JP2003026703A - 酸化キチン又は酸化キトサン及びそれらの製造方法 - Google Patents
酸化キチン又は酸化キトサン及びそれらの製造方法Info
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Abstract
いて有用な、高い親水性や幅広いpH領域での水溶性が
付与された高純度の酸化キチン又は酸化キトサンおよ
び、これらの酸化キチン又は酸化キトサンを簡便な精製
工程で容易かつ安価に得ることのできる製造方法を提供
する。 【解決手段】 キチン/キトサンの構成単糖であるN−
アセチルグルコサミン、またはグルコサミンのピラノー
ス環中、6位炭素のみを酸化しカルボキシル基に変換し
た構造を有することを特徴とする酸化キチン又は酸化キ
トサンおよびそれらの製造方法を提供するものである。
Description
ン又はキトサンの酸化物及びその製造方法に関するもの
であり、この製造方法によると水系で簡便な手法にて、
容易に水に溶解する構造のはっきりとした人体無害な酸
化キチン、酸化キトサンを製造する事が可能である。
トムシやコオロギなどの昆虫類の骨格物質として、また
菌類や細胞壁にも存在し、N−アセチルD−グルコサミ
ン残基が多数、β−(1,4)−結合した多糖類であ
る。そして地球上でもっとも豊富な有機化合物であるセ
ルロ−スと類似の構造を有し、2位の炭素に結合してい
る水酸基の代わりにアセトアミド基が付加したアミノ多
糖類(ムコ多糖類)である。キトサンはキチンの脱アセ
チル化合物でグルコサミンのβ−(1,4)−結合した
多糖類である。キチン又はキトサンはセルロースと構造
が類似しており、同じ頃に研究が始まったにも関わら
ず、未だ十分な研究が進んではおらず、有効に利用しき
れていない。キチン又はキトサンは一般に水不溶性であ
る上、適正な溶媒が少ない事がこれらの研究の阻害要因
となっていた。
タイプの生分解性高分子材料として、また生体親和性材
料として注目され、その利用について多くの研究がなさ
れ、数々の知見が得られている。特にキチン又はキトサ
ンはこの分野においての研究が盛んで、創傷治癒促進効
果、抗凝血作用、免疫賦活活性、静菌・抗菌活性などさ
まざまな生物活性効果が報告されている。更にまた、細
胞認識やそれに伴う情報伝達機構など生体機能発現にお
いて、糖鎖が鍵物質として重要な役割を演じていること
も明らかになりつつある。
も、取扱い上の利便性、各種化学薬品、薬剤との相溶
性、薬効の均一性、加工性等の観点から、広範なpH領
域に於いて水溶性であることが望ましい。キトサンは酸
性の水には塩を形成し溶解する事が知られている。しか
し、中性からアルカリ性では沈殿してしまう。キチン又
はキトサンの水溶化の方法として、様々な誘導体化が知
られているが、その殆どは置換基分布もばらばらで、構
造が均一ではない。また、誘導体化により導入した官能
基が、生体に悪い影響を及ぼす可能性もある。また、脱
アセチル化率45%から55%のキチンが水溶性である
事も知られているが、工業的に大量に生産するには困難
である。
分野あるいは化粧品分野等様々な分野において有用な、
高い親水性や幅広いpH領域での水溶性が付与された高
純度の酸化キチン又は酸化キトサンおよび、これらの酸
化キチン又は酸化キトサンを簡便な精製工程で容易かつ
安価に得ることのできる製造方法を提供することにあ
る。本発明の他の目的は、グルコサミン残基の1級水酸
基が選択的に酸化されたグルコサミノウロン酸残基を有
する酸化キチン又は酸化キトサンおよびその製造方法を
提供することにある。本発明のさらに他の目的は、より
安全な試薬を用いて、温和な反応条件下で、キチン又は
キトサンを均一かつ効率よくカルボキシル化でき、高い
水溶性を付与できる方法を提供することにある。
ン又はキトサンの構成単糖であるN−アセチルグルコサ
ミン、またはグルコサミンのピラノース環中、6位炭素
のみを酸化しカルボキシル基に変換した構造を有するこ
