JP3431157B2 - ポリアスパラギン酸の製造 - Google Patents
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Description
によって製造されるポリスクシンイミド及びポリアスパ
ラギン酸に関する。
シウムの阻害剤として有用である。ポリアスパラギン酸
はその生分解性により、環境の許容性及び廃棄物処理の
見地から特に有益である。
は無水形態のポリアスパラギン酸である。
生成は、Etsuo Kokufuta等が、“Temperature Effect
on the Molecular Weight and the Optical P
urity of Anhydropolyaspartic Acid Prepared by
Thermal Polycondensation"(Bulletin of the C
hemical Society of Japan 51(5):1555−1556
(1978))に教示されている。Kokufuta等は、この方法
で製造されたポリアスパラギン酸の分子量が、反応温度
の上昇と共に増加すると教示している。更には、示唆さ
れたアスパラギン酸から無水ポリアスパラギン酸への最
大転化率(%)は、325゜F〜425゜Fの油浴温度を用いて
68%以下である。
ion Inhibition By Thermal Polyaspartate"Surfac
e Reactive Peptides and Polymers,pp263−279,Am
erican Chemistry Society Symposium Series 444
(1990))は、Kokufuta等の文献を引用している。374
゜Fの油浴温度を使用し、24時間〜96時間かけて粉末ア
スパラギン酸から無水ポリアスパラギン酸を生成したと
記載されている。しかしながら、記録結果はKokufuta等
の記録結果ほどはよくない。
シンイミド及びポリアスパラギン酸への転化率が従来技
術で教示又は示唆されているよりも遥かに高くなる。更
には、従来技術に教示されているのとは反対に、本発明
の方法によって生成されるポリアスパラギン酸の分子量
は反応温度の上昇に伴って増加しない。
くは約440゜F以上の開始温度であれば、粉末L−アスパ
ラギン酸の熱縮合により、ポリスクシンイミドが比較的
高い収率で最適に生成することが知見された。
リスクシンイミドが生成し得るが、理論収率は低い。L
−アスパラギン酸からポリスクシンイミドへの転化率
は、何日もの期間かかっても70%未満である。
化率(%)は90%以上に増加し、反応時間は大幅に短縮
する。
シンイミドへの熱縮合では、特徴的な形状の“温度対時
間”反応曲線が得られる。この曲線は、反応体温度が最
初に急激に上昇し、次いで反応開始を示す吸熱状態にな
る。吸熱状態の開始直後に蒸発性冷却が起こり、次いで
まず温度が上昇し、次に第2の吸熱状態になり、続いて
蒸発性冷却プラトーに達する。次いで、温度が実質的に
一定のプラトーまで上昇する。この縮合反応により、最
終プラトーと、温度がこのプラトーまで上昇し始める時
点とのほぼ中間の温度で、少なくとも95%の転化率に達
した。
水分解によりポリスクシンイミドから生成される。
〜5000である。この分子量範囲は、転化率(%)の如何
を問わず一定である。
率(%)は、使用温度を上昇させることにより時間を短
縮しても増加し得る。
適当な時間500゜Fまで加熱すると、4時間以内で少なく
とも90%の転化率が得られ得る。
適当な時間少なくとも550゜Fの保持温度まで加熱する
と、2時間以内で少なくとも90%の転化率が得られ得
る。
流動層、撹拌反応器、間接加熱式回転乾燥機、間接加熱
式板状乾燥機等で実施することができる。
油温度である、シリーズ1は反応混合物温度である。
油温度である。シリーズ1は反応混合物温度である。
