JP2012176941A - チオ尿素の存在下でリコピンを異性化する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】食品中の添加物として、または医薬品中の酸化防止剤として使用される合成リコピン中に存在するＺ−異性体の改善された異性化方法の提供。
【解決手段】触媒としてのチオ尿素の存在下、好適な極性溶媒媒体中、１００℃未満において、圧力を加えずに、５０％未満の全Ｅリコピン（全トランス）および５０％を超えるＺ−リコピン類を含有する混合物中のＺ−リコピン類を異性化する方法。好ましくは、前記リコピン類の混合物が、任意の合成方法によって得られる、精製されたまたは部分的に精製された固体、あるいは有機溶媒中の溶液または懸濁液である、混合物中のＺ−リコピン類を異性化する方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、Ｚ−リコピンを実質的にＥ−リコピンに異性化する改善された方法であって、異性化が触媒量のチオ尿素の存在下で行われる方法に関する。

リコピンは、トマトおよび多くの他の植物および微生物起源の、幾何異性体の混合物として天然に存在するカロチノイド物質である。これは、式Ｃ_４０Ｈ_５６で表され１１個の共役二重結合および２つの孤立二重結合を有する非環状分子である（Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄｓ，Ｇ．Ｂｒｉｔｔｏｎ，Ｓ．Ｌｉａａｅｎ−Ｊｅｎｓｅｎ ａｎｄ Ｈ．Ｐｆａｎｄｅｒ，Ｂｉｒｋｈａｕｓｅｒ Ｖｅｒｌａｇ，Ｂａｓｅｌ，Ｓｅｖｅｒａｌ ｖｏｌｕｍｅｓ，１９９５ 〜 ２００４）。理論的には、多くの異性体が可能である。それらの一部は当然天然に存在するが、単純な分光法によってそれらを互いに区別することは非常に困難である。たとえば（５−Ｚ）およびすべてのＥ異性体は、ＵＶ−Ｖｉｓスペクトルが同一であり、ＲＰ−ＨＰＬＣによって分離した場合にのみ同定可能である。８種類の（モノ−Ｚ）異性体は、制御された立体選択的合成により得られ、６種類は異性化混合物から得られている。４種類の（ジ−Ｚ）異性体および１つの（テトラ−Ｚ）異性体も報告されている（非特許文献２）。天然源からのリコピンは、食品中の着色成分として使用されている。これはまた、有用な酸化防止剤として推奨されている。リコピンの異性体の相対的生物活性に関する文献での具体的な報告は存在しない。トマトは、人間の栄養においてリコピンの主要供給源であり、供給源、季節などに依存して７１〜９０％の全Ｅ−リコピン（全トランス）と、９〜２１％のＺ−異性体（シス）、主として５−Ｚ−異性体とを含有することが知られている（非特許文献３）。驚くべきことに、人間においては、良性または悪性の前立腺組織中で、全Ｅリコピンは、わずか１２〜２１％を占めており、Ｚ−異性体は７９〜８８％を占めている（非特許文献４）。これは人体では、多量の全Ｅ異性体が、悪性腫瘍に影響を与えうるＺ−異性体に変換されることを意味する。β−カロテン類およびレチノイド類の中で、全Ｅ異性体は、Ｚ−異性体よりも活性が高いことが明らかとなっている。したがって、人間の消費においては、全Ｅリコピンを使用し、Ｚ−リコピン類を回避することが好ましいと考えられる。リコピンに関するＵＳＰ−ＮＦのモノグラフでは、天然リコピン中の主要異性体の５−Ｚリコピンを最大２３％含有する全Ｅリコピンの混合物である。合成リコピンでは、異性体に関しては天然源よりも十分制御される。それでも、特定の条件下では（５−Ｚ）−異性体が優位を占めることが知られている。Ｚ−異性体の形成が抑制される全Ｅリコピンの立体選択的合成は、非常に費用がかかる。大量生産のためのリコピンの合成経路が採用される場合に、Ｚ−異性体の全Ｅ異性体への異性化を可能とする方法が魅力的となる。

