JP7432089B2 - 高効率抗菌性ヒドロキシ酸エステルオリゴマー - Google Patents
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Description
本発明は、生物医学の分野に属し、特に高効率抗菌性ヒドロキシ酸エステルオリゴマーに関する。
抗菌剤（ａｎｔｉ－ｂａｃｔｅｒｉａｌ ａｇｅｎｔｓ）とは、特定の微生物（細菌、真菌、酵母菌、藻類及びウイルスなど）の成長又は繁殖を特定の期間内に特定レベル以下に維持できる物質を指す。抗菌剤は、織物、プラスチック、洗浄用品、医療用品などの分野で広く使用されている。
人々の生活水準の継続的な改善に伴い、織物やさまざまな家庭用プラスチックの衛生要件もますます高まっている。抗菌製品の自然及び環境保護基準の継続的な改善は、中国の衛生保健水準を向上させ、公共環境での交差感染を減らすために重要な実用的な価値を有する。したがって、バイオベースの材料のための自然で安全かつ効率的な抗菌剤を研究することが不可欠である。
中国特許ＣＮ１１０４５２１１５Ａには、抗菌材料の調製に使用されるポリ３－ヒドロキシブチレート系オリゴマーが開示されている。その最小発育阻止濃度（ＭＩＣ、単位ｍｇ／ｍＬ）は、以下の表に示すとおりである。
上記オリゴマーは、抗菌活性が高くなく、抗菌製品に対する人々の増え続ける性能要件を満たすことができず、且つその水溶性が調整制御できないため、適用範囲が狭くなる。また、合成プロセスで使用される原材料は、高価であり、非生物学的材料であるブチロラクトンであると同時に、有毒な触媒と溶媒を使用するため、後処理プロセスが複雑になる。
細菌は、高度に組織化された細胞膜構造を持っているので、外来の入侵分子の結合と浸透を効果的に抵抗できる。したがって、細菌の細胞膜に効果的に浸透して破壊する抗菌剤の合理的な設計は、非常に重要である。発明者は、長期の研究により、ヒドロキシ酸エステルオリゴマーの末端基と鎖長の相乗効果を利用して、細菌細胞膜に対する抗菌剤の浸透と破壊の効率を効果的に向上させ得ることを発見した。それにより効率的な抗菌の目的を達成でき、さらに抗菌剤の制御可能な水溶性を達成できる。
本発明の目的は、自然で環境に優しい抗菌剤の開発ニーズに基づいて、高効率抗菌性を有する物質であるＲ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーを提供することである。
本発明の抗菌物質であるＲ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーは、ｐＨ値が中性に近く、その一般構造式は、以下の式（Ｉ）に示される。
（式中、ｎは１～８の自然数であり、すなわち重合度ＤＰは１～８であり、Ｒ１はＣ１～Ｃ５のアルキル基、好ましくはＣ１～Ｃ２のアルキル基であり、Ｒ２はＣ２～Ｃ８のアルキル基、好ましくはＣ５～Ｃ６のアルキル基であり、ｍは０～３の自然数であり、好ましくは、ｍは０又は１である。）
好ましくは、高効率抗菌性ヒドロキシ酸エステルオリゴマーのｃｌｏｇＰ値は、１．５～３．０であり、より好ましくは２．０～２．５である。
好ましくは、高効率抗菌性ヒドロキシ酸エステルオリゴマーの一般構造式は、以下の式（ＩＩ）と（ＩＩＩ）に示される。
好ましくは、一般構造式（Ｉ）中、ｎ＝１～３であり、Ｒ１はＣ１～Ｃ５のアルキル基であり、Ｒ２はＣ２～Ｃ３のアルキル基であり、ｍ＝０～３である場合、Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーは水溶性物質であり、一般構造式（Ｉ）中、ｎ＝１～３であり、Ｒ１はＣ１～Ｃ５のアルキル基であり、Ｒ２はＣ４～Ｃ８のアルキル基であり、ｍ＝０～３である場合、Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーは、非水溶性物質であり、さまざまな有機溶媒（エタノール、ｎ－ブタノール、ジメチルスルホキシド、アセトン、及びエチルエーテルなど）に溶解でき、一般構造式（Ｉ）中、ｎ＝４～８であり、Ｒ１はＣ１～Ｃ５のアルキル基であり、Ｒ２はＣ２～Ｃ８のアルキル基であり、ｍ＝０～３である場合、Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーは、非水溶性物質であり、さまざまな有機溶媒（エタノール、ｎ－ブタノール、ジメチルスルホキシド、アセトン、及びエチルエーテルなど）に溶解できる。
好ましくは、水溶性抗菌物質Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーの一般構造式は、以下に示される。
（式中、ｎ＝２～３である。）
好ましくは、非水溶性抗菌物質Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーの一般構造式は、以下に示される。
（式中、ｎ＝４～８である。）
本発明の有益な効果は、以下のとおりである。
１、本発明は、分子構造の設計に注目して、式（Ｉ）で表される物質の末端基及び鎖長の構造を合理的に設計するとともに、そのｃｌｏｇＰ値を制御することにより、本発明の式（Ｉ）で表される物質のサイズを適切にし、式（Ｉ）で表される物質が細菌の内部への浸透能力及び細菌の細胞膜に対する破壊能力の両方を最大限に向上させることで、効率的な抗菌という目的を達成させる。
