JP2000086757A - カルボキシベタイン型構造を側鎖に有するアミノ酸重合体及びその製造方法 - Google Patents
カルボキシベタイン型構造を側鎖に有するアミノ酸重合体及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 生分解性を有する、カルボキシベタイン型高
分子電解質及びその合成方法を提供する。 【解決手段】 側鎖にカルボキシベタイン型構造を有す
るアミノ酸重合体。側鎖にカルボキシル基を有するアミ
ノ酸重合体に、置換アミノ基を有するアルキルアミンを
反応させた後、得られた生成物にアルコキシカルボニル
アルキルハライドを反応させ、次いで得られた生成物を
加水分解処理することを特徴とする前記アミノ酸重合体
の製造方法。
分子電解質及びその合成方法を提供する。 【解決手段】 側鎖にカルボキシベタイン型構造を有す
るアミノ酸重合体。側鎖にカルボキシル基を有するアミ
ノ酸重合体に、置換アミノ基を有するアルキルアミンを
反応させた後、得られた生成物にアルコキシカルボニル
アルキルハライドを反応させ、次いで得られた生成物を
加水分解処理することを特徴とする前記アミノ酸重合体
の製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なアミノ酸重
合体及びその製造方法に関するものである。本発明のア
ミノ酸は、側鎖に正負の両荷電基をともに有するカルボ
キシベタイン型構造を有するため、水溶液中で無機塩類
や有機塩類を取り込むことができる。このため、砂漠等
での水分保持剤、塩害地での塩の除去剤、生理用品、薬
物徐放性担体、生体適合材料等に利用できる。さらに、
本発明の重合体は主鎖及び側鎖にそれぞれペプチド結合
及びアミド結合を有しているため、生分解性を有し環境
問題に適した材料である。
合体及びその製造方法に関するものである。本発明のア
ミノ酸は、側鎖に正負の両荷電基をともに有するカルボ
キシベタイン型構造を有するため、水溶液中で無機塩類
や有機塩類を取り込むことができる。このため、砂漠等
での水分保持剤、塩害地での塩の除去剤、生理用品、薬
物徐放性担体、生体適合材料等に利用できる。さらに、
本発明の重合体は主鎖及び側鎖にそれぞれペプチド結合
及びアミド結合を有しているため、生分解性を有し環境
問題に適した材料である。
【０００２】
【従来の技術】一分子中に、４級アンモニウム基とカル
ボキシル基を共に有する構造をカルボキシベタイン型構
造と称し、通常の電解質分子と異なる性質を持ってい
る。例えばこの様な両荷電基を有する高分子電解質は、
塩を添加することで分子鎖が広がることが知られてい
る。このため、この高分子は水溶液中で塩を取り込むこ
とが出来るので、新たな土壌改質剤や生理用品等に利用
できると考えられる。これまでにこの様な両荷電基を有
するベタイン型高分子電解質はポリ［Ｎ−(３−スルホ
プロピル)−Ｎ−メタクリロオキシエチル−Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアンモニウムベタイン］やポリ［４−（２−アク
リルアミド−２−メチルプロピルジメチルアンモニオ）
ブタネート］等が知られているがいずれも主鎖がアルキ
ル鎖である。このため生分解性がなく、ごみ等の新たな
環境間題を生じる可能性がある。よって、生分解性を有
するカルボキシベタイン型高分子電解質の開発が必要と
されている。
ボキシル基を共に有する構造をカルボキシベタイン型構
造と称し、通常の電解質分子と異なる性質を持ってい
る。例えばこの様な両荷電基を有する高分子電解質は、
塩を添加することで分子鎖が広がることが知られてい
る。このため、この高分子は水溶液中で塩を取り込むこ
とが出来るので、新たな土壌改質剤や生理用品等に利用
できると考えられる。これまでにこの様な両荷電基を有
するベタイン型高分子電解質はポリ［Ｎ−(３−スルホ
プロピル)−Ｎ−メタクリロオキシエチル−Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアンモニウムベタイン］やポリ［４−（２−アク
リルアミド−２−メチルプロピルジメチルアンモニオ）
ブタネート］等が知られているがいずれも主鎖がアルキ
ル鎖である。このため生分解性がなく、ごみ等の新たな
環境間題を生じる可能性がある。よって、生分解性を有
するカルボキシベタイン型高分子電解質の開発が必要と
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、生分解性を
有する、カルボキシベタイン型高分子電解質及びその合
成方法を提供することをその課題とする。
有する、カルボキシベタイン型高分子電解質及びその合
成方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、側鎖にカルボキシベ
タイン型構造を有するアミノ酸重合体が提供される。ま
た、本発明によれば、側鎖にカルボキシベタイン型構造
を有するアミノ酸重合体を製造する方法において、側鎖
にカルボキシル基を有するアミノ酸重合体に、置換アミ
ノ基を有するアルキルアミンを反応させた後、得られた
生成物にアルコキシカルボニルアルキルハライドを反応
させ、次いで得られた生成物を加水分解処理することを
特徴とする前記方法が提供される。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、側鎖にカルボキシベ
タイン型構造を有するアミノ酸重合体が提供される。ま
た、本発明によれば、側鎖にカルボキシベタイン型構造
を有するアミノ酸重合体を製造する方法において、側鎖
にカルボキシル基を有するアミノ酸重合体に、置換アミ
ノ基を有するアルキルアミンを反応させた後、得られた
生成物にアルコキシカルボニルアルキルハライドを反応
