JP4980437B2

JP4980437B2 - フラーレン誘導体とその製造方法、並びにこれを用いたアレルゲン吸着剤

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Publication number: JP4980437B2
Application number: JP2010025303A
Authority: JP
Inventors: 研小久保; 武野口
Original assignee: Totai Co Ltd; Osaka University NUC
Current assignee: Totai Co Ltd; Osaka University NUC
Priority date: 2010-02-08
Filing date: 2010-02-08
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-02-08
Also published as: US20130041185A1; US8957261B2; CN102858686A; US8987526B2; US20150011802A1; EP2535313A1; WO2011096349A1; CN102858686B; EP2535313B1; JP2011162468A; EP2535313A4

Description

本発明は、アレルゲンを速やかに吸着するフラーレン誘導体ならびにその製造方法に関するものである。

我が国における花粉症患者は国民全体の約２割に達すると推定されているが、その数の多さに比して、根源的な治療法が確立されていないのが現状である。そのため、医療的には対症療法や減感作療法が行われているものの、安価かつ簡便な主な花粉対策としては、マスクの着用や空気清浄機の使用が依然として効果を挙げている。また、このような状況は、世界各国においても同様に見受けられる。

これまでに、花粉やアレルゲンを吸着または不活性化する機能を有する物質や材料を、マスクやフィルター製品に使用することが提案されている。例えば、特開２０００−５５３１号公報（特許文献１）では、茶ポリフェノールがアレルゲン物質のアレルギー活性を不活性化するものとして提案されている。特開２００２−１６７３３２号公報（特許文献２）には、シリカや酸化チタンのような無機微粒子を不織布に含浸坦持させて、アレルゲンを吸着することが開示されている。特開２００４−２０４４０１号公報（特許文献３）では、第四級アンモニウム塩のような正電荷をもつ官能基を有する高分子繊維を用いる花粉吸着材が提案されている。

このように従来種々の対策が検討されてきたが、その除去効果については常に向上が期待されるばかりでなく、幅広い種類のアレルゲン、菌、またはウィルス等に対しても作用することを目指し、まったく新しいタイプのアレルゲン吸着剤の開発が望まれている。

特開２０００−５５３１号公報特開２００２−１６７３３２号公報特開２００４−２０４４０１号公報

本発明は、上記のような現状に鑑みて、花粉症を引き起こす原因となるアレルゲンを短時間で効率的に吸着して再放出せず、人体に悪影響を及ぼす金属などを含まない吸着剤を提供することを目的とする。

また、本発明は、各種の材料の表面に塗布、含浸、または化学的に結合させやすい新規なフラーレン誘導体を提供することを目的とする。

本発明はそのような吸着剤またはフラーレン誘導体を製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、水酸基とハロゲン基の両方を有することを特徴とするフラーレン誘導体により前記目的を達成した。

本発明は、フラーレン核に水酸基とハロゲン基の両方が直接結合しているフラーレン誘導体であり、一般式ＣpＸn（ＯＨ）m（pは６０以上の偶数、Ｘはハロゲン基、nは０より大きな（０を含まない）４８以下の数、mは０より大きな４４以下の数）で表わされることを特徴とするフラーレン誘導体により前記目的を達成した。

この場合、ハロゲン基は特に限定されないが、塩素、臭素、フッ素であることが好ましい。

出発原料のフラーレンとしては、Ｃ₆₀またはＣ₇₀、或いはＣ₆₀を含む、Ｃ₇₀以上の高次フラーレンとの混合物を使用できる。

また、本発明は、フラーレン核にハロゲン基が結合しているハロゲン化フラーレンを、一部のハロゲン基を残したまま、水酸基をフラーレン核に結合させて、部分ハロゲン化水酸化フラーレンを生成することを特徴とするフラーレン誘導体の製造方法により前記目的を達成した。

ハロゲン基が塩素である塩素化フラーレンの場合は、過酸化水素、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムと反応させて、部分塩素化水酸化フラーレンを生成できる。

ハロゲン基が臭素である臭素化フラーレンを水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムと反応させて、部分臭素化水酸化フラーレンを生成できる。

更に、本発明は、フラーレン核に水酸基が結合している水酸化フラーレンを、一部の水酸基を残したまま、ハロゲン基をフラーレン核に結合させて、部分ハロゲン化水酸化フラーレンを生成することを特徴とするフラーレン誘導体の製造方法により前記目的を達成した。

また、本発明は、フラーレン核に水酸基が結合している水酸化フラーレンを、塩化ヨウ素と反応させて、一部の水酸基を残したまま、塩素をフラーレン核に結合させて、部分塩素化水酸化フラーレンを生成することを特徴とするフラーレン誘導体の製造方法により前記目的を達成した。

