JP2017003379A - Ｎｍｒ用キラルシフト剤、および、それを用いた光学純度を決定する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】プロトン核磁気共鳴分光法においてキラルな物質を認識する、非環状化合物のアキラルな化合物を用いた、ＮＭＲ用キラルシフト剤、および、それを用いてキラルな物質の光学純度を決定する方法を提供する。【解決手段】ＮＭＲ用キラルシフト剤は、アキラルなベンジルアミンからなる。アキラルなベンジルアミンは、プロトン化されキラルな物質と結合し、錯体となる。それにより、キラルな物質に関するキラルな情報（光学純度または絶対配置）がベンジルアミンに転送され得、転送されたキラルな情報は、プロトン核磁気共鳴分光法によって容易に読み出すことができる。【選択図】図１
Description
本発明は、プロトン核磁気共鳴分光法（以降では単にプロトンＮＭＲと称する）においてキラルな物質を認識するためのＮＭＲ用キラルシフト剤、および、それを用いてキラルな物質の光学純度を決定する方法に関する。
キラルな物質は、香料、調味料、食品添加物、医薬品、農薬等で利用されている。キラルな物質は、その光学異性体によって生体に対する活性が著しく異なる場合がある。例えば、サリマイドのＲ体は優れた薬効を示すが、サリマイドのＳ対は重篤な薬害を引き起こすことが知られている。このように、キラルな物質を認識すること、すなわち、光学純度および絶対配置を求めることが重要である。
最近、キラルな物質を認識するためのＮＭＲ用キラルシフト剤として、アキラルな分子であるオキソポルフィリノーゲンおよびポルフィリン誘導体が開発されている（例えば、特許文献１〜２および非特許文献１〜５を参照。）。特許文献１〜２および非特許文献１〜５によれば、オキソポルフィリノーゲンまたはポルフィリンは、ピロールのＮＨ基において、キラルな物質と錯体化する。このオキソポルフィリノーゲンまたはポルフィリンとキラルな物質との錯体にプロトンＮＭＲを行えば、キラルな物質の光学純度に応じて、ＮＭＲスペクトルのピークが分裂する。温度、溶媒、オキソポルフィリノーゲンまたはポルフィリンとキラルな物質との濃度および混合比を固定すると、ピーク分裂の幅とキラルな物質の光学純度には直線的相間が認められるので、光学純度を求めることができる。
しかしながら、特許文献１〜２および非特許文献１〜５に記載されるように、アキラルなＮＭＲ用キラルシフト剤としては、オキソポルフィリノーゲンやポルフィリンなどの環状化合物しか報告されていない。一般的に、環状化合物は合成収率が悪く、入手が困難あるいは高価である。したがって、入手が容易であり、安価な非環状化合物型のＮＭＲ用キラルシフト剤の開発が望まれる。
Ｊ．Ｌａｂｕｔａら，ＡＣＣ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｓ．，２０１５，４８，５２１−５２９
Ｊ．Ｌａｂｕｔａら，Ｓｙｍｍｅｔｒｙ ２０１４，６，３４５−３６７
Ｊ．Ｌａｂｕｔａら，Ｎａｔ．Ｃｏｍｍｕｎ．４，２０１３，Ａｒｔｉｃｌｅ Ｎｕｍｂｅｒ ２１８８
Ｊ．Ｌａｂｕｔａら，Ｃｈｅｍ．Ｅｕｒ．Ｊ．，２０１１，１７，３５５８−３５６１
Ａ．Ｓｈｕｎｄｏら，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００９，１３１，９４９４−９４９５
以上より、本発明の課題は、プロトン核磁気共鳴分光法においてキラルな物質を認識する、非環状化合物のアキラルな化合物を用いた、ＮＭＲ用キラルシフト剤、および、それを用いてキラルな物質の光学純度を決定する方法を提供することである。
本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤は、アキラルなベンジルアミンまたはその誘導体からなり、これにより上記課題を解決する。
前記ベンジルアミンまたはその誘導体は、式（１）で表され、
ここで、Ｘ１〜Ｘ５は、互いに同一または別異の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択され、Ｙ１およびＹ２は、同一の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択されてもよい。
前記アキラルな原子団は、水素原子およびハロゲン原子であってもよい。
前記Ｘ１〜Ｘ５のアキラルな官能基は、直鎖状または分岐状のアルキル基、直鎖状または分岐状のハロゲン化アルキル基、エチレングリコール鎖、エチレングリコールのオリゴマー、ポリマー鎖、芳香族基、複素芳香族基、複素環基、エステル基、エーテル基、環状エーテル基、アミド基、アルケン、アルキン、ケトン基、アミン基、環状アミン基、アルコキシ基、ビニル基、チオエーテル基、スルホン基、シアノ基、ニトロ基およびそれらの誘導体であってもよい。
前記Ｙ１およびＹ２のアキラルな官能基は、アルキル基、芳香族基、および、それらの誘導体であってもよい。
前記Ｘ１〜Ｘ５は、水素原子であり、前記Ｙ１〜Ｙ２は、水素原子であってもよい。
