JP5070596B2 - キトサン誘導体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)用の充填剤として適したキトサン誘導体及びその製造方法、前記キトサン誘導体を用いた光学異性体用分離剤に関する。
近年、光学活性化合物の重要性は、ますます大きくなってきており、医薬品のみならず、機能材料の研究、開発の面からも、純粋な光学活性キラル分子を、選択的及び効率的に創製する手段が必要不可欠となっている。
HPLCによる光学分割は、分取及び微量分析の両方に利用可能な方法として発展しており、これまで様々なキラル充填剤の開発が進められてきた。その中でも、セルロースやアミロース等の天然に豊富に存在する多糖をフェニルカルバメート誘導体に変換したものは、HPLC用キラル固定相として医薬品を含む広範囲のラセミ体に対して優れた光学分割能を有していることから、汎用されている。
セルロースやアミロース以外の多糖についての研究も行われているが、これらと同等以上の光学分割能を有するものは得られていない。
JP−A 5−163164とJP−A 2005−17174には、キトサン誘導体を用いた光学異性体用の分離剤が開示されている。
JP−A 5−163164とJP−A 2005−17174には光学分割能の点で改善の余地がある。
本発明は、高い光学分割能を有するキトサン誘導体及びその製造方法と、前記キトサン誘導体を用いた光学異性体用分離剤を提供する。
本発明は、下記一般式(I)で示されるキトサン誘導体を提供する。
Figure 0005070596
(式中、Rは、置換基を有していてもよい炭素数1〜30の脂肪族基又は芳香族基、好ましくは、置換基を有していてもよい炭素数1〜15の脂肪族基又は芳香族基を示し、Rは、イソシアン酸誘導体、カルボン酸、エステル、酸ハロゲン化物、酸アミド化合物、ハロゲン化合物、アルデヒドまたはアルコールに由来する置換基を示し、nは5以上の整数を示す。)
更に本発明は、上記のキトサン誘導体の製造方法であって、キトサンの2位のアミノ基をイミド化した後、キトサンの3位と6位の水酸基と、イソシアン酸誘導体、カルボン酸、エステル化合物、酸ハロゲン化物、酸アミド化合物、ハロゲン化合物、アルデヒドおよびアルコールから選ばれる化合物を反応させる、キトサン誘導体の製造方法を提供する。
更に本発明は、上記のキトサン誘導体を含む光学異性体用の分離剤、分離剤用途、分離方法を提供する。
本発明のキトサン誘導体は、高い光学分割能を有してる。
発明の詳細な説明
本発明のキトサン誘導体は、上記した一般式(I)で示されるものであり、以下の製造方法により得ることができる。
出発原料となるキトサンは特に制限されるものではなく、キチンを脱アセチル化したものを用いてもよいし、市販のキトサンを用いてもよい。市販のキトサンとしては、例えば、wako社、SIGMA社、東京化成社から販売されているものが挙げられる。
まず、キトサンの2位のアミノ基をイミド化する。イミド化反応は特に制限されず、公知のイミド化反応を適用できる。
イミド化反応は、2位のアミノ基に、Rを導くことができる公知の酸無水物を作用させる方法を適用できる。例えば、アシル化剤(無水フタル酸)を作用させて、2位のアミノ基をN−アシル化した後、加熱脱水する方法(方法1)、又はDMF/水=95/5(容量比)の混合溶媒中、キトサンの2位のアミノ基にアシル化剤(無水フタル酸)を作用させた後、乾燥する方法(方法2)である。
次に、キトサンの3位と6位の水酸基と、イソシアン酸誘導体、カルボン酸、エステル化合物、酸ハロゲン化物、酸アミド化合物、ハロゲン化合物、アルデヒドおよびアルコールから選ばれる化合物を反応させるが、これらの中でもカルボン酸又はイソシアン酸誘導体を反応させることが好ましい。
カルボン酸としては、例えば安息香酸、4−メチル安息香酸、ケイ皮酸等を使用することができる。
イソシアン酸誘導体は、R−NH−C=O(式中、Rは水素原子又は炭素原子数1〜30、好ましくは1〜14の脂肪族基、芳香族基等の基である。)で表されるものであり、具体的には、Rが水素原子、イソプロピル基、フェニル基、メチルフェニル基、3,5−ジメチルフェニル基、クロロフェニル基、ジクロロフェニル基、(S)−α−メチルベンジル基等であるものを使用することができる。
本発明のキトサン誘導体は、一般式(I)で示されるものであり、R及びRは下記のいずれかであるものが好ましい。重合度を示すnは5以上であり、好ましくは5〜1000の範囲である。
は次のいずれかであることが好ましい。
Figure 0005070596
一般式(I)中、Rがカルバメート誘導体またはエステル誘導体であることは好ましい。 さらに、Rが芳香族カルバメート誘導体または芳香族エステル誘導体であることがより好ましい。
は次のカルバメート誘導体であることがさらにより好ましい。
Figure 0005070596
