale synthesis of δ-CD.

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