JP2006070006A

JP2006070006A - 抗菌性化合物、及びそれを用いた抗菌性表面処理剤

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Publication number: JP2006070006A
Application number: JP2004258926A
Authority: JP
Inventors: Norio Yoshino; 則夫好野; Yukinari Kondo; 行成近藤; Yohei Yamaguchi; 陽平山口; Kazuo Kawada; 和雄河田
Original assignee: Tokyo University of Science
Current assignee: Tokyo University of Science
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-16

Abstract

【課題】高い抗菌性を有し、かつ、基材への固着性、特に耐水性が高い抗菌性化合物を提供する。
【解決手段】下記の一般式（１）〔〔式中、Ｒ_１、Ｒ_４は、１から３０の炭素数を有するアルキル基、ベンジル基、１から３０の炭素数を有するアルキルベンジル基からなる群から選ばれる基であり、Ｒ_２は、１から１０の炭素数を有するアルキレン基であり、Ｒ_３は、炭素数１〜５のアルコキシ基、炭素数１〜５のアシルオキシ基、塩素からなる群から選ばれる基であり、Ｒ_５はアリル基又は−Ｒ_２−Ｓｉ（Ｒ_３）_３であり、Ｘは、ハロゲン元素を示す。〕で示される抗菌性化合物。
【化１】

Description

本発明は、抗菌性化合物に関するものであり、特に、基材への固着性に優れた抗菌性化合物に関するものである。

抗菌加工は、製品を使用する際の快適性や安全性を求める消費者のニーズに応じて、様々な製品に施されている。現在使用されている抗菌剤の種類は、有機系、無機系及び天然系の３つに大きく分類される。中でも有機系抗菌剤の用途は幅広く、壁材や配水管、風呂場の目地などへの適用が検討されている。そのため、基材への固着性が優れた抗菌剤が求められている。また、上記の有機系抗菌剤の中でも、第４級アンモニウム塩を含む抗菌剤は、幅広い抗菌スペクトルを持ちながら、毒性が少なく皮膚に付着しても刺激性がなく、また臭気がないという特徴をもつ点で、他の抗菌剤に比べて優れているため、様々な抗菌剤が検討されている。

上記の基材への固着性を改善した、第４級アンモニウム塩型の有機系抗菌剤として、例えば、ガラス繊維表面に固定化した第４アンモニウム塩型の固定化カチオン界面活性剤が開示されている（非特許文献1参照）。また、シリコンゴム上へのシランコーティング剤として第４級アンモニウム塩を有する抗菌剤が開示されている（非特許文献２参照）。また、１分子内に第４級アンモニウム塩と有機フッ化物とを含む抗菌剤が開示されている（非特許文献３参照）。これらはいずれもシランカップリング剤型の抗菌剤であり、１分子内にシロキサン結合可能な無機官能基と、抗菌性を有する第４級アンモニウム塩とを有している。なお、シランカップリング剤とは、１分子内に有機官能基と加水分解性基を有する有機ケイ素化合物であり、加水分解性基が基材表面上の水酸基と縮合することで、シロキサン結合を介して基材表面と結合し、有機官能基が配列した構造を基材表面上に構築するものである。
Ｊ．Ａｎｔｉｂａｃｔ．Ａｎｔｉｆｕｎｇｓ．ＡｇｅｍｔｓＶｏｌ．ｌ９Ｎｏ．２ｐ．５３−５９、１９９１Ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ２３（２００２） p.１７−１４２ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｌｕｏｒｉｎｅＣｈｅｍｉｓｔｒｙ１２５（２００４）７２１〜７２４

しかし、非特許文献１から３の抗菌剤は、多段階合成により得られるため、効率が良くない。また、両性界面活性剤型抗菌剤は、陽イオン性の抗菌剤と比べ、抗菌性能がやや落ちてしまい、殺菌スペクトルの幅が狭いため、用途が限定されてしまう。また、抗菌剤も基材への固着性や耐水性も不充分である。

本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、高い抗菌性を有し、かつ、基材への固着性、特に耐水性が高い抗菌性化合物を提供することを目的とする。

より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。

（１）下記の化学式（１）で示される抗菌性化合物。
〔式中、Ｒ_１、Ｒ_４は、１から３０の炭素数を有するアルキル基、ベンジル基、１から３０の炭素数を有するアルキルベンジル基からなる群から選ばれる基であり、Ｒ_２は、１から１０の炭素数を有するアルキレン基であり、Ｒ_３は、炭素数１〜５のアルコキシ基、炭素数１〜５のアシルオキシ基、塩素からなる群から選ばれる基であり、Ｒ_５はアリル基又は−Ｒ_２−Ｓｉ（Ｒ_３）_３であり、Ｘは、ハロゲン元素を示す。〕

（１）の発明によれば、第４級アンモニウム塩であって、Ｒ_１、Ｒ_４を、１から３０の炭素数を有するアルキル基、ベンジル基、１から３０の炭素数を有するアルキルベンジル基からなる群から選ばれる基としたことによって強い殺菌性を付与することが可能となる。