２、本発明は、分子構造を正確に設計することでＲ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーの親水性と疎水性を調整し、水溶性制御可能なバイオベースの抗菌剤を得、その使用範囲を広げ、例えば、食品、医薬品や化粧品などの分野では、水溶性が高く、使用しやすく、水中の物質が均一に分散している抗菌剤が必要であり、水溶性ヒドロキシ酸エステルオリゴマーは、使用ニーズをよく満たすことができ、一方、塗料、繊維、プラスチックや建材などの分野では、抗菌効果を長持ちさせるために耐水性を有する抗菌剤が必要であり、この場合では、非水溶性のヒドロキシ酸エステルオリゴマーのみがこの要件を満たすことができる。
３、本発明で使用される原材料はすべて、バイオベースの原材料であり、便利で入手が容易であり、合成プロセス中に有毒な触媒及び溶媒の使用を避け、複雑な後処理を避け、且つ触媒をリサイクルすることができ、スケールアップと生産が容易であり、環境保護要件を満たし、生産コストを削減するのにも役立つ。
１、本発明は、分子構造の設計に注目して、式（Ｉ）で表される物質の末端基及び鎖長の構造を合理的に設計するとともに、そのｃｌｏｇＰ値を制御することにより、本発明の式（Ｉ）で表される物質のサイズを適切にし、式（Ｉ）で表される物質が細菌の内部への浸透能力及び細菌の細胞膜に対する破壊能力の両方を最大限に向上させることで、効率的な抗菌という目的を達成させる。
２、本発明は、分子構造を正確に設計することでＲ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーの親水性と疎水性を調整し、水溶性制御可能なバイオベースの抗菌剤を得、その使用範囲を広げ、例えば、食品、医薬品や化粧品などの分野では、水溶性が高く、使用しやすく、水中の物質が均一に分散している抗菌剤が必要であり、水溶性ヒドロキシ酸エステルオリゴマーは、使用ニーズをよく満たすことができ、一方、塗料、繊維、プラスチックや建材などの分野では、抗菌効果を長持ちさせるために耐水性を有する抗菌剤が必要であり、この場合では、非水溶性のヒドロキシ酸エステルオリゴマーのみがこの要件を満たすことができる。
３、本発明で使用される原材料はすべて、バイオベースの原材料であり、便利で入手が容易であり、合成プロセス中に有毒な触媒及び溶媒の使用を避け、複雑な後処理を避け、且つ触媒をリサイクルすることができ、スケールアップと生産が容易であり、環境保護要件を満たし、生産コストを削減するのにも役立つ。
以下、本発明の技術的解決手段及び効果について、実施例と併せてさらに説明するが、本発明は、実施例に示される物質、混合比及び方法に限定されるものではなく、これらの実施例に示した材料の組み合わせ及び方法に基づいて当業者が容易に得ることができるすべての変更はいずれも、本発明の保護範囲に属するものとする。
実施例１：Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸エチルエステルオリゴマーの合成
実施例１－１
機械的攪拌、温度計及び蒸留装置を備えた三口フラスコに、１０ｇの３－ヒドロキシ酪酸エチルと０．０１ｇの酢酸亜鉛（すなわち、３－ヒドロキシ酪酸エチルの質量の０．１％）をそれぞれ加え、撹拌速度を約１５０ｒｐｍとし、微量の窒素ガス環境下で０．５－３℃／ｍｉｎで１５０℃まで昇温させて１時間反応させ、反応を停止させ、３－ＨＢオリゴマーを得、その重合度を質量スペクトル法で検出し、抗菌実験は、『ＧＢ／Ｔ ２０９４４．３－２００８ 織物の抗菌特性の評価 第３部：振動法』を参照し、菌種は、Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ ｃｏｌｉ ＡＴＣＣ ２５９２２である。
実施例１－２～１－３
表１によれば、実施例１－１に基づいて触媒の種類と反応温度を変更し、他の条件は、実施例１－１と同じであり、重合度の異なるＲ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸エチルエステルオリゴマーを得る。
図１は、実施例１－１の水溶性Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸エチルエステルオリゴマーの質量分析結果を示す図である。
図２は、実施例１－２の非水溶性Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸エチルエステルオリゴマーの質量分析結果を示す図である。
実施例２：Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸モノマー（ｎ＝１）の合成
実施例２－１