本発明のキトサン誘導体は、そのままでもよいし、必要に応じて公知の方法により、担体に物理的に又は化学的に担持させたものを、例えば、HPLC用等の光学異性体用分離剤として使用することができる。
担体としては、公知の多孔質有機担体又は多孔質無機担体を用いることができ、好ましくは多孔質無機担体である。多孔質有機担体として適当なものは、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリアクリレート等からなる高分子物質であり、多孔質無機担体として適当なものは、シリカ、アルミナ、マグネシア、ガラス、カオリン、酸化チタン、ケイ酸塩、ヒドロキシアパタイト等であるが、特に好ましいものはシリカゲルである。
なお、シリカゲルを使用する場合は、シリカゲル表面における残存シラノールの影響を排除し、光学活性な高分子化合物との親和性を向上させるため、シリカゲルをシラン化処理(アミノアルキルシランを用いたシラン化処理)、プラズマ処理等により表面処理することが望ましいが、全く表面処理が施されていなくても問題ない。
多孔質担体、特にシリカゲルの粒径は、好ましくは1〜300μm、より好ましくは1〜100μm、さらに好ましくは1〜50μmであり、平均細孔径は、好ましくは200〜8000Å、より好ましくは200〜4000Å、さらに好ましくは300〜2000Åである。なお、多孔質担体の粒径が、実質的に分離剤の粒径になる。
次の実施例は本発明の実施について述べる。 実施例は本発明の例示について述べるものであり、 本発明を限定するためではない。
実施例で用いた試薬等の詳細は、下記のとおりである。
(1)試薬
・Chitosan…wako−100(wako製)を、50%NaOH水溶液中にて、120℃で2時間の条件の脱アセチル化処理を3回繰り返したもの
・Phthalic Anhydride…wako製
・cis−1,2−Cyclohexanedicarboxylic Anhydride…東京化成製
Succinic Anhydride…東京化成製
Maleic Anhydride…東京化成製
4−Methylphthalic Anhydride…東京化成製
・N,N−Dimethylformamide(DMF)…東京化成製
・3,5−Dimethylphenyl Isocyanate…アルドリッチ社製
・Isocyanic Acid 3,5−Dichlorophenyl Ester…東京化成製
・Lithiun chloride(LiCl)…wako製
・dry N,N−Dimethylacetamide(DMA)…関東化学製
・dry pyridine…関東化学製
・Silica gel…Daiso gel SP−1000(粒径7μm、孔径100nm)を(3−Aminopropyl)triethoxysilane(東京化成)で表面処理したもの
・Racemates…合成品又は市販品
(2)測定機器
HPLC…JASCO PU−980,JASCO 970−UV,JASCO 990−OR,JASCO MD−2010
NMR…Varian Gemini−2000(400MHz)
IR…JASCO FT/IR−620
TG…SEIKO SSC/5200
CD…JASCO J−720−L
[実施例1]〔N−phthaloyl chitosan 3,6−bis(3,5−dimethylphenylcarbamate)〕
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。まず、酢酸2%のメタノール溶液(pH4)中で、キトサン0.31gに対し、無水フタル酸0.85gを添加して、35℃で12時間反応させた。
続いて、前記反応物を2%炭酸水素ナトリウム水溶液(pH8)中に入れ、更に無水フタル酸0.76gを添加して、35℃で12時間反応させ、キトサンの2−位のアシル化反応を完了させて、塩酸酸性にして回収した(収量0.60g)。
続いて、2−位をアシル化したキトサンを、200℃で5時間、減圧下で加熱乾燥することで、脱水反応により環化を行い、2−位をイミド化させた。反応はIRで確認した。その後、得られた2−位イミド化キトサン0.20gとり、脱水ピリジン6mlと3,5−ジメチルフェニルイソシアナートを0.29g加え、80℃で21時間加熱した。21時間後、IRにより反応の進行を確認した上で、3,5−ジメチルフェニルイソシアナートを0.11g加え、更に80℃で5時間加熱して、反応を終了させた。生成物は、MeOH/水=4/1(容量比)不溶部として回収した。IRにより尿素が含まれていることを確認したため、THF可溶部を2回沈殿させて尿素を取り除き、0.24g(62%)の収量を得た。得られたキトサン誘導体は、アセトン、DMSO、THF、DMF、DMA、クロロホルム、ピリジンに可溶であった。
[実施例2]〔N−phthaloyl chitosan 3,6−bis(3,5−dichlorophenylcarbamate)〕
