JP2003292502A

JP2003292502A - 酸化キトサンの製造方法

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Publication number: JP2003292502A
Application number: JP2002098725A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kaminaga; 純一神永; Ryukichi Matsuo; 龍吉松尾; Yumiko Kato; 友美子加藤
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2003-10-15
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Also published as: JP4254120B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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トサンを得るための製造方法、キ
トサンの構成単糖であるグルコサミンまたはＮ−アセチ
ルグルコサミン残基の１級水酸基が選択的に酸化された
ウロン酸残基を有する酸化キトサンを、安全な試薬を用
いて、温和な反応条件下で、副反応を抑えて、より効率
よく製造する方法を提供する。【解決手段】キトサンの構成単糖であるグルコサミン
のアミノ基に置換基を導入してから、Ｎ−オキシル化合
物触媒の存在下で、臭化アルカリ金属またはヨウ化アル
カリ金属の存在下、酸化剤を用いて酸化し、然る後にア
ミノ基を修飾した置換基をはずすことで、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位炭素を選択的に酸化しカ
ルボキシル基又はその塩に変換することを特徴とする酸
化キトサンの製造方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、キトサンの酸化物
の製造方法に関するものである。特に副反応を抑えて、
水系で簡便な手法にて、構成単糖のピラノース環中、６
位炭素を選択的に酸化してカルボキシル基又はその塩に
変換し、キトサンの分子内にカルボキシル基とアミノ基
の両方の官能基を有して、幅広いｐＨ領域において水に
容易に膨潤または溶解する酸化キトサンの製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】キチンはカニやエビなどの甲殻類、カブ
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。キトサンはキチンを脱アセ
チル化して得られる多糖類で、グルコサミン残基または
Ｎ−アセチルグルコサミン残基がβ−（１，４）−結合
した多糖類であり、グルコサミン残基に由来するカチオ
ン性のアミノ基をもつ。キチン・キトサンはセルロース
と構造が類似しているが、一般に水不溶性である上、適
正な溶媒が少ないことにより有効な利用がなされていな
い。

【０００３】一方、近年これらの天然多糖類は、新しい
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きている。特にキチン・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。

【０００４】このような医用材料として利用する場合
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て溶解するが、中性からアルカ
リ性の水には難溶である。キチン、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、構造が均一ではなく、ま
た、誘導体化により導入した官能基が、生体に影響を及
ぼす可能性は高いという問題があった。

【０００５】一方、酸化により水可溶化する手法も知ら
れており、二酸化窒素などを用いた酸化方法など、目的
の官能基のみを選択的に酸化するとされている方法もあ
るが、これらの酸化手法では有毒な試薬を用いる上、酸
化の選択性も低く、特に酸化度を上げると必要な官能基
以外も酸化してしまうことが多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、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
の酸化キトサンを得るための製造方法を提供することに
ある。本発明の他の目的は、キトサンの構成単糖である
グルコサミンまたはＮ−アセチルグルコサミン残基の１
級水酸基が選択的に酸化されたウロン酸残基を有する酸
化キトサンを、安全な試薬を用いて、温和な反応条件下
で、副反応を抑えて、より効率よく製造する方法を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
キトサンの構成単糖であるグルコサミンのアミノ基に置
換基を導入してから、Ｎ−オキシル化合物触媒の存在下
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、酸化剤を用いて酸化し、然る後にアミノ基を修飾し
た置換基をはずすことで、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位炭素を選択的に酸化しカルボキシル基又
はその塩に変換することを特徴とする酸化キトサンの製
造方法である。

【０００８】請求項２記載の発明は、キトサンの構成単
糖であるグルコサミンのアミノ基をアセトアミド基に変
換し、Ｎ−オキシル化合物触媒の存在下で、臭化アルカ
リ金属またはヨウ化アルカリ金属の存在下、酸化剤を用
いて酸化し、然る後に、アルカリ又は酸又はヒドラジン
を用いて脱アセチル化することにより、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位炭素を選択的に酸化しカル
ボキシル基又はその塩に変換することを特徴とする酸化
キトサンの製造方法である。