本発明による酸性官能基を有するキラルな物質の光学純度を決定する方法は、上述のＮＭＲ用キラルシフト剤と前記キラルな物質との混合物を錯体化するステップと、前記錯体化された混合物の核磁気共鳴スペクトルを測定するステップと、前記錯体化された混合物の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅を測定するステップと、前記ピーク分裂の幅に基づいて前記キラルな物質の光学純度を決定するステップとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記光学純度を決定するステップに先立って、エナンチオピュアな前記キラルな物質を用いて、ピーク分裂の幅と前記キラルな物質の光学純度との間の関係式Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００（ここで、Δδはピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、Δδｍａｘは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤と前記エナンチオピュアな前記キラルな物質との錯体の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、％ｅｅは前記キラルな物質の光学純度（０％〜１００％）である）を求めるステップをさらに包含してもよい。
前記錯体化するステップは、２０℃以上３５℃以下の温度範囲で行ってもよい。
前記錯体化するステップは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤に対して前記キラルな物質を少なくとも１モル当量混合してもよい。
前記錯体化するステップは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤に対して前記キラルな物質を３モル当量以上５０モル当量以下混合してもよい。
前記決定するステップは、関係式Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００（ここで、Δδは前記ピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、Δδｍａｘは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤とエナンチオピュアな前記キラルな物質との錯体の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、％ｅｅは前記キラルな物質の光学純度（０％〜１００％）である）を用いてもよい。
前記酸性官能基は、カルボキシル基、リン酸基、スルホン基および水酸基からなる群から選択されてもよい。
前記ベンジルアミンまたはその誘導体は、式（１）で表され、
ここで、Ｘ１〜Ｘ５は、互いに同一または別異の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択され、Ｙ１およびＹ２は、同一の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択されてもよい。
前記アキラルな原子団は、水素原子およびハロゲン原子であってもよい。
前記Ｘ１〜Ｘ５のアキラルな官能基は、直鎖状または分岐状のアルキル基、直鎖状または分岐状のハロゲン化アルキル基、エチレングリコール鎖、エチレングリコールのオリゴマー、ポリマー鎖、芳香族基、複素芳香族基、複素環基、エステル基、エーテル基、環状エーテル基、アミド基、アルケン、アルキン、ケトン基、アミン基、環状アミン基、アルコキシ基、ビニル基、チオエーテル基、スルホン基、シアノ基、ニトロ基およびそれらの誘導体であってもよい。
前記Ｙ１およびＹ２のアキラルな官能基は、アルキル基、芳香族基、および、それらの誘導体であってもよい。
前記Ｘ１〜Ｘ５は、水素原子であり、前記Ｙ１〜Ｙ２は、水素原子であってもよい。
本発明による酸性官能基を有するキラルな物質の光学純度を決定する方法は、上述のＮＭＲ用キラルシフト剤と前記キラルな物質との混合物を錯体化するステップと、前記錯体化された混合物の核磁気共鳴スペクトルを測定するステップと、前記錯体化された混合物の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅を測定するステップと、前記ピーク分裂の幅に基づいて前記キラルな物質の光学純度を決定するステップとを包含し、これにより上記課題を解決する。
前記光学純度を決定するステップに先立って、エナンチオピュアな前記キラルな物質を用いて、ピーク分裂の幅と前記キラルな物質の光学純度との間の関係式Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００（ここで、Δδはピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、Δδｍａｘは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤と前記エナンチオピュアな前記キラルな物質との錯体の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、％ｅｅは前記キラルな物質の光学純度（０％〜１００％）である）を求めるステップをさらに包含してもよい。
前記錯体化するステップは、２０℃以上３５℃以下の温度範囲で行ってもよい。
前記錯体化するステップは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤に対して前記キラルな物質を少なくとも１モル当量混合してもよい。
前記錯体化するステップは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤に対して前記キラルな物質を３モル当量以上５０モル当量以下混合してもよい。