させ、次いで得られた生成物を加水分解処理することを
特徴とする前記方法が提供される。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のアミノ酸重合体には、単
独重合体及び共重合体が包含され、下記一般式（１）で
表されるアミノ酸を原料として用いて製造することがで
きる。
独重合体及び共重合体が包含され、下記一般式（１）で
表されるアミノ酸を原料として用いて製造することがで
きる。
【化１】 前記式中、Ｒ1及びＲ2は低級アルキレン基を示し、その
炭素数は１〜６、好ましくは１〜５、より好ましくは１
〜３である。Ｒ3及びＲ4は水素又は低級アルキル基を示
す。この場合の低級アルキル基の炭素数は１〜６、好ま
しくは１〜３である。ｍ及びｐは０又は１を示す。前記
一般式（１）で表されるアミノ酸としては、グルタミン
酸やアスパラギン酸及びそれらの低級アルキルエステル
等が挙げられる。
炭素数は１〜６、好ましくは１〜５、より好ましくは１
〜３である。Ｒ3及びＲ4は水素又は低級アルキル基を示
す。この場合の低級アルキル基の炭素数は１〜６、好ま
しくは１〜３である。ｍ及びｐは０又は１を示す。前記
一般式（１）で表されるアミノ酸としては、グルタミン
酸やアスパラギン酸及びそれらの低級アルキルエステル
等が挙げられる。
【０００６】本発明のアミノ酸重合体を製造するには、
先ず、前記アミノ酸の単独重合体又は共重合体を合成す
る。共重合体を合成する場合、その共重合成分として
は、各種のアミノ酸、例えば、グリシン、アラニン、バ
リン、ロイシン、イソロイシン等のモノアミノモノカル
ボン酸；セリン、トレオニン等のオキシアミノ酸、シス
ティン、シスチン、メチオニン等の含イオウアミノ酸の
他、フェニルアラニン、プロリン等を挙げることができ
る。この共重合体において、前記一般式（１）で表され
るアミノ酸成分の含有量は、共重合体を構成する全アミ
ノ酸成分に対して、１０〜１００モル％、好ましくは４
０〜１００モル％である。なお、前記アミノ酸重合体
は、従来公知のものであり、また、その一部は既に販売
されているものもあり、本発明では、それらの販売品を
用いることもできる。
先ず、前記アミノ酸の単独重合体又は共重合体を合成す
る。共重合体を合成する場合、その共重合成分として
は、各種のアミノ酸、例えば、グリシン、アラニン、バ
リン、ロイシン、イソロイシン等のモノアミノモノカル
ボン酸；セリン、トレオニン等のオキシアミノ酸、シス
ティン、シスチン、メチオニン等の含イオウアミノ酸の
他、フェニルアラニン、プロリン等を挙げることができ
る。この共重合体において、前記一般式（１）で表され
るアミノ酸成分の含有量は、共重合体を構成する全アミ
ノ酸成分に対して、１０〜１００モル％、好ましくは４
０〜１００モル％である。なお、前記アミノ酸重合体
は、従来公知のものであり、また、その一部は既に販売
されているものもあり、本発明では、それらの販売品を
用いることもできる。
【０００７】次に、前記アミノ酸重合体に、下記一般式
（２）で表される置換アミノ基を有するアルキルアミン
を反応させる。
（２）で表される置換アミノ基を有するアルキルアミン
を反応させる。
【化２】 前記式中、Ｒ5はアルキレン基を示し、その炭素数は１
〜１２、好ましくは２〜５である。Ｒ6及びＲ7は炭素数
１〜６、好ましくは１〜３の低級アルキル基を示す。こ
の反応においては、アミノ酸重合体中に含まれているカ
ルボキシル基に１級アミノ基（ＮＨ2）が結合してアミ
ド結合（ＣＯＮＨ）が形成される。
〜１２、好ましくは２〜５である。Ｒ6及びＲ7は炭素数
１〜６、好ましくは１〜３の低級アルキル基を示す。こ
の反応においては、アミノ酸重合体中に含まれているカ
ルボキシル基に１級アミノ基（ＮＨ2）が結合してアミ
ド結合（ＣＯＮＨ）が形成される。
【０００８】次に、前記反応で得られた側鎖に置換アミ
ノ基（ジアルキルアミノ基）を有するアミノ酸重合体
に、４級化剤として下記一般式（３）で表される低級ア
ルコキシカルボニルアルキルハライドを反応させる。
ノ基（ジアルキルアミノ基）を有するアミノ酸重合体
に、４級化剤として下記一般式（３）で表される低級ア
ルコキシカルボニルアルキルハライドを反応させる。
【化３】 前記式中、Ｘは塩素、臭素等のハロゲン、好ましくは臭
素を示し、Ｒ8は低級アルキレン基を示し、その炭素数
は１〜６、好ましくは１〜５、より好ましくは１〜３で
ある。Ｒ9は炭素数１〜６、好ましくは１〜３の低級ア
ルキル基を示す。この反応においては、アミノ酸重合体
の側鎖アミノ基に前記低級アルコキシカルボニルアルキ
ルハライドが脱ハロゲン化水素反応により結合して、４
級化アミノ基（アンモニウム基）が形成される。
素を示し、Ｒ8は低級アルキレン基を示し、その炭素数
は１〜６、好ましくは１〜５、より好ましくは１〜３で
ある。Ｒ9は炭素数１〜６、好ましくは１〜３の低級ア
ルキル基を示す。この反応においては、アミノ酸重合体
の側鎖アミノ基に前記低級アルコキシカルボニルアルキ
ルハライドが脱ハロゲン化水素反応により結合して、４
級化アミノ基（アンモニウム基）が形成される。
【０００９】次に、前記反応で得られた低級アルコキシ
カルボニルアルキル基が結合したアンモニウム基を有す
るアミノ酸重合体におけるそのアルコキシカルボニル基
（ＣＯＯＲ9）を加水分解してカルボキシル基（ＣＯ
Ｏ-）に変換する。前記のようにして、側鎖にカルボキ
シルベタイン構造を有するアミノ酸重合体（以下、アミ
ノ酸重合体Ａとも言う）を得ることができる。
カルボニルアルキル基が結合したアンモニウム基を有す
るアミノ酸重合体におけるそのアルコキシカルボニル基
（ＣＯＯＲ9）を加水分解してカルボキシル基（ＣＯ
Ｏ-）に変換する。前記のようにして、側鎖にカルボキ
シルベタイン構造を有するアミノ酸重合体（以下、アミ
ノ酸重合体Ａとも言う）を得ることができる。