本発明によれば、上述のフラーレン誘導体を含んでいるアレルゲン吸着剤を提供する。

本発明のフラーレン誘導体はフラーレン核に直接、水酸基およびハロゲン基が結合しており、人体に悪影響を及ぼす金属などを含んでいない。

また、本発明のフラーレン誘導体は、花粉症を引き起こす原因となるアレルゲンを短時間で効率的に吸着することができ、しかも一旦吸着したアレルゲンを再放出することがない。すなわち、アレルゲンのような蛋白質はアミノ基やカルボキシル基を多数有することから、水酸基やハロゲン基のような分極能の高い官能基と化学的に相互作用しやすいので、アレルゲンを短時間で効率的に吸着することができる。

なお、本発明者が鋭意研究したところ、アレルゲンのような蛋白質は親水性官能基を有しているので、フラーレンが親水性表面を有していることが必要と考えて、水酸化フラーレン（水酸基のみが結合しているフラーレン誘導体）を検討したが、充分な成果が得られなかった。本発明の水酸基とハロゲン基を併せ持ったフラーレン誘導体としたことにより、アレルゲンの吸着に関して充分な成果が得られた。

本発明によれば、ナノサイズの球状炭素分子であるフラーレンの誘導体であるので、表面積を増大させることができ、吸着剤に適している。すなわち、吸着剤の重量が同じであれば、吸着剤の粒子径と表面積は反比例の関係にあり、粒子径が小さくなれば吸着の表面積が増大するので、本発明のフラーレン誘導体は吸着剤として適している。

また、本発明のフラーレン誘導体は水酸基とハロゲン基を併せ持つものであり、親水性と疎水性とを併せ持つ両親媒性という特性を有している。このため、本発明のフラーレン誘導体は各種の材料の表面に塗布、含浸、または化学的に結合させることができる。

本発明のフラーレン誘導体は花粉症の原因物質であるアレルゲン（スギ花粉の場合は蛋白質Cry j 1 が主要物質）の吸着剤として用いることができ、花粉除去効果の高いマスク、空気清浄機フィルターなどに応用することができる。

本発明によれば、多数の水酸基とハロゲン基を併せ持つ新規なフラーレン誘導体を、比較的簡便な方法で製造することができる。すなわち、ハロゲン化フラーレンの部分水酸化または水酸化フラーレンの部分ハロゲン化により合成することができる。

水溶性水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏのフーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）による赤外線吸収スペクトル図であり、縦軸に透過率、横軸に波数をとった。部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₁₀（ＯＨ）₃₀・５Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₂（ＯＨ）₃₈・６Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₁₅（ＯＨ）₁₅・９Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₅（ＯＨ）₁₅・５Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₈のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₀.₅（ＯＨ）₃₅.₅・８Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₂₈のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₃（ＯＨ）₂₅・６Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。臭素化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₁₆のＦＴ−ＩＲスペクトル図である。部分臭素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₄.₅（ＯＨ）₉・４Ｈ₂ＯのＦＴ−ＩＲスペクトル図である。各反応時間ごとのアレルゲン減少率を示す図である。

以下、本発明を詳細に説明する。

本発明による新規なフラーレン誘導体は水酸基とともにハロゲン基をフラーレン核に有しているものである。

より具体的には、一般式ＣpＸn（ＯＨ）m（pは６０以上の偶数、Ｘはハロゲン基、nは０より大きな４８以下の数、mは０より大きな４４以下の数）で表わされるフラーレン誘導体である。

なお、本発明のフラーレン誘導体は、二次結合水を含んでいても良いし、或いは含んでいなくても良い。水酸基数が少ない場合は二次結合水は含まれず、多くなるに従って二次結合水が含まれる傾向がある。

本発明のフラーレン誘導体の製造に使用するフラーレンとしては、球状炭素分子であれば特に制限はないが、好ましくはＣ₆₀、Ｃ₇₀またはＣ₆₀とＣ₇₀以上の高次フラーレン（例えばＣ₇₆、Ｃ₇₈、Ｃ₈₀、Ｃ₈₄、Ｃ₈₆など）との混合物である。実施例のフラーレンはＣ₆₀であるが、フラーレンＣ₆₀に限らず、化学・物理的性質が類似のフラーレンＣ₇₀や、あるいはＣ₆₀を含む混合フラーレン（Ｃ₆₀、Ｃ₇₀、高次フラーレンの混合物）を出発原料として行っても、同様な構造ならびに同様な性質を有する化合物が得られるものと考えられる。

本発明におけるハロゲン基（Ｘ）は、周期表７Ｂ族に属する１価基の元素うち、フッ素（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）および臭素（Ｂｒ）が好ましい。

本発明のフラーレン誘導体は、ハロゲン化フラーレンの水酸化（或いは加水分解）または水酸化フラーレンのハロゲン化（或いはハロゲン基置換反応）により、部分水酸化または部分ハロゲン化することにより製造する。置換反応が行われる場合は中程度の進行度合い（すなわち、部分水酸化または部分ハロゲン化）までしか行わない。純粋に付加反応のみが行われる場合は理論上は反応が終了するまで行ってもよい。

