JP4559568B2

JP4559568B2 - シクロデキストリン誘導体及びこれを利用した水の汚染度の測定方法

Info

Publication number: JP4559568B2
Application number: JP29571199A
Authority: JP
Inventors: 昭彦上野; 娟王
Original assignee: 昭彦上野; 日本ヘルス工業株式会社
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2019-09-10
Also published as: JP2001131204A; US6475803B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシクロデキストリン誘導体及びこれを利用した水の汚染度の測定方法に関し、更に詳細は、本発明のシクロデキストリン誘導体を使用して浄水器において使用される浄水カートリッジの汚染度を測定することにより、取り替え時期を察知するようになした水の汚染度の測定方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来飲料水の浄水方法として、種々の浄水器が使用されているが、これらに利用されている浄水カートリッジの取り替え時期を検知することが難しく、浄水カートリッジの汚染度を測定するのではなく、一定期間の経過をもって取り替え時期としているのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、従来有機化合物とシクロデキストリン誘導体の蛍光性との関連について研究を重ね、取り扱ったこれらのシクロデキストリン誘導体を我々の身近な水の汚染度の検索用（センサー）としての関連性を追求してきたが、満足する化合物が得られなかった。
【０００４】
しかし、これらシクロデキストリン誘導体を選択して水に溶かし、その水溶液に有機化合物を添加して、紫外線を照射し各々発現する蛍光の強度を測定した。
そして、これらの添加量と蛍光強度との関係グラフから、使用したシクロデキストリン誘導体の化学構造上、ナフトール修飾シクロデキストリンが強い蛍光強度を示す傾向を認め、ナフタレン環上の水酸基の位置が異なった種々のシクロデキストリン誘導体の合成を試み、上記の要請に応えるべく研究を行った。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記のような理由から、ナフトール環を持つものとして、シクロデキストリン誘導体について検討した結果、シクロデキストリン誘導体が蛍光発現体として優秀であることを認めることができた。
【０００６】
而して、本発明の要旨とするところは、６−デオキシ−６−アミノ−β−シクロデキストリン又は６−デオキシ−６−アルキルジアミノ−β−シクロデキストリン（但し、アルキル基の炭素数（ｎ）は１〜１０である。）にＡ−ヒドロキシ−Ｂ−ナフトエ酸（但し、Ａ、Ｂは１〜８の整数であり、Ａ≠Ｂである。）を付加加成してなる６−デオキシ−６−（Ａ−ヒドロキシ−Ｂ−ナフトアミド）−β−シクロデキストリン又は６−デオキシ−６−［ｎ−（Ａ−ヒドロキシ−Ｂ−ナフトアミド）アルキルアミノ］−β−シクロデキストリン（但し、ｎは前記アルキル基の炭素数（ｎ）と同一である。）をホスト化合物とするシクロデキストリン誘導体にある。
【０００７】
更に、このシクロデキストリン誘導体を微量の汚染物質を溶存する水中に添加してこれに紫外線を照射するとき、この中の特定波長に対応した強度の蛍光を発することを利用した水の汚染度の測定方法となることをも特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明のシクロデキストリン誘導体の合成等に先立って、本願発明の完成に至った研究経過について以下説明する。
蛍光による検出対象として選択した有機化合物は、次の通りである。
これらは、いずれもシクロデキストリン空孔内に包接されるゲスト化合物であり、シクロデキストリン誘導体をホスト分子とする時、ホスト・ゲスト錯体を形成するものである。
【０００９】
【化１】

