JP5025660B2

JP5025660B2 - メチル化合物の無害化方法

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Publication number: JP5025660B2
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Inventors: 浩一郎中村; 晶光菱沼; 晋司神谷
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Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2007-11-28
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Description

本発明は、メチル化合物をより無害な物質とする方法に関し、特に、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種のメチル化合物をより無害な物質とする方法に関する。

砒素、アンチモン、セレン等の重金属は、半導体等の工業材料として広く用いられている物質であるが、生物に有毒な物質であることから、環境中に流出することにより生物に与えられる影響が懸念されている。

従来、これらの重金属を除去する方法として、有毒な亜砒酸等の無機砒素を含む廃水にポリ塩化アルミニウム（ＰＡＣ）等の凝集剤を添加し、該凝集剤と原水中の鉄分に砒素を凝集、吸着し、沈殿させた後、濾過により除去する方法や、活性アルミナ、セリウム系吸着剤により砒素化合物等を吸着させる方法等が一般に知られている。

一方、自然界において、海藻等の海洋生物では、無機砒素が蓄積され、該無機砒素の一部が生理反応により、ジメチル化砒素などの有機砒素化合物へ転換されることが明らかとなっている（非特許文献１）。そして、これらの有機砒素化合物は、一般に、哺乳動物に対して無機砒素よりも低い毒性を示すことが知られている。

Kaise et al., 1998, Organomet. Chem., 12 137-143

しかしながら、濾過、吸着等を利用した上述の重金属を除去する方法では、依然として有害なままである無機砒素等の有害化合物を含んだ汚泥、当該有害化合物が吸着されている吸着剤を、当該有害化合物が外部に漏れないようにコンクリート等で密封するなどした上で保管するか又は埋め立てる必要があり、保管場所、埋め立て地用の広いスペースを要することから、大量処理が困難であるという問題があった。

また、上記の海洋生物に無機砒素を取り込ませても、取り込まれた無機砒素の一部しか有機砒素化合物とならず、有害な無機砒素が依然として海洋生物体内に蓄積されているという問題がある。

さらに、砒素等のメチル化合物はある程度安定かつ無害であるものの、さらに一歩進んでより安定で無害な物質を簡便に得ることができれば、環境保護という立場からも望ましいことである。

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、砒素等のメチル化合物を効率的に、系統的に無害化する方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明者らは、人工的な化学反応によって砒素等を含む有害化合物をアルキル化又はアリール化することを試み、メチル化合物をより安定かつ無害な物質とすることについて鋭意検討した結果、本発明を見出すに至った。

すなわち、本発明のメチル化合物の無害化方法は、亜ヒ酸、五酸化砒素、三塩化砒素、五塩化砒素、硫化砒素化合物、シアノ砒素化合物、クロロ砒素化合物、及びその他の砒素無機塩類からなる群から選択される砒素を含有する有害化合物中の砒素がメチル化されているメチル化合物に、砒素を還元する還元剤として、還元型グルタチオン（ＧＳＨ）、酸化型グルタチオン、システイン、Ｓ−アデノシルシステイン、スルフォラファン、メルカプトアルコールからなる群から選択される少なくとも１種の還元剤の存在下であって、かつ、水系溶媒下で、有機ハロゲン化合物を反応させて、前記メチル化合物をより無害な物質とすることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、上記メチル化合物が、モノメチル化合物、ジメチル化合物、又はトリメチル化合物の少なくとも1種であることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記有機ハロゲン化合物が、ハロゲン化アルキルであることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記ハロゲン化アルキルが、ハロゲン化メチルであることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記ハロゲン化メチルがヨウ化メチル、臭化メチル、塩化メチルからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記有機ハロゲン化合物が、ハロゲン化酢酸、ハロゲン化アルコール、又はハロゲン化エステルであることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記有機ハロゲン化合物が、クロロ酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸、クロロプロピオン酸、ブロモプロピオン酸、ヨードプロピオン酸からなる群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記有機ハロゲン化アルコールが、クロロエタノール、ブロモエタノール、ヨードエタノールからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、ｐＨが、３〜１０の範囲であることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記メチル化合物が、汚染物、廃棄物、産業生産物、温泉水、化学試薬、化学兵器、鉱山もしくは製錬所の副産物、工業製品、又は自然環境から回収されたものであることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、メチル化合物が、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する有害化合物を、メチル化したものであることを特徴とする。

また、本発明のメチル化合物の無害化方法の好ましい実施態様において、前記有害化合物中の砒素の価数を高酸化数とすることによりメチル化することを特徴とする。ここで、高酸化数とは、その元素が取り得ることが可能な酸化数の中で、より高い酸化数という意味と考えることができる。例えば、砒素の場合は５価、アンチモンの場合は５価、セレンの場合は６価などである。

