JP2012149019A

JP2012149019A - キチン単糖誘導体の製造方法および製造装置

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Publication number: JP2012149019A
Application number: JP2011010261A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Osada; 光正長田; Kazuhide Totani; 一英戸谷
Original assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Current assignee: Institute of National Colleges of Technologies Japan
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-20
Also published as: JP5733717B2

Abstract

【課題】酸・アルカリ触媒を用いず水だけで、さらに製造時間の短縮を図りながら、キチン単糖から誘導体を製造することができる方法および装置を提供する。
【解決手段】キチン単糖溶液を亜臨界水または超臨界水によって反応させることにより、キチン単糖の誘導体を製造する。亜臨界水または超臨界水中での前記キチン単糖の反応温度を１００〜４００［℃］の範囲に収まるように調節し、かつ、前記キチン単糖にかかる圧力を０．１〜４０［ＭＰａ］の範囲に収まるように調節する。
【選択図】図２

Description

本発明は、キチン単糖であるＮ−アセチル−Ｄ−グルコサミン（ＧｌｃＮＡｃ）から誘導体を製造する方法に関する。

キチン単糖は、関節痛軽減や美肌効果など医薬品として付加価値が高いものであるが、これを出発原料として誘導体化することで更に付加価値の高い化学物質を創りだせる可能性がある。キチン単糖は１００［℃］以下の無触媒下の水中では安定に存在し、ほとんど反応を起こさない。

そのためホウ酸など酸触媒存在下で反応させ、図１に示す有用性の高い物質（誘導体）を製造する手法が報告されている（非特許文献１参照）。

また、水酸化カリウムなどアルカリ触媒存在下で誘導体を製造する手法も報告されている（非特許文献２参照）。

Novel and facile synthesis of furanodictines A and B based ontransformation of 2-acetamido-2-deoxy-D-glucose into 3,6-anhydro hexofuranoses, M. Ogata et al. Carbohydrate Research 345（2010）230-234。 Analysis of the Morgan-Elson Chromogens by High-Performance Liquid Chromatography1, L. Roden et al. ANALYTICAL BIOCHEMISTRY 254 (1997) 240-248。

しかし、従来手法によれば、酸・アルカリ触媒を用いるため、廃液処理や酸・アルカリ触媒と生成物の分離という問題があった。また、反応に要する時間が３時間〜３日と比較的長いため、その誘導体の製造効率の向上が望まれる。

そこで、本発明は、酸・アルカリ触媒を用いず水だけで、さらに製造時間の短縮を図りながら、キチン単糖から誘導体を製造することができる方法および装置を提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための本発明のキチン単糖誘導体の製造方法は、キチン単糖溶液を亜臨界水または超臨界水によって反応させることにより、キチン単糖の誘導体を製造することを特徴とする。

前記課題を解決するための本発明のキチン単糖誘導体の製造装置は、特に制限はなく、公知の方法や装置が適用できる。例えばオートクレイブ式反応装置にキチン単糖および水を入れて加熱反応させるバッチ式反応方法、キチン単糖と水からなる水溶液を連続的に反応器に流通させる流通式反応方法などが挙げられる。

本発明のキチン単糖誘導体の製造装置は流通式反応方法であり、反応管と、前記反応管に対して亜臨界水または超臨界水を流入させる第１供給手段と、前記反応管に対してキチン単糖溶液を流入させる第２供給手段と、前記反応管においてキチン単糖が亜臨界水または超臨界水により反応して生成された誘導体を含む溶液を冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の方法または装置によれば、亜臨界水または超臨界水によってキチン単糖の反応が促される。酸・アルカリ触媒が不要なので、廃液処理や生成物と酸・アルカリ触媒の分離精製の問題も発生しない。また、従来手法（３時間〜３日）と比較して著しく短時間（１［ｓｅｃ］〜３０［ｍｉｎ］程度）で十分量のキチン単糖誘導体が製造されうる。

また、本発明の方法において、亜臨界水または超臨界水中での前記キチン単糖の反応温度を１００〜４００［℃］の範囲に収まるように調節し、かつ、前記キチン単糖にかかる圧力を０．１〜４０［ＭＰａ］の範囲に収まるように調節することが好ましい。さらに、反応温度１２０〜３００［℃］、圧力０．１５〜３０［ＭＰａ］の範囲、特に反応温度１４０〜２００［℃］、圧力０．２〜２５［ＭＰａ］の範囲であることがより好ましい。

同様に、本発明の装置において、亜臨界水または超臨界水中での前記キチン単糖の反応温度を１００〜４００［℃］の範囲に収まるように調節する温度制御手段と、前記キチン単糖にかかる圧力を０．１〜４０［ＭＰａ］の範囲に収まるように調節する圧力制御手段とを備えていることが好ましい。さらに、反応温度１２０〜３００［℃］、圧力０．１５〜３０［ＭＰａ］の範囲、特に反応温度１４０〜２００［℃］、圧力０．２〜２５［ＭＰａ］の範囲であることがより好ましい。

