JP2020011910A - 硫酸エスエル化合物の製造方法 - Google Patents
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中性多糖を硫酸化多糖に変換したり、天然の硫酸化多糖に新たに硫酸基を導入して機能を変換するための方法として、最も簡便な場合は0℃以下に冷却した濃硫酸中に試料を添加して攪拌を続ける方法がある。例えば、D−グルコースにおいてはモノ−硫酸からポリー硫酸の混合物が得られる(非特許文献1)。
しかし、これらの方法では、試薬が反応性に富み過ぎたり、有毒であることにより取り扱いが不便であったり、あるいは反応条件をコントロールすることが困難であったりするという欠点がある。また,副反応により糖鎖の切断が起こったりする。
しかし、この方法に用いた縮合剤又は脱水剤であるジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)の価格は高いことと、安全性等の問題が挙げられる。
〔2〕 前記水酸基を持つ物質が、糖類であることを特徴とする前記〔1〕に記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
〔3〕 前記水酸基を持つ物質が、エストロゲン類であることを特徴とする前記〔1〕に記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
〔4〕 前記水酸基を持つ物質が、アルコール類であることを特徴とする前記〔1〕に記載の硫酸エステル化合物の製造方法
〔5〕 カルボン酸無水物が、炭素数1〜4の脂肪酸無水物であることを特徴とする前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
〔6〕 前記ジメチルスルホキシドに対する硫酸の濃度が0.05重量%〜15重量%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
〔7〕 前記ジメチルスルホキシドに対するカルボン酸無水物の濃度が3重量%〜60重量%であることを特徴とする前記〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
〔8〕 前記硫酸エステル化反応溶液に対する前記水酸基を含む物質の濃度が0.1重量%〜50重量%であることを特徴とする前記〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
〔9〕 前記硫酸エステル化反応の反応温度は10〜80℃であることを特徴とする前記〔1〕〜〔8〕のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
前記硫酸エステル化反応溶液を用いることで、低い硫酸濃度で、且つ加熱せずに硫酸エステル化合物を製造することが可能である。
一つは、硫酸は硫酸エステル化剤、無水酢酸等のカルボン酸無水物は脱水剤又は縮合剤として働くと考える。そして、ジメチルスルホキシドは、硫酸のカチオン部(H+)を溶媒和することで、硫酸のアニオン部HSO4 −の求核性を増やすため(下記式(1))、マイルドな反応条件下でも硫酸エステル化反応ができると推測する。
単糖は、グルコース、フルトース、グルクロン酸又はウロン酸、N−アセチルグルコサミン、グルコサミン、ガラクトサミン、デオキシリボース、キシルロース等が挙げられる。
二糖類は、例えば、マルトース、スクロース、ラクトースが挙げられる。
また、多糖類やオリゴ糖は、デキストラン、デンプン類(アミロース、アミロペクチン)、グリコーゲン、ヘミセルロース又はキシラン、セルロース、ヒアルロン酸、キトサン、キチン、グリコサミノグリカン(ムコ多糖)、寒天又はアガロースなどが挙げられる。
硫酸化剤として用いる硫酸の含水率は30重量%以下が好ましい。より好ましくは15%以下、最も好ましくは5%以下である。含水率が高くなると競争反応が生じ、カルボン酸無水物の必要量が増加する恐れがあるため好ましくない。
前記の配合比でジメチルスルホキシド、無水酢酸、硫酸を混合して反応溶液とする。混合温度は、特に制限しないが10℃〜25℃で行うことが好ましい。温度が高く過ぎると混合の際に発熱による危険性やジメチルスルホキシドや無水酢酸の分解が生じる恐れがあるため好ましくない。また、反応溶液の入れ順番は特に制限しない。例えば、ジメチルスルホキシドと無水酢酸の混合液を攪拌しながら硫酸を滴下する方法や、ジメチルスルホキシドを攪拌しながら硫酸を滴下してからカルボン酸無水物と混合する方法が挙げられる。
前記の反応溶液に硫酸エステル化されようとする物質を加えて、所定温度で攪拌し、所定の反応時間が経つと、洗浄や中和を行う。
硫酸エステル化反応させた後、生成した硫酸エステル化合物を洗浄、中和、精製する方法は、特に制限しないが、硫酸エステル化合物の修飾率と水への溶解性により以下の方法が挙げられる。
用いた原料の詳細は以下の通りであり、得られた硫酸エステルの評価は以下のようにして測定した。