また、本発明の無害化方法の他の好ましい実施態様においては、前記有害化合物中の砒素の少なくとも１つの結合手をメチル化することを特徴とする。

また、本発明の無害化方法の他の好ましい実施態様においては、前記有害化合物を、ハロゲン化し、ハロゲン化した前記有害化合物をグリニャール反応によって、前記有害化防物中の砒素をメチル化することを特徴とする。

本発明の無害化方法によれば、砒素等からなるメチル化合物を効率的に、系統的により無害な物質とする方法を提供し得るという有利な効果を奏する。

図１は、実施例１において、４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図２は、実施例１において、２４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図３は、実施例１において、１００時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図４は、実施例１において、４３９時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図５は、実施例１において、各ｐＨ、各反応時間における反応後の混合液中の砒素化合物の濃度を示す。図６は、実施例１において、各ｐＨ、各反応時間における反応後の混合液中の砒素化合物の相対濃度（百分率）を示す。図７は、実施例２において、３７℃で４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図８は、実施例２において、５０℃で４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図９は、実施例２において、８０℃で４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図１０は、実施例２において、３７℃で２４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図１１は、実施例２において、５０℃で２４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図１２は、実施例２において、８０℃で２４時間反応させた場合のHPLC-ICP-MSクロマトグラムを示す。図１３は、実施例２において、４時間反応させた場合の各ｐＨ、各反応温度における反応後の混合液中の砒素化合物の濃度を示す。図１４は、実施例２において、２４時間反応させた場合の各ｐＨ、各反応温度における反応後の混合液中の砒素化合物の濃度を示す。図１５は、実施例２において、４時間反応させた場合の各ｐＨ、各反応温度における反応後の混合液中の砒素化合物の相対濃度（百分率）を示す。図１６は、実施例２において、２４時間反応させた場合の各ｐＨ、各反応温度における反応後の混合液中の砒素化合物の相対濃度（百分率）を示す。図１７は、実施例３において、８０℃、１６時間反応後の各ｐＨにおける砒素化合物の相対濃度（百分率）を示す。

以下に、本発明の詳細について説明する。本発明のメチル化合物の無害化方法は、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種のメチル化合物に有機ハロゲン化合物を反応させて、前記メチル化合物をより無害な物質とする。メチル化合物としては、砒素、アンチモン、セレン等からなるものであれば、特に限定されない。また、メチル化合物として、特に限定されるものではないが、例えば、モノメチル化合物、ジメチル化合物、トリメチル化合物などの少なくとも1種を挙げることができる。

また、メチル化合物の由来も特に限定されない。メチル化合物の由来としては、例えば、汚染物、廃棄物、産業生産物、温泉水、化学試薬、化学兵器、鉱山もしくは製錬所の副産物、工業製品、又は自然環境から回収されたものを挙げることができる。また、バクテリアによって合成されるメチル化合物や、動物、例えばラットなどの肝臓においてもメチル化合物が合成されるが、本発明においては、このようにして得られたメチル化合物をも対象として、特に由来に限定されるものではない。要するに、メチル化合物であれば、特に限定されるものではない。

メチル化合物には、無機砒素等がいわゆるメチル化によって減毒化されたものを含むが、当該無機砒素等は、有害化合物として地上に存在している。有害化合物とは、本明細書において、環境中に流出し、生物に暴露された際に、何らかの悪影響を生物に与える恐れがある化合物を意味する。

前記有害化合物のうち砒素を含有する有害化合物としては、亜ヒ酸、五酸化砒素、三塩化砒素、五塩化砒素、硫化砒素化合物、シアノ砒素化合物、クロロ砒素化合物、及びその他の砒素無機塩類等が挙げられる。これらの砒素は、例えばＬＤ₅₀(mg/kg)（マウスにおける５０％致死量）が２０以下であり、一般に生物に対して有毒な値である。

また、アンチモンを含有する有害化合物としては、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、三塩化アンチモン、五塩化アンチモン等が挙げられる。

さらに、セレンを含有する有害化合物としては、二酸化セレン、三酸化セレン等が挙げられる。本発明においては、言うまでもなく、このような有害化合物由来のメチル化合物をも無害化の対象としている。砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する有害化合物をメチル化して減毒化する方法については、後述する。

本発明においては、上記メチル化合物（モノメチル化合物、ジメチル化合物、又はトリメチル化合物などを含む）に、有機ハロゲン化合物を反応させて、前記メチル化合物をより無害な物質とする。モノメチル化合物としては、例えば、砒素からなるモノメチル化合物として、モノメチルアルシン酸など、また、アンチモンからなるモノメチル化合物として、モノメチルアンチモンなど、また、セレンからなるモノメチル化合物として、モノメチルセレノールなどを挙げることができる。また、ジメチル化合物としては、例えば、砒素からなるジメチル化合物として，ジメチルアルソン酸、ジメチルアルシノイルアセテート、ジメチルアルシノイルエタノールなど、また、アンチモンからなるジメチル化合物として、ジメチルアンチモンなど、また、セレンからなるジメチル化合物として、ジメチルセレニド（セレン化ジメチル）などを挙げることができる。トリメチル化合物としては、例えば、砒素からなるトリメチル化合物として、トリメチルアルシンオキシド、トリメチルアルシン、またアンチモンからなるトリメチル化合物としては、トリメチルアンチモン、トリメチルアンチモニ２水酸化物、トリメチルアンチモニ２塩化物など、さらにセレンからなるトリメチル化合物としては、トリメチルセレノニウムなどを挙げることができる。

