JP2010059109A

JP2010059109A - 非対称なヒドロゲル化剤

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Publication number: JP2010059109A
Application number: JP2008227215A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Tamiaki; 均民秋; Keishiro Ogawa; 啓史郎小川; Kazuyoshi Toma; 一孔戸澗
Original assignee: Asahi Kasei Corp; Ritsumeikan Trust
Current assignee: Asahi Kasei Corp; Ritsumeikan Trust
Priority date: 2008-09-04
Filing date: 2008-09-04
Publication date: 2010-03-18
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: JP5352810B2

Abstract

【課題】新規な化学構造を有するヒドロゲル化剤、及びヒドロゲルを提供すること。
【解決手段】式（１）で示される、エチレングリコールのオリゴマー又はポリマーの誘導体を結合したベンズアミド誘導体、式（１）で示される化合物を有効成分として含むヒドロゲル化剤、及び、式（１）で示されるベンズアミド誘導体と水とを含んでなるヒドロゲル。
（式中で、ＸはＯＨ又はＮＨ_２を、ｋは０から４までの整数を、ｍは１から、好ましくは７から、１００までの整数を、ｎは１から、好ましくは２から、６までの整数を表す。また、Ｒ_１はＯ（ＣＨ_２）_ｐＣＨ_３を、Ｒ_２はＯ（ＣＨ_２）_ｑＣＨ_３を、Ｒ_３はＨ、又は、Ｏ（ＣＨ_２）_ｒＣＨ_３を表し、ｐは９から、好ましくは１１から、１７までの整数を、ｑは９から、好ましくは１１から、１７までの整数を、ｒは０から１６までのｐよりも小さく且つｑよりも小さい整数を表す。）

【選択図】なし

Description

本発明は、新規な化学構造を有するヒドロゲル化剤、及びヒドロゲルに関するものである。

低分子ゲルは、低分子化合物が分子間力による自己組織化により３次元ネットワークを形成することによって、溶媒分子を捕捉したゲルである（例えば、非特許文献１参照）。

低分子ゲルは、ゲルを形成する低分子化合物の分子設計が可能なことから、分離膜、センサー、触媒、電子材料、バイオ素材等、様々な分野への応用が期待されている（例えば、非特許文献２参照）。

我々も、新規な構造を有する３，４，５−長鎖アルキルオキシベンズアミド誘導体を合成し（特許文献１参照）、その一部の化合物が有機溶媒をゲル化することを見出し、さらに高いゲル化能を有する化合物を提供した（特許文献２参照）。

しかし、バイオ素材への応用を考えた場合、有機溶媒をゲル化したオルガノゲルよりも、水をゲル化したヒドロゲルが望ましいことは明らかであるが、低分子が形成するヒドロゲルの報告は少ない（例えば、非特許文献３参照）。また、得られたヒドロゲルをバイオ素材として利用する場合、ヒドロゲル自体が生体適合性を持つことが望ましいが、こうした観点からの報告はほとんど無かった。

我々は、これまでに、エチレングリコールのオリゴマー又はポリマーの誘導体を結合した３，４，５−長鎖アルキルオキシベンズアミド誘導体を合成し、これらの化合物が医療用材料等に生体適合性を付与する目的で使用できること（特許文献３参照）、また、これらの化合物が有機溶媒をゲル化すること（特許文献４参照）を開示したばかりでなく、さらに、これらの化合物がヒドロゲルを形成することを見出した（特許文献５参照）。しかし、目的や用途に応じてヒドロゲルの物性や調製法等を最適化するために、さらに新規な分子構造を有するヒドロゲル化剤の開発が望まれている。

特開２００１−１２２８８９号公報特開２００４−２６２８０９号公報特開２００５−２３２０６１号公報特開２００５−２３２２７８号公報特開２００７−２１７５５１号公報ケミカル・レビュー（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．）、１９９７年、９７巻、ｐ．３１３３−３１５９アンゲバンテ・ヘミー・インターナショナル・エディション（Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．）、２０００年、３９巻、ｐ．２２６３−２２６６ケミカル・レビュー（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．）、２００４年、１０４巻、ｐ．１２０１−１２１７