前記決定するステップは、関係式Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００（ここで、Δδは前記ピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、Δδｍａｘは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤とエナンチオピュアな前記キラルな物質との錯体の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、％ｅｅは前記キラルな物質の光学純度（０％〜１００％）である）を用いてもよい。
前記酸性官能基は、カルボキシル基、リン酸基、スルホン基および水酸基からなる群から選択されてもよい。
本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤は、アキラルな非環状型分子であるベンジルアミンまたはベンジルアミン誘導体からなる。アキラルなベンジルアミンまたはベンジルアミン誘導体は、プロトン化されキラルな酸性物質と結合し、錯体となる。それにより、キラルな物質に関するキラルな情報（光学純度）がＮＭＲキラルシフト剤に転送され得、転送されたキラルな情報は、ベンジルアミン誘導体の核磁気共鳴分光スペクトルによって容易に読み出すことができる。
本発明による酸性官能基を有するキラルな物質の光学純度を決定する方法は、上記ＮＭＲ用キラルシフト剤とキラルな物質との混合物を錯体化するステップを包含する。これにより、キラルな物質に関するキラルな情報がＮＭＲ用キラルシフト剤に転送される。本発明による光学純度を決定する方法は、上記錯体化された混合物のプロトン核磁気共鳴スペクトルを測定するステップと、ピーク分裂を測定するステップとをさらに包含する。本発明によれば、プロトン核磁気共鳴スペクトルを測定することによって、上記キラルな情報をピーク分裂の幅として容易に読み出すことができる。さらに、本発明による光学純度を決定する方法は、ピーク分裂の幅に基づいてキラルな物質の光学純度を決定するステップを包含する。本発明によれば、温度、溶媒、ＮＭＲ用キラルシフト剤とキラルな物質の濃度および混合比を固定すると、上記ピーク分裂の幅と上記キラルな情報の光学純度とは直線関係にあるので、上記ピーク分裂の幅に基づいて光学純度を容易に決定できる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、同様の構成要素には同様の参照番号を付し、その説明を省略する。
（実施の形態１）
実施の形態１では、本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤について説明する。
実施の形態１では、本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤について説明する。
本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤は、アキラルな非環状型化合物であるベンジルアミンまたはその誘導体からなる。本明細書では、簡単のため、ベンジルアミンそのものも含めて、ベンジルアミン誘導体と称する。ベンジルアミン誘導体は、具体的には、式（１）で示される。
ここで、Ｘ１〜Ｘ５は、互いに同一または別異の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択される。例示的なＸ１〜Ｘ５のアキラルな原子団は、水素原子およびハロゲン原子である。また、例示的なＸ１〜Ｘ５のアキラルな官能基は、直鎖状または分岐状のアルキル基、直鎖状または分岐状のハロゲン化アルキル基、エチレングリコール鎖、エチレングリコールのオリゴマー、ポリマー鎖、芳香族基、複素芳香族基、複素環基、エステル基、エーテル基、環状エーテル基、アミド基、アルケン、アルキン、ケトン基、アミン基、環状アミン基、アルコキシ基、ビニル基、チオエーテル基、スルホン基、シアノ基、ニトロ基およびそれらの誘導体である。
Ｙ１およびＹ２は、互いに同一な置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択される。Ｙ１およびＹ２がとり得るアキラルな原子団およびアキラルな官能基は、ＮＭＲにて測定可能な核種を有し、かつ、シングレットまたはダブレット（ダブルオブダブレット）で表されるシンプルなＮＭＲスペクトルを与えることが好ましい。例示的なＹ１およびＹ２のアキラルな原子団は、Ｘ１〜Ｘ５のアキラルな原子団と同様に、水素原子およびハロゲン原子である。例示的なＹ１およびＹ２のアキラルな官能基は、アルキル基、芳香族基およびその誘導体である。Ｙ１およびＹ２が、これらのアキラルな原子団およびアキラルな官能基から群から選択されれば、ＮＭＲ用キラルシフト剤として機能し得る。例えば、アルキル基の誘導体としては、ハロゲン化、ニトロ化、スルホン化等の官能基を導入したアルキル基を意図する。芳香族基の誘導体としては、ハロゲン化、ニトロ化、スルホン化、アルキル化等の官能基を導入した芳香族基を意図するがこれらに限定されない。
上記アキラルな原子団およびアキラルな官能基の中でも、Ｘ１〜Ｘ５、ならびに、Ｙ１およびＹ２が水素原子であるベンジルアミン（ＢＡ）は、製造および入手が容易であり、後述するピークの分裂が明瞭であるため好ましい。ベンジルアミンは、商業的に製造されており、容易に入手可能であり、安価である。
なお、本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤として具体的なベンジルアミンを示したが、これらは好適なベンジルアミン誘導体の例示に過ぎず、当業者であれば、Ｘ１〜Ｘ５およびＹ１〜Ｙ２を適宜選択し、設計可能であることに留意されたい。ただし、実施の形態１で詳述するように、プロトン核磁気共鳴分光法（プロトンＮＭＲ）によるスペクトルを解析する際のスペクトルが複雑にならないように、Ｘ１〜Ｘ５およびＹ１〜Ｙ２を選択するのが好ましい。