また、有機ハロゲン化合物としては、特に限定されるものではないが、目的とする無害化物質を得るために、ハロゲン化アルキル、ハロゲン化酢酸、又はハロゲン化アルコールなど挙げることができる。

ハロゲン化アルキルとしては、例えば、ヨウ化メチル、臭化メチル、塩化メチルなどのハロゲン化メチルを例示することができる。テトラメチル化合物を得ることによって、最終的により無害化を図る場合には、このようなハロゲン化アルキルを用いることができる。

また、有機ハロゲン化合物としては、クロロ酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸、クロロプロピオン酸、ブロモプロピオン酸、ヨードプロピオン酸などを挙げることができる。このようなハロゲン化酢酸、例えば、ヨード酢酸を用いて、トリメチルアルシンオキシドと反応させると、より無害なアルセノベタインなどを得ることができる。

また、ハロゲン化アルコールとしては、クロロエタノール、ブロモエタノール、ヨードエタノールなどを挙げることができる。このようなハロゲン化アルコールを用いて、トリメチルアルシンオキシドと反応させると、より無害なアルセノコリンを得ることができる。

アルセノコリン及びアルセノベタインは、通常の環境下では脱メチル化反応や分解が起こりにくい安定な物質であることから、砒素からなるメチル化合物を無害化する場合には、アルセノコリン又はアルセノベタインとすることが好ましい。特に、アルセノベタインの毒性は、無機砒素（三酸化砒素）の毒性に比較して１／３００程度低く、１９８０年代から、国際的にアルセノベタインは無毒の砒素化合物と評価されている。かかる観点から、最終的にアルセノベタインとして無害化無毒化を図ることが好ましい。

ここで、アルセノベタインを例に、安全性について説明する。物質の体内での半減期（ＢＨＴ）の観点からすれば、無機砒素の半減期は２８時間、モノメチル化合物（ＭＭＡ）、ジメチル化合物（ＤＭＡ）は５〜６時間であるのに対して、アルセノベタインは３．５時間である。したがって、半減期という観点からも、特に、アルセノベタインの生体への安全性が理解できる。また、アルセノベタインは、体内に摂取されても、脱メチル化を生じないことからも安定であると言える。

本発明のメチル化合物の無害化方法においては、さらに、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種を還元する還元剤を加えて、メチル化合物にハロゲン化合物を反応させることができる。このような還元剤の存在により、無害化反応をさらに促進させることができる。砒素のアルセノベタインへの変換において砒素を還元する能力やメチル基転移反応などが律速となっている可能性が考えられるが、還元剤を添加することによりアルセノベタインなどへの変換を促進できると考えられる。このような還元剤としては、例えば、ＳＨ基を有する物質を挙げることができ、具体的には、ＳＨ基を有する物質が、還元型グルタチオン（ＧＳＨ）、酸化型グルタチオン、システイン、Ｓ−アデノシルシステイン、スルフォラファン、メルカプトアルコールからなる群から選択される少なくとも１種を挙げることができる。

反応溶媒については、トルエン、ジエチルエーテルなどの有機溶媒を使用することができるが、本発明においては、通常、取り扱いに注意が必要な有機溶媒を使用することなく、より安価な水系溶媒下で行うことが可能である。

また、より多くのメチル化合物を無害化、安定化することが可能であるという観点から、反応溶液のｐＨが、３〜１０の範囲であることが好ましい。より短時間でも所望の無害化物質を得ることができるという観点から、ｐＨは、４〜８、より好ましくは、ｐＨは、４〜６の範囲である。

反応温度については、特に限定されず、室温でも可能である。水と有機溶媒の混合溶媒を用いても良いという観点から、反応温度としては、５〜２５０℃で行うことができる。また、反応時間についても、特に限定されない。

以上、説明したとおり、本発明の方法によれば、温和な条件下で、きわめて安全に、メチル化合物をより無害な物質とすることができ、水系溶媒を用いることができるため低コスト化することが可能となる。

本発明の無害化方法においては、汚染物、廃棄物、産業生産物、温泉水、化学試薬、化学兵器、鉱山もしくは製錬所の副産物、又は工業製品から有害化合物を回収し、当該有害化合物をメチル化合物まで減毒化し、当該メチル化合物を本発明の方法によってさらに無害、安定化を図ることができる。

