JP6428527B2

JP6428527B2 - ピロロキノリンキノン結晶の製造方法

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Publication number: JP6428527B2
Application number: JP2015155696A
Authority: JP
Inventors: 池本　一人; 一人池本
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2015-08-06
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-08-06
Also published as: JP2017031126A

Description

本発明は、低水分量ピロロキノリンキノンの結晶および該製造方法に関する。

ピロロキノリンキノンは、新しいビタミンの可能性があることが提案され、健康補助食品、化粧品などに有用な物質として注目を集めている。ＰＱＱは、細菌に限らず、真核生物のカビ、酵母に存在し、補酵素として重要な働きを行っている。また、ＰＱＱについては、近年までに、細胞の増殖促進作用、抗白内障作用、肝臓疾患予防治療作用、創傷治癒作用、抗アレルギ−作用、逆転写酵素阻害作用、グリオキサラ−ゼＩ阻害作用−制癌作用など多くの生理活性が明らかにされている。このピロロキノリンキノンは、ナトリウム塩として（特許文献１）使用されることが多い。

国際公開第2011／007633号国際公開第2011／055796号国際公開第2011／051414号

ＰＱＱ誘導体を製造する際に、例えばエステル化剤等は加水分解しやすく、水を含まない原料を用いることが望ましい。ピロロキノリンキノンのフリー体（以下PQQとすることがある）は３つのカルボン酸が塩ではなくプロトン化された状態である。ＰＱＱのフリー体の製造方法としては、アルカリ金属塩から水中で酸性にして析出する方法がある（特許文献２）。水から再結晶する場合、結晶水が含まれてしまう。ピロロキノリンキノンに対し１分子水が含まれる場合、５％程度の水分量になってしまう。その結晶水の除去は困難である。また、水からの再結晶は溶解性が低いため、大量に溶媒を使用する必要がある。この結晶格子内の水を除去するには多大の労力を必要とする。長時間の乾燥、高い温度のように時間と費用がかかる欠点がある。

ＰＱＱのようなカルボン酸の再結晶には非極性溶媒である酢酸エチルやクロロホルム、トルエンがよく用いられるが、ＰＱＱは溶解しない。また、エタノールやメタノールではＰＱＱの場合、ヘミアセタール化がおこり（特許文献３）好ましくない。

このように含水量の低いＰＱＱの結晶とその製造方法が求められている。本発明は、長時間の乾燥や高温処理を使用することなく、簡便に、低水分量ピロロキノリンキノンの結晶を製造する方法とその高純度な結晶の提供を目的とする。

本発明者はピロロキノリンキノンの結晶化について検討した結果、以下の発明を行った。
［１］
ピロロキノリンキノンのフリー体を非プロトン性極性溶媒に溶解させた後、

式（１）で表される化合物の結晶を析出させる、
ピロロキノリンキノンのフリー体の結晶を製造する方法。
［２］
非プロトン性有機溶媒がジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1−メチルピロリドンおよびアセトニトリルからなる群から選ばれる少なくとも１種である、［１］に記載の結晶の製造方法。
［３］溶解させる際の温度よりも２０度以上低い温度で析出させることを特徴とする［１］又は［２］記載の製造方法。
［４］ピロロキノリンキノンのフリー体の非プロトン性極性溶媒の溶液が、０．０１〜３０ｗ／ｗ％である、［１］又は［２］記載の製造方法。

本発明は、大量の溶媒を使用することなく、また長時間の乾燥や高温処理を使用することなく、簡便に、低水分量ピロロキノリンキノンの結晶を製造する方法とその高純度な結晶の提供することを可能とした。

本発明は、
ピロロキノリンキノンのフリー体を非プロトン性極性溶媒に溶解させた後、

式（１）で表される化合物（以下、ピロロキノリンキノンのフリー体と記すことがある）の結晶を析出させる、ピロロキノリンキノンのフリー体の結晶を製造する方法である。

原料に用いるピロロキノリンキノンのフリー体は、市販されているピロロキノリンキノンのアルカリ金属塩を酸性水溶液中でアルカリ金属塩を除去することで入手することができる。例えば、特許文献２に記載される方法で作ることができる。

使用する非プロトン性極性溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1−メチルピロリドン、ジメチルイミダゾリジノン、モノメチルホルムアミド、モノメチルアセトアミド、アセトニトリルが挙げられる。これらの溶媒は単独でも、混合でもどちらでも良い。好ましくは、単独のジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１−メチルピロリドン、アセトニトリルであり、容易に購入しやすい。

本発明で用いる非プロトン性極性溶媒は、市販品でよく特別なグレードのものは必要がない。ピロロキノリンキノンフリー体の非プロトン性極性溶媒の溶液は、例えば、０．０１〜３０ｗ／ｗ％となるように溶解することができ、好ましくは、０．１〜２０ｗ／ｗ％、より好ましくは、０．５〜１５ｗ／ｗ％である。溶解する時間は特に制限がないが、５分から１週間ぐらいで行うことができる。スケールが小さい場合は短時間ですむが、大きな場合は長時間必要である。