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。DMF/水=95/5(容量比)混合溶媒20mlに、無水フタル酸1.0gを溶解させ、キトサン0.40gを加えて120℃で8時間撹拌した後、冷水にあけて0.64g(89%)の収量を得た。
完全にイミド化させるため、0.60gを、200℃で2時間、減圧下で加熱乾燥させた後、脱水ピリジン8mlと3,5−ジクロロフェニルイソシアナートを0.99g加え、80℃で加熱し反応させた。IRで反応の進行を確認後、27時間でメタノール/水=4/1不溶部として回収し、THF可溶部を再沈殿させ収量0.81g(67%)を得た。得られたキトサン誘導体は、THF、DMF、DMA、ピリジンに可溶であった。
[実施例3]〔N−(4−methyl)phthaloyl chitosan 3.6−bis(3.5−dimethylphenylcarbamate)〕
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。4−methylphthalic anhydride 1.6gをDMF/水=95/5の30mlに溶解させ、キトサン0.51gを加えて120℃で8時間撹拌し、冷水にあけ、メタノールで洗浄して回収したところ、0.89g(90%)の収量を得た。
このうち0.80gを200℃で2時間減圧乾燥させた後、ピリジン12ml、3,5−ジメチルフェニルイソシアナートを1.2g加えて80℃で24時間撹拌したところ完全に溶解し、1Rで反応の進行を確認後、メタノール不溶部として回収して、1.3g(82%)の収量を得た。得られたキトサン誘導体は、アセトン、THF、DMF、DMA、クロロホルム、ピリジンに可溶であった。
[実施例4]〔N−(4−methyl)phthaloyl chitosan3,6−bis(3,5−dichlorophenylcarbamate)〕
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。4−methylphthalicanhydride 1.1gをDMF/水:95/5 16mlに溶解させ、キトサン4.1gを加えて120℃で8時間撹拌し、冷水にあけ、メタノールで洗浄して回収したところ、0.75g(98%)の収量を得た。
このうち0.60gを200℃で2時間減圧乾燥させた後、ピリジン12ml、3,5−ジクロロフェニルイソシアナートを1.1g加えて80℃で24時間撹拌したところ完全に溶解し、IRで反応の進行を確認後、メタノール不溶部として回収して、1.1g(84%)の収量を得た。得られたキトサン誘導体は、THF、DMA、ピリジンに可溶であった。
[実施例5](光学異性体用分離剤の調製)
実施例1〜4で得たキトサン誘導体をTHFに溶解させた後、表面処理したシリカゲルに担持させ、光学異性体用分離剤とした。これらを、Hexane−2−propanol(9:1)で粒径分別し、長さ25cm、内径0.46cmのステンレススチール製のカラムに、Hexane−2−propanol(9:1)を用い、スラリー法により充填した。
カラム1(内径0.46cm):実施例1のキトサン誘導体
カラム2(内径0.46cm):実施例2のキトサン誘導体
カラム3(内径0.46cm):実施例3のキトサン誘導体
カラム4(内径0.46cm):実施例4のキトサン誘導体
応用例1(HPLCによる測定)
実施例5の各光学異性体用分離剤を用い、HPLCによるラセミ体の光学分割を行った。測定には、ポンプ(JASCO PU−980)を使用し、検出にはJASCO UV−970と旋光検出器JASCO OR−990を用いた。分割能を評価するために用いたラセミ体(2−19)は、下記のとおりである。
溶離液は、主にHexane−2−propanol(9:1)を用い、内径0.46cmのカラ厶では流速0.5ml/minとし、室温で測定を行った。理論段数は、benzene−eluent(1:10)により、また、tは1,3,5−tri−tert−buthylbenzeneにより決定した。
容量比k’,k’:溶離液がカラムを素通りしてくる時間をt、各エナンチオマーの溶出時間をt,tとするとき、k’,k’はエナンチオマーの充填剤に対する吸着力を示し、次式:
’=(t−t)/tで求められる。
分割係数α=k’/k
Figure 0005070596
カラム1〜4について評価した結果を以前合成された、2,3,6−位ともにisocyanateを反応させた誘導体(比較例1、2)の光学分割能とともに表1に示す。
Figure 0005070596
[実施例6]
N−(1,2−cyclohexanedicarbonyl)chitosan 3,6−bis(3,5−dimethylphenylcarbamate)
