JP3908444B2

JP3908444B2 - 糖誘導体の製造法

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Publication number: JP3908444B2
Application number: JP2000230601A
Authority: JP
Inventors: 亨西岡; 克己喜多; 毅井原; 智人木附
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2002037801A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化粧品、トイレタリー製品、外用医薬品、水溶性塗料、建材等の増粘剤、ゲル化剤、賦形剤、エマルジョン安定剤、凝集剤等として有用な多糖類誘導体の効率的な製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
糖類のヒドロキシ基の一部又は全てに置換基を導入した糖類誘導体は、様々な化粧料、トイレタリー製品等に用いられる有用な化合物である。例えば多糖類のヒドロキシ基の水素原子の一部又は全てが、長鎖アルキルグリセリルエーテル基及び／又は長鎖アルケニルグリセリルエーテル基、並びにスルホン酸基を含む置換基で置換された多糖類スルホン化体は、水溶性に優れ、その水溶液が低濃度で安定かつ高い増粘性及び優れた乳化安定化作用を示し、化粧料やトイレタリー製品に使用した場合、良好な使用感を有することが報告されている（特開平09-235301号公報等）。またカルボキシメチルセルロースやヒドロキシエチルセルロースは、化粧料、医薬品、洗剤等の極めて広範な用途に用いられている。
【０００３】
上述の多糖類スルホン化体は、多糖類の疎水化（長鎖アルキルグリセリルエーテル化及び／又は長鎖アルケニルグリセリルエーテル化）反応及びスルホン化反応により製造され、カルボキシメチルセルロースは、セルロースを水酸化ナトリウム水溶液でアルカリセルロースとし、これにクロロ酢酸ソーダを反応させる方法により、ヒドロキシエチルセルロースは、アルカリセルロースにエチレンオキサイド又はエチレンクロロヒドリンを反応させる方法により、工業的に製造されている（13599の化学商品，化学工業日報社，1999年1月発行，1009-1010頁）。
【０００４】
これら糖類のエーテル化反応は、加温しながら行うのが一般的であるが、反応系の加熱効率が悪く、所望の反応温度まで昇温するのに通常長時間を要することが多い。特に多糖類は、分子内又は分子間の高い水素結合性により反応性の低い場合が多く、エーテル化反応の選択率が良くないため、生産性の低さや経済性の観点からの問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記エーテル化反応を高い加熱効率において行うことにより、糖類誘導体を効率的かつ高い生産性で製造できる方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、糖類のエーテル化反応における加熱手段としてマイクロ波を用いれば、加熱効率が顕著に向上し、効率的に糖類誘導体を製造できることを見出した。
【０００７】
すなわち本発明は、単糖類又は多糖類に、下記(a) 及び (b)
(a)炭素数１〜５のハロアルカン若しくはハロアルケン、炭素数２〜５のエポキシアルカン若しくはエポキシアルケン、又は炭素数10〜40のアルキル基若しくはアルケニル基を有するグリシジルエーテル
(b)炭素数１〜５のヒドロキシ基が置換してもよいハロアルカンスルホン酸若しくは炭素数２〜５のエポキシアルカンスルホン酸、又はそれらの塩
から選ばれる１種以上の化合物を反応させ、単糖又は多糖類のヒドロキシ基の水素原子の一部又は全てが、下記(A) 及び (B)
(A)ヒドロキシ基が置換してもよい炭素数１〜５のアルキル基若しくはアルケニル基、又は炭素数13〜43のアルキル若しくはアルケニルグリセリルエーテル基
(B)ヒドロキシ基が置換してもよい炭素数１〜５のスルホアルキル基又はその塩