とを特徴とする酸化キチン又は酸化キトサンである。
が、キチン又はキトサンの構成単糖であるN−アセチル
グルコサミンとグルコサミンのモル数に対し60%以上
(酸化度60%以上)であることを特徴とする請求項1
に記載の酸化キチン又は酸化キトサンである。
が、キチン又はキトサンの構成単糖であるN−アセチル
グルコサミンとグルコサミンのモル数に対し90%以上
(酸化度90%以上)であることを特徴とする請求項3
の酸化キチン又は酸化キトサンである。
構成単糖であるN−アセチルグルコサミン、またはグル
コサミンのピラノース環中、6位炭素のみを酸化しカル
ボキシル基に変換することを特徴とする酸化キチン又は
酸化キトサンの製造方法である。
化しカルボキシル基に変換する酸化方法が、水に溶解又
は分散させたキチン又はキトサンを水系で処理する方法
であることを特徴とする上記請求項4の酸化キチン又は
酸化キトサンの製造方法である。
化しカルボキシル基に変換する酸化方法が、N−オキシ
ル化合物などの触媒の存在下で処理することを特徴とす
る請求項5に記載の酸化キチン又は酸化キトサンの製造
方法である。
物が、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン
−N−オキシルであり、水中で臭化アルカリ金属または
ヨウ化アルカリ金属の存在下、次亜ハロゲン酸、亜ハロ
ゲン酸、過ハロゲン酸およびそれらの塩のうち少なくと
も1種の酸化剤を用いて、アルカリを添加してpHを一
定に保ちながら酸化することを特徴とする請求項4〜6
のいずれかに記載の酸化キチン又は酸化キトサンの製造
方法である。
リ金属の添加量により酸化度を制御できることを特徴と
する上記請求項4〜7のいずれかに記載の酸化キチン又
は酸化キトサンの製造方法である。
るN−アセチルグルコサミンがβ−1、4グリコシド結
合した多糖のことをいう。また、キトサンは、N−アセ
チルグルコサミンとグルコサミンからなる多糖類で、グ
ルコサミンの割合が0〜100%(0を含まない)であ
る多糖のことをいう。
であるN−アセチルグルコサミン、またはグルコサミン
のピラノース環中2位や3位の炭素、を酸化することな
く、6位炭素のみを酸化しカルボキシル基に変換した構
造を有することを特徴とする酸化キチン又は酸化キトサ
ン及びその製造方法であり、具体的には例えば下記一般
式(1)のような構造を有する化合物及びその製造法法
に関する。
又はアルカリ土類金属、Y:NHCOCH3又はNH2、
nは自然数)
ルD−グルコサミンがβ−(1,4)−結合した多糖類
で、蟹やエビ、さらには菌類などのキチンを含む共存物
質から、脱灰、除タンパク、脂質および色素の除去など
の工程を経て精製される。原料や精製方法、重合度等に
ついては特に限定されるものではない。キチンを原料と
する場合、キチンの高い結晶性が酸化反応を阻害し、グ
リコシド結合の分解等の副反応を起こす可能性が高い。
この副反応を抑えるためにも、予めアルカリなどにより
結晶性を下げた後、酸化反応を行うのが好ましい。ま
た、これらを酸やアルカリで加水分解して脱アセチル化
したキトサンも原料として用いることができる。脱アセ
チル化の程度は特に限定されるものではない。
シル化合物などの触媒の存在下で、水に溶解又は分散さ
せたキチンやキトサンを水系で処理することを特徴とす
る。
N−オキシル化合物(オキソアンモニウム塩)の存在
下、酸化剤を用いて、原料のキチン又はキトサンを酸化
することにより得ることができる。N−オキシル化合物
には、2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジン
−N−オキシル(以下TEMPOと称する)、などが含
まれる。この酸化方法では、酸化の程度に応じて、カル
ボキシル基を均一かつ効率よく導入できる。本酸化反応
は、前記N−オキシル化合物と、臭化物又はヨウ化物と
の共存下で行うのが有利である。臭化物又はヨウ化物と