本発明の課題は、新規な化学構造を有するヒドロゲル化剤、及びヒドロゲルを提供することにある。

上記課題に関して鋭意検討した結果、本発明者らは、式（１）で示されるエチレングリコールのオリゴマー又はポリマーの誘導体を結合し、非対称的に長鎖アルキルオキシ基を置換した新規なベンズアミド誘導体が、対称的に３、４、５位に長鎖のアルキルオキシ基を置換したベンズアミド誘導体と同様に、親水性のエチレングリコールのオリゴマー又はポリマー部分の長さ、疎水性のアルキル部分の長さ、及び、ゲル化の条件の適切な選択によって、ヒドロゲルを形成することを見出し、本発明を完成するに至った。式（１）で示されるベンズアミド誘導体は、３、４、５位に長鎖のアルキルオキシ基を有するベンズアミド誘導体に加えて、化学構造に多様性を与えるものであり、ヒドロゲルの物性等を最適化する際に有効である。

（式中で、ＸはＯＨ又はＮＨ_２を、ｋは０から４までの整数を、ｍは１から、好ましくは７から、１００までの整数を、ｎは１から、好ましくは２から、６までの整数を表す。また、Ｒ_１はＯ（ＣＨ_２）_ｐＣＨ_３を、Ｒ_２はＯ（ＣＨ_２）_ｑＣＨ_３を、Ｒ_３はＨ、又は、Ｏ（ＣＨ_２）_ｒＣＨ_３を表し、ｐは９から、好ましくは１１から、１７までの整数を、ｑは９から、好ましくは１１から、１７までの整数を、ｒは０から１６までのｐよりも小さく且つｑよりも小さい整数を表す。）
すなわち、本発明は、式（１）で示されるベンズアミド誘導体、式（１）で示されるベンズアミド誘導体を有効成分として含み、ヒドロゲルを形成するヒドロゲル化剤、及び、式（１）で示されるベンズアミド誘導体と水とを含んでなるヒドロゲルを提供する。

本発明は、分子の自己組織化により、エチレングリコールのオリゴマー又はポリマーを部分構造とする化合物がヒドロゲル化する希な分子種に、新たな分子構造の多様性を加えるものである。

本発明のベンズアミド誘導体は、式（１）で表される化合物である。

（式中で、ＸはＯＨ又はＮＨ_２を、ｋは０から４までの整数を、ｍは１から、好ましくは７から、１００までの整数を、ｎは１から、好ましくは２から、６までの整数を表す。また、Ｒ_１はＯ（ＣＨ_２）_ｐＣＨ_３を、Ｒ_２はＯ（ＣＨ_２）_ｑＣＨ_３を、Ｒ_３はＨ、又は、Ｏ（ＣＨ_２）_ｒＣＨ_３を表し、ｐは９から、好ましくは１１から、１７までの整数を、ｑは９から、好ましくは１１から、１７までの整数を、ｒは０から１６までのｐよりも小さく且つｑよりも小さい整数を表す。）
なお、室温付近でのヒドロゲル形成の観点からｍは７以上、ｐとｑは１１以上が好ましく、合成工程の観点からｎは２以上が好ましい。
式（１）で示されるベンズアミド誘導体は、例えば、エチレングリコールのオリゴマー又はポリマーのアミン誘導体と、相当するアルキルオキシ基を有する安息香酸誘導体とのアミド縮合によって得られる（特開２００５−２３２０６１号公報）。また、末端のＸとエチレングリコールのオリゴマー又はポリマーの間のアルキル鎖長、及び、ベンズアミドとエチレングリコールのオリゴマー又はポリマーの間のアルキル鎖長は、下に記載のエチレングリコールのオリゴマー又はポリマーのアミン誘導体の合成法に準じて、適当な末端修飾を施すことによって得られる。