ハロゲン化フラーレンの水酸化は主として置換反応により行なわれるので、一部のハロゲン基が残っている状態までしか反応を行わせない（反応条件、時間、試薬の当量等により制御できる）。また、ハロゲン化フラーレンを水酸化する際に水酸基の付加反応も同時に行われたり、二次結合水として含まれたりすることがある。

水酸化フラーレンのハロゲン化は主として付加反応で行われるが、実施例によれば出発原料である水酸化フラーレンの水酸基数が多い場合は、反応後の生成物では水酸基数が減少しており、ハロゲン基の導入が置換反応により行われたものと考えられる。

本発明のフラーレン誘導体の出発原料となるハロゲン化フラーレンまたは水酸化フラーレンは既に知られている。

例えば、塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌｎは、フラーレンＣ₆₀を出発原料として塩素化したもので、その製造方法も下記の非特許文献１〜３により既に知られている。
〔非特許文献１〕J.Am.Chem.Soc.,1991，113，9900
〔非特許文献２〕J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1993，1230
〔非特許文献３〕Eur.J.Org.Chem.,2005，4951
フッ素化フラーレン、塩素化フラーレンおよび臭素化フラーレンの製造方法が下記特許文献４に開示されている。
〔特許文献４〕特開２００２−１９３８６１号公報
下記非特許文献４にはフッ素化フラーレンＣ₆₀Ｆ₄₈の製造方法が開示されている。
〔非特許文献４〕Angew.Chem.Int.Ed.2001，40，2285
下記非特許文献５には臭素化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₁₆の製造方法が開示されている。
〔非特許文献５〕Science,1992，256，822
なお、本発明のフラーレン誘導体の製造方法において、出発原料となるハロゲン化フラーレンは、どのような方法で製造したものであってもよい。

水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）ｍは、フラーレンＣ₆₀を出発原料として水酸化したもので、その製造方法も既に知られている。例えば、
〔特許文献５〕特開平７−４８３０２号公報
〔特許文献６〕国際公開ＷＯ２００８／０９６７６３号公報
〔非特許文献６〕J.Org.Chem.,1994，59，3960
〔非特許文献７〕Synth.Commun.,2005，35，1803
〔非特許文献８〕ACS Nano,2008，2，327
などに開示されている方法により製造することができる。

なお、本発明のフラーレン誘導体の製造方法において、出発原料となる水酸化フラーレンは、どのような方法で製造したものであってもよい。

更に、ハロゲン化フラーレンのハロゲン基をすべて水酸基に置換する方法は下記文献に記載されている。
〔特許文献４〕特開２００２−１９３８６１号公報
〔非特許文献９〕Fullerenes,Nanotubes,and Carbon Nanostructures, 2005，13，331
上記のように従来からハロゲン化フラーレンや水酸化フラーレンは知られているが、本発明のフラーレン誘導体のようにハロゲン基と水酸基が共存した部分ハロゲン化水酸化フラーレン誘導体はこれまでに知られていない。

ハロゲン基が塩素である場合、本発明のフラーレン誘導体は、フラーレンを塩素化フラーレンまたは水酸化フラーレンとした後に、或いは公知の塩素化フラーレンまたは水酸化フラーレンを使用して、塩素化フラーレンの部分水酸化（ｍｅｔｈｏｄＡ）または水酸化フラーレンの部分塩素化（ｍｅｔｈｏｄＢ）することにより合成することができる。例えば、フラーレンがＣ₆₀である場合、下記化１に示すようになる。

塩素化フラーレンを部分水酸化（ｍｅｔｈｏｄＡ）する場合、導入される塩素置換基の数ｎは出発原料の塩素化フラーレン中の塩素置換基数ｎ’と同じか、または水酸基への置換反応により減少している。部分水酸化の方法は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの塩基触媒を用いた一般的な加水分解反応や、過酸化水素水を用いる水酸化反応があるが、これら手法に特に限定されるものではない。例えば、部分水酸化するための水酸化試薬としては、水酸化ナトリウムや水酸化カリウムの他に、ＬｉＯＨ、ＲｂＯＨ、ＣｓＯＨ、Ｃａ（ＯＨ）₂、Ｓｒ（ＯＨ)₂、Ｂａ（ＯＨ）₂、ＴｌＯＨ、ｎＢｕＮ（ＯＨ）、ＴｒｉｔｏｎＢなどが挙げられる。

水酸化フラーレンを部分塩素化（ｍｅｔｈｏｄＢ）する場合、導入される水酸基の数ｍは出発原料の水酸化フラーレン中の置換基数ｍ’と同じか、または塩素への置換反応により減少するか、或いは反応処理中の操作により増加してもよい。部分塩素化の方法は、塩化ヨウ素（ＩＣｌ）を用いる塩素化反応を実施例では示したが、この試薬に特に限定されるものではない。例えば、塩化ヨウ素の他に、ＰＯＣｌ₃、ＰＣｌ₅、ＳｂＣｌ₅、ＶＣｌ₄、ＶＯＣｌ₃、ＭｏＣｌ₅、ＫＩＣｌ₄などが挙げられる。