しては、水中で解離してイオン化可能な化合物、例え
ば、臭化アルカリ金属やヨウ化アルカリ金属などが使用
できる。酸化剤としては、ハロゲン、次亜ハロゲン酸,
亜ハロゲン酸や過ハロゲン酸又はそれらの塩、ハロゲン
酸化物、窒素酸化物、過酸化物など、目的の酸化反応を
推進し得る酸化剤であれば、いずれの酸化剤も使用でき
る。
6位の炭素を選択的に酸化するものである。N−オキシ
ル化合物は触媒量で済み、例えば、キチンやキトサンの
構成単糖のモル数に対し、10ppm〜4%あれば充分
であるが、0.05%から2%が好ましい。
ず、原料の性状、使用する設備などによって最適化され
るべきであるが、臭化物やヨウ化物との共存下で酸化反
応を行うと、温和な条件下でも酸化反応を円滑に進行さ
せることができ、カルボキシル基の導入効率を大きく改
善できる。
化反応を促進できる範囲で選択でき、例えば、キチンや
キトサンの構成単糖のモル数に対し0〜100%であ
る。しかし、反応効率の点から、1〜50%が好まし
い。
反応は、例えばN−オキシル化合物にはTEMPOを用
い、臭化ナトリウムの存在下、酸化剤として次亜塩素酸
ナトリウムを用いて行うのが好ましい。
ンの酸化反応では、グルコサミン残基の1級水酸基への
酸化の選択性を上げ、副反応を抑える目的で、反応温度
は室温以下、より好ましくは系内を5℃以下で反応させ
ることが望ましい。
ンの製造方法では、その反応効率の為に反応中は系内を
アルカリ性に保つことが好ましい。この時のpHは9〜
13、より好ましくはpH10〜11.5に保つとよ
い。更に、本発明ではこのpHを一定値に保つ際に添加
されるアルカリの量により酸化度を制御できる事を特徴
としている。グルコサミン残基1モルに対し、添加する
アルカリが1モルであると、全てのグルコサミン残基が
酸化され、6位の炭素の一級水酸基がカルボキシル基と
なる。
キトサンは非常に高い選択性で1級水酸基と還元末端の
みが酸化されており、2級水酸基やアミンの酸化は殆ど
見られない。酸化キチンはN−アセチルグルコサミン残
基のC6位がカルボキシル基に変換されたウロン酸構造
を有しており、保湿剤をはじめ広く利用されているヒア
ルロン酸とよく似た構造をもつ、天然物由来の高分子と
同じ構成となる。酸化キトサンはグルコサミン残基の6
位の炭素が酸化されたウロン酸構造を有する為、1分子
内、1ユニット内にアニオン性とカチオン性の両方の官
能基をもち、両性高分子としての利用が期待できる。更
に、酸化キチン又は酸化キトサンは天然物由来の高分子
で、生成したウロン酸も安全性が高く、食品、化粧品な
どの分野ではもちろん、生体材料などとして、医療・医
薬分野での利用も期待できる。
明する。 <実施例1>原料となるキチンには蟹ガラから脱灰、除
タンパク、脂質および色素の除去などの工程を経て得ら
れた市販のキチンを用いた。これらのキチンは予めアル
カリで膨潤させ、結晶性を低くしたものを用いてもよい
が、ここでは市販のキチンをそのまま酸化に用いた。
O、0.125g、臭化ナトリウム、1.25gを溶解
させた水溶液を加え、キチンの固形重量の全体に対する
濃度が約1.3wt%になるよう調製した。反応系を冷
却し、次に次亜塩素酸ナトリウム水溶液(Cl=5%)
100mlを添加し、酸化反応を開始する。反応温度は
常に5℃に維持した。反応中は系内のpHが低下する
が、0.5N−NaOH水溶液を逐次添加し、pH1
0.8付近に調整した。6位の1級水酸基の全モル数に
対し、100%のモル数に対応するアルカリ添加量に達
した時点、約2時間後エタノールを添加し、反応を停止
させ、水:アルコール=2:8により充分洗浄した後、
アセトンで脱水し、40℃で減圧乾燥させ、酸化度10
0%の酸化キチンを得た。
の添加量を60mlとする以外は実施例1を繰り返し、
アルカリの添加量が60%に達した時点で反応を停止さ
せ、酸化度60%の酸化キチンを得た。
(脱アセチル化率約100%)とする他は実施例1、2
を繰り返し、酸化度100%、60%の酸化キトサンを
