JP2020131179A - 光学分割剤、光学分割カラム、及び光学分割剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学活性な化学物質を簡便な方法で光学分離することができる光学分割剤、光学分割カラム、及び光学分割剤の製造方法を提供する。【解決手段】（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸をエーテル結合により担体上に固定化した光学分割剤。カラム容器と、カラム容器に充填された光学分割剤とを有する光学分割カラム。ハロゲン化アルキル基を側鎖に有する担体と、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸とから、脱ハロゲン化水素反応によって光学分割剤を製造する光学分割剤の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、生体活性物質として医薬領域で有効に用いられる光学活性物質の光学分割剤、光学分割カラム、及び光学分割剤の製造方法に関する。

（Ｒ）-３−ヒドロキシ酪酸（以下、Ｒ−３ＨＢとも略す。）は、一般にケトン体と総称される化合物の一つであり、糖質の供給不足や利用障害等において脂肪酸酸化が亢進して、血中及び尿中のケトン体が増加する。そのため、このケトン体が糖尿病の病体把握に有用な指標となることが知られている。

Ｒ−３ＨＢは、微生物による発酵生産が可能なバイオマス原料でもある（特許文献１）。この原料を基にして得られる有機材料は、生分解性や生体親和性に優れており、多くのバイオメディカル用途への利用展開が期待されている。

Ｒ−３ＨＢのもう一つの特徴は光学活性物質であるという点であり、微生物が生合成するＲ−３ＨＢはＲ体である。そして、光学活性物質を原料にして形成されるポリマーは、光学異性体間でステレオコンプレックスを形成し易いことがよく知られている（特許文献２）。また、異なる種類のポリマー間でもステレオコンプレックスが形成される例も知られている（特許文献３）。さらに、光学活性なポリマーのテンプレート上で、異なる光学活性モノマーがコンプレックスを形成することも知られている（非特許文献１）。このようなステレオコンプレックスの形成は、両者間の相互作用によるものであり、ある特定の位置関係で発生する。

そして、この光学異性体間の相互作用を利用することによって、光学異性体を光学分割する技術が開示されている（特許文献４）。これにより、化学合成で得られたラセミ体から、通常、生合性によってのみ得られる高付加価値な光学異性体が光学分割によって分取可能である。

特開２０１７−１２１１７号公報 特開２００５―１８７６２６号公報 ＷＯ２０１１／０２４９４４号公報 特開昭６４―６３５５３号公報

ネイチャー（Ｎａｔｕｒｅ）、４２９巻、５２−５５頁（２００４）

Ｒ−３ＨＢはＲ体であるため、他の光学活性物質と相互作用することが期待されるが、未だ、ステレオコンプレックス形成による光学分割に関する技術は開示されていない。
血中及び尿中のケトン体としてのＲ−３ＨＢの濃度は、生理学的に重要な指標の一つであるため、その濃度を簡便にモニターできるならば非常に有効な診断技術の一つとなり得る。従って、Ｒ−３ＨＢを血中及び尿中から簡便に光学分割する方法が望まれる。また、光学活性なモノマーを選択的に光学分離して、重合に寄与させることによって、光学活性なポリマーを得ることも可能である。このような簡便な方法として、ステレオコンプレックス形成による光学分割法の開発が望まれている。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、光学活性な化学物質を簡便な方法で光学分離することができる光学分割剤、光学分割カラム、及び光学分割剤の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る光学分割剤は、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸をエーテル結合により担体上に固定化したものである。

第１の発明に係る光学分割剤において、多座配位金属を複合することができる。

第１の発明に係る光学分割剤において、前記多座配位金属は、６座配位金属若しくは８座配位金属であることが好ましい。

第１の発明に係る光学分割剤において、前記担体は、有機ポリマー粒子であることが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る光学分割カラムは、カラム容器と、該カラム容器に充填された第１の発明に係る光学分割剤とを有する。

前記目的に沿う第３の発明に係る光学分割剤の製造方法は、ハロゲン化アルキル基を側鎖に有する担体と、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸とから、脱ハロゲン化水素反応によって光学分割剤を製造する。