本発明の出発原料（ハロゲン化フラーレンまたは水酸化フラーレン）の製造、ハロゲン化フラーレンの水酸化または水酸化フラーレンのハロゲン化において使用可能な溶媒としては、例えば
ｏ−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、トリメチルベンゼン、キシレン、トルエン、ベンゼンなどの芳香族溶媒、
塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタンなどのハロゲン溶媒、
ＴＨＦ、エーテル、酢酸エチル、ジオキサン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯなどの非プロトン性極性溶媒、
その他、二硫化炭素、アセトニトリルなどが考えられる。

前記化１における数ｎおよびｍに関しては特に制限はないが、ｎおよびｍは少なくとも０より大きく、ｎはＣ₆₀Ｃｌｎ’において知られている最大数３０（前述の非特許文献３参照）より小さく、ｍはＣ₆₀（ＯＨ）ｍ’において知られている最大数４４（前述の特許文献５参照）より小さい。また、それらの数については、一種類の異性体に固有の数であってもよく、たくさんの異性体混合物の平均数であってもよい。更に、これら置換基のフラーレン核の表面における導入位置については、特に特定されるものではない。

ハロゲン基が臭素またはフッ素である場合も、上記化１と同様に臭素化フラーレンまたはフッ素化フラーレンを水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの塩基触媒を用いた一般的な加水分解反応や、過酸化水素水を用いる水酸化反応により、部分水酸化すればよい。

この場合も、合成されたフラーレン誘導体における臭素またはフッ素の置換基の数ｎは出発原料中の置換基数ｎ’と同じか、または水酸基への置換反応により減少している。出発原料となる臭素化フラーレンまたはフッ素化フラーレンにおいて置換基数が多いものとして、前記非特許文献４および特許文献４に記載されているようにＣ₆₀Ｆ₄₈が知られているので、本発明のフラーレン誘導体におけるハロゲン基の置換基の数ｎは最大でも４８以下である。

本発明の合成方法は、フラーレンＣ₆₀に限らず、化学・物理的性質が類似のフラーレンＣ₇₀や、或いはＣ₆₀を含む混合フラーレン（Ｃ₆₀、Ｃ₇₀、高次フラーレンの混合物）を出発原料として行っても、同様な構造ならびに同様な性質を有する化合物が得られるものと考えられる。

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

＜水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏの合成＞
特許文献６に開示された方法により合成した。すなわち、Ｃ₆₀（市販品：商品名「ｎａｎｏｍｐｕｒｐｌｅ」フロンティアカーボン社製）１００ｍｇをトルエン（５０ｍＬ）に溶解させ、３０％過酸化水素水５ｍＬおよび相間移動触媒として水酸化テトラｎ−ブチルアンモニウム（４０％水溶液、５００μＬ）を加え、６０℃で１６時間攪拌した。この溶液から無色になったトルエン層を除去した。トルエン層除去後の水層を、ヘキサン、ジエチルエーテル、２−プロパノールをそれぞれ５：５：７の割合で混合した溶液８５ｍＬに超音波照射しながら滴下し、淡黄色固体を析出させた。生じた沈殿を遠心分離により沈降させた後、デカンテーションにより上澄み液を除いた。この固体を６０ｍＬのジエチルエーテルを用いて洗浄し、再沈降させた後、上澄み液を除き、室温で終夜真空乾燥した。これにより反応粗生成物の水酸化フラーレンを淡黄色粉末として得た。

更に、残留している触媒を除くために、この固体を３ｍＬの水に溶解させ、重さ約１ｇのフロリジール（６０〜１００ｍｅｓｈ）を長さ約６ｃｍに充填したカラムクロマトグラフィーに通した。触媒除去後の水溶液を、０．４５μｍのメンブレンフィルターに通して完全にフロリジールも除去した。この水溶液に、水の体積に対して５：５：７の比でヘキサン、ジエチルエーテル、２−プロパノールを加えて淡黄色固体を析出させた。この固体を室温で終夜真空乾燥して、精製した生成物である水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏを淡黄色粉末として得た（収量１４９ｍｇ、収率６７％）。得られた生成物の赤外線吸収（ＩＲ）スペクトルを図１に示す。

＜部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₁₀（ＯＨ）₃₀・５Ｈ₂Ｏの合成＞
上記の方法により得たＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏ（２００ｍｇ）をテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）２．５ｍＬ中に超音波を５分間照射することでよく分散させて、ＩＣｌ（０．５ｍＬ）を加え、室温（ｒｔ）で２．５時間反応を行った（下記化２）。固体が消失し、赤褐色のクリアな溶液になったことを確認した後、減圧下においてＴＨＦ、ＩＣｌを、エバポレータを用いて留去した。更に、残渣中に黒紫色固体として含まれる副生したヨウ素を除去するため、ヘキサンを用いて約２０回洗浄することを繰り返し、ろ液の色が薄い赤色になったところで褐色固体を遠心分離により取り出し、室温で終夜真空乾燥を行った（収量２０８ｍｇ、収率１００％）。