から選ばれる１種以上の基で置換された糖誘導体を得る反応であって、加熱手段としてマイクロ波を用い、反応溶媒として、原料糖類に対し５〜３００重量％の水と原料糖類に対し５〜３００重量％の炭素数１〜５の脂肪族アルコールとの混合溶媒を用いる糖誘導体の製造法を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる原料単糖類としては、グルコース、アラビノース、キシロース、リボース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、グルコサミン、ガラクトサミン等が好ましいものとして挙げられる。また本発明に用いられる原料多糖類としては、多糖類に低級アルキル基、ヒドロキシ低級アルキル基等が置換した誘導体をも含み、例えばセルロース、グアーガム、スターチ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルグアーガム、ヒドロキシエチルスターチ、メチルセルロース、メチルグアーガム、メチルスターチ、エチルセルロース、エチルグアーガム、エチルスターチ、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルグアーガム、ヒドロキシプロピルスターチ、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルグアーガム、ヒドロキシエチルメチルスターチ、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルグアーガム、ヒドロキシプロピルメチルスターチ等が好ましいものとして挙げられる。また、これら原料多糖類のメチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基等の置換基は、単一の置換基で置換されたものでもよいし、複数の置換基で置換されたものでもよく、その構成単糖残基当たりの置換度は0.1〜10が好ましく、0.5〜５がより好ましい。また、これら多糖類の重量平均分子量は、好ましくは１万〜1000万、より好ましくは10万〜500万の範囲である。これら原料単糖類又は多糖類は１種以上を使用することができる。
【０００９】
〈化合物(a)＝疎水化剤〉
糖類に化合物(a)を反応させた場合、糖類に疎水性置換基(A)を導入された疎水化糖類を得ることができる。化合物(a)のうち、炭素数１〜５のハロアルカン若しくはハロアルケン及び炭素数２〜５のエポキシアルカン若しくはエポキシアルケンのアルキル基及びアルケニル基は、直鎖及び分岐のいずれでもよく、分岐の場合の分岐位置、アルケニル基中の不飽和結合の数及び位置は特に限定されない。アルキル基の具体例としては、直鎖アルキル基として、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基及びn-プロピル基が、分岐アルキル基として、イソプロピル基、イソブチル基、ｔ-ブチル基、イソペンチル基等が挙げられる。アルケニル基の具体例としては、ビニル基、アリル基等が挙げられる。これらのうち、安定性の点から、アルキル基、特に直鎖アルキル基が好ましい。また化合物(a)のうち、炭素数10〜40のアルキル基又はアルケニル基を有するグリシジルエーテルのアルキル基及びアルケニル基は、直鎖及び分岐のいずれでもよく、分岐の場合の分岐位置、アルケニル基中の不飽和結合の数及び位置は特に限定されない。アルキル基の具体例としては、直鎖アルキル基として、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-イコシル基、n-ヘンイコシル基、n-ドコシル基、n-トリコシル基、n-テトラコシル基、n-ペンタコシル基、n-ヘキサコシル基、n-ヘプタコシル基、n-オクタコシル基、n-ノナコシル基、n-トリアコンチル基、n-ヘントリアコンチル基、n-ドトリアコンチル基、n-トリトリアコンチル基、n-テトラトリアコンチル基、n-ペンタトリアコンチル基、n-ヘキサトリアコンチル基、n-ヘプタトリアコンチル基、n-オクタトリアコンチル基、n-ノナトリアコンチル基及びn-テトラコンチル基が、分岐アルキル基として、メチルウンデシル基、メチルヘプタデシル基、エチルヘキサデシル基、メチルオクタデシル基、プロピルペンタデシル基、2-ヘキシルデシル基、2-オクチルドデシル、2-ヘプチルウンデシル基、2-デシルテトラデシル基、2-ドデシルヘキサデシル基、2-テトラデシルオクタデシル基、2-テトラデシルベヘニル基等が挙げられる。