原料セルロースとして、セルロースパルプを用いた。セルロースパルプは市販木材パルプ(Georgia Pacific社製、商品名:フラッフパルプARC48000GP、含水率:9重量%)である。 原料セルロースは、解繊前にサンプル瓶に入るサイズ(1cm〜3cm角程度)まで千切った。
無水酢酸、硫酸、DMSO、グルコース、D−グルコサミン塩酸塩、NーアセチルーDーグルコサミン、ショ糖、レゾルシノール、PEG、PVA等はナカライテスク(株)から購入した。澱粉は市販片栗粉を用いた。
スターラーは小池精密機器製作所製のマイティ・スターラー(モデルHE−20G)を用いた。なお、オーバル型の強力撹拌子を用いた。
得られた硫酸エステル化合物をフーリエ変換赤外分光光度計(FT−IR)で分析し、硫酸エステル修飾の有無を確認した。周波数1250cm−1付近および820cm−1付近の硫酸エステル基に由来吸収バンドの有無により硫酸エステル化修飾有無の確認を行った。測定は、NICOLET社製「NICOLET MAGNA−IR760 Spectrometer」を用い、反射モードで分析した。
燃焼吸収―IC法を用いて硫黄含有率を定量した。すなわち、磁性ボードに乾燥した硫酸エステル化合物(0.01g)を入れ、酸素雰囲気(流量:1.5L/分)環状炉(1350℃)にて燃焼させ、発生したガス成分を3%過酸化水素水(20ml)に吸収させた。得られた吸収液を純水で100mlにメスアップし、希釈液のイオンクロマトグラフィー測定結果から硫酸イオン濃度(重量%)を算出した。下記式により硫酸イオン濃度から硫黄含有率を換算した。分析には、サーモフィッシャーサイエンティフィック社製、イオンクロマトグラフ ICS−1500型を用いた。
硫黄含有率(重量%)=硫酸イオン濃度×32/96
DMSO18g、無水酢酸2g(解繊溶液における濃度:9.9重量%)および硫酸0.26g(解繊溶液における濃度:1.28重量%)を50mlのサンプル瓶に入れ、23℃の室温下で磁性スターラーを用いて約30秒撹拌し、硫酸エステル化反応溶液を調製した。
次いで、セルロースパルプ0.6gを加え、同じ室温でさらに110分撹拌した。撹拌後、反応液を0.2重量%の水酸化ナトリウム水溶液150mlの中に添加・混合し、硫酸を中和した。その後、蒸留水を用いてろ過法により洗浄することにより硫酸エステル化セルロースを得た。次に、105℃の送風乾燥機内で3時間乾燥した後、FT−IRで分析し、得られたIRスペクトルを図1に示す。
周波数1250cm−1と820cm−1付近に硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。燃焼吸収IC法を用いて測定した硫黄含有率は2.8重量%であった。
セルロースに代えてグルコース2gを用いた以外、実施例1と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。得られた反応液に50重量%エタノールを含む酢酸エチル溶液200を加え、10分程度攪拌した後遠心分離(12000rpm、15分)処理した。遠心分離後、上澄みを除いて、遠心瓶の底に残った固形分に同じ酢酸エチルとエタノールの混合溶液を加えて攪拌した後、再度遠心分離した。同じ手順で3回洗浄した後、乾燥してFT−IR分析を行った。得られたIRスペクトル(図2)から、硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。燃焼吸収IC法を用いて測定した硫黄含有率は2.5重量%であった。
グルコースに代えてD−グルコサミン塩酸塩0.6gを用いた以外、実施例2と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。なお、反応時間は150分であった。得られた反応溶液を実施例2と同様に洗浄、分析した。得られたIRスペクトル(図3)から、硫酸エステルに由来する吸収バンドが検出された。燃焼吸収IC法を用いて測定した硫黄含有率は12.3重量%であった。
D−グルコサミン塩酸塩に代えてNーアセチルーDーグルコサミンを用いた以外、実施例3と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。得られた反応溶液を実施例3と同様に洗浄、分析した。IRスペクトル(図4)から、硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。燃焼吸収IC法を用いて測定した硫黄含有率は9.1重量%であった。
グルコースに代えて蔗糖2g、DMSO17g、無水酢酸3gと硫酸0.5gの混合液を用いた以外、実施例2と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。なお、反応時間は180分であった。得られた反応溶液を実施例2と同様に洗浄、分析した。IRスペクトル(図5)から、硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。燃焼吸収IC法を用いて測定した硫黄含有率は7.5重量%であった。