第１の発明に係る光学分割剤は、Ｒ−３ＨＢと光学活性化合物との光学異性に基づく相互作用を利用して、光学活性化合物の光学異性体分割を容易に行うことができる。

第２の発明に係る光学分割カラムは、光学異性体混合溶液を通すだけで、光学異性体を簡便に分割することができる。

第３の発明に係る光学分割剤の製造方法は、光学活性化合物の光学異性体分割に有用な光学分割剤を簡便かつ確実に製造することができる。

実施例１の光学分割剤の赤外吸収スペクトルである。 実施例２〜６の光学分割剤でＤ，Ｌ−乳酸メチルの光学分離を行った後の溶液のガスクロマトグラフ結果である。

続いて、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
本発明の一実施の形態に係る光学分割剤は、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸をエーテル結合により担体上に固定化したものであり、さらに多座配位金属を複合することにより高い光学分割機能を発揮し、光学活性な化学物質を分離するものである。
本実施の形態において、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸（Ｒ−３ＨＢ）とは、下記構造式（１）に示す化学構造を持つ化合物である。ここで、水酸基が結合した３級炭素は立体配置がＲ体に固定されている。

本実施の形態において、エーテル結合による固定化とは、下記反応式（２）に基づいて結合した様式をいう。ここで丸円中にＰで示したものは、固定用の担体を意味し、有機ポリマーや有機ポリマー粒子、無機粒子、又は有機無機ハイブリッド粒子等の微粒子である。これらの担体の中で、有機ポリマー粒子が取り扱いの容易さから好適に用いられる。有機ポリマー粒子としては、ポリ（スチレンージビニルベンゼン）架橋粒子が好適であり、さらに多孔質の架橋粒子は、表面積が大きく、担持量を増やすことができるのでより好適に用いられる。
また、Ｒ_１で示した置換基は、炭素数１〜２０の範囲の有機基であり、好ましくは屈曲性のあるアルキレン基であり、さらに好ましくは、炭素数１〜３のメチレン基、エチレン基、及びプロピレン基である。これらのアルキレン基は直鎖型及び分岐型のいずれでも好ましく使用できる。

エーテル結合反応は、反応式（２）に示したように、担体Ｐが有する側鎖のハロゲン化アルキル基に含まれるハロゲン原子の置換反応とそれに続くエーテル化反応の２段階反応で行うのが最も好適に用いられる方法である。

担体Ｐ側鎖のハロゲン化アルキル基におけるハロゲン原子の置換反応において、ハロゲンとしては塩素、臭素、又はヨウ素を用いることができるが、通常、塩素化合物として入手するのが容易である。一般的に入手が容易な塩素化合物として、クロロメチル化ポリ（スチレンージビニルベンゼン）架橋粒子が好適に用いられる。ただし、塩素化合物よりヨウ素化合物の方が反応性が高く、より効果的にエーテル結合が形成されやすい。そのため、塩素化合物をヨウ素化合物に、好ましくはハロゲン化アルキル基の一種である塩化アルキル基を同じくハロゲン化アルキル基の一種であるヨウ化アルキル基に変換することが好適に行われる。ここで、ヨウ化アルキル基のアルキルとは、反応式（２）のＲ_１のアルキレンに対応するものである。

このヨウ素化反応は、有機溶剤中で行われることが好ましく、反応温度として、５０〜１００℃の温度範囲が好ましく、この温度範囲で使用する溶剤の沸点で還流によって温度制御することが最も好ましい方法である。ここで溶剤としては、反応式（２）の反応を阻害しない溶剤であれば何ら制限なく用いることができるが、後段の反応で使用するＲ−３ＨＢを溶解し、また当該塩素及びヨウ素化合物が浮き上がらず、均一に攪拌可能な溶剤であることが好ましい。このような好適な溶剤としては、例えば、アセトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、トルエン、又はキシレン等の溶剤が好適に用いられる。さらに、ヨウ素化反応の進行の程度は、塩素化合物からヨウ素化合物への変化に伴う黄色への色調変化によって確認することができる。