次に、本発明のベンジルアミン誘導体がＮＭＲ用キラルシフト剤として機能し得る原理について説明する。
図１は、アキラルなベンジルアミン誘導体とキラルな物質との関係を示す図である。
式（１）に示すベンジルアミン誘導体は、式（２）に示すようにプロトン化され（図１の１００）、酸性官能基を有するキラルな物質１１０と錯体化する。図１では、キラルな物質１１０として２−フェノキシプロピオン酸（ＰＰＡ）を示す。
プロトン化ベンジルアミン誘導体１００に結合したキラルな酸性物質１１０は、それぞれの結合位置において高速交換し得る。例えば、キラルな物質１１０がＲ体である場合、Ｒ体からＳ体のキラルな物質へと高速交換し得る。一方、プロトン化ベンジルアミン誘導体１００はプロトン化された状態が維持される。結合位置の占有率は、キラルな物質１１０の濃度に依存し、Ｒ体またはＳ体のキラルな物質が結合する確率は統計に基づく。ここで、結合位置がＲ体またはＳ体のキラルな物質によって占有される確率は、光学純度（％ｅｅ：０〜１００）の関数として式（ｉ）および（ｉｉ）で与えられる。
ｐＲ（ｅｅ）＝［Ｒ］ｔ／（［Ｒ］ｔ＋［Ｓ］ｔ）＝（１＋ｅｅ）／２ （ｉ）
ｐＳ（ｅｅ）＝［Ｓ］ｔ／（［Ｒ］ｔ＋［Ｓ］ｔ）＝（１−ｅｅ）／２ （ｉｉ）
ｐＳ（ｅｅ）＝［Ｓ］ｔ／（［Ｒ］ｔ＋［Ｓ］ｔ）＝（１−ｅｅ）／２ （ｉｉ）
ここで、ｅｅは、％ｅｅ／１００であり、［Ｒ］ｔおよび［Ｓ］ｔは、それぞれ、Ｒ体およびＳ体のキラルな酸性物質の合計濃度である。
キラルな物質１１０が結合したことによって生じる立体的な環境によって、プロトン化ベンジルアミン誘導体１００のベンジル位の原子団または官能基（式（２）中におけるＹ１およびＹ２）は、非対称な遮蔽効果を受ける。この非対称な遮蔽効果は、ＮＭＲにおいて別の共鳴周波数を生じるため、Ｙ１およびＹ２のＮＭＲスペクトルは区別される。すなわち、等価であったＹ１とＹ２のスペクトルが、非等価となり分裂を示す。
次に、化学的な環境によってプロトン化ベンジルアミン１００が受ける遮蔽効果とプロトンＮＭＲにおけるピークとの関係について説明する。
図２は、プロトン化ベンジルアミン誘導体が受ける遮蔽効果によるプロトンＮＭＲのピークへの影響を示す図である。
図２は、それぞれ、光学純度の異なるキラルな物質が結合したプロトン化ベンジルアミン誘導体のＹ１およびＹ２の模式的なＮＭＲスペクトルを示す。図中、ＲおよびＳは、それぞれ、Ｒ体およびＳ体のキラルな物質を示す。
図２に示すように、キラルな物質がＲ体およびＳ体のエナンチオピュア（Ｒ−１００％ｅｅまたはＳ−１００％ｅｅ）である場合、プロトン化ベンジルアミン誘導体のＹ１およびＹ２のプロトンＮＭＲは、シングレットからダブルオブダブレット（または単にダブレットとも呼ぶ）へとスプリットされる。一方、キラルな物質がラセミ体である場合、Ｙ１およびＹ２のプロトンＮＭＲは、高速交換において磁場異方性が平均化されて、シングレットとなる。
Ｙ１およびＹ２の化学シフトは、式（ｉｉｉ）および（ｉｖ）で表される。
δａ＝δａ，ＲｐＲ＋δａ，Ｓｐｓ （ｉｉｉ）
δｂ＝δｂ，ＲｐＲ＋δｂ，Ｓｐｓ （ｉｖ）
δａ＝δａ，ＲｐＲ＋δａ，Ｓｐｓ （ｉｉｉ）
δｂ＝δｂ，ＲｐＲ＋δｂ，Ｓｐｓ （ｉｖ）
ここで、δａ，Ｒおよびδａ，Ｓは、それぞれ、Ｒ体およびＳ体のエナンチオマーとの錯体化によって誘起されたプロトンＹ１の化学シフトである。δｂ，Ｒおよびδｂ，Ｓは、それぞれ、Ｒ体およびＳ体のエナンチオマーとの錯体化によって誘起されたプロトンＹ２の化学シフトである。対称性、ならびに、Ｒ体のみ（またはＳ体のみ）との錯体間での化学シフトの等価性により、δａ，Ｒ＝δｂ，Ｓおよびδａ，Ｓ＝δｂ，Ｒである。したがって、式（ｉｉｉ）および（ｉｖ）から化学シフト差Δδは式（ｖ）となる。
Δδ＝δａ−δｂ＝（δａ，Ｒ−δｂ，Ｒ）（ｐＲ−ｐＳ） （ｖ）
ここで、δａ，Ｒ−δｂ，Ｒ＝Δδ’ｍａｘ（定数）である。式（ｉ）および（ｉｉ）よりｐＲ−ｐＳ＝ｅｅである。したがって、化学シフト差Δδは、光学純度の線形関数として式（ｖｉ）で表される。
ここで、δａ，Ｒ−δｂ，Ｒ＝Δδ’ｍａｘ（定数）である。式（ｉ）および（ｉｉ）よりｐＲ−ｐＳ＝ｅｅである。したがって、化学シフト差Δδは、光学純度の線形関数として式（ｖｉ）で表される。
Δδ＝Δδ’ｍａｘ×ｅｅ （ｖｉ）
ここで、光学純度の百分率表記％ｅｅを用いれば、Δδ’ｍａｘは、Δδ’ｍａｘ＝Δδｍａｘ×１００（％）となり、式（ｖｉ）は式（ｖｉｉ）となる。
ここで、光学純度の百分率表記％ｅｅを用いれば、Δδ’ｍａｘは、Δδ’ｍａｘ＝Δδｍａｘ×１００（％）となり、式（ｖｉ）は式（ｖｉｉ）となる。
Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００ （ｖｉｉ）
ここで、Δδｍａｘは、プロトン化ベンジルアミン誘導体とエナンチオピュアなキラルな物質との錯体における特性値（プロトンの最大化学シフト差）である。このように、キラルな物質の光学純度に応じた遮蔽効果を化学シフト差として定量化できるので、本発明によるアキラルなベンジルアミン誘導体はＮＭＲ用キラルシフト剤として機能できる。
ここで、Δδｍａｘは、プロトン化ベンジルアミン誘導体とエナンチオピュアなキラルな物質との錯体における特性値（プロトンの最大化学シフト差）である。このように、キラルな物質の光学純度に応じた遮蔽効果を化学シフト差として定量化できるので、本発明によるアキラルなベンジルアミン誘導体はＮＭＲ用キラルシフト剤として機能できる。