より具体的には、例えば、汚染地下水（インド、バングラディシュ、中国、チリなど）で問題となっている地下水の処理、ガリウム砒素半導体原料ガス（アルシン）の処理、液晶基板ガラスの清澄剤（亜ヒ酸）の処理、ＣＣＡ（copper-chromated-arsenic）含有廃木材からである砒素含有水などの処理にも応用できる。すなわち、このような汚染地下水、原料ガス、清澄剤、砒素含有水などには、いわゆる砒素等を含む有害化合物で構成されており、このような有害化合物を回収して、最終的に本発明のメチル化合物の無害化方法によって、より無害かつ安定な物質を、高い効率で、より安全なシステムにより得ることが可能である。

前述したように、メチル化合物として、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する有害化合物をメチル化したものを使用することが可能である。このようなメチル化合物について説明すると以下のとおりである。

本発明の無害化方法の好ましい実施態様において、メチル化合物が、砒素、アンチモン、セレンからなる群から選択される少なくとも一種の元素を含有する有害化合物をメチル化したもの(メチル化することにより減毒化されたもの)である。ここで、本明細書において、有害化合物とは、環境中に流出し、生物に暴露された際に、何らかの悪影響を生物に与える恐れがある化合物を意味する点上述のとおりである。

特に、５０％細胞増殖阻害濃度（ＩＣ₅₀）若しくはＬＤ₅₀が大きく、より減毒化を達成できるという観点から、上記有害化合物に含まれる上記一種の元素の価数を高酸化数とすることにより前記有害化合物をメチル化することが好ましい。具体的には、後述するように、メチル化によって、上記一種の元素の価数を高酸化数とすることが可能である。なお、上記元素が砒素又はアンチモンである場合、価数が３価のものを５価に、セレンの場合、価数が４価のものを６価にすることが好ましい。

ここで、上記有害化合物中の上記一種の元素の少なくとも１つの結合手をメチル化することが好ましい。具体的には、ハロゲン化メチル、又はグリニャール試薬を用いて、置換反応又は付加反応を行うことによって、上記一種の元素の少なくとも１つの結合手をメチル化することができる。

本発明の無害化方法の更に好ましい実施態様においては、メチル化試薬が容易に入手可能であるという観点から、上記有害化合物を、ハロゲン化し、ハロゲン化した前記有害化合物をグリニャール反応によって、メチル化することが好ましい。

前記有害化合物のハロゲン化は、例えば、前記有害化合物を硫黄の存在下でハロゲンガスと反応させることによって、又は前記有害化合物をハロゲン化水素酸と反応させることによって、又は前記有害化合物を塩酸などの酸の存在下でヨウ化カリウムなどのハロゲン化アルカリ金属と反応させることによって行うことができる。

ハロゲン化した前記有害化合物のグリニャール反応は、当該ハロゲン化した有機化合物に、グリニャール試薬を反応させることによって行うことができる。ここで、本発明の無害化方法において、使用するグリニャール試薬は、構造式：ＲＭｇＸ（式中、Ｒはメチル基）で表される。このようなグリニャール試薬を使用することによって、上記有害化合物中の上記一種の元素にメチル基を付加することができる。このようなグリニャール試薬は、常法により、適当な有機ハロゲン化物と金属マグネシウムとを反応させることによって合成することができる。

メチル化試薬が入手しやすいこと、メチル基はかさ低く、上記有害化合物中の上記一種の元素と結合しやすいこと、予防医学の立場から生体親和性が高いことから、前記有害化合物をメチル化し、前記有害化合物をモノメチル化合物、ジメチル化合物又はトリメチル化合物とすることが好ましい。なお、ＬＤ₅₀を高めてより一層減毒化された化合物を得るという観点から、前記有害化合物をトリメチル化合物とすることが好ましい。

このようにして、得られたモノメチル化合物、ジメチル化合物、トリメチル化合物などのメチル化合物を、本発明のメチル化合物の無害化方法によりメチル化合物と有機ハロゲン化合物を上述のように反応させて、更に無害化する事が可能である。