また、Ｒ_３がシランカップリング剤型構造を有しているので、セラミック、ガラス、金属、シリコン樹脂などの基材表面とシロキサン結合を形成して、長期間抗菌性能を付与することができ、従来のカチオン性界面活性剤（溶出型抗菌剤）と比べて、周囲への溶出を大幅に減少させることが可能となる。Ｒ_３は、炭素数１〜５のアルコキシ基、炭素数１〜５のアシルオキシ基、塩素からなる群から選ばれる基であれば特に限定されないが、炭素数１のトリメトキシシランであることがより好ましい。

また、Ｒ_５を−（ＣＨ_２）_３−Ｓｉ（ＯＣＨ_３）_３とした場合には、両側が２箇所でシロキサン結合を形成できるので、より固着性や耐水性を向上できる。

また、Ｒ_５をアリル基とした場合には、共重合モノマーの一成分となり、これから生じる共重合体に抗菌性を付与することができるという効果がもたらされる。

（２）前記Ｒ_１は、メチル基である（１）に記載の抗菌性化合物。

（３）前記Ｒ_４は、炭素数１３から３０の炭素数を有するアルキル基である（２）に記載の抗菌性化合物。

本発明においては、Ｒ_１、Ｒ_４は同じ炭素数であっても、違う炭素数であってもよいが、異なる炭素数であることが好ましい。なかでもＲ_１はメチル基であることが好ましい。また、Ｒ_４は炭素数が５以上３０以下のアルキル基が好ましく、より好ましくは１３以上３０以下である。Ｒ_４のアルキル基を長くすることにより、細胞内を貫通し、細胞に大きなダメージを与え、最終的には組織を破壊するので抗菌性が向上する。

本発明に係る抗菌性化合物の製造方法は、アミノシランを合成した後、ハロゲン化炭化水素と反応させることによって得られる。アミノシランの合成は、通常行なわれている方法を用いることができる。使用可能なハロゲン化炭化水素には、クロロホルム、メチレンクロリド、クロロオクタン、クロロドデカン、クロロオクタデカン、ブロモオクタン、ブロモドデカン、ブロモオクタデカン等が挙げられる。なお、更に具体的な合成例は後述する実施例において説明する。

（４）（１）から（３）いずれかに記載の抗菌性化合物を含有する組成物からなり、基材の表面に抗菌性を付与するための抗菌性表面処理剤。

（４）の抗菌性表面処理剤によれば、化学式（１）に公知の溶剤を添加することによって、基材の表面に抗菌性を付与するための抗菌剤として使用することが可能となる。具体的には、メタノール、エタノール等のアルコール類や、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン等の飽和炭化水素類、トルエン、ベンゼン、キシレン等の不飽和炭化水素類、アセトン、ジエチルエーテル等に溶解して抗菌剤を製造することができる。

なお、上記の「基材」とは、本発明の抗菌性表面処理剤とシロキサン結合をし得るものであればよく、例えば、セラミック、ガラス、金属、シリコン樹脂、有機樹脂などの無機及び有機質基材が挙げられる。また、基材への抗菌性表面処理剤の付与方法は特に制限されず、例えば、塗布、浸漬、スプレー法等の公知の方法を適用して、表面処理できる。この場合の使用濃度としては、上記の抗菌性化合物の濃度は、１０〜１００ｍＭであることが好ましく、２０〜５０ｍＭであることが更に好ましい。また、シロキサン結合の形成促進剤として微量の酢酸、硫酸等を添加してもよい。

なお、本発明における「抗菌性」とは、正常な菌（真菌）の増殖を抑制、制菌あるいは静菌することをいう。殺菌、滅菌、消毒、除菌、静菌、制菌、防腐、防菌、サニタイズなどすべてを意味する。

本発明に係る抗菌性化合物によれば、１分子内に、第４級アンモニウムイオンとシロキサン結合可能な基とを有するので、強い抗菌性を付与すると同時に、基材表面への固着性、特に耐水性を向上させることが可能となった。

以下本発明に係る抗菌性化合物の実施例を記載するが、これに限られるものではない。

〔試料の合成〕
＜中間体（アミノシラン）の合成＞
合成は化学式（２）、（３）のスキームに従って行った。まず、窒素雰囲気下で滴下ロートと還流冷却器を装備した１００ｍｌナスフラスコ内に、トリメトキシシラン５．３１ｇ（４３．５ｍｍｏｌ）、溶媒としてテトラヒドロフラン（以下ＴＨＦとする）約１０ｍｌ、触媒として０．１Ｍ塩化白金（ＶＩ）酸／ＴＨＦ溶液０．２ｍｌを加えて７０℃に加熱した。次にメチルジアリルアミン（以下ＭＤＡＡとする）４．０４ｇ（３６．３ｍｍｏｌ）を攪拌しながら徐々に加えた後、７０℃で１５時間還流した。これを減圧留去、減圧蒸留すること中間体アミノシランＭＤＡＡ３Ｍ（化学式（２）参照）を合成した。