油温度である。シリーズ1は反応混合物温度である。
油温度である。シリーズ1は反応温度である。
油温度である。シリーズ1は反応温度である。
油温度である。シリーズ1は反応混合物温度である。
油温度である。シリーズ1は反応混合物温度である。
重合によりポリスクシンイミドを得た。いずれの場合
も、反応容器に粉末L−アスパラギン酸を添加して、加
熱した。重合反応工程中に試料を採取した。生成物であ
るポリスクシンイミドへの転化率(%)について、これ
らの試料を分析した。試料の色や温度も記録した。次い
で、生成したポリスクシンイミドを加水分解して、ポリ
アスパラギン酸を生成した。ポリアスパラギン酸で活性
試験を実施した。
色、生成、及び活性を以下に示す。
物のポリスクシンイミドへの転化率(%)を調べた: L−アスパラギン酸からポリスクシンイミドへの転化率
の決定 特定量の反応混合物又は生成物を、ジメチルホルムア
ミド(DMF)のアリコートに溶解した。全てのポリスク
シンイミドがDMFに溶解するまで4〜5時間溶解を継続
し、残留する未反応のL−アスパラギン酸を濾過した。
未反応のL−アスパラギン酸の量を調べ、これを以下の
式: 転化率(%)=[(A−B)/A]×100% (式中、Aは初期試料の重量であり、Bは残留物(未反
応のL−アスパラギン酸)の重量である)で使用した。
色は白である。ポリスクシンイミドを含む試料の色は、
反応混合物から採取した試料の温度によって異なった。
低温から高温に向かって、色は淡ピンク、ピンク、やや
黄褐色のピンク、黄褐色、淡黄色、黄色と変化した。こ
れらの色は一般に、L−アスパラギン酸の転化率(%)
に対応しており、同じ順番で、淡ピンクは最低の転化率
を示し、黄色は最高の転化率を示している。ピンク色で
は転化率は70%未満であった。ピンク以外の色を報告し
た文献はひとつもない。
ポリアスパラギン酸を生成した: ポリスクシンイミドからポリアスパラギン酸を製造する
ための加水分解手順 測定した量のポリスクシンイミドと蒸留水とからスラ
リーを調製した。水酸化ナトリウムを滴下して、ポリス
クシンイミドをポリアスパラギン酸に加水分解した。pH
9.5で完全加水分解に達した。
ることができる。適切な塩基には、水酸化アンモニウ
ム、水酸化カリウム、並びに他のアルカリ性水酸化物及
びアルカリ土類水酸化物が含まれる。
まで、塩基をポリスクシンイミドスラリーに添加する。
成した。炭酸カルシウムの沈殿を避けるための防止剤と
してのポリアスパラギン酸の活性を以下の試験に記載す
る方法で調べた: 標準容量の蒸留水をピペットでビーカーに注入した。
塩化カルシウム溶液を添加した後、但し重炭酸ナトリウ
ム溶液を添加する前に防止剤(ポリアスパラギン酸)を
添加した。次いで、溶液の混濁により判明する明白で突
然の炭酸カルシウムの沈殿が生ずるまで水酸化ナトリウ
ムを溶液に添加した。
し、pHを記録した。消費した水酸化ナトリウムの容量を
記録した。10分後にpH低下を記録した。
ラギン酸の重量を一定にした。
の活性を判定した。水酸化ナトリウムの必要量が多くな
れば、防止剤としての生成物の活性が増す。pH低下が小
さくなれば、防止剤としての生成物の活性が増す。
リアスパラギン酸の分子量を調べた。本明細書に記載の
加水分解手順を用いて加水分解したポリスクシンイミド
で、分子量を決定した。
& Haas 4500Mwポリアクリル酸を標準として使用し
た。特に明記しない限り、本発明に従って生成したポリ
アスパラギン酸の分子量は、前記標準に基づくものと
し、重量平均分子量(Mw)として記録する。これは、ゲ
ル透過クロマトグラフィーに基づく分子量が使用する標
準によって変動し得るからである。
(%)の如何を問わず1000Mw〜5000Mwの範囲内にあるこ
とが知見された。
ポリアスパラギン酸塩も包含する。ポリアスパラギン酸