以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明は、下記実施例に限定して解釈される意図ではない。

実施例１
１ｐｐｍのトリメチルアルシンオキシド（ＴＭＡＯ）２０μＬ，１００ｍＭのグルタチオン還元型（ＧＳＨ）５０μＬ、及び７．４μＭのヨード酢酸１３５μＬを混合した。混合後のＴＭＡＯ，ＧＳＨ及びヨード酢酸の溶液中の濃度はそれぞれ０．２μＭ，５ｍＭ，１ｍＭである。この混合液２０５μＬを、１００ｍＭのりん酸−クエン酸緩衝液（ｐＨ３，４，５，６，７，８）７９５μＬ中、３７℃で反応させ、ＨＰＬＣ−ＩＣＰ−ＭＳで反応後の混合液中のＴＭＡＯ、アルセノベタイン（ＡＢ）など砒素化合物の量を分析した。ＨＰＬＣ−ＩＣＰ−ＭＳクロマトグラムを図１〜４に示す（図１：反応時間４時間、図２：反応時間２４時間、図３：反応時間１００時間、図４：反応時間４３９時間、Ａ：標準サンプル、Ｂ：ｐＨ３、Ｃ：ｐＨ４、Ｄ：ｐＨ５、Ｅ：ｐＨ６、Ｆ：ｐＨ７、Ｇ：ｐＨ８）。図１〜４のクロマトグラムについて、ＴＭＡＯ、ＡＢなどに帰属されるピークの面積を所定濃度の標準サンプルの面積と比較することにより、濃度を定量した。表１に反応後の混合液中の砒素化合物の濃度を示し、図５に表１をグラフ化したものを示す。図５中、縦軸（ Arsenic concentration）は、砒素化合物の濃度（ng/mL）を示し、横軸（Time）は反応時間を示す。

表１から明らかなように、ＴＭＡＯが有機ハロゲン化合物（ヨード酢酸）と反応することによって、より安全かつ安定なアルセノベタイン（ＡＢ）へ変換されているのが分かる。なお、表１、図５におけるＵＮは未知化合物である。以下の表、図においても同様である。また、表１の砒素化合物の濃度について、相対濃度を百分率で計算した結果を表２及び図６に示す。図６中、縦軸（Relative concentration）は、砒素化合物の相対濃度（％）を示し、横軸（Time）は、反応時間を示す。

各ｐＨについて、アルセノベタイン（ＡＢ）が生成した、特にｐＨ４〜６で高濃度のＡＢが生成した。

実施例２
次に、グルタチオン還元型（ＧＳＨ）の代わりにシステイン（Ｃｙｓ）を用いることを除いて、実施例１と同様に行った、トリメチル化合物の無害化について説明する。ここでは、反応温度は３７℃の他に、５０℃，８０℃についても調べた。

ＨＰＬＣ−ＩＣＰ−ＭＳクロマトグラムを図７〜１２に示す（図７：反応時間４時間、反応温度３７℃、図８：反応時間４時間、反応温度５０℃、図９：反応時間４時間、反応温度８０℃、図１０：反応時間２４時間、反応温度３７℃、図１１：反応時間２４時間、反応温度５０℃、図１２：反応時間２４時間、反応温度８０℃）。実施例１同様にクロマトグラムよりＴＭＡＯとＡＢの濃度を定量した。表３に反応後の混合液中の砒素化合物の濃度を示し、図１３、図１４に表３をグラフ化したものを示す。図１３、図１４中、縦軸（Concentration）は、砒素化合物の濃度（ng/mL）を示し、横軸（Temperature）は反応温度(℃)を示す。

図１３は、反応時間４時間のときの各ｐＨにおける砒素化合物の濃度を示し、図１４は、反応時間２４時間における砒素化合物の濃度を示す。また、これらの砒素化合物の濃度について、相対濃度を百分率で計算した結果を表４、図１５、図１６に示す。図１５、図１６中、縦軸（Relative concentration）は、砒素化合物の相対濃度（％）を示し、横軸（Temperature）は反応温度（℃）を示す。

図１５は、反応時間４時間のときの各ｐＨにおける砒素化合物の相対濃度を示し、図１６は、反応時間２４時間における砒素化合物の相対濃度を示す。これらの結果、システインを用いた場合でもアルセノベタイン（ＡＢ）の生成が確認された。

実施例３
還元剤としてグルタチオン還元型またはシステインを用い、有機ハロゲン化合物としてヨード酢酸エチルを用いることを除いて、実施例１と同様に行った、トリメチル化合物の無害化について説明する。反応温度は、３７℃、５０℃、８０℃、反応時間は４時間、１６時間、５４時間であった。反応経路は以下のとおりである。

ＨＰＬＣ−ＩＣＰ−ＭＳにより、反応後の混合液中の砒素化合物の生成量を分析した。その結果を表５に示す。なお、以下の表および図において、ＴＭＡＯ：トリメチルアルシンオキシド、ＴＭＡ：トリメチルアルシン、ＡＢＥｔ：アルセノベタインエチルエステル、ＡＢ：アルセノベタインを示す。

また、表６には、表５の砒素化合物の濃度について、相対濃度を百分率で計算した結果を示す。さらに、図１７は、反応温度８０℃、反応時間１６時間のときの各ｐＨにおける砒素化合物の相対濃度を示す。

実施例４
実施例３のサンプル（ＴＭＡＯＩＡ４４；還元剤としてシステインを使用）１００μＬに６Ｎ塩酸１００μＬを添加し、表７に示す反応条件で反応させた。反応式は以下のとおりである。