【０００９】請求項３記載の発明は、キトサンにアルデ
ヒド基を有する物質を作用させて、キトサンの構成単糖
であるグルコサミンのアミノ基をシッフ塩基化し、Ｎ−
オキシル化合物触媒の存在下で、臭化アルカリ金属また
はヨウ化アルカリ金属の存在下、酸化剤を用いて酸化
し、然る後に酸を加えてシッフ塩基をアミノ基に戻すこ
とにより、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
炭素を選択的に酸化しカルボキシル基又はその塩に変換
することを特徴とする酸化キトサンの製造方法である。

【００１０】請求項４記載の発明は、キトサンにフタル
酸無水物を作用させて、キトサンの構成単糖であるグル
コサミンのアミノ基をフタルイミド基に変換し、Ｎ−オ
キシル化合物触媒の存在下で、臭化アルカリ金属または
ヨウ化アルカリ金属の存在下、酸化剤を用いて酸化し、
然る後にヒドラジンによりフタルイミド基をアミノ基に
戻すことにより、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位炭素を選択的に酸化しカルボキシル基又はその
塩に変換することを特徴とする酸化キトサンの製造方法
である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を説明する。
本発明の原料となるキトサンは、特に限定するものでは
ないが、例えばキチンを脱アセチル化して得られるもの
がある。また、精製方法、重合度、脱アセチル化度等に
ついては特に限定されるものではない。また、粉末、フ
レーク、ゲル、繊維、フィルム、不織布などキトサンの
形状においても特に限定されるものではない。

【００１２】一般的に、キチンは下記化学式（１）
（Y：ＮＨＣＯＣＨ₃）で表されるものを構成単糖として
含む化合物である。キトサンは、一般的にキチンを脱ア
セチル化処理などを行い、下記化学式（１）中のＹで示
される部分のＮＨＣＯＣＨ₃をＮＨ₂に変換して得られる
ものを構成単糖として含む化合物である。本発明のキト
サンは、脱アセチル化度が１００％であるものだけでは
なく、下記化学式（１）中のＹで示される部分として、
ＮＨＣＯＣＨ₃とＮＨ₂が混在しているものも含む。

【００１３】

【化１】

【００１４】本発明では、キトサンの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
素の部分に、カルボキシル基を選択的に導入するため
に、水中で、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
のＮ−オキシル化合物触媒の存在下で、さらに臭化アル
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（以下ＴＥＭＰＯ触
媒酸化と称する）する。

【００１５】しかし、前記化学式（１）中のアミノ基
（Ｙ：ＮＨ₂）は、上記次亜ハロゲン酸、亜ハロゲン
酸、過ハロゲン酸およびそれらの塩等の酸化剤の作用を
受け易いため、前記のピラノース環中６位炭素の部分
に、カルボキシル基を導入するための選択的な酸化の妨
げとなり、収率の低下や、低分子量化等を引き起こす。

【００１６】そこで本発明では、まずキトサンの構成単
糖であるグルコサミンのアミノ基に置換基を導入して、
前記酸化剤からアミノ基部分を保護した形で、ＴＥＭＰ
Ｏ触媒酸化を行い、然る後にアミノ基を修飾した置換基
をはずすことで、効果的に、キトサンの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
炭素の部分に、カルボキシル基を選択的に導入した酸化
キトサンを得ることを特徴とするものである。

【００１７】本発明において、アミノ基を保護するため
に導入する置換基としては、特に制限するものではない
が、キトサンのアミノ基に容易に導入できて、他の官能
基（水酸基やアセトアミド基）への影響がないものであ
り、さらにこの置換基は、ＴＥＭＰＯ触媒酸化において
不活性であり、且つＴＥＭＰＯ触媒酸化の１級水酸基の
選択的な酸化を妨げず、さらにＴＥＭＰＯ触媒酸化後
に、容易に脱離してアミノ基に戻すことができ、その際
ＴＥＭＰＯ触媒酸化により導入されたカルボキシル基に
対して作用しない特徴を持つものである。

【００１８】本発明では、上記アミノ基の保護の一例と
して、例えば、１）アミノ基にＮ−アセチル基を導入し
アセトアミド基に変換する、２）アルデヒド基を有する
物質を作用させて、アミノ基をシッフ塩基に変換する、
３）フタル酸無水物を反応させて、アミノ基をＮ−フタ
ロイル化すること、などが挙げられるが、もちろんこれ
らに限定されるものではない。