塩の対イオンは、Na+、K+、Mg+、Li+、Ca++、Zn++、Ba
++、Co++、Fe++、Fe+++及びNH4 +のようなカチオンを含
む。
ン酸であり、無水ポリアスパラギン酸としても公知であ
る。
スクシンイミドを生成した比率であると定義する。
る。
施例を以下に示す。
500mlのステンレス鋼ビーカーを油浴中に置いた。この
油浴を425゜Fの保持温度まで急速加熱した。試料は実験
中常に撹拌した。
た。425゜Fの油温度(保持温度)では、反応混合物の第
1の吸熱状態は390゜Fでピークに達した。
気発生により、水分損失は明白となった。反応混合物温
度は、この期間中に360゜Fの低さまで低下した。温度低
下の後、反応混合物は加熱され始めた。2.75時間後、反
応混合物は400゜Fのプラトー温度に達した。6.88時間後
には、42%の転化率に達した。系から生じる蒸気によ
り、吸熱反応全体で水分損失は明白となった。蒸発性冷
却は尚継続した。7時間後、実験を終了した。
所定の時間で試料を採取して、ポリスクシンイミドへの
転化率(%)について分析した。
から生成されたポリアスパラギン酸の相対活性を調べ
た。活性は、活性試験のところで記載したように、pH低
下(δpH)及び水酸化ナトリウムの量(ml)で示す。
って異なることが観察された。
500mlのステンレス鋼ビーカーを油浴中に置いた。この
油浴を450゜Fの保持温度まで急速加熱した。試料は実験
中常に撹拌した。
た。439゜Fの油温度では、反応混合物の第1の吸熱状態
は395゜Fでピークに達した。
気発生により、水分損失は明白となった。反応混合物温
度は、この期間中に390゜Fの低さまで低下し、油温度は
450゜Fの保持温度まで上昇した。
間後、第2の吸熱状態が生じた。この吸熱状態では、反
応混合物温度は420゜Fであり、油温度は450゜Fであっ
た。系から生じる蒸気は水分損失を明白に示した。
蒸気発生により、水分損失は明白となった。この期間が
終了すると、反応混合物を加熱して、434゜Fの平衡温度
で保持した。
時間で試料を採取して、ポリスクシンイミドへの転化率
(%)について分析した。
から生成されたポリアスパラギン酸の相対活性を調べ
た。活性は、活性試験のところで記載したように、pH低
下(δpH)及び水酸化ナトリウムの量(ml)で示す。
って異なることが観察された。
500mlのステンレス鋼ビーカーを油浴中に置いた。この
油浴を500゜Fの保持温度まで急速加熱した。反応混合物
は実験中常に撹拌した。
た。465゜Fの油温度では、反応混合物の第1の吸熱状態
は405゜Fでピークに達した。
気発生により、水分損失は明白となった。反応混合物温
度はこの期間中に390゜Fの低さまで低下し、油温度は49
0゜Fまで上昇した。
熱状態では、反応混合物温度は438゜Fであり、油温度は
495゜Fであった。
気発生により、水分損失は明白となった。反応混合物温
度はこの期間中に432゜Fの低さまで低下し、油温度は49
9゜Fまで上昇した。
上昇することにより蒸発性冷却の減少は明白となった。
3.17時間後、温度プラトーに達した。この点を越える
と、転化率の更なる増加は認められなかった。
時間で試料を採取して、ポリスクシンイミドへの転化率
(%)について分析した。
から生成されたポリアスパラギン酸の相対活性を調べ
た。活性は、活性試験のところで記載したように、pH低
下(δpH)及び水酸化ナトリウムの量(ml)で示す。
って異なることが観察された。
500mlのステンレス鋼ビーカーを油浴中に置いた。この
油浴を550゜Fの保持温度まで急速加熱した。試料は実験
中常に撹拌した。
た。470゜Fの油温度では、反応混合物の第1の吸熱状態
は410゜Fでピークに達した。
気発生により、水分損失は明白となった。反応混合物温
度はこの期間中に395゜Fの低さまで低下した。
が生じた。
応混合物温度はこの期間中に440゜Fの低さまで低下し