得た。
させ、13C−NMRを測定し、結果のグラフを図1に
示す。
は、酸化前のキチン(A)のピラノース環炭素6位の水
酸基をもつ炭素に由来するピークが消え、カルボキシル
基に変換していることが分かる。2位、3位の炭素に由
来するピークは変化せず、ケトンなどのピークは確認さ
れなかった。即ちNアセチルグルコサミンのピラノース
環中、6位炭素のみを酸化し、カルボキシル基に変換し
たことが確認できた。
便な方法により、キチン又はキトサンを均一かつ効率よ
くその構成単糖であるN−アセチルグルコサミンまた
は、グルコサミンのピラノース環中2位や3位の炭素を
酸化することなく、6位炭素のみを酸化し、カルボキシ
ル基に変換でき、医薬分野あるいは化粧品分野など様々
な分野において有用な、高い親水性や幅広いpH領域で
の水溶性が付与された高純度の酸化キチン又は酸化キト
サンを得る事ができる。
−NMRの測定結果を示すグラフである。
Claims (8)
- 【請求項1】キチン又はキトサンの構成単糖であるN−
アセチルグルコサミン、またはグルコサミンのピラノー
ス環中、6位炭素のみを酸化しカルボキシル基に変換し
た構造を有することを特徴とする酸化キチン又は酸化キ
トサン。 - 【請求項2】前記カルボキシル基が、キチン又はキトサ
ンの構成単糖であるN−アセチルグルコサミンとグルコ
サミンのモル数に対し60%以上(酸化度60%以上)
であることを特徴とする請求項1に記載の酸化キチン又
は酸化キトサン。 - 【請求項3】前記カルボキシル基が、キチン又はキトサ
ンの構成単糖であるN−アセチルグルコサミンとグルコ
サミンのモル数に対し90%以上(酸化度90%以上)
であることを特徴とする請求項3の酸化キチン又は酸化
キトサン。 - 【請求項4】キチン又はキトサンの構成単糖であるN−
アセチルグルコサミン、またはグルコサミンのピラノー
ス環中、6位炭素のみを酸化しカルボキシル基に変換す
ることを特徴とする酸化キチン又は酸化キトサンの製造
方法。 - 【請求項5】前記6位炭素のみを酸化しカルボキシル基
に変換する酸化方法が、水に溶解又は分散させたキチン
又はキトサンを水系で処理する方法であることを特徴と
する請求項4の酸化キチン又は酸化キトサンの製造方
法。 - 【請求項6】前記6位炭素のみを酸化しカルボキシル基
に変換する酸化方法が、N−オキシル化合物などの触媒
の存在下で処理することを特徴とする請求項5に記載の
酸化キチン又は酸化キトサンの製造方法。 - 【請求項7】前記N−オキシル化合物が、2,2,6,
6−テトラメチル−1−ピペリジン−N−オキシルであ
り、水中で臭化アルカリ金属またはヨウ化アルカリ金属
の存在下、次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン酸、過ハロゲン
酸およびそれらの塩のうち少なくとも1種の酸化剤を用
いて、アルカリを添加してpHを一定に保ちながら酸化
することを特徴とする請求項4〜6のいずれかに記載の
酸化キチン又は酸化キトサンの製造方法。 - 【請求項8】前記ハロゲン化アルカリ金属の添加量によ
り酸化度を制御できることを特徴とする上記請求項4〜
7のいずれかに記載の酸化キチン又は酸化キトサンの製
造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001211860A JP2003026703A (ja) | 2001-07-12 | 2001-07-12 | 酸化キチン又は酸化キトサン及びそれらの製造方法 |
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-
2001
- 2001-07-12 JP JP2001211860A patent/JP2003026703A/ja active Pending
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