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。まずキトサン(wako−100(wako製)を、50%NaOH水溶液中にて、120℃で2時間の条件の脱アセチル化処理を3回繰り返したもの)0.20gをN−アシル化するため、酸性条件で0.54gのcis−1,2−cyclohexanedicarboxylic anhydrideを加えて11時間、塩基性にしてさらに0.51gの無水物を加えて12時間反応させて酸性条件で回収し、0.26g(68%)の収率を得た(MF2a−1)。これを減圧下220℃で5時間加熱したところIRでイミド化が進行した様子が観察された(MF2b−1)。これを86mgとり、脱水ピリジン80℃中で3,5−dimethylphenyl isocyanate 0.24gと反応させ、21時間後さらにisocyanateを0.23g加えた。27時間でIRで反応の進行を確認してメタノール不溶部を回収したが、反応は最後まで不均一で進んだ。DMSO中で撹拌、洗浄し不溶部のみの収量62mg(37%)を得た(MF2c−1)。
反応が完全に進行していない可能性があるので、新たに乾燥したN−(1,2−cyclohexanedicarbonyl)chitosan 0.24mgに、DMA 0.75mlに膨潤させた後、LiClを65mgとピリジン0.4ml、isocyanateを0.21g加えて20時間反応させた後、新たにisocyanateを0.22g加えたが不均一のまま4時間後メタノール不溶部として回収し、21mg(40%)の生成物を得た(MF2c−2)。
[実施例7] N−malenoyl chitosan 3,6−bis(3,5−dimethylphenylcarbamate)
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。まず、次の方法1のスキームのように行った。キトサン0.21gに、まず酸性条件で0.36gのmaleic anhydrideを加えて12時間、塩基性でさらに0.35gの無水物を加えたが、析出した白色の沈殿が12時間後も不溶のままであった。不溶部と可溶部を分離し、可溶部のみ酸性にすると、反応が進んだと思われるIRスペクトルが確認でき、27mg(8%)の収率を得た(MF4a−1)。一方不溶部は全く反応が進んでおらず、さらに再反応を行ったが可溶部からは同程度の収率しか得られず、不溶部は未反応のままであった。次に17mgを200℃減圧下で5時間加熱し、環化化合物15mg(95%)を得た(MF4b−1)。
[実施例8] N−malenoyl chitosan 3,6−bis(3,5−dimethylphenylcarbamate)
Figure 0005070596
上記反応式にしたがって、キトサン誘導体を製造した。DMF/水混合溶媒10mlにmaleic anhydrideを0.34g溶解させ、キトサン0.20gを加えて120℃で8時間半反応させ、冷水にあけて回収したところ、0.23g(77%)の収量を得た(MF4b−2)。
こちらでは反応の進行が確認されたため、この誘導体98mgを200℃で乾燥させた後、ピリジン4mlと3,5−dimethylphenyl isocyanateを240mg加えて反応させた。21時間後、不溶部が多かったため96mgのisocyanateを追加してさらに6時間反応させたが完全には溶解せず、メタノール/水=5/1不溶部として回収した。収量は172mg(80%)であった(MF4c−1)。
[実施例9]
N−(4−chloro)phthaloyl chitosan tris(3,5−dimethylphenylcarbamate)
4−chlorolphthalic anhydride 3.6gをDMF/水=95/5 30mlに溶解させ、キトサン1.0gを加えて120℃で8時間撹拌したところゲル化した。冷水200mLにあけ、遠心分離で回収し、200℃オーブンで1.5時間加熱乾燥したところ、2.5g(95%)の収量を得た(MF9b−2)。
このうち1.0gを乾燥させた後、ピリジン15ml、3,5−dimethylphenyl isocyanateを1.3g加えて撹拌し、2時間後に粘度が増大したためpyridine7mLを追加した。その4時間後に再びisocyanateを1.0g追加してさらに16時間撹拌した。IRで反応の進行を確認後、メタノールに再沈殿させて回収したところ、1.7g(92%)の収量を得た(MF9c−2)。
Figure 0005070596
[実施例10]
N−(4−chloro)phthaloyl chitosan tris(3,5−dichlorophenylcarbamate)
実施例9と同様にMF9b−2のうち1.0gを乾燥させた後、ピリジン15ml、3,5−diclorophenyl isocyanateを1.6g加えて撹拌し6時間後に再びisocyanateを0.8g追加してさらに16時間撹拌した。IRで反応の進行を確認後、メタノールに再沈殿させて回収したところ、2.3g(99%)の収量を得た(MF9d−2)。
Figure 0005070596
[実施例11]
N−(4−chloro)phthaloyl chitosan tris(3,4−dichlorophenylcarbamate)