た。
上昇することにより蒸発性冷却の減少は明白となった。
2.06時間後、温度プラトーに達した。1.95時間を越える
と、転化率(%)の更なる増加は認められなかった。
時間で試料を採取して、ポリスクシンイミドへの転化率
(%)について分析した。
から生成されたポリアスパラギン酸の相対活性を調べ
た。活性は、活性試験のところで記載したように、pH低
下(δpH)及び水酸化ナトリウムの量(ml)で示す。
って異なることが観察された。
s,Inc.製DVT−130乾燥機−混合機を使用した。ジャケッ
ト付乾燥機は、熱流体としての油及びプラウ羽根車を使
用する。乾燥機−混合機は大気に対して開放したスタッ
クを有し、伝熱面積は10ft2であった。反応機の油タン
クを550゜Fに予熱して、オイルインレット温度を約500
゜Fにした。
た。熱油がジャケット内を流動し始め、羽根車速度は15
5rpmに設定した。生成物温度及び油温度は共に一様に上
昇した。390゜Fの生成物温度で、突然吸熱反応が起こっ
たため、生成物温度が低下した(図5参照)。蒸気発生
によって水分損失は明白となった。採取した試料から、
粉末が白色からピンク色に変化したことが分かった。3
%の材料がポリスクシンイミドに変換した。
で一様に上昇し始め、プラトーは1時間持続した。この
全反応を通じて、蒸気が発生し、転化率は線形で増加し
た。その後、生成物温度は447゜Fまで上昇し、この時点
で反応は第2の吸熱状態になった。この吸熱状態の直後
に、蒸気の発生が停止した。この時点から間もなくし
て、反応は少なくとも88%完全であった。第2の吸熱状
態の後、生成物はゆっくりとピンク色から黄色に変化し
た。測定した最終転化率は97%であった。表5は、この
実験中に得られたデータを示す。試料を所定の時間で採
取して、ポリスクシンイミドへの転化率(%)について
分析した。
混合機に110.4lbの粉末L−アスパラギン酸を充填し、
油タンクを525゜Fに予熱した。
度は155rpmに設定した。生成物温度及び油温度は共に一
様に上昇した。生成物温度が393゜Fに上昇すると、突然
吸熱反応が起こったため、生成物温度が低下した(図6
参照)。蒸気が発生し始めた。採取した試料から、粉末
が白色からピンク色に変化したとが分かった。4%の材
料がポリスクシンイミドに変換した。その後、生成物温
度は、427゜Fのプラトーに達するまで一様に上昇し始
め、プラトーは1時間半持続した。この全反応を通じ
て、蒸気が発生し、転化率は線形で増加した。その後、
反応が第2の吸熱状態になるまで生成物温度が444゜Fま
で上昇した。この第2の吸熱状態の直後に、蒸気の発生
が停止した。この時点から間もなくして、反応は少なく
とも94%完全であった。第2の吸熱状態の後、生成物は
ゆっくりとピンク色から黄色に変化した。測定した最終
転化率は98%であった。表6は、この実験中に得られた
データを示す。試料を所定の時間で採取して、ポリスク
シンイミドへの転化率(%)について分析した。
ンダーに、110.4lbの粉末L−アスパラギン酸を充填し
た。ユニットは、プラウ羽根車を備え、伝熱面積が約8f
t2のトラフ形ブレンダーであった。熱加熱器が小形なの
で、反応機をガラス繊維の断熱材でくるんだ。反応機は
更に、大気に対して開放の上方開口部に大型漏斗を備え
ていた。油タンクを500゜Fに予熱した。開始時、熱油が
ジャケット内を流動し始め、羽根車は74rpmで回転し始
めた。生成物温度及び油温度は共に一様に上昇した。生
成物温度が377゜Fまで上昇すると、突然吸熱反応が起こ
ったため、生成物温度が低下し(図7参照)、蒸気が発
生し始めた。採取した試料から、粉末が白色からピンク
色に変化したことが分かった。13%の材料がポリスクシ
ンイミドに変換した。その後、生成物温度は、416゜Fの
プラトーに達するまで一様に上昇し始め、プラトーは3.