ピロロキノリンキノンを非プロトン性極性溶媒に溶解させる際の温度は０〜１４０℃とすることができるが、好ましくは、２０〜９０℃が特別な装置も要らず、使用しやすい。溶解度の面では高い温度が溶解しやすいため、生産性の点から、５０℃以上にするのが好ましい。

ピロロキノリンキノンフリー体の結晶を析出させる際は、冷却することが好ましい。溶解時との温度差が２０度以上、好ましくは４０度以上で析出することが好ましい。析出の際に温度下げていないと、回収率が下がる。

結晶を析出させるために、貧溶媒を添加することができる。貧溶媒も水分を含まないことが求められる。貧溶媒の添加量はピロロキノリンキノンのフリー体を溶解した溶媒の０．０５倍から２００倍容量が好ましい。添加量は結晶性、回収量を考慮して自由に設定できる。好ましい貧溶媒はアセトニトリル、フォルムアミドである。

結晶を析出させる際に、ピロロキノリンキノンのフリー体の非プロトン性極性溶媒の溶液は、攪拌されてもよい。攪拌は、磁気攪拌、機械攪拌、手動攪拌、振とう攪拌等に供することにより実施することができるが、好ましくは、磁気攪拌または機械攪拌である。
析出時間は特に制限がないが、３０分〜１週間、好ましくは、３０分〜９０時間である。

析出した固体（析出物）は、濾過、遠心分離等の公知の方法を用いて液と分離することができる。必要であればイソプロパノールのような有機溶媒でさらに洗えばよい。この得られた固体は風乾、減圧乾燥できる。

本発明で得られるピロロキノリンキノンのフリー体の結晶に含まれる水分量は２％以下が好ましく、１．３％以下がより好ましい。特に好ましくは０．５％以下である。
本発明で得られるピロロキノリンキノンのフリー体の結晶は、使用した溶媒を結晶溶媒として含んでも良い。含まれる溶媒は使用した溶媒に依存し、非プロトン性極性溶媒である。本発明の結晶はその確認に光学顕微鏡、電子顕微鏡、粉末X線回折、単結晶X線回折を使用して行える。不定形名アモルファスかどうかはこの確認試験によって行うことができる。

本発明によれば、大量の溶媒を使用することなく、長時間の乾燥も必要がなく、ピロロキノリンキノンの低水分量結晶を簡便に製造可能である点で有利である。
また、原料のピロロキノリンキノンに水分がある場合でも本発明は除去することができる利点を有している。

本発明で得られるピロロキノリンキノンのフリー体の結晶は、電子材料として使用でき、ケミカルベーパーでポジション用原料、センサ材料、燃料電池として使用できる。使用する形態は有機溶媒溶液、固体状態で使用できる。その際にはシリコンウエハー、金属化合物、高分子膜、脱水素酵素、金属電極と共に使用できる。医薬または機能性食品の有効成分とすることができ、皮膚外用剤、注射剤、経口剤、坐剤等の形態、あるいは、日常食する飲食物、栄養補強食、各種病院食等の形態で提供可能である。調製の際に使用される添加剤としては、液剤としては水、果糖、ブドウ糖等の糖類、落下生油、大豆油、オリーブ油等の油類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類を用いることができる。
錠剤、カプセル剤、顆粒剤などの固形剤の賦型剤としては乳糖、ショ糖、マンニット等の糖類、滑沢剤としてはカオリン、タルク、ステアリン酸マグネシウム等、崩壊剤としてデンプン、アルギン酸ナトリウム、結合剤としてポリビニルアルコール、セルロース、ゼラチン等、界面活性剤としては脂肪酸エステル等、可塑剤としてグリセリン等を例示することができるが、これらに限定されるものではない。必要に応じて溶解促進剤、充填剤等を加えてもよい。
また、ピロロキノリンキノンのフリー体の結晶は、単独でも、他の素材と組み合わせても使用できる。組み合わせ可能な素材としては、ビタミンＢ群、ビタミンＣおよびビタミンＥ等のビタミン類、アミノ酸類、アスタキサンチン、α−カロテン、β−カロテン等のカロテノイド類、ドコサヘキサエン酸、エイコサペンタエン酸等のω３脂肪酸類、アラキドン酸等のω６脂肪酸類などが例示されるが、これらに限定されるものではない。

実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの例にのみ限定されるものではない。また、特に断りのない限り本文中の％は重量％を示す。

本発明に関する分析は以下のようにして行った。
［水分分析］
装置：カールフィッシャー水分測定器を使用した。

比較例１
原料のＰＱＱジナトリウム塩は三菱ガス化学社製の試薬（商品名：バイオＰＱＱ）を使用した。ＰＱＱジナトリウム塩５ｇを水１００ｇに加えた。温度を７０℃にして溶かした。濃塩酸５ｇを攪拌しながら添加してｐＨを０．９にした。７０℃にして一晩置いた。攪拌しながら２３℃にした後、２時間攪拌した。この固体を濾過して取り出し、水１００ｇに加え、７０℃で結晶化を進めた。析出した固体をろ過し、５０℃減圧乾燥１６時間行った。水分量測定の結果４．９％であった。