ＨＰＬＣ−ＩＣＰ−ＭＳにより、反応後の混合液中の砒素化合物の生成量を分析した。その結果を表７に示す。実施例３においては、ＴＭＡＯはＡＢＥｔとなったが、本実施例においては、塩酸水溶液の添加によりＡＢＥｔは加水分解され、ＡＢ（アルセノベタイン）となった。

次に、砒素等を含有する有害化合物をアルキル化又はアリール化することによりメチル化合物を生成する場合について説明する(実施例５〜８)。かかるメチル化合物もまた、上述の実施例によってさらに無害化することが可能である。

実施例５
本実施例では、亜ヒ酸のメチル化について説明する。

（１）亜ヒ酸から三臭化砒素の合成
〔反応スキーム〕
As₂O₃→ AsBr₃
〔実験操作〕
亜ヒ酸As₂O₃酸(26.5g)、硫黄(6g)、臭素Br₂
(64g)を300mlフラスコに加えて徐々に加熱した（急激に加熱すると、Br₂の蒸気が蒸発揮散するので注意して過熱する）。約7時間後、立ち上がる蒸気がBr₂による褐色の色を示さなくなるまで反応させた。次のようにして精製を行った。生成した三臭化砒素には過剰のBr₂を溶解している恐れがあるので砒素粉末を加えて蒸留精製した（収率：>90％）。性質：無色、潮解性、斜方晶系柱状晶、融点：31.2℃、沸点：221℃、比重：3.54(25℃)。湿気を含んだ空気中で発煙し、水を加えると加水分解を起こした。塩酸、二硫化炭素に可溶。毒性は三塩化砒素と同じく亜ヒ酸型であるが、刺激性は三塩化砒素ほど強くない。

（２）亜ヒ酸から三塩化砒素の合成
〔反応スキーム〕
As₂O₃＋6HCl → 2AsCl₃＋３H₂O
〔実験操作〕
亜ヒ酸(200g)をスターラーの付いた２ｌの三口フラスコに入れ、濃塩酸700mlを加えてかき混ぜながら、濃硫酸200mlを徐々に滴下した。この濃硫酸の滴下により、上の反応式で生成する水が脱水されて、反応は右に進み、生成した三塩化砒素は、相分離を起してフラスコの底に沈んだ。濃硫酸の滴下が終了した後、フラスコを加熱して蒸留した。留出は85℃から始まったが、90-107℃の留分をとった。流出液を冷却すると、三塩化砒素層（下層）とHCl層（上層）に分離したので分液ロートにより、三塩化砒素を分離した。収量：１５０ｍｌ、収率：89％、純度：99％以上。

（３）三臭化砒素からトリメチルアルシンの合成
〔反応スキーム〕
AsBr₃ → AsMe₃
〔実験操作〕
完全に乾燥したジブチルエーテル(200-300ml)に、マグネシウム(12.2g)、ヨウ化メチル(71g)とを加えて、ヨウ化メチルマグネシウムのエーテル溶液を作製し、それを−20℃に冷却しながら、三臭化砒素(50g)をエーテル(100ml)に溶かしたものを徐々に加えた。途中で黄色の沈殿を生じるがやがて消失した。その後、全体を炭酸ガスの気流の中で、水浴上から蒸留して、トリメチルアルシンのエーテル溶液を得た（沸点：70℃、液体）。

（４）三塩化砒素からトリメチルアルシンの合成
〔反応スキーム〕
ArCl₃ ＋３MeLi→ ArMe₃＋３LiCl
〔実験操作〕
トリメチルアルシンは揮発性があるので（沸点：52℃）、保護マスクを使用した。メチルリチウムのジエチルエーテル溶液（500ml、0.8mol/l）と無水ジブチルエーテル（CaH2で精留したもの、400ml）をアルゴン気流下で反応器に入れた。ジブチルエーテルに溶解した三塩化砒素(13.6ml、0.16mol)をゆっくりと反応器内に添加した。アルゴン雰囲気下で、反応混合物を12時間反応させ、トリメチルアルシンを蒸留して、-35℃に保持したフラスコに採取した。収率：99％。

実施例６
次に、ジメチルアルシン酸のメチル化について説明する。
〔反応スキーム〕
O=AsMe₂(OH) → IAsMe₂
〔実験操作〕
（１）ジメチルアルシン酸からジメチルヨウ化砒素の合成
ジメチルアルシン酸(250g)とヨウ化カリウム (800g)を水(１Ｌ)に溶解し、二酸化硫黄(SO₂)を飽和させた。これに希塩酸（濃塩酸500mlと水500mlを混合して調整）をゆっくりと添加した。素早い還元反応が起こり、黄色オイル状のジメチルヨウ化砒素が分離した。反応終了は、硫黄の分離した時点で判断した。分離したオイル相を塩化カルシウムで乾燥し、蒸留して純粋なジメチルヨウ化砒素を得た（収量：380g、収率：90％）。沸点：154-157℃、融点：-35℃（青黄色結晶）。