キチン単糖から誘導体への反応経路の説明図。本発明の一実施形態としてのキチン単糖誘導体の製造装置の構成説明図。キチン単糖誘導体の製造結果の反応温度の影響に関する説明図。キチン単糖誘導体の製造結果に関する説明図（第１実施例）。キチン単糖誘導体の製造結果に関する説明図（第２実施例）。キチン単糖誘導体の製造結果に関する説明図（第３実施例）。キチン単糖誘導体の製造結果に関する説明図（第４実施例）。キチン単糖誘導体の製造結果に関する説明図（第５実施例）。キチン単糖誘導体の製造結果に関する説明図（第６実施例）。

（本発明の一実施形態としてのキチン単糖誘導体の製造装置）
本発明の一実施形態としてのキチン単糖誘導体の流通式製造装置の構成について説明する。図２に示されている製造装置は流通式の反応装置である。この装置は、反応管Ａと、第１供給手段１０と、第２供給手段２０と、加熱手段３０と、冷却手段４０と、背圧調整バルブ５０と、コンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路等を備えている。）により構成されているコントローラ６０とを備えている。

第１供給手段１０は、反応管Ａに対して亜臨界水または超臨界水を流入させるポンプ等により構成されている。第２供給手段２０は、反応管Ａに対してキチン単糖溶液を流入させるポンプ等により構成されている。冷却手段４０は、反応管Ａの加熱手段３０の下流においてキチン単糖を亜臨界水または超臨界水により反応させて生成された誘導体を含む溶液を冷却するように構成されている。なお、反応系に酸・アルカリ触媒を共存させてもよい。

コントローラ６０は、加熱手段３０による反応管Ａを流れるキチン単糖溶液に対する加熱量を調節することにより、当該キチン単糖の反応温度を、反応管Ａの内部温度の測定結果に基づいて調節するように構成またはプログラムされている。この意味で、コントローラ６０は「温度調節手段」を構成する。

また、コントローラ６０は、背圧調整バルブ５０の開度を調整することにより、反応系統の圧力を、反応管Ａの内部圧力の測定結果に基づいて調節するように構成またはプログラムされている。この意味で、コントローラ６０は「圧力調節手段」を構成する。

反応管Ａ内におけるキチン単糖溶液の滞在時間は、同管Ａの容積を変更したり、流量を変更したりすることによって、任意に調整することができる。なお、反応管Ａ内の溶液の滞在時間τは、反応管Ａの容量をＶ、室温での質量流量をＦ、反応温度・反応圧力での水密度をρ（Ｔ，Ｐ）とした場合に、式（１）により計算される。

τ＝Ｖ・ρ（Ｔ，Ｐ）／Ｆ ‥（１）。

（本発明の第１実施形態としてのキチン単糖誘導体の製造方法）
前記構成の製造装置を用いた、本発明の第１実施形態としてのキチン単糖誘導体の製造方法について説明する。第１実施形態によれば、次の手順でキチン単糖誘導体が製造される。

まず、第１供給手段１０により亜臨界水または超臨界水が反応管Ａに供給される。また、第２供給手段２０によりキチン単糖溶液（ＧｌｃＮＡｃ溶液）が反応管Ａに供給される。この際、亜臨界水または超臨界水によってキチン単糖に与えられる反応温度１００〜４００［℃］、圧力０．１〜４０［ＭＰａ］、反応時間１〜６０［ｓｅｃ］の範囲になるように亜臨界水または超臨界水の温度および流量、ならびに、キチン単糖溶液の濃度および流量が制御される。製造装置出口から回収した試料は、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）による分析を行って、キチン単糖誘導体の収率を計測した。

キチン単糖が亜臨界水または超臨界水により反応することによって、第１の誘導体としてのＮ−アセチルマンノサミン、第２の誘導体としてのChromogen1、第３の誘導体としての２−アセトアミド−３，６−アンハイドロ−２−デオキシ−Ｄ−グルコフラノース、第４の誘導体としての２−アセトアミド−３，６−アンハイドロ−２−デオキシ−Ｄ−マンノフラノースおよび第５の誘導体としてのChromogen3が製造されうる。

反応液が冷却手段３０により冷却されることにより、当該誘導体が回収される。

図３には、反応温度と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図３から明らかなように、反応温度１００［℃］以下では、キチン単糖は安定に存在するため収率約１００％で回収される。このことから、キチン単糖誘導体を精製するためには１００［℃］以上の反応温度が必要であることがわかる。１００［℃］以上では、温度の上昇とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、１８０［℃］付近で第１の誘導体（Ｎ−アセチルマンノサミン）、第２の誘導体（Chromogen1）、第３の誘導体（２−アセトアミド−３，６−アンハイドロ−２−デオキシ−Ｄ−グルコフラノース）、第４の誘導体（２−アセトアミド−３，６−アンハイドロ−２−デオキシ−Ｄ−マンノフラノース）の収率が極大を示した。また２００［℃］付近で、第５の誘導体（Chromogen3）の収率が最大となった。