なお、上記の原理は、特許文献１〜２および非特許文献１〜５に記載のオキソポルフィリノーゲンおよびポルフィリンにおいても同様であるが、本発明の主眼は非環状分子を用いたＮＭＲ用キラルシフト剤の開発であることに留意されたい。
図１および図２を参照して説明したように、酸性官能基を有するキラルな物質は、アキラルなベンジルアミン誘導体と錯体化して、そのアキラルなベンジルアミン誘導体の化学的な環境を変化させる。その変化した化学的な環境は、キラルな物質の光学純度に応じた遮蔽効果をアキラルなベンジルアミン誘導体に生じさせる。このような遮蔽効果は、アキラルなベンジルアミン誘導体中における化学的に等価なＹ１およびＹ２プロトンのピークに磁気異方性を引き起こし、分裂を誘起する。したがって、アキラルなベンジルアミン誘導体は、酸性官能基を有するキラルな物質に対してＮＭＲ用キラルシフト剤として機能し得る。なお、アキラルなベンジルアミンは、特許文献１〜２および非特許文献１〜５に示されるオキソポルフィリノーゲンやポルフィリンなどの環状化合物とは異なる物質群であり、実験により本発明者らが初めて上述の機能を見出したことに留意されたい。
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明したＮＭＲ用キラルシフト剤を用いて、キラルな物質の光学純度を決定する方法について説明する。
実施の形態２では、実施の形態１で説明したＮＭＲ用キラルシフト剤を用いて、キラルな物質の光学純度を決定する方法について説明する。
実施の形態１で説明したように、アキラルなベンジルアミン誘導体からなるＮＭＲ用キラルシフト剤に酸性官能基を有するキラルな物質を反応させると、アキラルなベンジルアミン誘導体はプロトン化ベンジルアミン誘導体となり、キラルな物質と錯体化する。その結果、キラルな物質は、アキラルなベンジルアミン誘導体に遮蔽効果を及ぼし、キラルな物質に関するキラルな情報（光学純度）がアキラルなベンジルアミン誘導体に転送される。このような錯体のＮＭＲピークは、錯体化したキラルな物質の光学純度に応じて、シングレットまたはダブレット（ダブルオブダブレット）となり得る。さらにそのダブレットの幅（すなわち、ピーク分裂の幅）もまた、キラルな物質の光学純度に依存している。したがって、このような錯体の核磁気共鳴スペクトル（以降では単にＮＭＲスペクトルと称する）を測定することによって、アキラルなベンジルアミン誘導体に転送されたキラルな物質に関するキラルな情報（光学純度）を読み出すことができる。
図３は、キラルな物質の光学純度とプロトン化ベンジルアミン誘導体のＮＭＲスペクトルのプロトンのピークとの例示的な関係を示す図である。
図４は、キラルな物質の光学純度とプロトン化ベンジルアミン誘導体のＮＭＲスペクトルのプロトンのピーク分裂の幅との例示的な関係を示す図である。
図３に示すように、キラルな物質の光学純度に応じて、プロトン化ベンジルアミン誘導体のプロトンのピークは、シングレットからダブルオブダブレットまで変化し得る。図３では、光学純度をＲ体０％（すなわちラセミ体）、２０％、４０％、６０％、８０％および１００％まで変化させたキラルな物質と錯体化したプロトン化ベンジルアミン誘導体のプロトンの例示的なピークが示される。なお、Ｒ体２０％、４０％、６０％、８０％および１００％のプロトンのダブレットは、図２を参照して説明したように、それぞれ、Ｓ体２０％、４０％、６０％、８０％および１００％のプロトンのダブレットと同一となる。
図３に例示的に示すピークから得られるピーク分裂の幅（Δδ／ｐｐｍ）と、光学純度（％ｅｅ）とをプロットすると、図４に示すように、ピーク分裂の幅と光学純度とは直線関係にあり、実施の形態１で説明した式（ｖｉｉ）を満たす。このような関係を検量線として用いることで、ピーク分裂の幅から光学純度を求めることができる。
図５は、本発明による光学純度を決定するステップを示すフローチャートである。
ステップＳ５１０：本発明のＮＭＲ用キラルシフト剤とキラルな物質（被検物質）との混合物を錯体化する。
ここで、ＮＭＲ用キラルシフト剤は、実施の形態１で詳述したため説明を省略する。被検物質であるキラルな物質は、酸性官能基を有するキラルな物質である。酸性官能基とは、カルボキシル基、リン酸基、スルホン基および水酸基からなる群から選択される官能基である。
混合により、ＮＭＲ用キラルシフト剤のプロトン化ベンジルアミン誘導体と被検物質とが錯体化し、被検物質に関するキラルな情報がＮＭＲ用キラルシフト剤に転送される。この混合は、アキラルなベンジルアミン誘導体が、プロトン化ベンジルアミンとなり被検物質と錯体化する限り、特に制限はないが、好ましくは、室温（２０℃以上３５℃以下の温度範囲）で行われる。これにより、アキラルなベンジルアミン誘導体と被検物質との間の錯体化が促進され、被検物質が結合したプロトン化ベンジルアミン誘導体である錯体を確実に生成することができる。
また、好ましくは、被検物質をＮＭＲ用キラルシフト剤に対して少なくとも１モル当量混合する。これにより、光学純度の決定に必要な量の錯体が得られるので、光学純度を決定できる。より好ましくは、被検物質をＮＭＲ用キラルシフト剤に対して少なくとも３モル当量混合する。これにより、光学純度の決定に十分な量の錯体が確実に得られるので、精度よく光学純度を決定できる。なお、上限は特に設けないが、被検物質が多すぎると、錯体に対して被検物質が多くなりすぎるので、錯体のＮＭＲスペクトルの測定精度が低下し得る。例示的には、上限が１００モル当量以下であれば、測定可能な量の錯体が得られる。好ましくは、上限は５０モル当量以下であり、より好ましくは、２０モル当量以下である。これにより、十分な量の錯体が得られかつ、錯体のＮＭＲスペクトルが測定精度良く得られるので、光学純度の決定が可能である。