比較例２５０℃１８時間減圧乾燥
比較例１で得た含水ＰＱＱ粉末を原料に使用した。このサンプルの減圧乾燥を１８時間５０℃で行った。水分量は４．８％であった。
水から析出したサンプルは乾燥時間を延ばしても水分量の変化は０．１％しか低下せず、水分量を減らすのは非常に困難であった。

実施例１ジメチルスルホキシドからの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）をジメチルスルホキシド（２ｍｌ）と混合し、７０℃に加温した。これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ色の結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を除去した。５０℃で減圧乾燥２時間した。得られた結晶は重量が０．２２ｇであり、水分量が０．２３％であった。本発明により低水分のピロロキノリンキノン結晶を作成できた。原料においては４．９％の水分が含まれているたが、大幅に水分を減らすことができた。

実施例２ジメチルホルムアミドからの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）をジメチルホルムアミド（２ｍｌ）と混合し、７０℃に加温した。これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。５０℃で減圧乾燥２時間した。得られた結晶は重量が０．２２ｇであり、水分量が０．３４％であった。

実施例３ジメチルアセトアミドからの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）をジメチルアセトアミド（２ｍｌ）と混合し、７０℃に加温した。これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。５０℃で減圧乾燥２時間した。得られた結晶は重量が０．２６ｇであり、水分量が１．２４％であった。

実施例４１−メチルピロリドンからの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）を１−メチルピロリドン（２ｍｌ）と混合し、７０℃に加温した。これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。５０℃で減圧乾燥２時間した。得られた結晶は重量が０．２７ｇであり、水分量が０．１８％であった。
非プロトン性有機溶媒を使用することで容易に低水分量のピロロキノリンキノン結晶を作ることができた。

実施例５ジメチルスルホキシドとアセトニトリルとの混合溶媒からの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）をジメチルスルホキシド２ｍｌと混合し、７０℃に加温した。この溶液にアセトニトリル１ｍL加え、これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。得られた結晶は重量が０．３３ｇであり、水分量が０．０％であった。

実施例６ジメチルホルムアミドとアセトニトリルとの混合溶媒からの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）をジメチルホルムアミド２ｍｌと混合し、７０℃に加温した。この溶液にアセトニトリルを１ｍｌ加え、これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。２日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。減圧乾燥５０℃２時間行った。得られた結晶は重量が０．３８ｇであり、水分量が０．０３％であった。

実施例７ジメチルアセトアミドとアセトニトリルとの混合溶媒からの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）をジメチルアセトアミド２ｍｌと混合し、７０℃に加温した。この溶液にアセトニトリルを１ｍL加え、これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。減圧乾燥５０℃２時間行った。得られた結晶は重量が０．２９ｇであり、水分量が０．３７％であった。

実施例８１−メチルピロリドンとアセトニトリルとの混合溶媒からの結晶析出
原料として比較例１の含水ＰＱＱ粉末（０．３０ｇ）を１−メチルピロリドン２ｍｌと混合し、７０℃に加温した。この溶液にアセトニトリルを１ｍL加え、これを冷蔵庫（４℃）に冷却した。１日後、オレンジ結晶が析出した。この結晶をろ紙で余分な溶媒を取った。減圧乾燥５０℃２時間行った。得られた結晶は重量が０．２５ｇであり、水分量が０．４８％であった。

実施例９−１〜９−４吸湿性試験
実施例１〜４で得られた各結晶を使用した。各結晶サンプル５０ｍｇを測り取り、４０℃湿度７５％に４日おいて重量変化を測定した。その結果を表１に示す。

本発明の固体は吸湿性を有していなく、高湿度環境でも重量の増加はなかった。吸湿性のある物質では湿度が高い環境では重量が上昇する。しかし、本発明の結晶では重量がほとんど増えておらず、吸湿性がない。

比較例３
原料として比較例１のＰＱＱ粉末０．３０ｇをメタノール２ｍｌと混合した。２時間後赤色の懸濁液は黄色の懸濁液に変化した。プロトン性の極性溶媒であるメタノールではピロロキノリンキノンと反応してヘミアセタール体になっていた。減圧乾燥を行うとすぐに茶色く変色した。メタノールのようなプロトン性極性溶媒は反応し、析出した物質も不安定である。

本発明のＰＱＱ結晶は低含水量材料として電子材料として利用することが出来る。電子材料として、例えば、センサ、燃料電池として使用可能である。他にも、低水分量のピロロキノリンキノンを出発物質とする有機合成に利用することができる。

Claims

ピロロキノリンキノンのフリー体を非プロトン性極性溶媒に溶解させた後、

式（１）で表される化合物の結晶を析出させる、
ピロロキノリンキノンのフリー体の結晶を製造する方法。
非プロトン性有機溶媒がジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1−メチルピロリドンおよびアセトニトリルからなる群から選ばれる少なくとも１種である、請求項１に記載の結晶の製造方法。
溶解させる際の温度よりも２０度以上低い温度で析出させることを特徴とする請求項１又は２記載の製造方法。
ピロロキノリンキノンのフリー体の非プロトン性極性溶媒の溶液が、０．０１〜３０ｗ／ｗ％である、請求項１又は２記載の製造方法。