【００１０】
【化２】

【００１１】
【化３】

【００１２】
【化４】

【００１３】
【化５】

【００１４】
【化６】

【００１５】
【化７】

【００１６】
上記化合物（１）〜（７）について各々をゲストとして、ホストの緩衝水溶液に添加して、常法により紫外線を照射して、各々の発現する蛍光強度を、各々添加量を増した場合のグラフとして図１〜図３に示した。
尚、同図中、ΔＩはＩ−Ｉ_０であり、Ｉ_０とＩはゲスト無添加及び添加時における一定波長（λｅｍ）の蛍光強度を示すものである。“１”と“３”の場合はλｅｍを５００ｎｍとし、“２”の場合はλｅｍを４９０ｎｍとした。
【００１７】
また、図１はハロゲン化物、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素添加のΔＩ曲線図であり、図２はベンゼン添加のΔＩ曲線図であり、図３は２−ジメチルイソボルネオール、ジェオスミンの添加のΔＩ曲線図を示したものである。
【００１８】
これらグラフから化合物“１”についてはΔＩは添加増量に従って曲線は軟上しているが、化合物“２”についてはΔＩは逆に急降下の傾向が見られる。
【００１９】
この結果は化合物“１”の場合、ハロゲン化物の存在により蛍光強度が増大するが、化合物“２”の場合は、蛍光強度が減少することを意味する。
【００２０】
尚、これらグラフ中、最も蛍光強度の変化量が大きいのは、図３の２−ジメチルイソボルネオール、ジェオスミンであるが、特に２−ジメチルイソボルネオールの強度の変化量が大きい。
【００２１】
本発明のシクロデキストリン誘導体を合成するに至った経過を次に示す。
前記記載の諸化合物が存在すると紫外線照射によりホストの蛍光強度が変化することを認めた。更に、各化合物のこれらの蛍光強度曲線図から、各化合物の主鎖（主核）が直線状から環状になるに従って蛍光強度の変化が増大することが観察される。
【００２２】
試みに、本発明者らが関連するナフトール誘導体の水溶液にシクロデキストリンを添加したものについての蛍光強度は、増大することを認めた。
【００２３】
この事実から、本発明者らは、シクロデキストリンにナフトール単位を結合したものがゲスト化合物の添加により蛍光強度を減少あるいは増大させるのではないかと考え、以下のようにシクロデキストリン誘導体を合成した。
【００２４】
本発明のシクロデキストリン誘導体は次の“１”、“２”、“３”の通りである。
【００２５】
尚、本明細書において使用する、下記の化学式〔化８〕において示される中空円錐台は、シクロデキストリンの立体構造を模式的に表したものであり、この標記は、しばしば使用され、当業者はよく知っている（「蛋白質核酸酵素」Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．９（１９９６）、１４０７〜１４１４参照）。この中空円錐台の上端開口部は一級水酸基側であり、下端部開口部は二級水酸基側である。
【００２６】
【化８】

【００２７】
【化９】

【００２８】
【化１０】

【００２９】
【化１１】

【００３０】
尚、前記化９、化１０、化１１の化合物において、デキストリン誘導体の原料ナフタレン環のＯＨの位置は任意に置換することもできる。
また、前記化１１の化合物において、シクロデキストリン体とナフタレン環との結合鎖の炭素数は１〜１０の化合体を使用することができる。
【００３１】
本発明に基づいて得られた６，１−ＮＡβＣＤ、２，３−ＮＡβＣＤ及び６，１−Ｃ_４−ＮＡβＣＤは、いずれも水への溶解性があり、これらを溶かした水溶に紫外線を照射すると蛍光を発現することは前記の通りである。
【００３２】
尚、この場合、波長が５００ｎｍ前後でいずれも蛍光強度曲線のピークを示すことが分かった。
【００３３】
尚、上記“１”、“２”、“３”の合成は、次の流れに従って行った。
【００３４】
【化１２】