グルコースに代えて片栗粉2gを用いた以外、実施例2と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。得られた反応溶液を実施例2と同様に洗浄、分析した。IRスペクトル(図6)から、硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。燃焼吸収IC法を用いて測定した硫黄含有率は3.1重量%であった。
グルコースに代えてレゾルシノール0.6gと硫酸0.5gを用いた以外、実施例2と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。得られた反応溶液を実施例2と同じ洗浄溶媒で洗浄した。なお、遠心分離に代えて分液ロートを用いて硫酸エステル化化合物を回収した。FT−IR分析した結果(図7)から、硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。洗浄が不十分のためDMSOによる吸収バンドも検出された。
グルコースに代えてPVAを用いた以外、実施例2と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。得られた反応溶液を実施例2と同様に洗浄、分析した。FT−IR分析した結果(図8)から、硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出された。
DMSOに代えてピリジンを用いた以外は実施例1と同様にしてセルロースを処理して洗浄、乾燥した。乾燥したパルプ状サンプルをFT−IR分析した結果(図9)、硫酸エステルに由来する吸収バンドが全く検出されず、1730cm−1の所にアセチル基のカルボニル基に由来する吸収バンドが検出された。
この結果から、ピリジン、無水酢酸と硫酸の混合液中に、実施例と同じ温度と時間でセルロースのアセチル化修飾反応が起こったが、硫酸エステル化反応が殆ど生じないことが分った。
ピリジンに代えてジメチルアセトアミドを用いた以外は比較例1と同様にしてセルロースを処理して洗浄、乾燥したパルプ状サンプルをFT−IR分析した結果(図9)、硫酸エステルに由来する吸収やアセチル化に由来吸収バンドが全く検出されなかった。この結果から、ジメチルアセトアミド、無水酢酸と硫酸の混合液中に、実施例と同じ温度と時間でセルロースは無水酢酸や硫酸と反応しないことが分った。
セルロースパルプに代えて蔗糖を用いた以外、比較例2と同様にして硫酸エステル化反応をさせた。反応終了後、蔗糖は元の粒状を維持したままであった。比較例2と同様に洗浄、分析した。FT−IR分析した結果(図10)から、周波数1250cm−1と820cm−1付近に硫酸エステルよる特徴である吸収バンドが検出できなかった。この結果から、ジメチルアセトアミド、無水酢酸と硫酸の混合液中に、硫酸エステル化反応が殆ど生じないことが分った。
Claims (9)
- 硫酸エステル化合物の製造方法であって、ジメチルスルホキシド、カルボン酸無水物および硫酸を含む硫酸エステル化反応溶液に水酸基を持つ物質を加えて硫酸エステル化反応をさせることを特徴とする硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記水酸基を持つ物質が、糖類であることを特徴とする請求項1に記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記水酸基を持つ物質が、エストロゲン類であることを特徴とする請求項1に記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記水酸基を持つ物質が、アルコール類であることを特徴とする請求項1に記載の硫酸エステル化合物の製造方法
- カルボン酸無水物が、炭素数1〜4の脂肪酸無水物であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記ジメチルスルホキシドに対する硫酸の濃度が0.05重量%〜15重量%であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記ジメチルスルホキシドに対するカルボン酸無水物の濃度が3重量%〜60重量%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記硫酸エステル化反応溶液に対する前記水酸基を含む物質の濃度が0.1重量%〜50重量%であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
- 前記硫酸エステル化反応の反応温度は10〜80℃であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の硫酸エステル化合物の製造方法。
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