【００１０】本発明のアミノ酸重合体Ａの数平均重合度
ｎは１０〜１０００、好ましくは１００〜１０００であ
る。本発明のアミノ酸重合体において、その好ましいも
のは、下記一般式（４）で表されるカルボキシベタイン
型構造の側鎖を有するものである。
ｎは１０〜１０００、好ましくは１００〜１０００であ
る。本発明のアミノ酸重合体において、その好ましいも
のは、下記一般式（４）で表されるカルボキシベタイン
型構造の側鎖を有するものである。
【化４】 前記式中、Ｒ2及びＲ8は低級アルキレン基を示し、Ｒ5
はアルキレン基を示し、Ｒ6及びＲ7は低級アルキル基を
示し、ｐは０又は１である。
はアルキレン基を示し、Ｒ6及びＲ7は低級アルキル基を
示し、ｐは０又は１である。
【００１１】本発明のアミノ酸重合体において、より好
ましいものは下記一般式（５）で表されるアミノ酸単独
重合体である。
ましいものは下記一般式（５）で表されるアミノ酸単独
重合体である。
【化５】 前記式中、Ｒ1、Ｒ2、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7、Ｒ8、ｍ及びｐは
前記と同じ意味を有する。ｎは数平均重合度で１０〜１
０００、好ましくは１００〜１０００である。
前記と同じ意味を有する。ｎは数平均重合度で１０〜１
０００、好ましくは１００〜１０００である。
【００１２】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。
明する。
【００１３】実施例１ 試料として１，２−ジクロロエタン溶液の化合物１（ポ
リ（メチル−Ｌ−グルタメート）分子量６０，０００）
をガラス板上で自然乾燥した後、真空乾燥を行い溶媒を
除去した。この試料に、以下のような反応を行った。化
合物１の１．８ｇを３−ジメチルアミノプロピルアミン
７５ｍｌとメタノール１０ｍｌ混合溶液に浸潰し６０℃
で９日間反応を行った。生成物を濾過後、大量のアセト
ンで洗浄した。純水に溶解後、凍結乾燥を行い化合物２
を得た。化合物１と化合物２のＩＲ測定を行ったとこ
ろ、化合物１については、ＩＲの吸収ピークは１５４
０、１６３５、１７４０ｃｍ-1にあったが、化合物２に
ついては１５４６と１６５２ｃｍ-1であり、化合物１に
見られた、１７４０ｃｍ-1のエステル結合のピークが化
合物２では完全に消滅していた。1ＨＮＭＲ測定によ
り、共鳴ピークは１．６８、２．２１、２．３６、３．
１９、４．１７ｐｐｍであり、化合物２が得られている
ことが分かった。また、元素分析の結果は、Ｃ：Ｈ：Ｎ
＝５４．９６：９．２５：１８．９６（計算値５６．３
４：８．９２：１９．７２）であった。化合物２から化
合物３への、アミノ基の４級化の反応については、後記
表１に示す様に溶媒、試薬のエチル４−ブロモブチレー
トの量および反応時間を変えて実験を行い反応条件を検
討した。反応率は、主鎖上のプロトンと４級アンモニウ
ム基に結合しているメチル基のプロトンの1ＨＮＭＲ共
鳴ピークの積分値から求めた。溶煤としてアセトニトリ
ルを用い、５０℃で５日間反応したところ、反応率は８
５−８７％に達した。そこで、この試料を化合物３とし
て用いた。具体的には、化合物２の１．０ｇとエチル４
−ブロモブチレート１２ｇをアセトニトリル１３５ｍ１
中で５０℃で５日間反応し、側鎖のアミノ基を４級アン
モニウム塩とした。反応後アセトンを用いて生成物を沈
澱させ、濾過後アセトンで洗浄した。純水に溶解後、凍
結乾燥を行い化合物３を得た。化合物３のＩＲの吸収ピ
ークは１５４５、１６５６、１７２７ｃｍ-1であった。
1ＨＮＭＲ共鳴ピークは１．２７、２．３９、２．５
３、２．９２、３．１３、４．１９、４．３８ｐｐｍで
あった。２．９２ｐｐｍの共鳴ピークはプロトン付加さ
れたアミノ基に結合しているメチル基のプロトンであ
る。このため、このピークは化合物３を純水に対して限
外濾過することに消滅し、酸を加えることにより再び現
れる。この高分子をメタノール、２−プロパノール、５
ＭＮａＯＨ混合溶液（２／２／１ ｖｏ１／ｖｏ１／ｖ
ｏ１）に溶解し、室温にて３日間側鎖のエステル結合を
加水分解した。ＨＣｌで中和後、限外濾過（分画分子量
１０，０００）を行った。この液にイオン交換樹脂を加
えて、透析（分画分子量３，５００）を２日間行った後
に凍結乾燥し化合物４を得た。ＩＲの吸収ピークは１５
７６、１６５４ｃｍ-1であり、化合物３で見られたエス
テル結合由来のピーク１７２７ｃｍ-1が化合物４では完
全に消滅していた。1ＨＮＭＲの共鳴ピークは１．７
６、１．９９、２．２５、２．３７、３．０９、３．３
１、４．３１ｐｐｍであり、ここにＤＣｌを加えると
２．０３、２．０５、２．３７、２．５２、２．９１、
３．１２、３．３０、３．３５、３．３７、３．４０、
４．３５ｐｐｍであった。また、元素分析の結果は、
Ｃ：Ｈ：Ｎ：５２．９９：９．２４：１３．７８（計算
値５６．２０：８．４１：１４．５９反応率８７％の
時）であった。
リ（メチル−Ｌ−グルタメート）分子量６０，０００）
をガラス板上で自然乾燥した後、真空乾燥を行い溶媒を
除去した。この試料に、以下のような反応を行った。化
合物１の１．８ｇを３−ジメチルアミノプロピルアミン
７５ｍｌとメタノール１０ｍｌ混合溶液に浸潰し６０℃
で９日間反応を行った。生成物を濾過後、大量のアセト
ンで洗浄した。純水に溶解後、凍結乾燥を行い化合物２
を得た。化合物１と化合物２のＩＲ測定を行ったとこ
ろ、化合物１については、ＩＲの吸収ピークは１５４
０、１６３５、１７４０ｃｍ-1にあったが、化合物２に
ついては１５４６と１６５２ｃｍ-1であり、化合物１に
見られた、１７４０ｃｍ-1のエステル結合のピークが化
合物２では完全に消滅していた。1ＨＮＭＲ測定によ
り、共鳴ピークは１．６８、２．２１、２．３６、３．
１９、４．１７ｐｐｍであり、化合物２が得られている