カロチノイド化合物の異性化は周知である。大部分の研究は、光異性化の力学および機構を扱っており、一部では酵素によって誘導される異性化を扱っている（非特許文献５を参照されたい）。非特許文献６には、溶液中でのカロチノイドの（Ｅ／Ｚ）−異性化が熱、光、活性表面、ならびに触媒量の酸類またはヨウ素によって促進されることについてのレビューが記載され報告されている。カロチノイド類の合成におけるＷｉｔｔｉｇおよびＨｏｒｎｅｒの縮合ステップによって異性体混合物が得られ、異性化は非極性溶媒中で熱的に行うことができたと考えられる。しかし、この刊行物は、全Ｅリコピンの異性化による純粋形態のＺ−異性体の調製に注目していた。特許文献１には、リコピンの熱異性化方法が開示されている。この方法は、最初に全ＥおよびＺ−異性体の混合物を非極性溶媒のジクロロメタン中に溶解させ、続いてメタノールを加え、ジクロロメタンを共沸蒸留によって除去して、メタノール中の懸濁液を得て、メタノール中の還流によって、または温度を約９５℃まで上昇させることによる自発圧力下で、熱異性化を行うことから実質的にな
る。富化された全Ｅ異性体の収量または異性化の程度は、自発圧力を使用した場合には改善されなかった。この発明者らは、あらゆる比率の２種類の異性体の混合物中で全Ｅ異性体が富化されたと主張しているが、すべての実施例で、出発混合物は５３％の全Ｅ異性体からなったことが示されている。出発混合物中のＺ−異性体含有率は１８％と報告されている。この発明者らは、プロセス終了時に、全Ｅ異性体の約７６〜８７％までの富化を実現している。富化された混合物中のＺ−異性体の含有率は明らかにされていない。したがってＺ−異性体から全Ｅ異性体への異性化の程度も明らかではない。熱異性化を行っていない実施例７でも、結晶化サンプル中で７５％までの全Ｅ異性体の富化が実現されており、溶解および結晶化ステップも、このプロセスにおいて大きく貢献していることが示されている。

本発明者らは、特許文献１に記載される熱異性化方法の再現を試みた。本発明者らは、約５６％の全Ｅおよび約４３％のＺ−異性体（主として５−Ｚ−異性体）を含有するサンプル、さらには約２０〜２２％の全Ｅおよび約６２〜７２％のＺ−異性体を含有するサンプルを使用した。製造プロセスによって通常に得られるＤｉｖｉｓ製品は、この後者の組成を有する。これらの実験から得られた結果を、以下の表１にまとめている。

注：ａ：４３ｇ投入；ｂ：２５ｇ投入、収量約２２ｇ；ｃ_１：２０ｇ投入、１２０℃、圧力７ｂａｒ；ｃ_２：２０ｇ投入、９５℃、圧力１．８ｂａｒ；ｄ；４３ｋｇ投入（パイロット規模）
これらの結果から、Ｚ−異性体含有率が全Ｅ異性体含有率よりも高い場合には、リコピンの熱異性化が起こらないことが分かる。最良の結果は、高温高圧において、ある程度の富化が見られるが、ＵＳＰ−ＮＦ規格は満たしていない。食品および医薬品への添加物として使用されるので、合成の最終ステップにおいて塩素化炭化水素溶媒を回避することが望ましいと思われた。

本発明者らは、熱異性化実験において他の溶媒の使用も試みた。結果を以下の表２に示
す。

収量および異性化の程度の両方に関して媒体としての水中で最良の結果が得られたことが分かる。しかし、これも依然として要求よりはるかに低い。

米国特許第７１２６０３６号明細書 英国特許出願公開第２２０７９１５号

Manchand, Ruegg, Schwieter, Siddons and Weedon, 鼎arotenoids and Related Compounds Part XI Synthesis of d-Carotene and e-Carotene・ Journal of The Chemical Society, March 1965, pp. 2019-2026 Ｈｅｎｇａｒｔｎｅｒ ｅｔ ａｌ，Ｈｅｌｖ．Ｃｈｉｍ，Ａｃｔａ，７５，１８４８，１９９２ Ｚｕｍｂｒｕｍ ｅｔ ａｌ，Ｈｅｌｖ．Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ，６８，１５４０，１９８５ Ｃｌｉｎｔｏｎ ｅｔ ａｌ，ｃａｎｃｅｒ Ｅｐｉｄｅｍｉｏｌ．Ｂｉｏｍａｒｋｅｒｓ Ｐｒｅｖ．，５，８２３，１９９６ Ｄｕｇａｖｅ ａｎｄ Ｄｅｍａｎｇｅ，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１０３，２４８１，２００３ Ｍｕｅｌｌｅｒら、Ｐｕｒｅ ＆ Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．６９，２０３９，１９９７ 釘acterial Carotenoids. XLVIII. Total Synthesis of Carotenes of the 1,2-Dihydro Series・ Eidem, Buchecker, Kjosen and Liaaen-Jensen, Acta Chem. Scand. B29 (1975) No. 10