【００１９】以下、キトサンのアミノ基の保護の例を説
明する。まず、前記１）の方法の説明をする。キトサン
のＮ−アセチル化の具体的な方法としては公知の様々な
手法が利用できるが、一例としては、キトサンを希酢酸
に溶解し、さらにメタノールで希釈して、キトサン中の
アミノ基に対して１〜３倍ｍｏｌの無水酢酸を添加し
て、ゲル化させ、アルコール及び水で十分に洗浄する方
法が挙げられる。

【００２０】このＮ−アセチル化したキトサンは、乾燥
させずに水に分散させた状態で、そのままＴＥＭＰＯ触
媒酸化に供することが可能である。また乾燥させて保存
する場合には、凍結乾燥するか、アセトンやエーテルで
水を完全に置換してから乾燥しておけば、前処理なく、
再度水に分散させてＴＥＭＰＯ触媒酸化が可能である。

【００２１】ここで、キトサンをＮ−アセチル化すると
いうことは、前記化学式（１）中のＹで示される部分の
ＮＨ₂をＮＨＣＯＣＨ₃に変換していることであり、キチ
ンに戻す形となる。ここでキチンはＴＥＭＰＯ触媒酸化
により、構成単糖であるＮ−アセチルグルコサミンの６
位炭素の部分を選択的に酸化してカルボキシル基とする
ことが可能であり、アセトアミド基はＴＥＭＰＯ触媒酸
化において全く影響を受けない。

【００２２】さらにＴＥＭＰＯ触媒酸化によりカルボキ
シル基を導入されたキチンも、キチンの脱アセチル化反
応と同様に、アルカリ又は酸又はヒドラジンを用いて脱
アセチル化することが可能である。この際脱アセチル化
度は、処理温度や処理時間によりコントロールすること
が可能である。ここでアセトアミド基は生体に体する安
全性が高いことから、用途や要求される物性によって
は、１００％脱アセチル化する必要はなく、脱アセチル
化度をコントロールすることができる。脱アセチル化度
が２０％〜１００％であれば、カチオン性のアミノ基と
アニオン性のカルボキシル基を有する両性多糖類として
の可能性が期待できる。この点で、キトサンのＴＥＭＰ
Ｏ触媒酸化におけるアミノ基の保護基としてＮ−アセチ
ル化は特に好ましいと言える。

【００２３】またさらに、キチンを原料にＴＥＭＰＯ触
媒酸化する場合は、キチンの結晶性を低下させて、反応
効率を上げるために、キチンを高濃度のアルカリで膨潤
させてから中和して再生するという前処理が必要にな
る。高濃度のアルカリを使用する危険性や、中和に伴い
発生する大量の塩の除去に要する労力が問題となるが、
本発明のＮ−アセチル化したキトサンの場合、既に結晶
性が低下していることから、上記前処理の問題点を解消
できる利点も有する。

【００２４】次に前記２）の方法を説明する。キトサン
にアルデヒド基を有する物質を作用させると、下記の化
学式（２）に示す物質が得られる。キトサンのアミノ基
とアルデヒド基が反応して、Ｎ−メチレン化され、化学
式（２）中のＹがＮ＝ＣＨＲとなったシッフ塩基を生成
する。この反応は可逆的であり、形成されたシッフ塩基
は、希塩酸或いは希酢酸で処理する事により容易にキト
サンに戻すことができる。後述するようにＴＥＭＰＯ触
媒酸化は、ｐＨ９〜１３で行われるため、ＴＥＭＰＯ触
媒酸化反応中は、安定にシッフ塩基として存在してアミ
ノ基を保護し、酸化反応終了後に系内を酸性にすること
で、酸化により導入されたカルボキシル基から塩が外れ
るとともに、シッフ塩基はアミノ基に戻り、脱保護の操
作が極めて容易であり、効果的に酸化キトサンを得るこ
とができる。