ステップＳ５２０：ステップＳ５１０で得られた錯体化した混合物のプロトン核磁気共鳴スペクトル（ＮＭＲスペクトル）を測定する。
ステップＳ５３０：ステップＳ５２０で得られたＮＭＲスペクトルのピーク分裂の幅を測定する。これらステップＳ５２０およびＳ５３０により、単にＮＭＲスペクトルを測定するだけで、キラルな情報をピーク分裂の幅として容易に読み出すことができる。
ステップＳ５４０：ステップＳ５３０で得られたピーク分裂の幅に基づいて被検物質であるキラルな物質の光学純度を決定する。光学純度の決定は、図３または図４に示すような、被検物質と同じキラルな物質の光学純度とピーク分裂の幅との関係を予めメモリ等に有する場合には、その関係を読出し、ステップＳ５３０で得られたピーク分裂の幅に基づいて算出すればよい。
ステップＳ５４０において、被検物質と同じキラルな物質の光学純度とピーク分裂の幅との関係を有さない場合には、ステップＳ５４０に先立って、被検物質と同じキラルな物質のうちエナンチオピュアなキラルな物質を用いて、ピーク分裂の幅と被検物質であるキラルな物質の光学純度との関係式を求めてもよい。
具体的には、ＮＭＲ用キラルシフト剤と、Ｒ体またはＳ体のエナンチオピュアなキラルな物質との混合物を錯体化する。次いで、錯体化された混合物のＮＭＲスペクトルを測定し、ピーク分裂の幅を測定する。これらのステップは、上述のステップＳ５１０〜５３０と同様である。測定されたピーク分裂の幅がΔδｍａｘ／ｐｐｍに相当するため、式（ｖｉｉ）が得られる。
Δδ（ｐｐｍ）＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００・・・・・・・・（ｖｉｉ）
ここで、％ｅｅは光学純度であり、０〜１００の値であり、Δδ（ｐｐｍ）は、特定の光学純度（％ｅｅ）におけるピーク分裂の幅である。
Δδ（ｐｐｍ）＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００・・・・・・・・（ｖｉｉ）
ここで、％ｅｅは光学純度であり、０〜１００の値であり、Δδ（ｐｐｍ）は、特定の光学純度（％ｅｅ）におけるピーク分裂の幅である。
式（ｖｉｉ）に、ステップＳ５３０で得られたピーク分裂の幅（Δδ／ｐｐｍ）を代入すれば、光学純度（％ｅｅ）を容易に決定できる。
以上説明してきたように、実施の形態２による光学純度を決定する方法は、ＮＭＲ用キラルシフト剤と被検物質であるキラルな物質との混合物を錯体化するステップと、混合物のＮＭＲスペクトルを測定するステップと、ピーク分裂を測定するステップと、ピーク分裂の幅に基づいてキラルな物質の光学純度を決定するステップとを包含する。錯体化により、被検物質に関するキラルな情報がＮＭＲ用キラルシフト剤に転送される。転送されたキラルな情報は、プロトンＮＭＲにおけるピーク分裂の幅として容易に読み出され、上記ピーク分裂の幅に基づいて光学純度を容易に決定できる。
上述の原理は、特許文献１〜２および非特許文献１〜５に記載のオキソポルフィリノーゲンおよびポルフィリンにおいても同様であるが、本発明の主眼は非環状分子を用いたＮＭＲ用キラルシフト剤の開発であり、本発明のアキラルなベンジルアミン誘導体からなるＮＭＲ用キラルシフト剤を用いた場合には、例えば、ステップＳ５１０の錯体化の条件（温度、被験物質の量等）が、特許文献１〜２および非特許文献１〜５に記載のオキソポルフィリノーゲンおよびポルフィリンのそれとは異なっており、創意工夫により好適な条件を見出したことに留意されたい。
次に具体的な実施例を用いて本発明を詳述するが、本発明がこれら実施例に限定されないことに留意されたい。
実施例１では、ＮＭＲ用キラルシフト剤としてベンジルアミン（ＢＡ）を、酸性官能基を有するキラルな物質（被検物質）として２−フェノキシプロピオン酸（ＰＰＡ）を用いて、ＢＡのＮＭＲ用キラルシフト剤としての有効性、ならびに、それを用いた光学純度を決定する方法の有効性を調べた。
図６は、ベンジルアミン（ＢＡ）および２−フェノキシプロピオン酸（ＰＰＡ）を示す図である。
図６のベンジルアミン（ＢＡ）は、式（１）においてＸ１〜Ｘ５、ならびに、Ｙ１〜Ｙ２が水素原子である。図６の２−フェノキシプロピオン酸（ＰＰＡ）は、酸性官能基としてカルボン酸を有する。
ＢＡおよびＰＰＡ（Ｒ体およびＳ体）は、いずれも、東京化成工業株式会社から入手した。また、プロトン核磁気共鳴分光法のための重溶媒として重クロロホルムをＣａｍｂｒｉｄｇｅ Ｉｓｏｔｏｐｅ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ Ｉｎｃ．から入手した。
Ｒ体およびＳ体のＰＰＡを用いて、所定の光学純度を有するキラルな物質を調製した。所定の光学純度は、ｒａｃ−０％ｅｅ（ラセミ体）、Ｒ−２０％ｅｅ、Ｒ−４０％ｅｅ、Ｒ−６０％ｅｅ、Ｒ−８０％ｅｅ、Ｒ−１００％ｅｅおよびＳ−１００％ｅｅである。
ＢＡ（重溶媒ＣＤＣｌ３：１０ｍＭ）と、各光学純度のＰＰＡ（３モル当量）とを２５℃で混合した。得られた混合物についてＮＭＲスペクトルを測定した。ＮＭＲスペクトルは、ＡＬ３００ＢＸ（ＪＥＯＬ）を用いて測定した。測定結果を図７（ａ）に示す。図７（ａ）のＮＭＲスペクトルのピーク分裂の幅を測定した。結果を図８に示す。これらの結果を用いて、光学純度を決定する方法の有効性を調べた。
実施例２は、ＢＡに添加されるＰＰＡを２０モル当量にした以外は、実施例１と同様であった。実施例１と同様に、ＢＡと各光学純度のＰＰＡとの混合物のＮＭＲスペクトル、および、ＮＭＲスペクトルからピーク分裂幅を測定した。結果を図７（ｂ）および図８に示す。これらの結果を用いて、光学純度を決定する方法の有効性を調べた。