（２）ジメチルヨウ化砒素からトリメチルアルシンの合成
〔反応スキーム〕
IAsMe₂ → AsMe₃
〔実験操作〕
窒素雰囲気で、乾燥したジブチルエーテル(100ml)中に、マグネシウム(3.1g)の懸濁液を攪拌して作製し、これにヨウ化メチル(17.0g)を加えて、グリニャール試薬を作製した（液A）。この濁った液体(液A)を-8℃に冷却し、ジブチルエーテル(100ml)に溶解したジメチルヨウ化砒素（30g、129mmol）の溶液(液B)を1.5時間かけて滴下した(液C)。この操作の終了時に温度は、-2℃に上昇し、溶液(液C)は、2層に分離した。水(120ml)に塩化アンモニウム(30g)を溶かした溶液を作製し、窒素を吹き込み、酸素を除いた後、液Cに30分かけて滴下した(液D)。液Dを窒素気流下、大気圧下で蒸留した。トリメチルアルシンを含んでいる沸点55-88℃で留出した留出物(16.5g、トリメチルアルシンとして138mmol)（液E）を、シュレンク管に採取し、A4モレキュラーシーブスで、窒素中で乾燥した。

実施例７
トリメチルアルシンのトリメチルアルシンオキシドへ変換について説明する。
〔反応スキーム〕
Me₃As → Me₃As= O
〔実験操作〕
窒素雰囲気下で、乾燥したジエチルエーテル（15ml）中にトリメチルアルシン（4.5mmol）を混合し、過酸化水素（33%、0.7ml、7mmol）を加えた。窒素雰囲気下で、溶液を15分間攪拌した。反応終了後、反応混合物を濃縮した。濃縮物を真空下で、50℃に加熱乾燥し、50mlのジエチルエーテル−水（体積比１：１）から再結晶した（6.3mmol、収率：90％）。

実施例８
ここでは、亜ヒ酸からトリメチルアルシンへの合成について説明する。反応式は以下の通りである。

まず、２５０ｍLのステンレス容器（２−３ｍｍ厚み）に、直径２−４ｍｍのステンレスボールを容器の１／４まで満す。金属性攪拌羽根を取り付け、ハーメチックシーリングを行う。滴下ロートと還流管を取り付ける。還流冷却管に真空トラップを取り付け、アセトン−ドライアイスで−８０℃に冷却し、トラップとする。更に液体窒素で冷却（−１９６℃）したトラップを取り付ける。３方コックをウォータージャケットと不活性ガス供給システムに結合する。反応器を不活性ガス（Ar）で封入する。亜ヒ酸（As₂O₃）（19.7ｇ、0.1mol）を反応器に入れる。ジ−ｎ−ブチルエーテル（３０ｍＬ）を加える。スターラーで１０分間攪拌する。AlMe₃（21.6ｇ、0.3mol）のジ−ｎ−ブチルエーテル溶液（１００ｍＬ）を滴下ロートに入れる。AlMe₃のジ−ｎ−ブチルエーテル溶液を１／４だけ反応器に滴下ロートから加える。反応器を８０℃に過熱する。発熱反応が起こり、反応溶液は、１１０−１２０℃に上昇する。１０−１５分の間に、残りのトリメチルアルミニウム（AlMe₃）のジ−ｎ−ブチルエーテル溶液を加える。この間温度は、１１０−１２０℃に保つ。滴下終了後、暫く放置し、８０℃まで冷却し、減圧下、AsMe₃を蒸留する。蒸留は、１６Torr、５０℃で行う。反応容器を不活性ガス（Ar）で満たす。（沸点：５２℃、収量：２３．６ｇ、収率：９８．５％）。

実施例９
実施例１〜４では、トリメチル化合物の無害化について説明したが、この実施例では、モノメチル化合物の無害化について説明する。

金属砒素として１ｐｐｍのモノメチルアルソン酸（ＭＭＡ）溶液２０μＬ、１００ｍＭのグルタチオン還元型（ＧＳＨ）水溶液５０μＬ、所定濃度（０．７４μＭ、７．４μＭ、７４μＭ、７４０μＭ、７，４ｍＭ）のヨード酢酸（ＩＡＡ）水溶液２７０μＬを混合した。この混合液を１００ｍＭのりん酸−クエン酸緩衝液（ｐＨ６）６６０μＬ中、３７℃で所定時間反応させた。モノメチルヒ素化合物に対するヨード酢酸のモル比を表８中、［ＩＡＡ］／［Ａｓ］で示す。反応後の混合液は、１００倍になるように超純水で希釈して、ＨＰＬＣ−ＩＣＰ−ＭＳで分析した。結果を表８に示す。表中、Ａｓ(III)：無機砒素(３価)、Ａｓ(V)：無機砒素(５価)、ＭＭＡ：モノメチルアルソン酸、ＤＭＡ：ジメチルアルシン酸、ＴＭＡＯ：トリメチルアルシンオキシド、ＭＭＡＡ：モノメチルアルシン酢酸、ＡＢ：アルセノベタインを示し、転換率は以下の式で計算したものである。