エチレングリコールのオリゴマー又はポリマーのアミン誘導体は、例えば、市販のエチレングリコールのオリゴマー又はポリマーの一端、又は、両端を、順次、トシル化、トシル基のヨウ素化、ヨウ素基のフタルイミドへの変換、ヒドラジンによる脱保護によって得られる。また、市販で入手できない長さのオリゴマーについては、オリゴエチレングリコールの一端を保護し、他の一端をトシル化して、合計が必要な長さとなるオリゴエチレングリコールと縮合の後、脱保護して得られる化合物（ジャーナル・オブ・オーガニック・ケミストリー（Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．）２００４年、６９巻、ｐ．６３９−６４７）の一端、又は、両端を、順次、トシル化、トシル基のヨウ素化、ヨウ素基のフタルイミドへの変換、ヒドラジンによる脱保護によって得られる（バイオケミストリー（Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）１９８０年、１９巻、ｐ．４５９５−４６００）。あるいは、トシル化に続いて、トシル基のアジド化、それに引き続く還元によっても同様の化合物が得られる。

５位が水素で、３位と４位に同じ長さのアルキルオキシ基を有する安息香酸誘導体は、３，４−ジヒドロキシ安息香酸エステルを原料に、３位と４位を同時にエーテル化した後、エステルを加水分解することによって得られる。また、３位と４位に異なった長さのアルキルオキシ基を持つ安息香酸誘導体は、３位と４位の反応性の違いを利用して、４位を選択的にエーテル化し、続いて、３位を４位とは長さの異なるアルキル基によってエーテル化した後、エステルを加水分解することによって得られる。

５位に３位よりも長さが短かく且つ４位よりも長さの短いアルキルオキシ基を有する安息香酸誘導体は、例えば、３，４，５−トリヒドロキシ安息香酸エステルの３位と４位をボロン酸誘導体の選択的な架橋を用いて保護し、５位をエーテル化の後、該ボロン酸誘導体を脱保護し、上記と同様の方法で３位と４位のエーテル化と、それに続くエステルの加水分解によって得られる。

式（１）で示されるベンズアミド誘導体は、そのまま単独で、あるいは、そのヒドロゲル化を妨げない物質との混合物として、ヒドロゲル化剤として用いることができる。

ヒドロゲルは、式（１）で示されるベンズアミド誘導体を有効成分として含むヒドロゲル化剤を、適当量、水に懸濁させ、そのままヒドロゲルを用いる温度まで加熱するか、又は、一旦、ヒドロゲル化剤が溶解する温度まで加熱の後、室温まで冷却するか、該冷却後再度加熱するか、若しくは、該冷却後さらに低い温度まで冷却することによって製造する。

以下に、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の記述に限定されるものではない。なお、以下において、ＥＤＣ・ＨＣｌは水溶性カルボジイミド塩酸塩の、ＨＯＢｔは１−ヒドロキシベンゾトリアゾール水和物の、ＰＥＧはポリエチレングリコールの略号である。

＜実施例１＞
（式（１）で、Ｘ＝ＯＨ、ｋ＝０、ｍ＝２９〜３２、ｎ＝２、Ｒ_１＝Ｒ_２＝ＯＣ_１４Ｈ_２９、Ｒ_３＝Ｈであるベンズアミド誘導体の合成）
3,4-ジヒドロキシ安息香酸エチル (1.82 g, 10.0 mmol)を蒸留精製したDMF (200 ml)に溶解し、1-ブロモテトラデカン (7.07 ml, 25.0 mmol)とK₂CO₃ (15 g)を加え、65℃に熱しN₂気流下で一晩撹拌した。反応終了後室温に戻し、5% HCl (200 ml)とヘキサンを加え室温で攪拌した。4%NaHCO₃水溶液と飽和NaCl水溶液の順で洗浄し、有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水した。乾燥剤をろ別して溶媒を留去した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:ジクロロメタン=1:1)で精製し、メタノールで再結晶を行い、3,4-ビス（テトラデシルオキシ）安息香酸エチル(5.05 g, 8.78 mmol, 88%) を得た。