アルケニル基の具体例としては、デセニル基、ウンデセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基、ペンタデセニル基、ヘキサデセニル基、ヘプタデセニル基、オクタデセニル基、ノナデセニル基、イコセニル基、ヘンイコセニル基、ドコセニル基、トリコセニル基、テトラコセニル基、ペンタコセニル基、ヘキサコセニル基、ヘプタコセニル基、オクタコセニル基、ノナコセニル基、トリアコンテニル基、オレイル基、リノレイル基、リノレニル基が挙げられる。これらのうち、炭素数12〜36、特に16〜24のアルキル基及びアルケニル基が好ましく、また、安定性の点から、アルキル基、特に直鎖アルキル基が好ましい。これら疎水化剤(a)は１種以上を使用できる。
【００１０】
〈化合物(b)＝スルホン化剤〉
糖類に化合物(b)を反応させた場合、糖類に置換基(B)を導入することができる。スルホン化剤(b)のうち、ヒドロキシ基が置換してもよい炭素数１〜５のハロアルカンスルホン酸としては、クロロメタンスルホン酸、2-クロロエタンスルホン酸、2-クロロ-1-ヒドロキシエタンスルホン酸、3-クロロプロパンスルホン酸、3-クロロ-2-ヒドロキシプロパンスルホン酸、4-クロロブタンスルホン酸、4-クロロ-3-ヒドロキシブタンスルホン酸、5-クロロペンタンスルホン酸、5-クロロ-4-ヒドロキシペンタンスルホン酸等が挙げられる。またスルホン化剤(b)のうち、炭素数２〜５のエポキシアルカンスルホン酸としては、1,2-エポキシエタンスルホン酸、2,3-エポキシプロパンスルホン酸、3,4-エポキシブタンスルホン酸、2,3-エポキシ-1-メチルプロパンスルホン酸、4,5-エポキシペンタンスルホン酸、3,4-エポキシ-1-メチルブタンスルホン酸、3,4-エポキシ-2-メチルブタンスルホン酸、2,3-エポキシ-1,1-ジメチルプロパンスルホン酸等が挙げられる。またこれらの塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等の２族元素の塩、アンモニウム塩などが挙げられる。これらスルホン化剤(b)は１種以上を使用することができる。
【００１４】
〈反応条件等〉これら化合物(a)〜(b)から使用目的に応じ１種以上を選択して糖類と反応させることにより、目的物である置換基(A)〜(B)から選ばれる１種以上の基を有する糖類誘導体が得られるが、化合物(a)〜(b)から選ばれる２群の化合物を反応させてこれらに対応する２群の置換基を有する糖類誘導体を得るのが好ましい。特に、疎水化剤(a)及びスルホン化剤(b)を用いて、疎水性置換基(A)とスルホン酸基(B)を有する糖類誘導体を得るのが好ましい。なお、２種以上の化合物(a)〜(b)と糖類との反応は、いずれを先に行ってもよく、また同時に行ってもよいが、疎水化反応が含まれる場合には、これを先に行うのがより好ましい。
【００１５】
化合物(a)〜(b)の使用量は、糖類への置換基(A)〜(B)の所望する導入量によって適宜調整することができるが、通常、単糖類又は多糖類の構成単糖残基当たり、疎水化剤(a)は0.0001〜10当量、特に0.0003〜１当量の範囲が好ましく、化合物(b) は0.01〜10当量、特に0.05〜３当量の範囲が好ましい。
【００１６】
糖類と化合物(a)〜(b)との反応は、反応溶媒として、原料糖類に対し好ましくは５〜300重量％の水を用い、マイクロ波を照射することにより行われる。なお、化合物(a)〜(b)の溶解性を向上させ置換基(A)〜(B)を効率良く糖類に導入できる点で、水と共に、原料糖類に対して５〜300重量％、好ましくは20〜80重量％の炭素数１〜５の脂肪族アルコールを用いた混合溶媒中で反応を行うのが好ましい。使用する溶媒量が少ない場合には、主に粉体や高粘度物質の混合に最適な撹拌装置の付いた反応器を使用するのが好ましい。
【００１７】