転換率(％)＝反応後の砒素化合物の濃度の合計／反応前の砒素化合物の濃度の合計×１００

本実施例においては、ＭＭＡＡに帰属されるピークを確認した。モノメチルアルソン酸がメチル化（カルボキシメチル化）され、より無害な化合物となった。モノメチル砒素の無害化反応は以下のとおりである。

モノメチル砒素の無害化によって、モノメチルアルシン酢酸（ＭＭＡＡ）の他に、モノメチルアルシン２酢酸（ＭＭＤＡＡ）、モノメチルアルシン３酢酸（ＭＭＴＡＡ）が生成物として得られる可能性がある。

実施例１０
ＭＭＡ溶液の代わりにジメチルアルシン酸（ＤＭＡ）を用いたことを除いて、実施例９と同様に行った、ジメチル化合物の無害化について説明する。結果を表９に示す。

本実施例において、ジメチルアルシン酢酸（ＤＭＡＡ）に帰属されるピーク（ＵＮ１３）、ジメチルアルシン２酢酸（ＤＭＡＤＡＡ）に帰属されるピーク（ＵＮ１４）を確認した。ジメチルアルシン酸がメチル化（カルボキシメチル化）され、より無害な化合物となった。ジメチル砒素の無害化反応は以下のとおりである。

実施例１１
ＭＭＡ溶液の代わりにトリメチルアルシンオキシド（ＴＭＡＯ）を用いたことを除いて、実施例９と同様に行った、トリメチル化合物の無害化について説明する。結果を表１０に示す。

本実施例において、ＡＢ（アルセノベタイン；トリメチルアルシン酢酸）に帰属されるピークを確認した。トリメチルアルシンオキシド（ＴＭＡＯ）がメチル化（カルボキシメチル化）され、より無害な化合物となった。トリメチル砒素の無害化反応は以下のとおりである。

本発明のメチル化合物の無害化方法は、メチル化合物がより無害な化合物に変換され、無害化合物は、極めて安定でかつ安全であるので、広く産業廃棄物の処理等の分野、汚泥、土壌の環境保護の分野において極めて有効である。

Claims

亜ヒ酸、五酸化砒素、三塩化砒素、五塩化砒素、硫化砒素化合物、シアノ砒素化合物、クロロ砒素化合物、及びその他の砒素無機塩類からなる群から選択される砒素を含有する有害化合物中の砒素がメチル化されているメチル化合物に、砒素を還元する還元剤として、還元型グルタチオン（ＧＳＨ）、酸化型グルタチオン、システイン、Ｓ−アデノシルシステイン、スルフォラファン、メルカプトアルコールからなる群から選択される少なくとも１種の還元剤の存在下であって、かつ、水系溶媒下で、有機ハロゲン化合物を反応させて、前記メチル化合物をより無害な物質とするメチル化合物の無害化方法。
前記メチル化合物が、モノメチル化合物、ジメチル化合物、又はトリメチル化合物の少なくとも1種である請求項１記載の方法。
前記有機ハロゲン化合物が、ハロゲン化アルキルである請求項１又は２項のいずれか1項に記載の方法。
前記ハロゲン化アルキルが、ハロゲン化メチルである請求項３記載の方法。
前記ハロゲン化メチルがヨウ化メチル、臭化メチル、塩化メチルからなる群から選択される少なくとも1種である請求項４記載の方法。
前記有機ハロゲン化合物が、ハロゲン化酢酸、ハロゲン化アルコール、又はハロゲン化エステルである請求項１記載の方法。
前記有機ハロゲン化合物が、クロロ酢酸、ブロモ酢酸、ヨード酢酸、クロロプロピオン酸、ブロモプロピオン酸、ヨードプロピオン酸からなる群から選択される少なくとも１種である請求項１記載の方法。
前記ハロゲン化アルコールが、クロロエタノール、ブロモエタノール、ヨードエタノールからなる群から選択される少なくとも1種である請求項６記載の方法。
ｐＨが、３〜１０の範囲である請求項１記載の方法。
前記メチル化合物が、汚染物、廃棄物、産業生産物、温泉水、化学試薬、化学兵器、鉱山もしくは製錬所の副産物、工業製品、又は自然環境から回収されたものである請求項１〜９項のいずれか１項に記載の方法。
前記有害化合物中の砒素の価数を高酸化数とすることによりメチル化する請求項１記載の方法。
前記有害化合物中の砒素の少なくとも１つの結合手をメチル化する請求項１又は１１項に記載の方法。
前記有害化合物を、ハロゲン化し、ハロゲン化した前記有害化合物をグリニャール反応によって、前記有害化合物中の砒素をメチル化する請求項１、１１又は１２項のいずれか1項に記載の方法。