75時間持続した。この全反応を通じて、蒸気が発生し、
転化率は線形で増加した。加熱機が小形なので、生成物
温度の上昇により時間を要した。その後、生成物温度は
435゜Fまで上昇した。反応は少なくとも88%完全であっ
た。時間制限のため、生成物温度がプラトーに達する
と、反応を停止させた。この時点で、測定した最終転化
率は90%であった。表7は、この実験中に得られたデー
タを示す。試料を所定の時間で採取して、ポリスクシン
イミドへの転化率(%)について分析した。
化に必要な時間が、反応混合物温度と関連することを示
している。
くなると、重合度は高くなり、転化速度は速くなる。
物温度よりも高くなる。熱流体温度が上昇すると、反応
の駆動力が増すことは知られている。熱流体温度が適当
な短時間でその保持温度まで上昇すると仮定すると、一
般に以下のことが知見された: 油保持温度が425゜Fのときには、5日後に60%の転化
率にしか達しなかった。反応混合物の平衡温度は400゜F
になるように思えた。
転化率に達した。反応混合物の平衡温度は不明である。
転化率に達した。反応混合物の平衡温度は477゜Fであっ
た。
転化率に達した。反応混合物の平衡温度は510゜Fであっ
た。
る。熱エネルギーを付与するための様々な手段により、
異なる駆動力を得ることができる。従って、ここから引
き出される関係は質的には有効であるが、異なる系では
ある程度量的な相違が認められ得る。異なる熱抵抗は、
温度及び/又は時間要件の変動を生じる。
熱抵抗が低い系では、同等の結果を得るのにより低いソ
ース温度で十分である。
ている。前述した関係は、いずれの方法に対しても同様
に有効である。本明細書に記載するデータに基づいて、
幾つかの異なる反応機を使用することができる。これら
の例には、熱回転乾燥機、薄層板状反応機、撹拌反応
機、流動層等が含まれるが、これらに限定はされない。
反応は、所望により、大気圧又は真空下で実施すること
ができる。反応は、空気中又は種々の大気中で、不活性
下又はその他の条件下で生起し得る。別の実施例として
は、DVT 130乾燥機−混合機と同一の滞留時間を適用す
る間接加熱式回転乾燥機では、同一の処理条件下にて同
様の結果が得られる。
ステンレス鋼ジャケット付きパン形状容器。この容器は
4つのアームを備え、各アームには幾つかのプラウが取
り付けられている。熱流体を使用して、容器を加熱し
た。
ラギン酸層をパンに入れ、パン全体に均一に延ばした。
試料を定期的に採取して、反応の程度及びポリスクシン
イミドへの転化率を測定した。発生した蒸気を凝縮し
た。観察された結果を以下の表8に示す。
ffei VTA 12/8板状乾燥機で、パイロットプラント規
模の試験を実施した。乾燥機は室温で作動させた。最初
の2枚の板を、次の5枚の板よりも比較的低温で維持し
た。最後の板は温度制御の問題のため使用しなかった。
各板の伝熱面積は0.35m2であり、4つのプラウアームを
備えている。最初の板を除いて、各板の第4のアーム
は、保持時間及び回転率(turnover rate)を増すため
に、逆方向に移動するプラウを有した。
d)、次いで乾燥機の第1の板に供給した。プラウは、
薄い隆起部分が板を覆うまで、装入したL−アスパラギ
ン酸を均一に分配した。付着した粉末は、次の板状の縁
部に押し出されるまで、板を横切って螺旋を描いた。そ
こで、粉末が板の中心から一掃されるまでプロセスを繰
り返した。プロセス条件が安定化すると、各板から試料
を採取して、反応の程度を測定した。板毎に粉末の色の
変化を記録して、L−アスパラギン酸からポリスクシン
イミドへの転化率をフォローすることができた。最初の
数枚の板上の粉末は淡ピンク色であり、数枚の中央板上
の粉末は黄色がかったサーモンピンク色であり、最後の
数枚の板上の粉末は黄色−黄褐色であることが観察され
た。
水分解により容易にポリアスパラギン酸に変換し得る。
Claims (2)
- 【請求項1】(a)粉末L−アスパラギン酸を間接加熱
式プレートドライヤー上に導入し、 (b)導入した粉末L−アスパラギン酸を少なくとも18
7.7℃の温度に加熱して、縮合反応を生起し、 (c)前記L−アスパラギン酸の温度を少なくとも226.
6℃まで上昇させ、 (d)L−アスパラギン酸からポリスクシンイミドへの
転化率が少なくとも80%に達するまで、温度を少なくと
も226.6℃で維持する 工程からなるポリスクシンイミドの製造方法。 - 【請求項2】請求項1に記載の方法で生成したポリスク
シンイミドを塩基加水分解することからなるポリアスパ
ラギン酸の製造方法。
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