【００２５】

【化２】

【００２６】（Ｙ：ＮＨＣＯＣＨ₃又はＮＨ₂又はＮ＝Ｃ
ＨＲ（Ｒ：Ｈ又は炭素数１から６の低級アルキル基又は
アリル基を示す））

【００２７】本発明におけるキトサンのシッフ塩基化に
用いられるアルデヒド基を有する物質としては、特に限
定されるものではないが、ホルムアルデヒド、アセトア
ルデヒド、プロピオンアルデヒド、アクロレイン等の脂
肪族アルデヒド、およびベンズアルデヒド等の芳香族ア
ルデヒド等が好ましく用いられる。

【００２８】キトサンのシッフ塩基化の具体的な方法と
しては、例えばキトサンを希酢酸に溶解し、必要に応じ
てメタノールで希釈して、キトサンのアミノ基に対して
過剰量のアルデヒド基含有物質を添加し、生成したゲル
をアルコールやエーテル等で洗浄し、過剰のアルデヒド
基含有物質を除くことにより得られる。

【００２９】シッフ塩基化したキトサンは乾燥させずに
水に分散して、ＴＥＭＰＯ触媒酸化に供するか、凍結乾
燥或いはアセトン、エーテル等で脱水後に乾燥したもの
を再度水に分散して用いることができる。

【００３０】次に３）の方法を説明する。キトサンのＮ
−フタロイル化の反応は無水反応であり、例えばキトサ
ンをジメチルホルムアミド等の溶剤に分散させ、アミノ
基の１〜３倍ｍｏｌのフタル酸無水物を加えて、窒素気
流下で１００〜１５０℃の温度で数時間加熱すること
で、キトサンはＮ−フタロイル化され完全に溶解する。
この溶液を氷水に注いで沈殿を析出させ、アルコールや
エーテルで洗うと、下記の化学式（３）に示すＮ−フタ
ロイル化キトサンが得られる。

【００３１】

【化３】

【００３２】（Ｙ：ＮＨＣＯＣＨ₃又はＮＨ₂）

【００３３】キトサンのＮ−フタロイル化反応では、系
内に水が存在すると反応効率が低下するため、原料キト
サンは十分脱水したものを用いるのが好ましい。

【００３４】この反応は定量的に進み、すべてのアミノ
基をフタルイミド基に変換できる。Ｎ−フタロイル化さ
れたキトサンは、水に分散して、後述のＴＥＭＰＯ触媒
酸化に供される。ここでフタルイミド基は、ＴＥＭＰＯ
触媒酸化反応中安定であり、酸化後にヒドラジンを作用
させることで、容易にフタルイミド基をアミノ基に戻す
ことができる。この際原料キトサン中に存在したアセト
アミド基もアミノ基に変換されることから、より効果的
に酸化キトサンを得ることができる。

【００３５】以下本発明のＴＥＭＰＯ触媒酸化方法につ
いて説明する。前記のアミノ基を保護したキトサンは、
水中に分散され、ＴＥＭＰＯなどのＮ−オキシル化合物
（オキソアンモニウム塩）を触媒として、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。

【００３６】ここで、Ｎ−オキシル化合物は触媒量で済
み、例えば、上記キトサンの構成単糖のモル数に対し、
１０ｐｐｍ〜５％あれば充分であるが、０．０５％から
３％が好ましい。

【００３７】さらに酸化剤としては、上記した以外で
も、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、アミノ基の保
護基として導入した置換基に影響しない範囲で、いずれ
の酸化剤も使用することができる。

【００３８】さらに本酸化反応においては、臭化アルカ
リ金属やヨウ化アルカリ金属との共存下で酸化反応を行
うことで、温和な条件下で円滑に酸化反応を進行させ、
カルボキシル基の導入効率を大きく改善できる。臭化ア
ルカリ金属やヨウ化アルカリ金属の使用量は、例えば、
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。