このようにして得られた生成物の赤外線吸収（ＩＲ）スペクトルを図２に示した。図２に示すＩＲスペクトルは、出発原料として用いた水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏのスペクトル（図１）とは若干異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンのスペクトルの特徴（水酸基のＯ−Ｈ伸縮に基づく３４００ｃｍ^-1付近の大きなブロードな吸収とともに、Ｃ−ＣおよびＣ−Ｏ伸縮に基づく１６２０、１３８０、１０８０ｃｍ^-1付近にブロードな吸収）を残していた。また、この生成物の熱重量分析において、室温から１００℃付近まで加熱する間に重量減少が５．０ｗｔ％見られた。この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；４１．８７％，Ｈ；３．００％，Ｃｌ；２１．８４％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₁₀（ＯＨ）₃₀・５Ｈ₂Ｏの計算値（Ｃ；４３．０１％，Ｈ；２．４１％，Ｃｌ；２１．１６％，水；５．４ｗｔ％）とよく一致した。

＜部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₂（ＯＨ）₃₈・６Ｈ₂Ｏの合成＞
実施例１の方法により得た水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏの（２００ｍｇ）をＩＣｌ（１ｍＬ）と、室温で２４時間反応を行った（下記化３）。黒色の粘性の高いスラリー状残渣をヘキサンにて約１５回洗浄することを繰り返し、メタノールに溶解させ、減圧下においてメタノールを、エバポレータを用いて留去した。この茶色固体をエタノール中に加え、超音波照射することでよく分散させ、これにヘキサンを加えた。析出した黄色固体を遠心分離により取り出し、ジエチルエーテルで洗浄後、室温で終夜真空乾燥を行った（収量１２０ｍｇ、収率６３％）。

このようにして得られた生成物のＩＲスペクトルを図３に示した。図３のＩＲスペクトルは、出発原料として用いた水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏの図１に示したＩＲスペクトルとは若干異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンのスペクトルの特徴を残していた。また、この生成物の熱重量分析によれば、室温から１２０℃付近まで加熱する間に重量減少が７．４ｗｔ％見られた。この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；４６．７３％，Ｈ；２．５６％，Ｃｌ；４．７６％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₂（ＯＨ）₃₈・６Ｈ₂Ｏの計算値（Ｃ；４６．６１％，Ｈ；３．２６％，Ｃｌ；４．５９％，水；７．０ｗｔ％）とよく一致した。

＜水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂Ｏの合成＞
非特許文献６に開示された方法により合成した。すなわち、Ｃ₆₀（１０ｇ）と６０％発煙硫酸（１５０ｍＬ）を窒素雰囲気下に５５〜６０℃で３日間攪拌した。得られた反応混合物を氷浴中のジエチルエーテル中に激しく攪拌しながら滴下し、生成した沈殿物を遠心分離にて分離した。得られた沈殿物をジエチルエーテルで洗浄し、遠心分離にて分離した後、更に、ジエチルエーテル／アセトニトリル混合溶媒で洗浄し、遠心分離にて分離し、これを４０℃で真空乾燥して、ポリシクロ硫酸化フラーレン１３ｇを赤橙色粉末として得た。このポリシクロ硫酸化フラーレン（５．０ｇ）と蒸留水（１００ｍＬ）を窒素雰囲気下、８５℃で１０時間攪拌し、生成した沈殿物を遠心分離にて分離した。得られた沈殿物を水で洗浄し、遠心分離した後、４０℃で真空乾燥して、水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂Ｏを茶褐色粉末として得た（収量４．５ｇ）。得られた生成物のＩＲスペクトルを図４に示す。

＜部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₁₅（ＯＨ）₁₅・９Ｈ₂Ｏの合成＞
上記の方法により得たＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂Ｏ（１００ｍｇ）をＩＣｌ（１ｍＬ）と室温で２４時間反応を行った（下記化４）。黒色の粘性の高いスラリー状残渣をヘキサンにて約１５回洗浄することを繰り返し、ＴＨＦを加え、超音波照射することでよく分散させ、これにヘキサンを加えた。ヘキサンを加えたことにより析出した黄色固体を遠心分離により取り出し、室温で終夜真空乾燥を行った（収量１１７ｍｇ、収率７１％）。

この生成物のＩＲスペクトルを図５に示した。図５に示したＩＲスペクトルは、出発原料として用いた水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂ＯのＩＲスペクトル（図４参照）とは若干異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンのスペクトルの特徴を残していた。また、その熱重量分析において、室温から１１０℃付近まで加熱する間に重量減少が９．７ｗｔ％見られたことから、この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；４２．６８％，Ｈ；１．６０％，Ｃｌ；３２．５７％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₁₅（ＯＨ）₁₅・９Ｈ₂Ｏの計算値（Ｃ；４２．６８％，Ｈ；１．９９％，Ｃｌ；３１．８５％，水；９．７ｗｔ％）とよく一致した。