照射するマイクロ波としては、周波数2400〜2500MHz及び890〜940MHzが好ましく、原料の単糖又は多糖類１ｇに対して0.001〜5.0wの出力が、反応性、原料の単糖又は多糖類の安定性の面から好ましい。
【００１８】
各反応はアルカリ存在下で行うのが好ましく、かかるアルカリとしては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩等が挙げられ、なかでも水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等が好ましい。アルカリの使用量は、疎水化反応においては用いる疎水化剤(a)に対しては0.1〜300モル倍量、特に1〜100モル倍量が、化合物(b)〜(e)と糖類との反応においてはこれら化合物(b)〜(e)に対し0.01〜300モル倍量、特に0.1〜100モル倍量が、良好な結果を与え、好ましい。
【００１９】
反応温度はいずれの反応も０〜200℃、特に30〜100℃の範囲が好ましい。反応終了後は、必要に応じて、酸を用いてアルカリを中和することができる。酸としては、硫酸、塩酸、リン酸等の無機酸、酢酸等の有機酸を用いることができる。また、途中で中和することなく次の反応を行うこともできる。
【００２０】
各反応において得られた糖類誘導体は、続いて次の反応に用いる場合には、中和せずそのまま用いることができるほか、必要に応じてろ過などにより分別したり、熱水、含水イソプロピルアルコール、含水アセトン溶媒等で洗浄して未反応の疎水化剤や中和等により副生した塩類を除去して使用することもできる。すべての反応が終了した後は、必要に応じて洗浄、中和等を行った後、乾燥することにより、目的とする糖類誘導体を得ることができる。また各反応において得られた糖類誘導体又は最終目的物である糖類誘導体の乾燥を行う場合は、乾燥をマイクロ波を用いて行うこともできる。この場合のマイクロ波の好ましい周波数及び出力は、前記と同様であり、また減圧にすることにより乾燥を効率良く行うことができる。
【００２１】
【実施例】
以下の実施例において、糖類誘導体の置換基(A)の置換度は、重量既知の糖類誘導体を過剰のヨウ化水素酸により分解し、生じたヨウ化アルキルを定量することにより算出した。また、置換基(B)の置換度は、コロイド滴定法により求めた。なお、ここでの「置換度」とは、構成単糖残基当たりの置換基の平均数を示す。
【００２２】
実施例１
マイクロ波照射口、攪拌装置及び還流管の付いた１Ｌ容器へヒドロキシエチルセルロース（ユニオンカーバイト社製，QP15000H，LOT.W8077P，以下「HEC」）100ｇ及びステアリルグリシジルエーテル0.61ｇ（0.45mol％対HEC）を仕込んだ。装置を密閉し、装置内の脱気（13.3kPa）と窒素置換を３回行い、反応系内の酸素を除去した。窒素置換後、粉体を攪拌しながら室温でイソプロピルアルコール50ｇ(0.5重量倍対HEC)を添加した。５分後48重量％水酸化ナトリウム水溶液6.67ｇ（20mol％）、イオン交換水36.5ｇ（総水量0.4重量倍対HEC)の混合液を、粉体の攪拌を行いながら徐々に加えた。室温で30分攪拌後、攪拌しながら、別途調製した2,3-エポキシプロパンスルホン酸ナトリウム水溶液（濃度41.1重量％）31.2ｇ（20mol％対HEC）を添加した。この混合物にマイクロ波（2450MHz）を照射し、照射のオン・オフを行いながら、30分間疎水化及びスルホン化反応を行った。反応終了後、混合物を攪拌しながら酢酸4.8ｇを添加することにより中和を行った。30分攪拌後、装置内を減圧（13.3kPa）にしながらマイクロ波（2450MHz）を照射のオン・オフを行ないながら、１時間照射することによって、黄白色粉体のヒドロキシエチルセルロース誘導体110ｇを得た。
得られたヒドロキシエチルセルロース誘導体の3-ステアリルオキシ-2-ヒドロキシプロピル基の置換度は0.0033、3-スルホ-2-ヒドロキシプロピル基の置換度は0.139であった。
【００２３】
比較例１