担体Ｐのハロゲン原子の置換反応に引き続いて、反応式（２）に示したように、担体ＰとＲ−３ＨＢとのエーテル化反応を行うが、この反応は脱ヨウ化水素反応（脱ハロゲン化水素反応の一種）によって進行する。この脱ヨウ化水素反応は、アルカリの存在下で行うことが速やかに反応が進行するため好ましい方法である。アルカリとして、水素化ナトリウム、油浸水素化ナトリウム、金属ナトリウム、又は水素化カルシウム等が好適に用いられる。これらのアルカリを反応系に添加する際には、十分冷却した状態で添加するのが安全であり、室温より低い温度で、水分をできる限り排除した雰囲気で行うことが好ましい態様である。この反応の際、溶剤を用いて行うことが好ましく、前段階のヨウ素化反応と同じ溶剤を使用する方法が最も簡便な方法である。アルカリの添加後、反応をより速やかに進行させるために、反応温度を上昇させることも好ましい方法であり、この場合、８０〜１５０℃の温度範囲が好ましい温度範囲であり、用いる溶剤の沸点で還流によって温度制御を行う方法が最も簡便で確実な方法である。

本実施の形態において、多座配位金属とは、中心金属が配位サイトを複数有しており、下記の化学式（３）に示すように、担体Ｐにエーテル結合により固定化されたＲ-３ＨＢ残基が二つの配位サイトに配位してなる金属錯体を形成し得る金属である。光学異性体分割をするためには、光学異性体が同じ金属上に配位し近接することが有効である。そのため、４座以上の配位サイトを有する金属が好ましい。さらに好ましくは、Ｒ−３ＨＢ残基と分割すべき光学異性体がより近接することが効果的であるため、化学式（３）に示したように、６座配位金属若しくは８座配位金属が好適に用いられる。

ここで、６座配位金属とは８面体型結合錯体を形成し得るものである。このような６座配位金属としては、多くの金属種があり、特に問題なく、本発明の光学分割剤に用いることができる。ただし、取り扱いの容易さや安全性などの面から、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、又はＳｒ等のアルカリ土類金属類が好ましく用いられる。また、８座配位金属としては、Ｃｓがあり、これは分割すべき光学異性体がさらに近接した位置に配位可能であるため、より効果的に立体的な相互作用が働き、光学分割がより速やかに進行するため好適である。

下記の化学式（４）は光学異性体の混合物である乳酸メチルの６座配位金属錯体による分割を模式的に示したものである。ここで、（Ｓ）−乳酸メチルがＲ−３ＨＢとの相互作用により金属の配位サイトに配位し、一方の（Ｒ）−乳酸メチルは相互作用が小さいため、系中に溶出していき、光学分割が達成される。

本実施の形態において、多座配位金属と、Ｒ−３ＨＢをエーテル結合により固定化した担体とによる、光学分割剤の製造は、多座配位金属を溶解若しくは分散した溶液と、Ｒ−３ＨＢをエーテル結合により固定化した担体の溶液若しくは分散液とを混合することによって実施できる。ここで、多座配位金属は一般的に塩の形で溶液中に溶解若しくは分散しており、ここにＲ−３ＨＢ残基が配位する。この際、金属種の対アニオン種がＲ−３ＨＢのカルボキシル基よりもｐＫａ値が小さい場合、Ｒ-３ＨＢ残基の配位が不十分となることがあるため、対アニオン種としては、Ｒ−３ＨＢよりもｐＫａ値が大きなものが好ましく用いられる。このような金属種の対アニオン種としては、例えば、炭酸イオンが最も好適に用いられる。

多座配位金属と、Ｒ−３ＨＢをエーテル結合により固定化した担体とから、光学分割剤を作製するためには、一般的に溶剤を使用する。ここで用いる溶剤は、配位金属錯体形成及びそれに続く光学異性体分割に抑制作用を及ぼさないものであれば何ら制限なく用いることができる。好適な溶剤を具体的に上げると、水、メタノール、エタノール、トルエン、又はこれらの混合溶剤等が好ましく用いられる。

以上説明した本実施の形態に係る（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸をエーテル結合により担体上に固定化した光学分割剤は、Ｒ−３ＨＢを機能部位とし、さらに６座配位金属や８座配位金属等の多座配位金属を複合することにより高い光学分割機能を発現するものである。そして、該光学分割剤中のＲ−３ＨＢと溶液中に共存する光学異性体混合物の中の特定の光学異性体との相互作用に基づき、これらを分離分割することができる。本発明の光学分割剤は、この光学分割機能を活用して、バイオメディカルや吸着分離機能材料等の多様な用途に好適に用いることができる。特に、この光学分割剤をカラム容器に充填した光学分割カラムを用いれば、光学異性体混合溶液を通すだけで、光学異性体を簡便に分割することができる。