（第１実施例）
図４には反応温度１８０［℃］における、反応時間と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図４から明らかなように、反応時間の増大とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、主生成物として第２の誘導体（Chromogen1）が得られた。

（第２実施例）
図５には反応温度１９０［℃］における、反応時間と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図５から明らかなように、反応時間の増大とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、反応時間２３［ｓｅｃ］付近までは第２の誘導体（Chromogen1）が主生成物として得られ、反応時間２３［ｓｅｃ］以上では第５の誘導体（Chromogen3）が主生成物として得られた。

（第３実施例）
図６には反応温度２００［℃］における、反応時間と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図６から明らかなように、反応時間の増大とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、第５の誘導体（Chromogen3）が主生成物として得られた。

（本発明の第２実施形態としてのキチン単糖誘導体の製造方法）
公知の回分式反応装置を用いた、本発明の第２実施形態としてのキチン単糖誘導体の製造方法について説明をする。第２実施形態によれば、次の手順でキチン単糖誘導体が製造される。

まず、キチン単糖０．０３［ｇ］、水３．０［ｇ］を高温高圧対応の回分式反応器（内容積６［ｍｌ］）に収納され、それを温度１００〜４００［℃］の範囲にあるおさまるある温度それぞれに設定した溶融塩炉に入れることで反応を開始させた。また、０〜６０［ｍｉｎ］の範囲に収まるある時間にわたって反応させた後、反応器を溶融塩炉から取り出し、冷水浴に入れ反応器を冷却することで反応を停止させた。反応器から回収した試料は、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）による分析を行って、キチン単糖誘導体の収率を計測した。

（第４実施例）
図７には反応温度１４０［℃］における、反応時間と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図７から明らかなように、反応時間の増大とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、反応時間１５［ｍｉｎ］付近までは第２の誘導体（Chromogen1）が主生成物として得られ、反応時間１５［ｍｉｎ］以上では第５の誘導体（Chromogen3）が主生成物として得られた。

（第５実施例）
図８には反応温度１６０［℃］における、反応時間と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図８から明らかなように、反応時間の増大とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、反応時間１５［ｍｉｎ］付近までは第２の誘導体（Chromogen1）が主生成物として得られ、反応時間１５［ｍｉｎ］以上では第５の誘導体（Chromogen3）が主生成物として得られた。

（第６実施例）
図９には反応温度１８０［℃］における、反応時間と、第１〜第５の誘導体の収率との関係が示されている。図９から明らかなように、反応時間の増大とともにキチン単糖から第１〜第５の誘導体が生成し、反応時間５ [min]付近で第２の誘導体（Chromogen1）の収率が極大値を示し、反応時間８［ｍｉｎ］付近では第５の誘導体（Chromogen3）が極大値を示した。

（本発明のキチン単糖誘導体の製造装置および方法の作用効果）
本発明の装置または方法によれば、亜臨界水または超臨界水によってキチン単糖の反応が促される。酸・アルカリ触媒が不要なので、廃液処理や生成物と酸・アルカリ触媒の分離精製の問題も発生しない。また、従来手法（前記のように３時間〜３日程度）と比較して、１［ｓｅｃ］〜３０［ｍｉｎ］程度の著しく短時間で十分量のキチン単糖誘導体が製造されうる。

１０‥第１供給手段、２０‥第２供給手段、３０‥冷却手段、４０‥圧力調整手段、５０‥制御手段、Ａ‥反応管。

Claims

キチン単糖溶液を亜臨界水または超臨界水によって反応させることにより、キチン単糖の誘導体を製造することを特徴とするキチン単糖誘導体の製造方法。
請求項１記載の方法において、
亜臨界水または超臨界水中での前記キチン単糖の反応温度を１００〜４００［℃］の範囲に収まるように調節し、かつ、前記キチン単糖にかかる圧力を０．１〜４０［ＭＰａ］の範囲に収まるように調節することを特徴とする方法。
反応管と、
前記反応管に対して亜臨界水または超臨界水を流入させる第１供給手段と、
前記反応管に対してキチン単糖溶液を流入させる第２供給手段と、
前記反応管においてキチン単糖が亜臨界水または超臨界水により反応して生成された誘導体を含む溶液を冷却する冷却手段とを備えていることを特徴とするキチン単糖誘導体の製造装置。
請求項３記載の装置において、
亜臨界水または超臨界水中での前記キチン単糖の反応温度を１００〜４００［℃］の範囲に収まるように調節する温度制御手段と、
前記キチン単糖にかかる圧力を０．１〜４０［ＭＰａ］の範囲に収まるように調節する圧力制御手段とを備えていることを特徴とする装置。