ことが分かった。また、元素分析の結果は、Ｃ：Ｈ：Ｎ
＝５４．９６：９．２５：１８．９６（計算値５６．３
４：８．９２：１９．７２）であった。化合物２から化
合物３への、アミノ基の４級化の反応については、後記
表１に示す様に溶媒、試薬のエチル４−ブロモブチレー
トの量および反応時間を変えて実験を行い反応条件を検
討した。反応率は、主鎖上のプロトンと４級アンモニウ
ム基に結合しているメチル基のプロトンの1ＨＮＭＲ共
鳴ピークの積分値から求めた。溶煤としてアセトニトリ
ルを用い、５０℃で５日間反応したところ、反応率は８
５−８７％に達した。そこで、この試料を化合物３とし
て用いた。具体的には、化合物２の１．０ｇとエチル４
−ブロモブチレート１２ｇをアセトニトリル１３５ｍ１
中で５０℃で５日間反応し、側鎖のアミノ基を４級アン
モニウム塩とした。反応後アセトンを用いて生成物を沈
澱させ、濾過後アセトンで洗浄した。純水に溶解後、凍
結乾燥を行い化合物３を得た。化合物３のＩＲの吸収ピ
ークは１５４５、１６５６、１７２７ｃｍ-1であった。
1ＨＮＭＲ共鳴ピークは１．２７、２．３９、２．５
３、２．９２、３．１３、４．１９、４．３８ｐｐｍで
あった。２．９２ｐｐｍの共鳴ピークはプロトン付加さ
れたアミノ基に結合しているメチル基のプロトンであ
る。このため、このピークは化合物３を純水に対して限
外濾過することに消滅し、酸を加えることにより再び現
れる。この高分子をメタノール、２−プロパノール、５
ＭＮａＯＨ混合溶液（２／２／１ ｖｏ１／ｖｏ１／ｖ
ｏ１）に溶解し、室温にて３日間側鎖のエステル結合を
加水分解した。ＨＣｌで中和後、限外濾過（分画分子量
１０，０００）を行った。この液にイオン交換樹脂を加
えて、透析（分画分子量３，５００）を２日間行った後
に凍結乾燥し化合物４を得た。ＩＲの吸収ピークは１５
７６、１６５４ｃｍ-1であり、化合物３で見られたエス
テル結合由来のピーク１７２７ｃｍ-1が化合物４では完
全に消滅していた。1ＨＮＭＲの共鳴ピークは１．７
６、１．９９、２．２５、２．３７、３．０９、３．３
１、４．３１ｐｐｍであり、ここにＤＣｌを加えると
２．０３、２．０５、２．３７、２．５２、２．９１、
３．１２、３．３０、３．３５、３．３７、３．４０、
４．３５ｐｐｍであった。また、元素分析の結果は、
Ｃ：Ｈ：Ｎ：５２．９９：９．２４：１３．７８（計算
値５６．２０：８．４１：１４．５９反応率８７％の
時）であった。
【００１４】
【表１】
【００１５】前記実施例１において行った各反応を化学
式を含めて示すと、以下の通りである。
式を含めて示すと、以下の通りである。
【００１６】
【化６】
【００１７】実施例２ 化合物４の水溶液の粘度測定をウベローデ粘度計を用い
て２５℃でＨＣｌを滴定することによりｐＨを変化させ
ながら行った。その結果、ｐＨが３付近において粘度の
極大を生じた。ｐＨが３付近までは、ｐＨの減少に伴う
カルボキシル基の解離度の減少により、４級アンモニウ
ム基の正電荷による反発が強まるため粘度が増加し、一
方ｐＨ３以下の範囲では、加えられたＨＣｌの添加塩効
果により、荷電基間の反発が抑制され粘度が滅少したと
考えられる。
て２５℃でＨＣｌを滴定することによりｐＨを変化させ
ながら行った。その結果、ｐＨが３付近において粘度の
極大を生じた。ｐＨが３付近までは、ｐＨの減少に伴う
カルボキシル基の解離度の減少により、４級アンモニウ
ム基の正電荷による反発が強まるため粘度が増加し、一
方ｐＨ３以下の範囲では、加えられたＨＣｌの添加塩効
果により、荷電基間の反発が抑制され粘度が滅少したと
考えられる。
【００１８】
【発明の効果】本発明のアミノ酸重合体は、生分解性を
有するもので、その側鎖にカルボキシベタイン型構造を
有し、塩除去剤、生理用品、薬物徐放担体、生体適合材
料等として利用される。
有するもので、その側鎖にカルボキシベタイン型構造を
有し、塩除去剤、生理用品、薬物徐放担体、生体適合材
料等として利用される。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年６月１１日（１９９９．６．１
１）
１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 カルボキシベタイン型構造を側鎖に有
するアミノ酸重合体及びその製造方法
するアミノ酸重合体及びその製造方法
【特許請求の範囲】
【化１】 （式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキレン基、Ｒ２及
びＲ３は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ４は炭素数炭素
数１〜６のアルキレン基を示す。）
びＲ３は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ４は炭素数炭素
数１〜６のアルキレン基を示す。）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なアミノ酸重
合体及びその製造方法に関するものである。本発明のア
ミノ酸は、側鎖に正負の両荷電基をともに有するカルボ
キシベタイン型構造を有するため、水溶液中で無機塩類
や有機塩類を取り込むことができる。このため、砂漠等
での水分保持剤、塩害地での塩の除去剤、生理用品、薬
物徐放性担体、生体適合材料等に利用できる。さらに、
本発明の重合体は主鎖及び側鎖にそれぞれペプチド結合
及びアミド結合を有しているため、生分解性を有し環境
問題に適した材料である。
合体及びその製造方法に関するものである。本発明のア
ミノ酸は、側鎖に正負の両荷電基をともに有するカルボ
キシベタイン型構造を有するため、水溶液中で無機塩類
や有機塩類を取り込むことができる。このため、砂漠等
での水分保持剤、塩害地での塩の除去剤、生理用品、薬