以下、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明するが、これらの実施例は何ら本発明の技術的範囲を制限するものではない。

［Ｒ−３ＨＢ担持ポリスチレン担体ビーズ（Ｒ−３ＨＢ−ＰＳ）の合成］
（実施例１）
Ｒ−３ＨＢをエーテル結合により固定化したポリスチレン担体ビーズを以下の反応式（５）に示す反応に従って合成した。

１％ジビニルベンゼンで架橋したクロロメチル化ポリスチレン樹脂（１００−２００メッシュ）（Ｃｌ−ＰＳ）（２ｇ、２．４ｍｍｏｌ Ｃｌ／ｇ）にヨウ化ナトリウム（０．７２ｇ、４．８ｍｍｏｌ）とアセトン（１００ｍＬ）を１００ｍＬフラスコに加え、これらの混合物を７０℃で２４時間加熱還流した。その後、Ｃｌ−ＰＳ樹脂を濾取しアセトンで洗浄した。生成物は、室温で真空乾燥し淡黄色のヨードメチル化した担体ビーズ（Ｉ−ＰＳ）として得られた。収量は２．５４ｇであった。
次に、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸（Ｒ−３ＨＢ）（０．４２ｇ、４ｍｍｏｌ）と脱水したジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５０ｍＬを１００ｍＬの二口フラスコに加えた。鉱油を含侵した水素化ナトリウム（０．１４ｇ、６ｍｍｏｌ）をゆっくりと室温、窒素気流中で加えた。混合物は、室温で３時間攪拌し、次に、ヨードメチル化したポリスチレン担体ビーズ（Ｉ−ＰＳ）１ｇを加えた。反応は、１２０℃で２４時間攪拌して行い、反応したＩ−ＰＳは濾取し、ＤＭＦ（１０ｍＬで３回）、メタノール（１０ｍＬで３回）、ジクロロメタン（１０ｍＬで３回）、メタノール：水＝１：１（容量比）の混合溶液（１０ｍＬで３回）、そしてメタノール（１０ｍＬで３回）で徹底的に洗浄した。得られたＲ−３ＨＢ担持ポリスチレン担体ビーズ（Ｒ−３ＨＢ−ＰＳ）は、真空下で一晩乾燥した。
生成したＲ−３ＨＢ−ＰＳの構造の確認は、赤外吸収（ＦＴＩＲ）スペクトル分析で行った。ＦＴＩＲスペクトルは、ＫＢｒペレット法でパーキンエルマー社のＳｐｅｃｔｒｕｍ ＧＸ ＦＴＩＲを用いて、３９５０−４５０ｃｍ^−１の範囲で測定した。図１に、Ｃｌ−ＰＳ、Ｒ−３ＨＢ、そして生成物のＲ−３ＨＢ−ＰＳのＦＴＩＲスペクトルを示す。
Ｃｌ−ＰＳには６７４ｃｍ^−１のＣ−Ｃｌの特性吸収が確認されるが、Ｒ−３ＨＢ−ＰＳでは消失した。そして新たに三つの吸収が、３３８７ｃｍ^−１、１７２４ｃｍ^−１、及び１１６２ｃｍ^−１に現れた。これらの吸収は、カルボキシル基のＯ−ＨとＣ＝Ｏの特性吸収とエーテル結合（Ｃ−Ｏ−Ｃ）の特性吸収であり、Ｒ−３ＨＢがエーテル結合によりＰＳ樹脂に上手く導入された（固定化した）ことを示している。

［Ｄ−乳酸メチルとＬ−乳酸メチルの光学分割］
（実施例２）
Ｒ−３ＨＢ−ＰＳ（２５ｍｇ）をサンプル瓶に入れ、Ｄ−乳酸メチルとＬ−乳酸メチルの混合物（以下、Ｄ−乳酸メチルとＬ−乳酸メチルをまとめてＤ，Ｌ−乳酸メチルと表記する）（２０ｍＭ）のトルエン：メタノール＝３：１（容量比）溶液０．２ｍＬ（４０×１０^−４ｍｍｏｌ）を入れた。
室温で５分間攪拌した後、溶液中のＤ，Ｌ−乳酸メチルの濃度をガスクロマトグラフ（ＧＣ）を用いて分析した。

