How Sugars Modify Caffeine Self-Association and Solubility: Resolving a Mechanism of Selective Hydrotropy

化学 溶解度 咖啡因 生物利用度 药品 保健品 单体 水溶液 有机化学 组合化学 生物化学 聚合物 药理学 医学 内分泌学
作者
Ilan Shumilin,Christoph Allolio,Daniel Harries
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (45): 18056-18063 被引量:27
标识
DOI:10.1021/jacs.9b07056
摘要

The aggregation of drugs and nutraceuticals in aqueous media is an outstanding problem for their efficacy and bioavailability. A common solution is to add excipients or hydrotropes that increase solubility and limit aggregation. Here we study caffeine, a widely consumed drug that undergoes oligomerization and aggregation in aqueous solutions. Combining partition and solubility experiments with molecular dynamics simulations, we determined the effect of sugars (mono- and disaccharides) on caffeine self-association and solubility. We find that sugars selectively increase the concentration of caffeine in its monomeric state, but decrease its solubility in all oligomeric forms. Thus, we determine that, in contrast to common hydrotropes, sugars act as selective hydrotropes toward caffeine, since they differentially act on specific solvated forms of the drug. We furthermore unravel the molecular mechanism for this selectivity, and comment on the general design principles that should help develop targeted excipients for bioavailability and taste modification in drugs and foods.
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