＜部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₅（ＯＨ）₁₅・５Ｈ₂Ｏの合成＞
実施例１の方法により得た水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂Ｏ（１００ｍｇ）をＴＨＦ２．５ｍＬ中に超音波を５分間照射することでよく分散させ、ＩＣｌ（０．５ｍＬ）を加え、室温で２４時間反応を行った（下記化５）。反応終了後、減圧下においてＴＨＦ、ヨウ素を留去した。残渣をヘキサンにて約１０回洗浄することを繰り返し、酢酸エチルを加え、超音波照射することでよく分散させた。得られた橙色固体にさらにヘキサンを加えて超音波照射しながら、３回洗浄した。その後、橙色固体を遠心分離により取り出し、室温で終夜真空乾燥を行った（収量１２３ｍｇ、収率１００％）。

生成物のＩＲスペクトルを図６に示した。図６のＩＲスペクトルは、出発原料として用いた水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₁₂・５Ｈ₂Ｏのスペクトル（図４参照）とは若干異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンのスペクトルの特徴を残していた。また、生成物の熱重量分析によれば、室温から１１０℃付近まで加熱する間に重量減少が７．９ｗｔ％見られた。この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；５８．８９％，Ｈ；３．８６％，Ｃｌ；１５．２２％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₅（ＯＨ）₁₅・５Ｈ₂Ｏの計算値（Ｃ；５７．９７％，Ｈ；２．０３％，Ｃｌ；１４．２６％，水；７．２ｗｔ％）とよく一致した。

＜塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₈の合成＞
非特許文献２に開示された方法により合成した。すなわち、Ｃ₆₀（２．３３ｇ）のｏ−ジクロロベンゼン（ＯＤＣＢ）溶液６０ｍＬに、アルゴン雰囲気下、ＩＣｌ（７．５ｇ）のｏ−ジクロロベンゼン溶液２０ｍＬを滴下し、室温にて６時間反応を行った（下記化６）。反応が終了したことを高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にて確認した後、ｏ−ジクロロベンゼンおよび副生するヨウ素を、エバポレータを用いて留去した。残渣をヘキサンで洗浄後、遠心分離にて固体を取り出し、さらにもう一度ペンタンで洗浄後、遠心分離によりオレンジ色の固体を取り出した。これを室温で終夜真空乾燥を行った（収量２．５３ｇ、収率７８％）。

液体クロマトグラフィー質量分析（ＬＣＭＳ）測定により、ほぼ１本の大きな生成物ピークの中に、Ｃ₆₀Ｃｌ₅（Ｍ＝８９５）に相当すると思われるＭ＝８９７のフラグメントピークを得た。生成物のＩＲスペクトルを図７に示した。図７のＩＲスペクトルは、非特許文献２に記載の塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₆のＩＲスペクトルとよく類似していた。元素分析の値はＣ；７２．５３％，Ｃｌ；２８．２４％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₈の計算値（Ｃ；７１．７６％，Ｃｌ；２８．５５％）とよく一致した。

＜部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₀.₅（ＯＨ）₃₅.₅・８Ｈ₂Ｏの合成＞
上記で作成したＣ₆₀Ｃｌ₈（１ｇ）を１，３，４−トリメチルベンゼン（ＴＭＢ）５０ｍＬに溶解させ、相間移動触媒として水酸化テトラｎ−ブチルアンモニウム（ＴＢＡＨ）の４０％水溶液（５ｍＬ）存在下、３０％の過酸化水素水溶液（Ｈ₂Ｏ₂ａｑ）（３０ｍＬ）と７０℃で２０時間反応を行った（下記化７）。上層の有機相の赤色がほぼ消失したことを確認した後、下層の黄褐色水溶液（約３０ｍＬ）を取り出した。これに２−プロパノール、酢酸エチル、ヘキサンをそれぞれ加えた。沈殿させた黄色固体を遠心分離により取り出し、室温で終夜真空乾燥を行った（収量９８０ｍｇ、収率６６％）。

この生成物のＩＲスペクトルを図８に示した。図８のＩＲスペクトルは、出発原料として用いた塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₈のＩＲスペクトル（図７参照）と大きく異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンのスペクトルの特徴を残していた。また、その熱重量分析において、室温から１００℃付近まで加熱する間に重量減少が９．８ｗｔ％見られた。この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；４８．２９％，Ｈ；３．１０％，Ｃｌ；１．０６％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₀.₅（ＯＨ）₃₅.₅・８Ｈ₂Ｏの計算値（Ｃ；４８．４９％，Ｈ；３．４９％，Ｃｌ；１．１９％，水；９．７ｗｔ％）とよく一致した。