【００３９】また、キトサンのピラノース環中のＣ６位
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。

【００４０】さらに、本発明のＴＥＭＰＯ触媒酸化で
は、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ｐＨ１０〜１
２に保つとよい。更に、本発明の酸化方法では、このｐ
Ｈを一定に保つ際に添加されるアルカリの量により酸化
度を制御できる事が一つの特徴であり、キトサンの構成
単糖１モルに対し、添加するアルカリが１モルとなると
ころが酸化度１００％となり、（アミノ基を保護され
た）グルコサミンまたはＮ−アセチルグルコサミン残基
の全てが酸化され、Ｃ６位の一級水酸基がほぼ１００％
カルボキシル基となる。

【００４１】このように酸化された後に、前記したアミ
ノ基の脱保護の処理が施され、必要に応じて、精製、乾
燥され、下記化学式（４）に示されるような構造を構成
単糖とする酸化キトサンが得られる。本発明の製造方法
により得られる酸化キトサンは、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
やアミンの酸化は見られない。酸化キトサンは、キトサ
ンの構成単糖であるグルコサミンまたはＮ−アセチルグ
ルコサミン残基のＣ６位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。

【００４２】

【化４】

【００４３】（Ｚ：ＣＨ₂ＯＨ又はＣＯＯＸ（Ｘ：Ｈ又
はアルカリ金属又はアルカリ土類金属）、Ｙ：ＮＨＣＯ
ＣＨ₃又はＮＨ₂）

【００４４】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。＜実施例１＞原料となるキトサンにはフレーク状の市販
のキトサン（脱アセチル化度約７５％）を用いた。１０
％酢酸にキトサン５ｇを５％濃度になるように溶解し、
メタノール５００ｍＬを静かに加えて希釈した。この溶
液に無水酢酸４．８ｇを添加した。数分でゲル化する
が、そのまま一晩放置し、ゲルを濾過して、２Ｌのメタ
ノール中に懸濁し、過剰の酢酸を除く。さらにメタノー
ル、水を用いて十分に洗浄した。このＮ−アセチル化キ
トサンを水に分散させ、ＴＥＭＰＯ０．１ｇ、臭化ナ
トリウム２．４ｇを溶解させた水溶液を加え、Ｎ−ア
セチル化化キトサンの固形重量の全体に対する濃度が約
２ｗｔ％になるよう調製した。反応系を冷却し、次亜塩
素酸ナトリウム水溶液（Ｃｌ＝５％）４５ｇを添加し、
酸化反応を開始した。反応温度は常に５℃以下に維持し
た。反応中は系内のｐＨが低下するが、０．５Ｎ−Ｎａ
ＯＨ水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０．７５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６１．６８ｍＬに達した時点
で、エタノールを添加して反応を停止させ、この溶液を
３Ｌのエタノール中に注ぎ、沈殿を析出させた。この沈
殿を、水：アルコール＝２：８溶液により充分洗浄した
後、アセトンで脱水し、４０℃で乾燥させ、酸化度１０
０％の酸化キチン（Ｎ−アセチル化キトサン）を得た。
得られた酸化物の５％水溶液に、濃水酸化ナトリウム水
溶液を加え、水酸化ナトリウム濃度１０％の水溶液とし
た。この水溶液を２０℃で２０時間攪拌し、塩酸で中和
した後、多量のエタノールで沈殿させ、水：アセトン＝
１：７溶液で数回脱塩、洗浄し、アセトンで脱水し、４
０℃で乾燥させて、脱アセチル化度５０％、酸化度１０
０％の酸化キトサン４．５ｇを得た。

【００４５】得られた酸化キトサンをＫＢｒ錠剤法によ
り赤外分光スペクトルを測定し、構造を解析した。その
結果、ＩＲスペクトルからは、１６２０、１４２０ｃｍ
^-1付近にカルボキシル基（ナトリウム塩）由来のピーク
が観測された。酸化によりカルボキシル基が導入されて
いることが確認され、脱アセチル化処理によっても導入
されたカルボキシル基が影響を受けない事が確認され
た。また、得られた酸化キトサンは完全に水に溶解し
た。この酸化キトサンを重水に溶解し、１Ｈ−ＮＭＲお
よび１３Ｃ−ＮＭＲを測定した。１３Ｃ−ＮＭＲスペク
トルから、１級水酸基をもつＣ６位のピークが無くな
り、１７５−１７８ｐｐｍにキトサンの元々持つアセチ
ル基のカルボニルピークの他に、導入されたカルボキシ
ル基（ナトリウム塩）のカルボニルピーク（グルコサミ
ン残基についているものとＮ−アセチルグルコサミン残
基についているもの２本）が観測され、３位の酸化によ
るケトンの生成などは認められなかった。さらに１Ｈ−
ＮＭＲスペクトルから、脱アセチル化により生じたグル
コサミン残基の２位のプロトンを示す２．９ｐｐｍ付近
のピークが確認された。このピークとＮ−アセチルグル
コサミン残基のアセチル基のメチルプロトンのピーク
（２．０ｐｐｍ付近）から、前記したように脱アセチル
化度５０％を確認した。