白色粉末; ¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.63 (1H, d, J = 8 Hz, 6-H), 7.53 (1H, s, 2-H), 6.85 (1H, d, J = 8 Hz, 5-H), 4.34 (2H, q, J = 7 Hz, 1-COOCH₂), 4.03 (4H, t, J = 7 Hz, 3,4-OCH₂), 1.83 (4H, m, 3,4-OCCH₂), 1.47 (4H, m, 3,4-OC₂CH₂), 1.38 (3H, t, J = 7 Hz, 1-COOCCH₃), 1.25 (40H, m, 3,4-OC₃C₁₀H₂₀), 0.88 (6H, t, J = 7 Hz, 3,4-OC₁₃CH₃).
3,4-ビス（テトラデシルオキシ）安息香酸エチル(1.73 g, 3.00 mmol) をエタノール(45 ml) 、水(15 ml) に溶解し、水酸化カリウム(1.68 g) を加え、78℃で一晩加熱還流した。反応溶液を室温に戻し、2% HCl水溶液(100 ml)とジクロロメタン(60 ml) を加えさらに50時間撹拌した。反応終了後、溶媒を留去し、メタノールを加え粗結晶を得た。乾燥させた粗結晶を1-プロパノール(200 ml) に加え、55℃に熱して溶解させた。反応溶液を室温に戻し、さらに冷却すると結晶が析出した。メタノールで結晶を洗い、3,4-ビス（テトラデシルオキシ）安息香酸(1.51 g, 2.76 mmol, 92%) を得た。

白色粉末; ¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.69 (1H, d, J = 8 Hz, 6-H), 7.56 (1H, s, 2-H), 6.88 (1H, d, J = 8 Hz, 5-H), 4.05 (4H, t, J = 7 Hz, 3,4-OCH₂), 1.83 (4H, m, 3,4-OCCH₂), 1.47 (4H, m, 3,4-OC₂CH₂), 1.26 (40H, m, 3,4-OC₃C₁₀H₂₀), 0.88 (6H, t, J = 7 Hz, 3,4-OC₁₃CH₃); MS (APCI) found: m/z 547.6, calcd for C₅₃H₉₉NO₆: M⁺, 547.5.
3,4-ビス（テトラデシルオキシ）安息香酸(0.173 g, 0.300 mmol) をジクロロメタン(5 ml) に溶解し、HOBt (0.0504 g, 0.360 mmol)とEDC・HCl (0.0690 g, 0.360 mmol) を加え、室温で1時間撹拌した。ジクロロメタン(5 ml) にPEG 1540 mono-amine (0.490 g, 0.314 mmol) を溶解し、滴下ロートを用いて反応溶液に滴下しながら、さらに2時間撹拌した。反応終了後、4%NaHCO₃水溶液、飽和NaCl水溶液の順で洗浄し、有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水した。乾燥剤をろ別して、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(クロロホルム：メタノール＝9：1)で精製し、実施例１のベンズアミド誘導体(0.370 g, 0.175 mmol, 58%) を得た。

¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.44 (1H, d, J = 9 Hz, 6-H), 7.32 (1H, s, 2-H), 6.84 (1H, d, J = 9 Hz, 5-H), 4.02 (4H, t, J = 7 Hz, 3,4-OCH₂), 3.70~3.58 (128H, m, OCH₂CH₂ × 32), 1.82 (4H, m, 3,4-OCCH₂), 1.46 (4H, m, 3,4-OC₂CH₂), 1.26 (40H, m, 3,4-OC₃C₁₀H₂₀), 0.88 (6H, t, J = 7 Hz, 3,4-OC₁₃CH₃).
＜実施例２＞
（式（１）で、Ｘ＝ＯＨ、ｋ＝０、ｍ＝２９〜３２、ｎ＝２、Ｒ_１＝Ｒ_２＝ＯＣ_１４Ｈ_２９、Ｒ_３＝ＯＣＨ_３であるベンズアミド誘導体の合成）
没食子酸メチル(1.84 g, 10.0 mmol) を水 (200 ml) に溶解し、Na₂B₄O₇・10H₂O (9.50 g, 25.0 mmol)を加え、室温で1時間攪拌した。その後、ジメチル硫酸 (3.80 ml, 40.0 mmol)と26% NaOH水溶液(10ml) を加え、室温で12時間撹拌した。反応終了後、pH=2に調整した硫酸水溶液を加えて中和し、酢酸エチルで抽出を行った。4%NaHCO₃水溶液と飽和NaCl水溶液で洗い、無水硫酸ナトリウムを加え反応溶液を脱水した。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:酢酸エチル=1:1)で精製し、3,4-ジヒドロキシ-5-メトキシ安息香酸メチル(1.286 g, 6.49 mmol, 65%) を得た。

¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.16 (2H, s, 2,6-H), 4.58 (2H, s, 3,4-OH), 3.86 (3H, s, 5-OCH₃), 3.83 (3H, s, 1-COOCH₃).
3,4-ジヒドロキシ-5-メトキシ安息香酸メチル(1.286 g, 6.49 mmol) をDMF (150 ml) に溶解し、1-ブロモテトラデカン(4.04 ml, 14.3 mmol)とK₂CO₃ (8.98 g) を加え、65℃に熱しN₂気流下で一晩撹拌した。反応終了後室温に戻し、5%HCl水溶液(200 ml)を加え撹拌した。ヘキサン(200 ml) を加え撹拌し、有機相を抽出し、4%NaHCO₃水溶液と飽和NaCl水溶液で洗った。抽出した反応溶液を無水硫酸ナトリウムで脱水し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー(ヘキサン:ジクロロメタン=1:1)で精製し、メタノールで再結晶を行い、3,4-ビス（テトラデシルオキシ）-5-メトキシ安息香酸メチル(3.053 g, 5.17 mmol, 80%) を得た。

¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.30 (2H, s, 2,6-H), 4.05, 4.02 (each 2H, t, J = 7 Hz, 3,4-OCH₂), 3.89 (3H, s, 5-OCH₃), 3.84 (3H, s, 1-COOCH₃), 1.81, 1.74 (each 2H, quintet, J = 7 Hz, 3,4-OCCH₂), 1.48 (4H, m, 3,4-OC₂CH₂), 1.26 (40H, m, 3,4-OC₃C₁₀H₂₀), 0.88 (6H, t, J = 7 Hz, 3,4-OC₁₃CH₃).
3,4-ビス（テトラデシルオキシ）-5-メトキシ安息香酸メチル(3.053 g, 5.17 mmol) をエタノール(90 ml)と水(30 ml) に溶解し、水酸化カリウム(2.9 g) を加え、78℃で一晩加熱還流した。反応溶液を室温に戻し、2% HCl (150 ml)とジクロロメタン(90 ml) を加えさらに50時間撹拌した。反応終了後、溶媒を留去し、メタノールを加え粗結晶を得た。乾燥させた粗結晶を1-プロパノールに加え、55℃に熱して溶解させた。反応溶液を室温に戻し、さらに冷却すると結晶が析出した。メタノールで結晶を洗い、3,4-ビス（テトラデシルオキシ）-5-メトキシ安息香酸(2.391 g, 4.15 mmol, 80%) を得た。

¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.31 (2H, s, 2,6-H), 4.05, 4.02 (each 2H, t, J = 7 Hz, 3,4-OCH₂), 3.89 (3H, s, 5-OCH₃), 1.81, 1.74 (each 2H, quintet, J = 7 Hz, 3,4-OCCH₂), 1.48 (4H, m, 3,4-OC₂CH₂), 1.26 (40H, m, 3,4-OC₃C₁₀H₂₀), 0.88 (6H, t, J = 7 Hz, 3,4-OC₁₃CH₃); MS (APCI) found: m/z 577.4, calcd for C₅₃H₉₉NO₆: M⁺, 577.5.
3,4-ビス（テトラデシルオキシ）-5-メトキシ安息香酸(0.202 g, 0.350 mmol) をジクロロメタン(10 ml) に溶解し、HOBt (0.060 g, 0.420 mmol)とEDC・HCl (0.081 g, 0.420 mmol) を加え、室温で1時間撹拌した。ジクロロメタン(5 ml) にPEG 1540 mono-amineを溶解し、滴下ロートを用いて反応溶液に滴下しながら、さらに2時間撹拌した。反応終了後、有機相を4%NaHCO₃水溶液、飽和NaCl水溶液の順で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで脱水した。乾燥剤をろ別して、溶媒を留去した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(クロロホルム：メタノール＝9：1)で精製し、実施例２のベンズアミド誘導体(0.438 g, 0.221 mmol, 63%) を得た。

¹H-NMR (CDCl₃) δ = 7.03 (2H, s, 2,6-H), 7.00 (1H, s, OH), 4.01, 3.98 (each 2H, t, J = 7 Hz, 3,4-OCH₂), 3.88 (3H, s, 5-OCH₃), 3.66-3.60 (128H, m, OCH₂CH₂ × 32), 1.81, 1.74 (each 2H, quintet, J = 7 Hz, 3,4-OCCH₂), 1.47 (4H, m, 3,4-OC₂CH₂), 1.26 (40H, m, 3,4-OC₃C₁₀H₂₀), 0.88 (6H, t, J = 7 Hz, 3,4-OC₁₃CH₃).
＜実施例３＞
（ヒドロゲル形成）
実施例２で合成したベンズアミド誘導体を、室温で純水中に溶解させ、濃度６０ｍＭの溶液とした。この溶液の温度を上げると、５２℃でヒドロゲルを形成することが倒置法により確認された。なお、倒置法とは、溶液がゲル状態になったことをサンプル容器を倒置することによって確認する方法である。

本発明が提供するヒドロゲルは、生体適合性が知られるエチレングリコールのオリゴマーまたはポリマー構造を有し、３次元細胞培養、細胞や蛋白質の分離・精製、蛋白質医薬品の徐放等に利用することができる。

Claims

式（１）で示されるベンズアミド誘導体。

（式中で、ＸはＯＨ又はＮＨ_２を、ｋは０から４までの整数を、ｍは１から１００までの整数を、ｎは１から６までの整数を表す。また、Ｒ_１はＯ（ＣＨ_２）_ｐＣＨ_３を、Ｒ_２はＯ（ＣＨ_２）_ｑＣＨ_３を、Ｒ_３はＨ、又は、Ｏ（ＣＨ_２）_ｒＣＨ_３を表し、ｐは９から１７までの整数を、ｑは９から１７までの整数を、ｒは０から１６までのｐよりも小さく且つｑよりも小さい整数を表す。）
式（２）で示されるベンズアミド誘導体。

（式中で、ＸはＯＨ又はＮＨ_２を、ｋは０から４までの整数を、ｍは７から１００までの整数を、ｎは２から６までの整数を表す。また、Ｒ_１はＯ（ＣＨ_２）_ｐＣＨ_３を、Ｒ_２はＯ（ＣＨ_２）_ｑＣＨ_３を、Ｒ_３はＨ、又は、Ｏ（ＣＨ_２）_ｒＣＨ_３を表し、ｐは１１から１７までの整数を、ｑは１１から１７までの整数を、ｒは０から１６までのｐよりも小さく且つｑよりも小さい整数を表す。）
請求項１又は請求項２に記載のベンズアミド誘導体を有効成分として含むヒドロゲル化剤。
請求項１又は請求項２に記載のベンズアミド誘導体と水とを含んでなるヒドロゲル。