実施例9と同様にMF9b−2のうち0.4gを乾燥させた後、ピリジン8ml、3,4−diclorophenyl isocyanateを1.2g加えて80℃で撹拌、11時間後に再びisocyanateを0.8g追加してさらに10時間撹拌した。IRで反応の進行を確認後、メタノールに再沈殿させて回収したところ、0.80g(95%)の収量を得た(MF9q−1)。
Figure 0005070596
[実施例12]
N−phthaloyl chitosan tris(3,4−dichlorophenylcarbamate)
phthalic anhydride 5.7gをDMF/水−95/5 120mlに溶解させ、キトサン2.0gを加えて120℃で20時間撹拌したところゲルが析出した。冷水200mLにあけ、遠心分離で回収したところ、3.3g(90%)の収量を得た(MF1b−9)。
このうち1.0gを乾燥させた後、ピリジン20ml、3,4−dimethylphenyl isocyanateを1.7g加えて撹拌し、時間後に再びisocyanateを1.2g追加してさらに12時間撹拌した。IRで反応の進行を確認後、メタノールに再沈殿させて回収したところ、2.4g(99%)の収量を得た(MF1q−1)。
Figure 0005070596
[実施例13]
N−(4−methyl)phthaloyl chitosan tris(3,4−dichlorophenylcarbamate)
(4−methyl)phthalic anhydride 6.0gをDMF/水=95/5 120mlに溶解させ、キトサン2.0gを加えて120℃で11時間撹拌したところゲルが析出した。上澄みをのぞいて冷水200mLにあけ、遠心分離で回収したところ、3.3g(86%)の収量を得た(MF5b−5)。
このうち1.0gを乾燥させた後、ピリジン20ml、3,4−dimethylphenyl isocyanateを1.7g加えて80℃で撹拌したところ、14時間後粘度が高くなって来たのでpyridine10mLとisocyanate0.5gを追加してさらに8時間撹拌した。IRで反応の進行を確認後、メタノールに再沈殿させて回収したところ、2.3gを得た。DMSO不溶部を除いて再びメタノールに再沈殿させ、乾燥させて1.6g(72%)の収量を得た(MF5q−1−re)。
Figure 0005070596
[実施例14] (光学異性体用分離剤の調製)
実施例9〜13で得たキトサン誘導体を 実施例5と同様にシリカゲルにコーテイングし、カラム(内径0.46cm)に充填した。 以下のようにカラム名を付けた。
N−(4−chloro)phthaloyl chitosan tris(3,5−dimethylphenylcarbamate)(MF9c−2) → MFp−25
N−(4−chloro)phthaloyl chitosan tris(3,5−dichlorophenylcarbamate)(MF9d−2) → MFp−26
N−(4−chloro)phthaloyl chitosan tris(3,4−dichlorophenylcarbamate)(MF9q−1)→ MFp−27
N−phthaloyl chitosan tris(3,4−dichlorophenylcarbamate)(MF1q−1) → MFp−18
N−(4−methyl)phthaloyl chitosan tris(3,4−dichlorophenylcarbamate)(MF5q−1−re) → MFp−19
応用例2(HPLCによる測定)
実施例14の各カラムを応用例1と同様にキラル固定相の光学分割能の評価結果を行った。 結果を次ぎに示す。
Figure 0005070596

Claims (5)

  1. 下記一般式(I)で示されるキトサン誘導体。
    Figure 0005070596
    (式中、
    1は、下記より選ばれたいずれかであり、
    Figure 0005070596
    2は、下記のものであり、
    Figure 0005070596
    nは5以上の整数を示す。Xは3,5−ジメチル、3,5−ジクロロまたは3,4−ジクロロである。
  2. 請求項1に記載のキトサン誘導体の製造方法であって、キトサンの2位のアミノ基をイミド化した後、キトサンの3位と6位の水酸基と、下記一般式のイソシアン酸誘導体を反応させる、キトサン誘導体の製造方法。
    Figure 0005070596
    (Xは3,5−ジメチル、3,5−ジクロロまたは3,4−ジクロロである。)
  3. 請求項1に記載のキトサン誘導体を含む光学異性体用分離剤。
  4. 請求項1に記載のキトサン誘導体の光学異性体用分離剤としての使用。
  5. 請求項1に記載のキトサン誘導体を用いて光学異性体を分離する方法。
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