【００４６】＜実施例２＞原料となるキトサンにはフレ
ーク状の市販のキトサン（脱アセチル化度約７５％）を
用いた。２％酢酸にキトサン５ｇを２％濃度になるよう
に溶解し、３５％ホルムアルデヒド溶液（ホルマリン）
２０ｇを添加し攪拌した。１時間程度でゲル化するの
で、このゲルを２Ｌのメタノール中に懸濁し、過剰のホ
ルムアルデヒドを除いた。さらにメタノール、水を用い
て十分に洗浄した。このシッフ塩基化したキトサンを水
に分散させ、ＴＥＭＰＯ０．１ｇ、臭化ナトリウム
２．４ｇを溶解させた水溶液を加え、シッフ塩基化キト
サンの固形重量の全体に対する濃度が約２ｗｔ％になる
よう調製した。反応系を冷却し、次亜塩素酸ナトリウム
水溶液（Ｃｌ＝５％）４５ｇを添加し、酸化反応を開始
した。反応温度は常に５℃以下に維持した。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、ｐＨ１０．７５に調整した。６位の１級水酸
基の全モル数に対し、７０％のモル数に対応するアルカ
リ添加量４３．１７ｍＬに達した時点で、エタノールを
添加して反応を停止させ、この溶液を３Ｌのエタノール
中に注ぎ、沈殿を析出させた。この沈殿を、水：アルコ
ール＝２：８溶液により充分洗浄した後、アセトンで脱
水し、４０℃で乾燥させ、再度水に溶解させて、ｐＨ
１．０になるまで１Ｎ−塩酸を添加した。この溶液を再
び３Ｌのエタノール中で析出させ、この沈殿を、水：ア
ルコール＝２：８溶液により充分洗浄した後、アセトン
で脱水し、４０℃で乾燥させて、酸化度７０％の酸化キ
トサン３．４ｇを得た。

【００４７】得られた酸化キトサンをＫＢｒ錠剤法によ
り赤外分光スペクトルを測定し、構造を解析した。その
結果、ＩＲスペクトルからは、１７４０ｃｍ^-1付近にカ
ルボキシル基由来のピークが観測された。酸化によりカ
ルボキシル基が導入されていることが確認され、酸処理
によりナトリウム塩がはずれたカルボキシル基が導入さ
れている事が確認された。また、得られた酸化キトサン
は完全に水に溶解した。この酸化キトサンを重水に溶解
し、１Ｈ−ＮＭＲおよび１３Ｃ−ＮＭＲを測定した。１
３Ｃ−ＮＭＲスペクトルから、１級水酸基をもつＣ６位
のピークが減少し、１７５−１７８ｐｐｍにキトサンの
元々持つアセチル基のカルボニルピークの他に、導入さ
れたカルボキシル基のカルボニルピーク（グルコサミン
残基についているものとＮ−アセチルグルコサミン残基
についているもの２本）が観測され、３位の酸化による
ケトンの生成などは認められなかった。さらに１Ｈ−Ｎ
ＭＲスペクトルから、酸処理によりシッフ塩基がアミノ
基の塩酸塩に変換されて生じたグルコサミン残基の２位
のプロトンを示す３．２ｐｐｍ付近のピークが確認され
た。このピークとＮ−アセチルグルコサミン残基のアセ
チル基のメチルプロトンのピーク（２．０ｐｐｍ付近）
から、脱アセチル化度を計算すると原料キトサン同様に
７５％であり、シッフ塩基は全てアミノ基に変換されて
いることを確認した。