【００３５】
上記“１”、“２”、“３”の合成の流れの図中、中間体の、６−Ｏ−Ｔｓ−βＣＤ、６−アミノβＣＤ及び６−Ｃ_４−βＣＤの中間物としての各々の合成にいてに記載する。
【００３６】
〔各中間体の合成〕
（ａ）中間物６−Ｏ−Ｔｓ−βＣＤの合成：β−ＣＤ４４ｇを３ＮＮａＯＨ水溶液８００ｍｌに溶解し、ｐ−トルエンスルホニルクロリド２２ｇを加え、攪拌しつつ０〜５℃で４０分間反応させた。反応終了後、メンブレンフィルターにより濾過して、濾液を３ＮＨＣｌで中和し、生成物を沈澱させ、沈澱を回収、乾燥し、白い粉末を得た。この白い粉末を約７００ｍｌ水に加熱溶解させ、不溶物をメンブレンフィルターにより除去し、一晩静置した後、目的物の白色結晶１０ｇを濾過で得た。化合物の同定はＴＬＣ、マススペクトルと^１Ｈ−ＮＭＲによって行った。
【００３７】
（ｂ）６−アミノβＣＤの合成：６−Ｏ−Ｔｓ−βＣＤ４．４ｇを水５０ｍｌに溶解し、ＮａＮ_３２．５ｇを加え、懸濁液のまま攪拌しつつ８０℃で４．５時間反応させた。反応溶液が透明になった時、反応を一旦止めて、ロータリーエバポレーターによって、濃縮乾固させ、白い固体を得た。この白い固体を溶媒ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５０ｍｌに溶解し、トリフェニルフォスフィン２．５ｇを加え、攪拌しつつ室温で５時間反応させた後、濃アンモニア水８ｍｌを加え、更に３時間反応させた。反応終了後、アセトンを用いて再沈させ、引き続きＣＭ−セファデックスＣ２５を担体として用いたカラムクロマトグラフィーにより精製して、６−アミノβＣＤ２．０ｇを得た。化合物の同定はＴＬＣ、マススペクトルと^１Ｈ−ＮＭＲによって行った。
【００３８】
（ｃ）６−Ｃ_４−βＣＤの合成：６−Ｏ−Ｔｓ−βＣＤ３．１ｇを１，４ジアミノブタン２０．０ｇに加え、攪拌しつつ７０℃で１８時間反応させた。反応終了後、アセトンにより再沈を行い、引き続きＣＭ−セファデックスＣ２５を担体として用いたカラムクロマトグラフィーにより精製すると、６−ジアミノブタンβＣＤ（６−Ｃ_４−βＣＤ）１．５ｇを得た。化合物の同定はＴＬＣ、マススペクトルと^１Ｈ−ＮＭＲによって行った。
【００３９】
上記の中間体を使用して“１”、“２”、“３”各々の合成プロセスを次項に記載する。
〔主体の合成〕
（ａ）“１”の合成：６−アミノβＣＤ０．５ｇをＤＭＦ３０ｍｌに溶解し、６−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸０．０８２ｇ、ジシクロヘキシルカルボジイミド（ＤＤＣ）０．０８９ｇ及びヒドロキシベンゾトリアゾール（ＨＯＢｔ）０．０５８ｇを加えて、０℃で２時間攪拌し、その後室温で７０時間反応させた。反応生成物を濾過後、アセトンによる再沈、更にクロロホルムによる再沈を行い、粗生成物０．４３ｇを得た。続いて、粗生成物をセファデックスＬＨ２０を担体として用いたカラムクロマトグラフィーにより精製し、淡褐色の粉末０．３０ｇを得た。
【００４０】
（ｂ）“２”の合成：“１”の合成で使用した６−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸の代わりに２−ヒドロキシ−３−ナフトエ酸を用いて行った。粗生成物０．１４ｇを得た。薄いベージュ色の粉末精製物は０．０７ｇを得た。
【００４１】
（ｃ）“３”の合成：６−Ｃ_４−βＣＤ０．５ｇをＤＭＦ１３ｍｌに溶解し、６−ヒドロキシ−１−ナフトエ酸０．０８６ｇ、ＤＣＣ０．０９４ｇ及びＨＯＢｔ０．０６２ｇを加えて、０℃で２時間攪拌し、その後室温で２２時間反応させた。反応生成物を濾過後、アセトンによる再沈を行い、引き続きＣＭ−セファデックスＣ２５を担体として用いたカラムクロマトグラフィーにより精製し、アイボリー色の粉末０．４８ｇを得た。
【００４２】
尚、合成した“１”、“２”、“３”についての確認分析値は表１の通りである。
【００４３】
【表１】