図７は、実施例１の混合物のＮＭＲスペクトル（ａ）および実施例２の混合物のＮＭＲスペクトル（ｂ）を示す図である。
図７（ａ）および図７（ｂ）のＮＭＲスペクトルによれば、本発明のアキラルなベンジルアミン誘導体がキラルな物質と混合すると、キラルな物質の光学純度に応じて、ベンジル位のプロトンのピークは、シングレット（ラセミ体の場合）またはダブルオブダブレット（エナンチオピュアあるいはエナンチオマーの場合）となることが分かった。このことから、ＢＡがＰＰＡと錯体化し、ＰＰＡのキラルな情報は、ＢＡのベンジル位のプロトンに転送されたことが確認され、本発明のアキラルなベンジルアミン誘導体がＮＭＲキラルシフト剤として機能することが分かった。
図７（ａ）のＮＭＲスペクトルから、本発明のＮＭＲキラルシフト剤に対してキラルな物質は３モル当量以上混合することが好ましいことを確認した。さらに、図７（ａ）のＮＭＲスペクトルと図７（ｂ）のＮＭＲスペクトルとを比較すると、図７（ｂ）のＮＭＲスペクトルのピーク分裂の幅は、図７（ａ）のそれよりも大きく、ＰＰＡの添加量が増大するにつれて、ＢＡの分裂幅は増大することが分かった。このことは、光学純度を正確に測定するには、本発明のＮＭＲキラルシフト剤に対して混合されるキラルな物質の濃度を制御する必要があることを示唆する。
図８は、実施例１および実施例２による光学純度（％ｅｅ）とピーク分裂の幅（Δδ／ｐｐｍ）との関係をプロットした図である。
図８によれば、ピーク分裂の幅と光学純度との間に線形関係があることが分かる。この線形関係は、実施の形態１および２で説明した式（ｖｉｉ）Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００を満たすことが分かった。ここで、Δδｍａｘは、光学純度１００％ｅｅであるＰＰＡが結合した際の分裂幅であり、特性値である。線形のＲ２乗値を求めたところ、いずれの実施例も、Ｒ２＝０．９９（詳細には、実施例１ではＲ２＝０．９９６であり、実施例２ではＲ２＝０．９９９であった）であり、限りなく１に近かった。このことは、Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００を検量線として用いて、未知の光学純度（％ｅｅ）を求めることができることを示す。なお、光学純度（％ｅｅ）を高精度（±３％ｅｅ）に求めるためには、ＮＭＲスペクトルをフィッティングし、次いで、ピーク分裂の幅（Δδ／ｐｐｍ）を測定することが望ましい。図８の実線はフィッティングした結果である。
また、図８によれば、実施例２の検量線は、実施例１のそれに比べて、より傾きが大きかった。このことは、図７の結果と同様に、本発明のＮＭＲキラルシフト剤に対して混合されるキラルな物質の濃度が大きい方が、より高精度に光学純度を測定できることを示しており、本発明のＮＭＲキラルシフト剤に対して混合されるキラルな物質の濃度は、好ましくは３モル当量以上であり、５０モル当量以下、より具体的には２０モル当量以下であれば確実であることが分かった。
次に、例えば、図８に示されるＰＰＡとＢＡについて検量線が得られており、かつ、光学純度が未知である２−フェノキシプロピオン酸の光学純度を求める場合を想定する。
ＢＡ（例えば、重溶媒ＣＤＣｌ３：１０ ｍＭ）と、光学純度が未知である２−フェノキシプロピオン酸ＰＰＡ（例えば、２０モル当量）との混合物を２５℃で錯体化する（図５のステップＳ５１０）。次いで、錯体化された混合物のプロトン核磁気共鳴ＮＭＲスペクトル（ＮＭＲスペクトル）を測定する（図５のステップＳ５２０）。得られたＮＭＲスペクトルのベンジル位プロトンのピーク分裂の幅Δδ（ｐｐｍ）を測定する（図５のステップＳ５３０）。図８の実施例２の検量線において、得られたΔδを適用し、光学純度（％ｅｅ）を決定する（図５のステップＳ５４０）。このようにして、ＰＰＡの光学純度を決定できる。
以上より、本発明のＮＭＲ用キラルシフト剤として有効性、ならびに、これを用いた光学純度を決定する方法の有効性が確認された。
本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤は、アキラルなベンジルアミンおよびその誘導体からなる。アキラルなベンジルアミンおよびその誘導体は、入手あるいは製造が容易であり、安価である。本発明によるＮＭＲ用キラルシフト剤を用いれば、キラルな酸性物質の光学純度をプロトン核磁気共鳴スペクトルのピーク分裂から容易に判定できる。
１００ アキラルなベンジルアミンおよびその誘導体
１１０ キラルな物質
１１０ キラルな物質
Claims (13)
- アキラルなベンジルアミンまたはその誘導体からなる、ＮＭＲ用キラルシフト剤。
- 前記ベンジルアミンまたはその誘導体は、式（１）で表され、
ここで、Ｘ１〜Ｘ５は、互いに同一または別異の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択され、Ｙ１およびＹ２は、同一の置換基であり、アキラルな原子団およびアキラルな官能基からなる群から選択される、請求項１に記載のＮＭＲ用キラルシフト剤。 - 前記アキラルな原子団は、水素原子およびハロゲン原子である、請求項２に記載のＮＭＲ用キラルシフト剤。
- 前記Ｘ１〜Ｘ５のアキラルな官能基は、直鎖状または分岐状のアルキル基、直鎖状または分岐状のハロゲン化アルキル基、エチレングリコール鎖、エチレングリコールのオリゴマー、ポリマー鎖、芳香族基、複素芳香族基、複素環基、エステル基、エーテル基、環状エーテル基、アミド基、アルケン、アルキン、ケトン基、アミン基、環状アミン基、アルコキシ基、ビニル基、チオエーテル基、スルホン基、シアノ基、ニトロ基およびそれらの誘導体である、請求項２に記載のＮＭＲ用キラルシフト剤。