【００４８】＜実施例３＞原料となるキトサンにはフレ
ーク状の市販のキトサン（脱アセチル化度約７５％）を
用いた。キトサン５ｇを１００ｍＬのジメチルホルムア
ミドに分散し、フタル酸無水物１０．０ｇを加え、窒素
気流下で１３０℃に加熱し、６時間反応させた。キトサ
ンは完全に溶け込み、均一な溶液となる。この溶液を氷
水に注ぎ、生成する沈殿を熱エタノール、次いでエーテ
ルで洗い、乾燥した。このＮ−フタロイル化キトサンを
水に分散させ、ＴＥＭＰＯ０．１ｇ、臭化ナトリウム
２．４ｇを溶解させた水溶液を加え、シッフ塩基化キ
トサンの固形重量の全体に対する濃度が約２ｗｔ％にな
るよう調製した。反応系を冷却し、次亜塩素酸ナトリウ
ム水溶液（Ｃｌ＝５％）４５ｇを添加し、酸化反応を開
始した。反応温度は常に５℃以下に維持した。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、ｐＨ１０．７５に調整した。６位の１級水
酸基の全モル数に対し、９０％のモル数に対応するアル
カリ添加量５５．５１ｍＬに達した時点で、エタノール
を添加して反応を停止させ、この溶液を３Ｌのエタノー
ル中に注ぎ、沈殿を析出させた。この沈殿を、水：アル
コール＝２：８溶液により充分洗浄した後、アセトンで
脱水し、４０℃で乾燥させ、酸化度９０％のＮ−フタロ
イル化キトサンの酸化物を得た。得られた酸化物を、１
％ヒドラジン硫酸塩を含む３０％含水ヒドラジン中で、
９６℃で６時間加熱した。この溶液を多量のエタノール
中に注ぎ、沈殿を生成させ、水：アセトン＝１：７溶液
で十分に洗浄し、アセトンで脱水し、４０℃で乾燥させ
て、酸化度９０％の酸化キトサン４．１ｇを得た。

【００４９】得られた酸化キトサンをＫＢｒ錠剤法によ
り赤外分光スペクトルを測定し、構造を解析した。その
結果、ＩＲスペクトルからは、１６２０、１４２０ｃｍ
^-1付近にカルボキシル基（ナトリウム塩）由来のピーク
が観測された。酸化によりカルボキシル基が導入されて
いることが確認され、脱保護のためのヒドラジン処理に
よっても導入されたカルボキシル基が影響を受けない事
が確認された。また、得られた酸化キトサンは完全に水
に溶解した。この酸化キトサンを重水に溶解し、１Ｈ−
ＮＭＲおよび１３Ｃ−ＮＭＲを測定した。１３Ｃ−ＮＭ
Ｒスペクトルから、１級水酸基をもつＣ６位のピークが
ほぼ無くなり、１７５−１７８ｐｐｍにキトサンの元々
持つアセチル基のカルボニルピークの他に、導入された
カルボキシル基（ナトリウム塩）のカルボニルピーク
（グルコサミン残基についているものとＮ−アセチルグ
ルコサミン残基についているもの２本）が観測され、３
位の酸化によるケトンの生成などは認められなかった。
さらに１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから、ヒドラジン処理に
よりフタルイミド基がアミノ基に変換されて生じたグル
コサミン残基の２位のプロトンを示す２．９ｐｐｍ付近
のピークが確認された。このピークとＮ−アセチルグル
コサミン残基のアセチル基のメチルプロトンのピーク
（２．０ｐｐｍ付近）から、脱アセチル化度を計算する
と原料キトサン同様に７５％であり、フタルイミド基は
全てアミノ基に変換されていることを確認した。