食品中の添加物として、または医薬品中の酸化防止剤として使用される合成リコピン中に存在するＺ−異性体の改善された異性化方法が必要とされている。特に、商業生産にお
いて得られるような少量の全Ｅ異性体（５０％未満）および多量のＺ−異性体を含有する混合物を異性化し、プロセス中のハロ炭化水素溶媒が回避されることが必要であった。

本発明は、全Ｅ異性体含有率が５０％未満であり、Ｚ−異性体含有率が全Ｅ−異性体よりも高い、合成中に得られるリコピン生成物中に存在するＺ−異性体の改善された異性化方法を明らかにする。本発明の方法は、触媒としてのチオ尿素の存在下、極性溶媒中で行われ、圧力およびハロ炭化水素溶媒は使用しない。結果として得られる生成物は、全Ｅ異性体含有率が８０％を超え、Ｚ−異性体含有率が１０％未満となる。

リコピンは、文献（たとえば、Ｈｅｌｖ，Ｃｈｉｍ．Ａｃｔａ ７５，１８４８，１９９２；Ａｃｔａ Ｃｈｅｍｉｃａ Ｓｃａｎｄｉｎａｖｉｃａ Ｂ ２９，１０１５，１９７５；Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２０１９，１９６５）中に記載されるあらゆる方法による合成によって得られる。リコピンは、対称分子であり、通常採用される方法は、２分子のＣ−１５中間体と１分子のＣ−１０中間体との縮合からなる。Ｃ−１５中間体は、通常、３，７，１１−トリメチル−１，４，６，１０−テトラエン−ドデカン−３−オールのＷｉｔｔｉｇ塩であり、Ｃ−１０中間体は、通常、３，７−ジメチル−２，４，６−オクタテトラエン−１，８−ジアルデヒド（多くの場合”ｄｉａｌ”と呼ばれる）。この反応は、一般に、ジクロロメタンまたはヘキサンなどの非極性溶媒中、ナトリウムメトキシドまたはカリウムｔ−ブトキシドなどの強塩基の存在下で行われる。生成物は、ワークアップ後に粗固体として単離することができ、好適な再結晶手順によってさらに精製することもできる。本発明者らの実験の場合、本発明者らは粗固体を使用した。粗リコピン生成物、または精製材料は、約４０〜約６５％の高い比率のＺ−異性体を含有し、粗生成物中の全Ｅ異性体は約２５％までの低さとなりうる。

文献の徹底調査によって、カロチノイド類に類似のポリエン類の異性体混合物の全Ｅ異性体含有率を優先的に増加させる試みは行われていないことが分かった。本発明者らは、酸類、重亜硫酸ナトリウム、臭化アンモニウム、過硫酸アンモニウム、臭素酸カリウム、尿素、チオ尿素などのある種の「触媒」の存在下でのオレフィン類の異性化は、わずかな参考文献にしか見いだされず、特にマレイン酸（シス）からフマル酸（トランス）への異性化に使用されていた（英国特許第２２０７９１５号明細書、およびそれに記載される参考文献を参照されたい）。本発明者らは、報告されているマレイン酸からフマル酸への異性化において使用されている数種類の「触媒」を使用して、上記概略の合成によって得られたリコピン生成物の異性化を試みた。これらのほとんどは効果が得られなかったが、驚くべきことに本発明者らは、チオ尿素を加えることによって、「リコピン」混合物から全Ｅリコピンの富化が起こる十分な異性化が誘導されることを見出した。

本発明者らは、収量および異性化の程度に対するチオ尿素の投入量の影響を調べた。以下の表３に、得られた典型的な結果をまとめている。

最適な異性化および収量を実現するために、チオ尿素投入量がリコピン投入量の約２５％とすべきことが分かる。
合成によって得られた粗リコピンを、メタノールまたはイソプロパノールなどの極性溶媒中に懸濁させ、固体チオ尿素を加え、その混合物を大気圧において還流温度まで加熱し、数時間維持する。この異性化プロセスは、プロセス検査において監視する。所望の比率の全ＥおよびＺ−異性体が得られると、反応を停止し、好適なワークアップを行って、リコピンの回収および精製を行う。