物徐放性担体、生体適合材料等に利用できる。さらに、
本発明の重合体は主鎖及び側鎖にそれぞれペプチド結合
及びアミド結合を有しているため、生分解性を有し環境
問題に適した材料である。
【０００２】
【従来の技術】一分子中に、４級アンモニウム基とカル
ボキシル基を共に有する構造をカルボキシベタイン型構
造と称し、通常の電解質分子と異なる性質を持ってい
る。例えばこの様な両荷電基を有する高分子電解質は、
塩を添加することで分子鎖が広がることが知られてい
る。このため、この高分子は水溶液中で塩を取り込むこ
とが出来るので、新たな土壌改質剤や生理用品等に利用
できると考えられる。これまでにこの様な両荷電基を有
するベタイン型高分子電解質はポリ［Ｎ−(３−スルホ
プロピル)−Ｎ−メタクリロオキシエチル−Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアンモニウムベタイン］やポリ［４−（２−アク
リルアミド−２−メチルプロピルジメチルアンモニオ）
ブタネート］等が知られているがいずれも主鎖がアルキ
ル鎖である。このため生分解性がなく、ごみ等の新たな
環境間題を生じる可能性がある。よって、生分解性を有
するカルボキシベタイン型高分子電解質の開発が必要と
されている。
ボキシル基を共に有する構造をカルボキシベタイン型構
造と称し、通常の電解質分子と異なる性質を持ってい
る。例えばこの様な両荷電基を有する高分子電解質は、
塩を添加することで分子鎖が広がることが知られてい
る。このため、この高分子は水溶液中で塩を取り込むこ
とが出来るので、新たな土壌改質剤や生理用品等に利用
できると考えられる。これまでにこの様な両荷電基を有
するベタイン型高分子電解質はポリ［Ｎ−(３−スルホ
プロピル)−Ｎ−メタクリロオキシエチル−Ｎ，Ｎ−ジ
メチルアンモニウムベタイン］やポリ［４−（２−アク
リルアミド−２−メチルプロピルジメチルアンモニオ）
ブタネート］等が知られているがいずれも主鎖がアルキ
ル鎖である。このため生分解性がなく、ごみ等の新たな
環境間題を生じる可能性がある。よって、生分解性を有
するカルボキシベタイン型高分子電解質の開発が必要と
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、生分解性を
有する、カルボキシベタイン型高分子電解質及びその合
成方法を提供することをその課題とする。
有する、カルボキシベタイン型高分子電解質及びその合
成方法を提供することをその課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、下記一般式（１）で
示される繰り返し単位からなる、側鎖にカルボキシベタ
イン型構造を有するグルタミン酸重合体が提供される。
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成する
に至った。即ち、本発明によれば、下記一般式（１）で
示される繰り返し単位からなる、側鎖にカルボキシベタ
イン型構造を有するグルタミン酸重合体が提供される。
【化２】 （式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキレン基、Ｒ２及
びＲ３は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ４は炭素数炭素
数１〜６のアルキレン基を示す。） また、本発明によれば、グルタミン酸酸重合体に、置換
アミノ基を有するアルキルアミンを反応させた後、得ら
れた生成物にアルコキシカルボニルアルキルハライドを
反応させ、次いで得られた生成物を加水分解処理するこ
とを特徴とする上記側鎖にカルボキシベタイン型構造を
有するグルタミン酸重合体を製造する方法が提供され
る。
びＲ３は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ４は炭素数炭素
数１〜６のアルキレン基を示す。） また、本発明によれば、グルタミン酸酸重合体に、置換
アミノ基を有するアルキルアミンを反応させた後、得ら
れた生成物にアルコキシカルボニルアルキルハライドを
反応させ、次いで得られた生成物を加水分解処理するこ
とを特徴とする上記側鎖にカルボキシベタイン型構造を
有するグルタミン酸重合体を製造する方法が提供され
る。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明のアミノ酸重合体には、単
独重合体及び共重合体が包含され、下記一般式（２）で
表されるアミノ酸を原料として用いて製造することがで
きる。
独重合体及び共重合体が包含され、下記一般式（２）で
表されるアミノ酸を原料として用いて製造することがで
きる。
【化３】 前記式中、Ｒ５及びＲ６は水素又は低級アルキル基を示
す。この場合の低級アルキル基の炭素数は１〜６、好ま
しくは１〜３である。前記一般式（１）で表されるアミ
ノ酸としては、グルタミン酸やその低級アルキルエステ
ル等が挙げられる。
す。この場合の低級アルキル基の炭素数は１〜６、好ま
しくは１〜３である。前記一般式（１）で表されるアミ
ノ酸としては、グルタミン酸やその低級アルキルエステ
ル等が挙げられる。
【０００６】本発明のアミノ酸重合体を製造するには、
先ず、前記グルタミン酸の単独重合体又は共重合体を合
成する。共重合体を合成する場合、その共重合成分とし
ては、各種のアミノ酸、例えば、グリシン、アラニン、
バリン、ロイシン、イソロイシン等のモノアミノモノカ
ルボン酸；セリン、トレオニン等のオキシアミノ酸、シ
スティン、シスチン、メチオニン等の含イオウアミノ酸
の他、フェニルアラニン、プロリン等を挙げることがで
きる。この共重合体において、前記一般式（２）で表さ
れるアミノ酸成分の含有量は、共重合体を構成する全ア