攪拌機、温度計及び冷却管を備えた500mLの四つ口フラスコへ、ヒドロキシエチルセルロース（ユニオンカーバイト社製，QP15000H，LOT.W8077P）20ｇ、ステアリルグリシジルエーテル0.69ｇ（2.60mol％対 HEC）及びイソプロピルアルコール128gとイオン交換水32gからなる水溶液を加え、スラリー液を調製した。窒素雰囲気下、48％水酸化ナトリウム水溶液1.33ｇ（20mol％）を加えて室温で30分撹拌した。その後、80℃までオイルバスにて昇温し、80℃で８時間疎水化反応を行なった。疎水化反応終了後、50℃まで冷却し、撹拌しながら、2,3-エポキシプロパンスルホン酸ナトリウム水溶液（濃度30％）8.53ｇ（20mol％対HEC）を加え、50℃で５時間スルホン化反応を行なった。その後、室温まで冷却し、濃塩酸1.6ｇを用いて中和してから生成物をろ別した。生成物を70％イソプロピルアルコール340ｇで３回、次いでイソプロピルアルコール120ｇで２回洗浄後、減圧下70℃で１昼夜乾燥することによって黄白色粉体のヒドロキシエチルセルロース誘導体18.5ｇを得た。
得られたヒドロキシエチルセルロース誘導体の3-ステアリルオキシ-2-ヒドロキシプロピル基の置換度は0.0031、3-スルホ-2-ヒドロキシプロピル基の置換度は0.114であった。
【００２４】
実施例１と比較例１の結果を表１に対比して示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１から明らかなように、実施例では比較例よりも短時間で反応を行うことができ、反応選択率も向上する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、高周波誘電加熱の原理により短時間で糖類のエーテル化反応を行うことができるため副反応が最小限に抑えられ、また反応剤の使用量も低減できる。これにより化粧品、トイレタリー製品、外用医薬品、水溶性塗料、建材等の増粘剤、ゲル化剤、賦形剤、エマルジョン安定剤、凝集剤等として有用なエーテル化糖類誘導体を効率的に大量かつ安価に製造することができる。

Claims

単糖類又は多糖類に、下記(a) 及び (b)
(a)炭素数１〜５のハロアルカン若しくはハロアルケン、炭素数２〜５のエポキシアルカン若しくはエポキシアルケン、又は炭素数10〜40のアルキル基若しくはアルケニル基を有するグリシジルエーテル
(b)炭素数１〜５のヒドロキシ基が置換してもよいハロアルカンスルホン酸若しくは炭素数２〜５のエポキシアルカンスルホン酸、又はそれらの塩
から選ばれる１種以上の化合物を反応させ、単糖又は多糖類のヒドロキシ基の水素原子の一部又は全てが、下記(A) 及び (B)
(A)ヒドロキシ基が置換してもよい炭素数１〜５のアルキル基若しくはアルケニル基、又は炭素数13〜43のアルキル若しくはアルケニルグリセリルエーテル基
(B)ヒドロキシ基が置換してもよい炭素数１〜５のスルホアルキル基又はその塩
から選ばれる１種以上の基で置換された糖誘導体を得る反応であって、加熱手段としてマイクロ波を用い、反応溶媒として、原料糖類に対し５〜３００重量％の水と原料糖類に対し５〜３００重量％の炭素数１〜５の脂肪族アルコールとの混合溶媒を用いる糖誘導体の製造法。
反応終了物の乾燥をマイクロ波を用いて行なうものである請求項１記載の製造法。
原料の多糖類又は単糖類が、セルロース、グアーガム、スターチ、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルグアーガム、ヒドロキシエチルスターチ、メチルセルロース、メチルグアーガム、メチルスターチ、エチルセルロース、エチルグアーガム、エチルスターチ、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルグアーガム、ヒドロキシプロピルスターチ、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルグアーガム、ヒドロキシエチルメチルスターチ、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルグアーガム、ヒドロキシプロピルメチルスターチ、グルコース、アラビノース、キシロース、リボース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、グルコサミン及びガラクトサミンから選ばれるものである請求項１又は２記載の製造法。