【００５０】＜比較例１＞原料となるキトサンにはフレ
ーク状の市販のキトサン（脱アセチル化度約７５％）を
用いた。キトサンの２％酢酸水溶液を水酸化ナトリウム
で中和して、脱塩のために水洗した。この中和再生キト
サン５ｇを水中に分散させ、ＴＥＭＰＯ０．１ｇ、臭化
ナトリウム２．４ｇを溶解させた水溶液を加え、キト
サンの固形重量の全体に対する濃度が約２ｗｔ％になる
よう調製した。反応系を冷却し、次亜塩素酸ナトリウム
水溶液（Ｃｌ＝５％）４５ｇを添加し、酸化反応を開始
した。反応温度は常に５℃以下に維持した。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、ｐＨ１０．７５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６１．６８ｍＬに達した時点で、エタノール
を添加して反応を停止させ、この溶液を３Ｌのエタノー
ル中に注ぎ、沈殿を析出させた。この沈殿を、水：アル
コール＝２：８溶液により充分洗浄した後、アセトンで
脱水し、４０℃で乾燥させ、比較例１の酸化物を得た。

【００５１】得られた酸化物は０．５ｇと極めて収量が
少なかった。この酸化物を重水に溶解し、１Ｈ−ＮＭＲ
および１３Ｃ−ＮＭＲを測定した。１３Ｃ−ＮＭＲスペ
クトルからは、導入されたカルボキシル基（ナトリウム
塩）のカルボニルピークが観測されたものの、未酸化の
グルコサミン残基の6位炭素に由来するピークも残存し
ており、十分に酸化が進んでいないことが伺える。また
１Ｈ−ＮＭＲスペクトルから、グルコサミン残基の２位
のプロトンを示すピークが減小しており、グルコサミン
残基のＣ２位に付いたアミノ基が、酸化により変化して
いることが予想された。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、温和な反応条件下で簡
便な方法により、キトサンを均一かつ効率よくその構成
単糖であるグルコサミンまたはＮ−アセチルグルコサミ
ンの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
酸化キトサンを得る事ができる。また、これらの、水溶
化した酸化キトサンは、含浸、塗工はもちろん、成形性
にも優れ、繊維、膜など任意の形状に加工できる。本発
明の酸化キトサンは分子内にカチオン性であるアミンと
アニオン性であるカルボキシル基の両方の官能基を有す
るため、両性高分子としての利用が期待できる。更に、
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C090 AA05 AA07 BA47 BB18 BB21 BB33 BB36 BB53 CA34 DA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】キトサンの構成単糖であるグルコサミンの
アミノ基に置換基を導入してから、Ｎ−オキシル化合物
触媒の存在下で、臭化アルカリ金属またはヨウ化アルカ
リ金属の存在下、酸化剤を用いて酸化し、然る後にアミ
ノ基を修飾した置換基をはずすことで、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位炭素を選択的に酸化しカル
ボキシル基又はその塩に変換することを特徴とする酸化
キトサンの製造方法。
【請求項２】キトサンの構成単糖であるグルコサミンの
アミノ基をアセトアミド基に変換し、Ｎ−オキシル化合
物触媒の存在下で、臭化アルカリ金属またはヨウ化アル
カリ金属の存在下、酸化剤を用いて酸化し、然る後に、
アルカリ又は酸又はヒドラジンを用いて脱アセチル化す
ることにより、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位炭素を選択的に酸化しカルボキシル基又はその塩に
変換することを特徴とする酸化キトサンの製造方法。
【請求項３】キトサンにアルデヒド基を有する物質を作
用させて、キトサンの構成単糖であるグルコサミンのア
ミノ基をシッフ塩基化し、Ｎ−オキシル化合物触媒の存
在下で、臭化アルカリ金属またはヨウ化アルカリ金属の
存在下、酸化剤を用いて酸化し、然る後に酸を加えてシ
ッフ塩基をアミノ基に戻すことにより、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位炭素を選択的に酸化しカル
ボキシル基又はその塩に変換することを特徴とする酸化
キトサンの製造方法。
【請求項４】キトサンにフタル酸無水物を作用させて、
キトサンの構成単糖であるグルコサミンのアミノ基をフ
タルイミド基に変換し、Ｎ−オキシル化合物触媒の存在
下で、臭化アルカリ金属またはヨウ化アルカリ金属の存
在下、酸化剤を用いて酸化し、然る後にヒドラジンによ
りフタルイミド基をアミノ基に戻すことにより、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位炭素を選択的に酸
化しカルボキシル基又はその塩に変換することを特徴と
する酸化キトサンの製造方法。