ミノ酸成分に対して、１０〜１００モル％、好ましくは
４０〜１００モル％である。なお、前記グルタミン酸重
合体は、従来公知のものであり、また、その一部は既に
販売されているものもあり、本発明では、それらの販売
品を用いることもできる
先ず、前記グルタミン酸の単独重合体又は共重合体を合
成する。共重合体を合成する場合、その共重合成分とし
ては、各種のアミノ酸、例えば、グリシン、アラニン、
バリン、ロイシン、イソロイシン等のモノアミノモノカ
ルボン酸；セリン、トレオニン等のオキシアミノ酸、シ
スティン、シスチン、メチオニン等の含イオウアミノ酸
の他、フェニルアラニン、プロリン等を挙げることがで
きる。この共重合体において、前記一般式（２）で表さ
れるアミノ酸成分の含有量は、共重合体を構成する全ア
ミノ酸成分に対して、１０〜１００モル％、好ましくは
４０〜１００モル％である。なお、前記グルタミン酸重
合体は、従来公知のものであり、また、その一部は既に
販売されているものもあり、本発明では、それらの販売
品を用いることもできる
【０００７】次に、前記アミノ酸重合体に、下記一般式
（３）で表される置換アミノ基を有するアルキルアミン
を反応させる。
（３）で表される置換アミノ基を有するアルキルアミン
を反応させる。
【化４】 前記式中、Ｒ１は炭素数１〜１２好ましくは炭素数２〜
５のアルキレン基を、Ｒ２及びＲ３は炭素数１〜６好ま
しくは１〜３の低級アルキル基を表す。この反応におい
ては、アミノ酸重合体中に含まれているカルボキシル基
に１級アミノ基（ＮＨ２）が結合してアミド結合（ＣＯ
ＮＨ）が形成される。
５のアルキレン基を、Ｒ２及びＲ３は炭素数１〜６好ま
しくは１〜３の低級アルキル基を表す。この反応におい
ては、アミノ酸重合体中に含まれているカルボキシル基
に１級アミノ基（ＮＨ２）が結合してアミド結合（ＣＯ
ＮＨ）が形成される。
【０００８】次に、前記反応で得られた側鎖に置換アミ
ノ基（ジアルキルアミノ基）を有するアミノ酸重合体
に、４級化剤として下記一般式（４）で表される低級ア
ルコキシカルボニルアルキルハライドを反応させる。
ノ基（ジアルキルアミノ基）を有するアミノ酸重合体
に、４級化剤として下記一般式（４）で表される低級ア
ルコキシカルボニルアルキルハライドを反応させる。
【化５】 前記式中、Ｘは塩素、臭素等のハロゲン、好ましくは臭
素を示し、Ｒ４ は、炭素数１〜６、好ましくは１〜５、
より好ましくは１〜３のアルキレン基を、Ｒ７ は炭素数
１〜６、好ましくは１〜３の低級アルキル基を示す。こ
の反応においては、アミノ酸重合体の側鎖アミノ基に前
記低級アルコキシカルボニルアルキルハライドが脱ハロ
ゲン化水素反応により結合して、４級化アミノ基（アン
モニウム基）が形成される。
素を示し、Ｒ４ は、炭素数１〜６、好ましくは１〜５、
より好ましくは１〜３のアルキレン基を、Ｒ７ は炭素数
１〜６、好ましくは１〜３の低級アルキル基を示す。こ
の反応においては、アミノ酸重合体の側鎖アミノ基に前
記低級アルコキシカルボニルアルキルハライドが脱ハロ
ゲン化水素反応により結合して、４級化アミノ基（アン
モニウム基）が形成される。
【０００９】次に、前記反応で得られた低級アルコキシ
カルボニルアルキル基が結合したアンモニウム基を有す
るアミノ酸重合体におけるそのアルコキシカルボニル基
（ＣＯＯＲ７ ）を加水分解してカルボキシル基（ＣＯＯ
−）に変換する。前記のようにして、側鎖にカルボキシ
ルベタイン構造を有するグルタミン酸重合体（以下、ア
ミノ酸重合体Ａとも言う）を得ることができる。
カルボニルアルキル基が結合したアンモニウム基を有す
るアミノ酸重合体におけるそのアルコキシカルボニル基
（ＣＯＯＲ７ ）を加水分解してカルボキシル基（ＣＯＯ
−）に変換する。前記のようにして、側鎖にカルボキシ
ルベタイン構造を有するグルタミン酸重合体（以下、ア
ミノ酸重合体Ａとも言う）を得ることができる。
【００１０】本発明のアミノ酸重合体Ａの数平均重合度
ｎは１０〜１０００、好ましくは１００〜１０００であ
る。本発明のグルタミン酸重合体において、その好まし
いものは、下記一般式（５）で表されるカルボキシベタ
イン型構造の側鎖を有するものである。
ｎは１０〜１０００、好ましくは１００〜１０００であ
る。本発明のグルタミン酸重合体において、その好まし
いものは、下記一般式（５）で表されるカルボキシベタ
イン型構造の側鎖を有するものである。
【化６】 （式中、Ｒ１は炭素数１〜１２のアルキレン基、Ｒ２及
びＲ３は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ４は炭素数炭素
数１〜６のアルキレン基を示す。）
びＲ３は炭素数１〜６のアルキル基、Ｒ４は炭素数炭素
数１〜６のアルキレン基を示す。）
【００１１】本発明のグルタミン酸重合体において、よ
り好ましいものは下記一般式（６）で表されるグルタミ
ン酸単独重合体である。
り好ましいものは下記一般式（６）で表されるグルタミ
ン酸単独重合体である。
【化７】 前記式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は前記と同じ意味を
有する。ｎは数平均重合度で１０〜１０００、好ましく
は１００〜１０００である。
有する。ｎは数平均重合度で１０〜１０００、好ましく
は１００〜１０００である。
【００１２】
【実施例】次に、本発明を実施例によりさらに詳しく説
明する。
明する。
【００１３】実施例１ 試料として１，２−ジクロロエタン溶液の化合物１（ポ
リ（メチル−Ｌ−グルタメート）分子量６０，０００）
をガラス板上で自然乾燥した後、真空乾燥を行い溶媒を
除去した。この試料に、以下のような反応を行った。化
合物１の１．８ｇを３−ジメチルアミノプロピルアミン
７５ｍｌとメタノール１０ｍｌ混合溶液に浸潰し６０℃
で９日間反応を行った。生成物を濾過後、大量のアセト