（実施例３）
Ｒ−３ＨＢ−ＰＳ（２５ｍｇ）をサンプル瓶に入れ、次に炭酸カルシウムの水溶液２１×１０^−５ｍｍｏｌを加えた。最後にＤ，Ｌ−乳酸メチル（２０ｍＭ）のトルエン：メタノール＝３：１（容量比）溶液０．２ｍＬ（４０×１０^−４ｍｍｏｌ）を加えた。
室温で５分間攪拌した後、溶液中のＤ，Ｌ−乳酸メチルの濃度をガスクロマトグラフ（ＧＣ）を用いて分析した。

（実施例４）
炭酸カルシウムの水溶液の量を４２×１０^−５ｍｍｏｌとした以外は実施例３と同様に行った。

（実施例５）
炭酸カルシウムの水溶液の代りに、炭酸セシウムの水溶液２１×１０^−５ｍｍｏｌを加えた以外は実施例３と同様に行った。

（実施例６）
炭酸セシウムの水溶液の量を４２×１０^−５ｍｍｏｌとした以外は実施例５と同様に行った。

（比較例１）
サンプル瓶に、Ｄ，Ｌ−乳酸メチル（２０ｍＭ）のトルエン：メタノール＝３：１（容量比）溶液０．２ｍＬ（４０×１０^−４ｍｍｏｌ）を入れた。
室温で５分間攪拌した後、溶液中のＤ，Ｌ−乳酸メチルの濃度をガスクロマトグラフ（ＧＣ）を用いて分析した。

実施例２〜６及び比較例１のＧＣ分析は、島津製作所製ガスクロマトグラフ（ＧＣ）モデル２０１４で、キャピラリーカラム（Ｖａｒｉａｎ ｗａｌｌ ｃｏａｔｅｄ ｏｐｅｎ ｔｕｂｕｌａｒ ｗｉｔｈ ＣＰ−ｃｙｃｌｏｄｅｘｔｒｉｎ（５０ｍ、ＩＤ ０．２５ｍｍ、ｆｉｌｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ０．２５μｍ）を用い、キャリヤーガスとしてヘリウム（流量 ３５ｍＬ／ｍｉｎ）を用いて行った。オーブン温度は、初期温度７０℃で５分保持した後、２℃/ｍｉｎで１００℃まで昇温して、１０分間保持するようにプログラム化した。
実施例２〜６で得られたＧＣスペクトルを図２に示す。また、実施例２〜６及び比較例１で得られたＧＣスペクトルのＤ，Ｌ−乳酸メチルのそれぞれのピーク面積比率から求めた光学分割割合を表１に示す。

以上の結果から、Ｒ−３ＨＢ担持ポリスチレン担体ビーズ（Ｒ−３ＨＢ−ＰＳ）が、効率的に光学異性体である（Ｒ）−Ｄ−乳酸メチルと（Ｓ）−Ｌ−乳酸メチルを光学分割し、より選択的に（Ｓ）−Ｌ−乳酸メチルと相互作用することを確認した。また、下記反応式（６）に示すように、光学分割剤に多座配位金属の一種である６座配位金属のＣａを複合した実施例３及び実施例４の場合や、８座配位金属のＣｓを複合した実施例５及び実施例６の場合、多座配位金属を複合していない実施例２よりも高い光学分割機能を発揮することを確認した。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

Claims (6)

1. （Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸をエーテル結合により担体上に固定化したことを特徴とする光学分割剤。
2. 請求項１記載の光学分割剤において、多座配位金属を複合したことを特徴とする光学分割剤。
3. 請求項２記載の光学分割剤において、前記多座配位金属は、６座配位金属若しくは８座配位金属であること特徴とする光学分割剤。
4. 請求項１〜３のいずれか１記載の光学分割剤において、前記担体は、有機ポリマー粒子であることを特徴とする光学分割剤。
5. カラム容器と、該カラム容器に充填された請求項１〜４のいずれか１記載の光学分割剤とを有することを特徴とする光学分割カラム。
6. ハロゲン化アルキル基を側鎖に有する担体と、（Ｒ）−３−ヒドロキシ酪酸とから、脱ハロゲン化水素反応によって光学分割剤を製造することを特徴とする光学分割剤の製造方法。

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