＜塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₈の合成＞
非特許文献３に開示された方法により合成した。すなわち、Ｃ₆₀（４００ｍｇ）にＩＣｌ（２ｍＬ）を加え、アルゴン雰囲気下、１２０℃にて４０時間反応を行った（下記化８）。反応終了後、反応器上部に析出した黒紫色のヨウ素の結晶を除去し、得られた茶色固体を室温で終夜真空乾燥を行った（収量９３１ｍｇ、収率９８％）。

この生成物のＩＲスペクトルを図９に示した。図９のＩＲスペクトルは、８８３ｃｍ^-1に大きなブロードのＣ−Ｃｌ伸縮振動を示しており、非特許文献３記載の塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₂₈のスペクトルとよく類似していた。元素分析の値はＣ；４０．９６％，Ｃｌ；５８．２８％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₂₈の計算値（Ｃ；４２．０６％，Ｃｌ；５７．９４％）とよく一致した。

＜部分塩素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₃（ＯＨ）₂₅・６Ｈ₂Ｏの合成＞
上記で作成したＣ₆₀Ｃｌ₂₈（５０ｍｇ）に、フラーレン核に対し１４当量の濃度となるよう調製した水酸化ナトリウム水溶液（４０．８ｍＭ、１０ｍＬ）を加え、超音波照射により水に分散させ、６０℃で１時間反応を行った（下記化９）。ｐＨ試験紙を用いて溶液が中性になったことを確認した後、メタノールを加えて沈殿させた茶色固体を遠心分離により取り出し、エーテルで洗浄した。その後、室温で終夜真空乾燥を行った（収量３１．４ｍｇ、収率７９％）。

この生成物のＩＲスペクトルを図１０に示した。図１０のＩＲスペクトルは、出発原料として用いた塩素化フラーレンＣ₆₀Ｃｌ₂₈のスペクトル（図９参照）と大きく異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンと塩素化フラーレンの両方のスペクトルの特徴を有していた。また、その熱重量分析は、室温から１１５℃付近まで加熱する間に重量減少が８．２ｗｔ％見られたことから、この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；５３．５７％，Ｈ；２．４９％，Ｃｌ；７．８８％となり、Ｃ₆₀Ｃｌ₃（ＯＨ）₂₅・６Ｈ₂Ｏなる計算値（Ｃ；５２．９８％，Ｈ；２．７４％，Ｃｌ；７．８２％，水；７．９ｗｔ％）とよく一致した。

＜臭素化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₁₆の合成＞
非特許文献５に開示された方法により合成した。すなわち、Ｃ₆₀（７００ｍｇ）にＢｒ₂（１２ｍＬ）を加え、アルゴン雰囲気下、室温にて１０日間反応を行った（下記化１０）。反応終了後、ヘキサン中に反応溶液を加えて、生じた茶色固体を遠心分離により取り出し、少量のクロロホルムに溶解させた。その後、ヘキサンを加えて再沈殿させた。更に、エーテルで洗浄した後、室温で終夜真空乾燥を行った（収量１５８７ｍｇ、収率８２％）。

生成物のＩＲスペクトルを図１１に示した。図１１のＩＲスペクトルは、８４８ｃｍ^-1にシャープで大きなＣ−Ｂｒ伸縮振動を示し、非特許文献５記載の臭素化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₈やＣ₆₀Ｂｒ₂₄のスペクトルとよく類似しており、Ｃ₆₀Ｂｒ₁₆という平均構造であることの根拠を示していた。元素分析の値はＣ；３５．４８％，Ｈ；０．４５％，Ｂｒ；６２．４７％となり、Ｃ₆₀Ｂｒ₁₆の計算値（Ｃ；３６．０５％，Ｂｒ；６３．９５％）とよく一致した。

＜部分臭素化水酸化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₄.₅（ＯＨ）₉・４Ｈ₂Ｏの合成＞
上記で作成したＣ₆₀Ｂｒ₁₆（５０ｍｇ）に、フラーレン核に対し８当量の濃度となるよう調製した水酸化ナトリウムの水溶液（２０．０ｍＭ、１０ｍＬ）を加え、超音波照射により水に分散させ、６０℃で３０分反応を行った（下記化１１）。ｐＨ試験紙を用いて溶液が中性になったことを確認した後、これに水の体積に対して５：６：７の比でヘキサン、ジエチルエーテル、２−プロパノールを加えて沈殿させた茶色固体を遠心分離により取り出した。これをエーテルで洗浄した後、室温で終夜真空乾燥を行った（収量３２．４ｍｇ、収率９９％）。