ンで洗浄した。純水に溶解後、凍結乾燥を行い化合物２
を得た。化合物１と化合物２のＩＲ測定を行ったとこ
ろ、化合物１については、ＩＲの吸収ピークは１５４
０、１６３５、１７４０ｃｍ−１にあったが、化合物２
については１５４６と１６５２ｃｍ−１であり、化合物
１に見られた、１７４０ｃｍ−１のエステル結合のピー
クが化合物２では完全に消滅していた。１ＨＮＭＲ測定
により、共 鳴ピークは１．６８、２．２１、２．３
６、３．１９、４．１７ｐｐｍであり、化合物２が得ら
れていることが分かった。また、元素分析の結果は、
Ｃ：Ｈ：Ｎ＝５４．９６：９．２５：１８．９６（計算
値５６．３４：８．９２：１９．７２）であった。化合
物２から化合物３への、アミノ基の４級化の反応につい
ては、後記表１に示す様に溶媒、試薬のエチル４−ブロ
モブチレートの量および反応時間を変えて実験を行い反
応条件を検討した。反応率は、主鎖上のプロトンと４級
アンモニウム基に結合しているメチル基のプロトンの１
ＨＮＭＲ共鳴ピークの積分値から求めた。溶煤としてア
セトニトリルを用い、５０℃で５日間反応したところ、
反応率は８５−８７％に達した。そこで、この試料を化
合物３として用いた。具体的には、化合物２の１．０ｇ
とエチル４−ブロモブチレート１２ｇをアセトニトリル
１３５ｍ１中で５０℃で５日間反応し、側鎖のアミノ基
を４級アンモニウム塩とした。反応後アセトンを用いて
生成物を沈澱させ、濾過後アセトンで洗浄した。純水に
溶解後、凍結乾燥を行い化合物３を得た。化合物３のＩ
Ｒの吸収ピークは１５４５、１６５６、１７２７ｃｍ
−１であった。１ＨＮＭＲ共鳴ピークは１． ２７、
２．３９、２．５３、２．９２、３．１３、４．１９、
４．３８ｐｐｍであった。２．９２ｐｐｍの共鳴ピーク
はプロトン付加されたアミノ基に結合しているメチル基
のプロトンである。このため、このピークは化合物３を
純水に対して限外濾過することに消滅し、酸を加えるこ
とにより再び現れる。この高分子をメタノール、２−プ
ロパノール、５ＭＮａＯＨ混合溶液（２／２／１ ｖｏ
１／ ｖｏ１／ｖｏ１）に溶解し、室温にて３日間側鎖
のエステル結合を加水分解した。ＨＣｌで中和後、限外
濾過（分画分子量１０，０００）を行った。この液にイ
オン交換樹脂を加えて、透析（分画分子量３，５００）
を２日間行った後に凍結乾燥し化合物４を得た。ＩＲの
吸収ピークは１５７６、１６５４ｃｍ−１であり、化合
物３で見られたエステル結合由来のピーク１７２７ｃｍ
−１が化合物４では完全に消滅していた。１ＨＮＭＲの
共鳴ピークは１．７６、１．９９、２．２５、 ２．３
７、３．０９、３．３１、４．３１ｐｐｍであり、ここ
にＤＣｌを加えると２．０３、２．０５、２．３７、
２．５２、２．９１、３．１２、３．３０、３．３５、
３．３７、３．４０、４．３５ｐｐｍであった。また、
元素分析の結果は、Ｃ：Ｈ：Ｎ：５２．９９：９．２
４：１３．７８（計算値５６．２０：８．４１：１４．
５９反応率８７％の時）であった。
リ（メチル−Ｌ−グルタメート）分子量６０，０００）
をガラス板上で自然乾燥した後、真空乾燥を行い溶媒を
除去した。この試料に、以下のような反応を行った。化
合物１の１．８ｇを３−ジメチルアミノプロピルアミン
７５ｍｌとメタノール１０ｍｌ混合溶液に浸潰し６０℃
で９日間反応を行った。生成物を濾過後、大量のアセト
ンで洗浄した。純水に溶解後、凍結乾燥を行い化合物２
を得た。化合物１と化合物２のＩＲ測定を行ったとこ
ろ、化合物１については、ＩＲの吸収ピークは１５４
０、１６３５、１７４０ｃｍ−１にあったが、化合物２
については１５４６と１６５２ｃｍ−１であり、化合物
１に見られた、１７４０ｃｍ−１のエステル結合のピー
クが化合物２では完全に消滅していた。１ＨＮＭＲ測定
により、共 鳴ピークは１．６８、２．２１、２．３
６、３．１９、４．１７ｐｐｍであり、化合物２が得ら
れていることが分かった。また、元素分析の結果は、
Ｃ：Ｈ：Ｎ＝５４．９６：９．２５：１８．９６（計算
値５６．３４：８．９２：１９．７２）であった。化合
物２から化合物３への、アミノ基の４級化の反応につい
ては、後記表１に示す様に溶媒、試薬のエチル４−ブロ
モブチレートの量および反応時間を変えて実験を行い反
応条件を検討した。反応率は、主鎖上のプロトンと４級
アンモニウム基に結合しているメチル基のプロトンの１
ＨＮＭＲ共鳴ピークの積分値から求めた。溶煤としてア
セトニトリルを用い、５０℃で５日間反応したところ、
反応率は８５−８７％に達した。そこで、この試料を化
合物３として用いた。具体的には、化合物２の１．０ｇ
とエチル４−ブロモブチレート１２ｇをアセトニトリル
１３５ｍ１中で５０℃で５日間反応し、側鎖のアミノ基
を４級アンモニウム塩とした。反応後アセトンを用いて
生成物を沈澱させ、濾過後アセトンで洗浄した。純水に
溶解後、凍結乾燥を行い化合物３を得た。化合物３のＩ
Ｒの吸収ピークは１５４５、１６５６、１７２７ｃｍ
−１であった。１ＨＮＭＲ共鳴ピークは１． ２７、
２．３９、２．５３、２．９２、３．１３、４．１９、
４．３８ｐｐｍであった。２．９２ｐｐｍの共鳴ピーク
はプロトン付加されたアミノ基に結合しているメチル基
のプロトンである。このため、このピークは化合物３を
純水に対して限外濾過することに消滅し、酸を加えるこ
とにより再び現れる。この高分子をメタノール、２−プ
ロパノール、５ＭＮａＯＨ混合溶液（２／２／１ ｖｏ
１／ ｖｏ１／ｖｏ１）に溶解し、室温にて３日間側鎖
のエステル結合を加水分解した。ＨＣｌで中和後、限外
濾過（分画分子量１０，０００）を行った。この液にイ
オン交換樹脂を加えて、透析（分画分子量３，５００）
を２日間行った後に凍結乾燥し化合物４を得た。ＩＲの
吸収ピークは１５７６、１６５４ｃｍ−１であり、化合
物３で見られたエステル結合由来のピーク１７２７ｃｍ