異性化プロセスは、ＨＰＬＣ分析により監視し、直列に接続したＹＭＣ−Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ（２５０×４．６ｍｍ）５μｍおよびＹＭＣ−Ｃａｒｏｔｅｎｏｉｄ（２５０×４．６ｍｍ）３μｍ二重カラム、流量１．０ｍ／分において４７２ｎｍにおける検出、移動相として７８４：６６５：７４の比率の第３級ブチルメチルエーテル：メタノール：テトラヒドロフラン、注入体積：１０マイクロリットルのサンプル溶液、運転時間６０分を使用する。
（実施例）
以下の実施例は、説明のみを目的としており、本発明を限定するものでは決してない。実施例に記載される試薬および溶媒は、当業者に周知の他の試薬および溶解で置き換えることができる。
実施例１：
リコピン（１１．６ｇ、全Ｅ−含有率２９％）を、２−プロパノール（７５ｍｌ）が入れられた２５０ｍｌの３口丸底フラスコに投入した。得られた懸濁液に、２．９ｇのチオ尿素を加え、加熱して９０〜９５℃を１５時間維持した。５５〜６０℃において減圧下で溶媒を蒸留した。残留物にメタノール（５０ｍｌ）を加え、５５〜６０℃において２０分間撹拌し、徐々に２０〜２５℃まで冷却した。形成された結晶化合物を濾過し、メタノール（２０ｍｌ）で洗浄し、減圧下で３時間乾燥させて、８６．４６％の全Ｅ−異性体および６．６２％のＺ−異性体含有率を有する全トランスリコピン（９．８６ｇ）を得た。
実施例２、３、および４：
前述の実施例１の再現性を示すためにさらに数回の実験を行った。結果を以下の表にまとめている。

実施例５：
６３．１３％のＺ−異性体を有するリコピン（４３Ｋｇ、全Ｅ−含有率：２９．８３％）を、２−プロパノール（２６０Ｌ）が入れられた反応器に投入した。得られた懸濁液に、８Ｋｇのチオ尿素を加え、加熱して８０±２℃を１５時間維持するか、またはプロセス中のＨＰＬＣにより＜１５％のＺ−リコピン含有率が示されるまで維持した。溶媒を大気圧において留去し、続いて＜１０ｍｍＨｇで蒸留した。得られた塊状物にメタノール（５０Ｌ）を加え、塊状物を減圧下において＜５５℃において蒸留して、微量の２−プロパノールを除去した。メタノール（１００Ｌ）を反応器に加え、塊状物５５℃において１５分間撹拌した。得られた結晶塊状物を２３±２℃まで冷却し、１時間撹拌し、濾過して、固体を回収した。未乾燥材料に水（１００Ｌ）を加えて撹拌して、微量のチオ尿素を除去し、濾過し、メタノール（２００Ｌ）を加えて撹拌して、固体材料を濾過し、３０±２℃において減圧下で乾燥させて、８４％のＥ−異性体および９％のＺ−異性体の含有率を有する２９．２Ｋｇの全Ｅリコピン（トランス）を得た。

実施例５の手順を種々のバッチのリコピンで繰り返すと、以下の表５中に示す結果が得られた。

Claims (5)

1. 触媒としてのチオ尿素の存在下、好適な極性溶媒媒体中、１００℃未満において、圧力を加えずに、５０％未満の全Ｅリコピン（全トランス）および５０％を超えるＺ−リコピン類を含有する混合物中のＺ−リコピン類を異性化する方法。
2. 前記リコピン類の混合物が、任意の合成方法によって得られる、精製されたまたは部分的に精製された固体、あるいは有機溶媒中の溶液または懸濁液である、請求項１に記載の方法。
3. 使用されるチオ尿素を、固体、あるいは溶媒媒体中の溶液または懸濁液として加えることができる、請求項１に記載の方法。
4. 使用される前記極性溶媒が、Ｃ_１〜Ｃ_４アルコール、またはそれらのいずれかを含有する混合物である、請求項１に記載の方法。
5. 回収されて富化されたリコピンが、８０％（ＨＰＬＣ面積％）を超える全Ｅ異性体含有率、および２０％（ＨＰＬＣ面積％）未満のＺ−異性体含有率を有する、請求項１に記載の方法。