この生成物のＩＲスペクトルを図１２に示した。図１２のＩＲスペクトルは、出発原料として用いた臭素化フラーレンＣ₆₀Ｂｒ₁₆のスペクトル（図１１参照）と大きく異なっており、反応が進行したことを示唆するとともに、水酸化フラーレンと臭素化フラーレンの両方のスペクトルの特徴を有していた。また、その熱重量分析は、室温から１００℃付近まで加熱する間に重量減少が５．０ｗｔ％見られたことから、この重量減少分を生成物に含まれる二次結合水の量と見積もった。元素分析の値はＣ；５５．２６％，Ｈ；１．４３％，Ｂｒ；２７．１２％となり、Ｃ₆₀Ｂｒ₄.₅（ＯＨ）₉・４Ｈ₂Ｏなる計算値（Ｃ；５５．２１％，Ｈ；１．３１％，Ｂｒ；２７．５５％，水；５．５ｗｔ％）とよく一致した。

〔試験例１〕
＜スギ花粉アレルゲン（Cry j 1）に対する試料の反応試験＞
実施例１〜５で合成した化合物の１％（ｗ／ｖ）溶液試料を調製し、リン酸緩衝液に溶解したアレルゲン（Cry j 1）を１００ｎｇ／ｍＬとなるよう加え、ボルテックスで混合後、４℃で振とうしながら反応させた。所定時間（５分および３０分後）毎に溶液を回収し、遠心処理をした上清について、サンドイッチＥＬＩＳＡ法（酵素免疫測定法Enzyme-Linked Immunosorbent Assay）を用いてアレルゲン濃度（Ａ）を測定した。比較としてフラーレン試料を加えなかったアレルゲン溶液の濃度（Ｂ）を用い、下記の式からアレルゲン減少率（％）を求めた。

減少率（％）＝（Ｂ−Ａ）／Ｂ×１００

サンドイッチＥＬＩＳＡ法の具体的手順を以下に示す。抗Cry j 1抗体をマイクロプレートの各ウェルに固相化し、洗浄後、ポストコーティングを行う。さらに洗浄後、試料溶液または標準アレルゲン溶液を添加し一次反応を行う。洗浄後、抗Cry j 1ビオチン標識抗体を添加し二次反応を行う。さらに洗浄後、酵素試薬ストレプトアビジンＨＲＰを添加し、洗浄後、基質ｏ−フェニレンジアミンを添加し発色反応を行う。希硫酸の添加により反応停止後、４９０ｎｍの波長における吸光度を、マイクロプレートリーダーを用いて測定する。あらかじめ標準アレルゲン溶液を用いて作成した検量線から、各試料中のアレルゲン濃度を求める。

結果を図１３に示す。試料５種類のいずれも溶液中のアレルゲン濃度を減少させ、時間の経過とともにアレルゲン濃度は低下した。特に、実施例３および実施例４の試料については、５分で９０％、３０分で９９％以上の減少率と、短時間で強いアレルゲン吸着作用が認められた。

〔比較例１〕
実施例１で合成した水酸化フラーレンＣ₆₀（ＯＨ）₄₄・８Ｈ₂Ｏを用いて、上記試験例１と同じアレルゲン吸着試験を同条件下で行った。結果は、６０分後でも６．２％の減少に止まった。

本発明のフラーレン誘導体は抗アレルゲン・抗ウィルスの性能を有するものであり、マスクやフィルター製品に使用することができる。

更に、本発明のフラーレン誘導体は親水性と疎水性とを併せ持つ両親媒性という特性を有しており、各種の材料の表面に塗布、含浸、または化学的に結合させることができる。そのため、新しい有機合成、高分子変性、表面改質、医療分野等における利用可能性がある。

Claims

フラーレン核にハロゲン基が結合しているハロゲン化フラーレンを、一部のハロゲン基を残したまま、水酸基をフラーレン核に結合させて、部分ハロゲン化水酸化フラーレンを生成することを特徴とするフラーレン誘導体の製造方法。
ハロゲン基が塩素である塩素化フラーレンと過酸化水素とを反応させることを特徴とする請求項１記載のフラーレン誘導体の製造方法。
ハロゲン基が塩素である塩素化フラーレンと水酸化ナトリウムとを反応させることを特徴とする請求項１記載のフラーレン誘導体の製造方法。
ハロゲン基が塩素である塩素化フラーレンと水酸化カリウムとを反応させることを特徴とする請求項１記載のフラーレン誘導体の製造方法。
ハロゲン基が臭素である臭素化フラーレンと水酸化ナトリウムとを反応させることを特徴とする請求項１記載のフラーレン誘導体の製造方法。
ハロゲン基が臭素である臭素化フラーレンと水酸化カリウムとを反応させることを特徴とする請求項１記載のフラーレン誘導体の製造方法。
フラーレン核に水酸基が結合している水酸化フラーレンを、一部の水酸基を残したまま、ハロゲン基をフラーレン核に結合させて、部分ハロゲン化水酸化フラーレンを生成することを特徴とするフラーレン誘導体の製造方法。
フラーレン核に水酸基が結合している水酸化フラーレンを、塩化ヨウ素と反応させて、一部の水酸基を残したまま、塩素をフラーレン核に結合させて、部分塩素化水酸化フラーレンを生成することを特徴とするフラーレン誘導体の製造方法。