【００４４】
〔化合物の物性〕
“１”と“３”は水によく溶ける。“２”は水にちょっと溶けにくい。但し、検出する時必要な濃度範囲に溶ける。また、それらは水溶液のｐＨの増加により溶けやすくなる。
【００４５】
尚、同表において、ＴＬＣはＭｅｒｃｋ社のＴＬＣプレート（シリカゲル６０Ｆ_２５４層厚０．２５ｍｍ）を用い、下記展開溶媒を用いた。
濃アンモニア：酢酸エチル：２−プロパノール：水＝１：３：５：４
【００４６】
光吸収単位であるナフトール単位は、展開したプレートにＵＶランプの光を当て、発光（蛍光）を肉眼で確認した。シクロデキストリン部分はアニス試薬（１０％濃硫酸エタノール溶液とアニスアルデヒドエタノール溶液との１：１混合液）をプレートに吹き付け、ヒートガンで加熱して、紫色のスポットにより確認した。
Ｒ_ｆ＝（化合物の移動距離）／（展開溶媒の展開距離）
【００４７】
マススペクトルは島津製作所のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ質量分析機により測定した。
【００４８】
^１Ｈ−ＮＭＲの測定は、ＶａｒｉａｎＶＸＲ（５００ＭＨｚ）を用いて行った。
【００４９】
〔各主体に関する蛍光強度について〕
前記の通り合成して得られた“１”、“２”、“３”について常法により蛍光強度に関する測定を行った。
測定条件は次の通りである。
測定条件：“１”の濃度は１．０×１０^−４ＭとなるようにｐＨ９．２８の０．００５ＭＮａ_２ＣＯ_３−ＮａＨＣＯ_３緩衝液に溶解し、２５℃、励起波長（λｅｘ）を３３７ｎｍとした。
【００５０】
“２”の濃度は１．０×１０^−４ＭとなるようにｐＨ７．２６の０．０５ＭＮａＨ_２ＰＯ_４−ＮａＯＨ緩衝液に溶解し、２５℃、λｅｘを３３４ｎｍとした。
【００５１】
“３”の濃度は５．０×１０^−５ＭとなるようにｐＨ９．２８の０．００５ＭＮａ_２ＣＯ_３−ＮａＨＣＯ_３緩衝液に溶解し、２５℃、λｅｘを２９５ｎｍとした。
【００５２】
〔実施例〕
本発明に基づいて得られた６，１−ＮＡβＣＤ、２，３−ＮＡβＣＤ及び６，１−Ｃ_４−ＮＡβＣＤは、いずれも親水性であり、これらを溶かした水溶液に紫外線を照射すると蛍光を発現することは前記の通りである。
【００５３】
尚、この場合、波長が５００ｎｍ前後でいずれも蛍光強度曲線のピークを示すことが分かった。
【００５４】
そこで、実施例として、“１”、“２”、“３”の緩衝水溶液中にクロロホルムを添加する人為的な汚染実験を行った。その結果は図４、図５、図６の通りである。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は上記の如き構成であり、本発明に基づいたシクロデキストリン誘導体はいずれも水の汚染度に対する蛍光強度を測定することによって、水の汚染度を容易に知ることができる。
【００５６】
特に水道水の浄化プロセスにおいて従来のように長時間と諸操作を経ることなく、光学的に汚染度を測定することにより、迅速に測定することが可能であり、水道浄化プロセスの管理等にきわめて有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】“１”と“２”の緩衝水溶液中にハロゲン化物を添加して常法により紫外線を照射して、“１”、“２”の発現する蛍光スペクトルの強度変化を、各々添加量を増して示した場合のグラフである。
【図２】“１”と“２”の緩衝水溶液中にベンゼンを添加して常法により紫外線を照射して、“１”、“２”の発現する蛍光スペクトルの強度変化を、各々添加量を増して示した場合のグラフである。
【図３】“１”と“２”の緩衝水溶液中にカビ臭物質を添加して常法により紫外線を照射して、“１”、“２”の発現する蛍光スペクトルの強度変化を、各々添加量を増して示した場合のグラフである。
【図４】クロロホルムの添加に伴う緩衝液中の“１”の蛍光スペクトルの変化を示すグラフである。
【図５】クロロホルムの添加に伴う緩衝液中の“２”の蛍光スペクトルの変化を示すグラフである。
【図６】クロロホルムの添加に伴う緩衝液中の“３”の蛍光スペクトルの変化を示すグラフである。

Claims

６−デオキシ−６−アミノ−β−シクロデキストリン又は６−デオキシ−６−アルキルジアミノ−β−シクロデキストリン（但し、アルキル基の炭素数（ｎ）は１〜１０である。）にＡ−ヒドロキシ−Ｂ−ナフトエ酸（但し、Ａ、Ｂは１〜８の整数であり、Ａ≠Ｂである。）を付加加成してなる６−デオキシ−６−（Ａ−ヒドロキシ−Ｂ−ナフトアミド）−β−シクロデキストリン又は６−デオキシ−６−［ｎ−（Ａ−ヒドロキシ−Ｂ−ナフトアミド）アルキルアミノ］−β−シクロデキストリン（但し、ｎは前記アルキル基の炭素数（ｎ）と同一である。）をホスト化合物とするシクロデキストリン誘導体。
請求項１記載のシクロデキストリン誘導体を微量の汚染物質を溶存する水中に添加してこれに紫外線を照射するとき、特定波長において蛍光を発することを利用した水の汚染度の測定方法。