−１が化合物４では完全に消滅していた。１ＨＮＭＲの
共鳴ピークは１．７６、１．９９、２．２５、 ２．３
７、３．０９、３．３１、４．３１ｐｐｍであり、ここ
にＤＣｌを加えると２．０３、２．０５、２．３７、
２．５２、２．９１、３．１２、３．３０、３．３５、
３．３７、３．４０、４．３５ｐｐｍであった。また、
元素分析の結果は、Ｃ：Ｈ：Ｎ：５２．９９：９．２
４：１３．７８（計算値５６．２０：８．４１：１４．
５９反応率８７％の時）であった。
【００１４】
【表１】
【００１５】前記実施例１において行った各反応を化学
式を含めて示すと、以下の通りである。
式を含めて示すと、以下の通りである。
【００１６】
【化８】
【００１７】実施例２ 化合物４の水溶液の粘度測定をウベローデ粘度計を用い
て２５℃でＨＣｌを滴定することによりｐＨを変化させ
ながら行った。その結果、ｐＨが３付近において粘度の
極大を生じた。ｐＨが３付近までは、ｐＨの減少に伴う
カルボキシル基の解離度の減少により、４級アンモニウ
ム基の正電荷による反発が強まるため粘度が増加し、一
方ｐＨ３以下の範囲では、加えられたＨＣｌの添加塩効
果により、荷電基間の反発が抑制され粘度が滅少したと
考えられる。
て２５℃でＨＣｌを滴定することによりｐＨを変化させ
ながら行った。その結果、ｐＨが３付近において粘度の
極大を生じた。ｐＨが３付近までは、ｐＨの減少に伴う
カルボキシル基の解離度の減少により、４級アンモニウ
ム基の正電荷による反発が強まるため粘度が増加し、一
方ｐＨ３以下の範囲では、加えられたＨＣｌの添加塩効
果により、荷電基間の反発が抑制され粘度が滅少したと
考えられる。
【００１８】
【発明の効果】本発明のアミノ酸重合体は、生分解性を
有するもので、その側鎖にカルボキシベタイン型構造を
有し、塩除去剤、生理用品、薬物徐放担体、生体適合材
料等として利用される。
有するもので、その側鎖にカルボキシベタイン型構造を
有し、塩除去剤、生理用品、薬物徐放担体、生体適合材
料等として利用される。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4J001 DD07 DD13 DD20 EA33 EA34 EA35 EA36 EE28C EE43C FA03 FB01 FC01 GE02 JA20 JB50
Claims (2)
- 【請求項１】 側鎖にカルボキシベタイン型構造を有す
るアミノ酸重合体。 - 【請求項２】 側鎖にカルボキシベタイン型構造を有す
るアミノ酸重合体を製造する方法において、側鎖にカル
ボキシル基を有するアミノ酸重合体に、置換アミノ基を
有するアルキルアミンを反応させた後、得られた生成物
に低級アルコキシカルボニルアルキルハライドを反応さ
せ、次いで得られた生成物を加水分解処理することを特
徴とする前記方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25972598A JP2979143B1 (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | カルボキシベタイン型構造を側鎖に有するアミノ酸重合体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25972598A JP2979143B1 (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | カルボキシベタイン型構造を側鎖に有するアミノ酸重合体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2979143B1 JP2979143B1 (ja) | 1999-11-15 |
| JP2000086757A true JP2000086757A (ja) | 2000-03-28 |
Family
ID=17338091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25972598A Expired - Lifetime JP2979143B1 (ja) | 1998-09-14 | 1998-09-14 | カルボキシベタイン型構造を側鎖に有するアミノ酸重合体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2979143B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018110366A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | 国立大学法人東京工業大学 | ｐＨ応答性ポリマー及び薬物送達システム |
-
1998
- 1998-09-14 JP JP25972598A patent/JP2979143B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2018110366A1 (ja) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | 国立大学法人東京工業大学 | ｐＨ応答性ポリマー及び薬物送達システム |
| US11890347B2 (en) | 2016-12-15 | 2024-02-06 | Tokyo Institute Of Technology | PH-responsive polymer and drug delivery system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2979143B1 (ja) | 1999-11-15 |
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