- 前記Ｙ１およびＹ２のアキラルな官能基は、アルキル基、芳香族基、および、それらの誘導体である、請求項２に記載のＮＭＲ用キラルシフト剤。
- 前記Ｘ１〜Ｘ５は、水素原子であり、
前記Ｙ１〜Ｙ２は、水素原子である、請求項２に記載のキラルシフト剤。 - 酸性官能基を有するキラルな物質の光学純度を決定する方法であって、
請求項１〜６のいずれかに記載のＮＭＲ用キラルシフト剤と前記キラルな物質との混合物を錯体化するステップと、
前記錯体化された混合物の核磁気共鳴スペクトルを測定するステップと、
前記錯体化された混合物の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅を測定するステップと、
前記ピーク分裂の幅に基づいて前記キラルな物質の光学純度を決定するステップと
を包含する、方法。 - 前記光学純度を決定するステップに先立って、エナンチオピュアな前記キラルな物質を用いて、ピーク分裂の幅と前記キラルな物質の光学純度との間の関係式Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００（ここで、Δδはピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、Δδｍａｘは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤と前記エナンチオピュアな前記キラルな物質との錯体の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、％ｅｅは前記キラルな物質の光学純度（０％〜１００％）である）を求めるステップをさらに包含する、請求項７に記載の方法。
- 前記錯体化するステップは、２０℃以上３５℃以下の温度範囲で行う、請求項７に記載の方法。
- 前記錯体化するステップは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤に対して前記キラルな物質を少なくとも１モル当量混合する、請求項７に記載の方法。
- 前記錯体化するステップは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤に対して前記キラルな物質を３モル当量以上５０モル当量以下混合する、請求項１０に記載の方法。
- 前記決定するステップは、関係式Δδ＝（Δδｍａｘ×％ｅｅ）／１００（ここで、Δδは前記ピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、Δδｍａｘは、前記ＮＭＲ用キラルシフト剤とエナンチオピュアな前記キラルな物質との錯体の核磁気共鳴スペクトルにおけるピーク分裂の幅（ｐｐｍ）であり、％ｅｅは前記キラルな物質の光学純度（０％〜１００％）である）を用いる、請求項７に記載の方法。
- 前記酸性官能基は、カルボキシル基、リン酸基、スルホン基および水酸基からなる群から選択される、請求項７に記載の方法。
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| JP2012073044A (ja) * | 2010-09-28 | 2012-04-12 | National Institute For Materials Science | Ｎｍｒ用キラルシフト剤、および、それを用いた光学純度または絶対配置を決定する方法 |
| CN103293176A (zh) * | 2013-05-21 | 2013-09-11 | 中国科学院福建物质结构研究所 | 一种测定手性羧酸光学纯度的方法 |
| JP2015010974A (ja) * | 2013-07-01 | 2015-01-19 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | Ｎｍｒ用キラルシフト剤、および、それを用いた光学純度または絶対配置を決定する方法 |
-
2015
- 2015-06-09 JP JP2015116459A patent/JP6478188B2/ja active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07198818A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-08-01 | Daicel Chem Ind Ltd | 糖誘導体からなるｎｍｒ用キラルシフト試薬 |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PAULO H. MENEZES ET AL.: "Efficient Chiral Discrimination by 77Se NMR", ORGANIC LETTERS, vol. 5, no. 10, JPN6019000685, 15 May 2003 (2003-05-15), pages 1601 - 1604 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111007098A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-14 | 西安近代化学研究所 | 2,4,6-三硝基甲苯标准物质的定量核磁氢谱定值方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP6478188B2 (ja) | 2019-03-06 |
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