なお、中間体アミノシランＭＤＡＡ６Ｍ（化学式（３）参照）の合成はＭＤＡＡに対するトリメトキシシランの量を２倍のｍｏｌ量とした以外は全てＭＤＡＡ３Ｍと同様の方法で合成した。得られた生成物の収率及び性状を表１に示す。

＜第４級アンモニウム塩型シランカップリング剤（試料１〜５）の合成＞
合成は化学式（４）〜（６）のスキームに従って行なった。まず、窒素雰囲気下で滴下ロートを装備した１００ｍｌナスフラスコ内に塩化ベンジル２．００ｇ（１５．８ｍｍｏｌ）、溶媒としてアセトニトリル約１０ｍｌを加え８５℃に加熱した。次に、ＭＤＡＡ３Ｍ３．０５ｇ（１３．１ｍｍｏｌ）と溶媒のアセトニトリルを攪拌しながら滴下ロートを用いて徐々に加え、８５℃で１７時間加熱還流を行った。還流後アセトニトリルを減圧留去した後、ナスフラスコ内の残留物をヘキサンで洗浄し、これを減圧乾燥することにより生成物を得た。この生成物を試料１とした。

試料２（６Ｍ−Ｂ−ＱＡＣ）の合成は、ＭＤＡＡ３Ｍの代わりにＭＤＡＡ６Ｍを使用した以外は３Ｍ−Ｂ−ＱＡＣと同様の方法で合成した。また試料３〜５（３Ｍ−ｎ−ＱＡＢ（ｎ＝８，１２，１８）の合成は、塩化ベンジルの代わりに１−ブロモオクタン（ｎ＝８：試料３）、１−ブロモドデカン（ｎ＝１２：試料４）、１−ブロモオクタデカン（ｎ＝１８：試料５）をそれぞれ使用して合成した。得られた試料の化学式、収率及び性状を表２に示す。

〔抗菌性試験〕
試料１〜５をそれぞれ２０ｍｍｏｌにトルエンを加えて溶液濃度が２０ｍＭとなるように抗菌剤を調製し、磁製板（ＳｉＯ_２：５４％、Ａｌ_２Ｏ_３：４２％）を浸漬法により改質した。改質磁製板をポテトデキストロース寒天培地内に置き、所定濃度（約１０^６個／ｍｌ）のカビ胞子（黒コウジカビ）懸濁液を散布した。また、比較として未改質の磁製板にもカビ胞子を塗布した。これらを２８℃のインキュベータ中で７日間培養した後、磁製板上のカビの発育状態を観察し、抗菌性を評価した。その結果を図１に示す。これより試料１，２，５に塗布されたカビ胞子の発育状態が最も低く、次いで試料４、試料３の順にカビの発育が阻害されたことが示された。

また、試料３〜５を用いて改質した磁製板及び未改質の磁製板に、先程と同じ手順で所定濃度のカビ胞子（アオカビ）を塗布して抗菌性を評価した。その結果を図２に示す。これより試料５に塗布されたカビ胞子の発育状態が最も低く、高い抗菌性を有していることが示唆された。

〔改質磁製板の耐水性試験〕
上述の方法で試料１，２及び５を塗布した磁製板に、先程と同じ手順で所定濃度のカビ胞子（黒コウジカビ）を塗布し、水中に２４時間から１ヶ月間時間浸漬させた。その結果を図３に示す。試料１を塗布して改質した磁製板表面上にはわずかにカビが発生したのに対し、試料２を塗布して改質した磁製板表面上ではカビの発生は観察されなかった。このことから、試料２により改質された磁製板が、より耐水性に優れていることがわかった。これは、試料２が分子内に持つ２個のシラン官能基がより多くのシロキサンネットワークを構築したためと考えられる。

また、分子内にアルキル鎖を有する試料５は、１ヶ月間水中に浸漬させた後でも浸漬前と同様な抗菌性能を発揮し、ベンジル基を有するシランカップリング剤よりも耐水性に優れていることがわかった。

本発明に係る抗菌性化合物の抗菌試験の結果を示した図である。本発明に係る抗菌性化合物の抗菌試験の結果を示した図である。本発明に係る抗菌性化合物の耐水性試験の結果を示した図である。

Claims

下記の一般式（１）で示される抗菌性化合物。
〔式中、Ｒ_１、Ｒ_４は、１から３０の炭素数を有するアルキル基、ベンジル基、１から３０の炭素数を有するアルキルベンジル基からなる群から選ばれる基であり、Ｒ_２は、１から１０の炭素数を有するアルキレン基であり、Ｒ_３は、炭素数１〜５のアルコキシ基、炭素数１〜５のアシルオキシ基、塩素からなる群から選ばれる基であり、Ｒ_５はアリル基又は−Ｒ_２−Ｓｉ（Ｒ_３）_３であり、Ｘは、ハロゲン元素を示す。〕
前記Ｒ_１は、メチル基である請求項１に記載の抗菌性化合物。
更に、前記Ｒ_４は、炭素数１３から３０の炭素数を有するアルキル基である請求項２に記載の抗菌性化合物。
請求項１から３いずれかに記載の抗菌性化合物を含有する組成物からなり、基材の表面に抗菌性を付与するための抗菌性表面処理剤。