三口フラスコに、１ｍｏｌのＲ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸、１０ｍｏｌのメタノール、５．２ｇの触媒Ｐ－トルエンスルホン酸（Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸の質量の０．１５％）、及び体積量がアルコール体積の５０％の水運搬剤ｎ－ヘキサンを加え、攪拌しながら、１５０℃までゆっくりと昇温させ、温度を維持して８時間反応させ、反応を停止し、室温まで冷却した後、９０℃で、５０００Ｐａで減圧蒸留して残りのアルコールとｎ－ヘキサンを除去し、次に１５０℃まで昇温させ、１０００Ｐａ未満の減圧下で留出物を収集し、留出物は、３－ヒドロキシ酪酸メチルであり、収率が９３％である。
実施例２－２～２－８
実施例２－２～２－８では、実施例２－１に基づいて、メタノールをエタノール、１－プロパノール、１－ブタノール、１－ペンタノール、１－ヘキサノール、１－ヘプタノール、及び１－オクタノールにそれぞれ変更し、他の実験条件は、実施例２－１と同じであり、Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸エチルエステル（収率９５％）、Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸プロピルエステル（収率９３％）、Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ブチルエステル（収率９２％）、Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ペンチルエステル（収率９４％）、Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ヘキシルエステル（収率９６％）、Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ヘプチルエステル（収率９５％）、及びＲ－（－）３－ヒドロキシ酪酸オクチルエステル（収率９４％）をそれぞれ得、気相検出純度は、約１００％である。
図３は、Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸ヘキシルエステルの核磁気スペクトルを示す図である。
実施例１－２及び２－６で調製されたＲ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸エチルエステルオリゴマー及びＲ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸ヘキシルエステルオリゴマーは、広東省微生物分析検査センターにより試験され、試験の根拠と方法は、中国保健省の２００２年の『消毒技術規範』－２．１．８．４ 最小発育阻止濃度試験（栄養ブロス法）であり、その結果は、表２に示すとおりである。
実施例２－９
実施例２－１に基づいて、Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸をＲ－（－）－３－ヒドロキシプロピオン酸に変更し、メタノールを１－ヘキサノールに変更し、他の実験条件は、実施例２－１と同じであり、Ｒ－（－）－２－ヒドロキシプロピオン酸ヘキシルエステルを得る。
図４は、Ｒ－（－）－２－ヒドロキシプロピオン酸ヘキシルエステルの核磁気スペクトルを示す図である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸メチルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：４．３３（ｍ，Ｈ），３．７２（ｓ，３Ｈ），２．５３（ｑ，２Ｈ），１．２１（ｄ，３Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸エチルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：４．３３（ｍ，Ｈ），４．０１（ｍ，２Ｈ），２．４１（ｍ，２Ｈ），１．１５（ｍ，６Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸プロピルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ－ｄ） δ４．２８－４．１６（ｍ，１Ｈ），４．１０（ｔ，２Ｈ），２．５９－２．４０（ｍ，２Ｈ），１．７６－１．６４（ｍ，２Ｈ），１．２６（ｄｄ，３Ｈ），０．９７（ｔ，３Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ブチルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ－ｄ） δ４．４８－４．３９（ｍ，２Ｈ），４．３３（ｄｄｔ，４Ｈ），２．７８－２．５５（ｍ，４Ｈ），１．８４（ｔｄｄ，４Ｈ），１．６９－１．５２（ｍ，４Ｈ），１．４９－１．３９（ｍ，６Ｈ），１．２１－１．０９（ｍ，６Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ペンチルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：４．２３（ｍ，Ｈ），４．１４（ｔ，２Ｈ），２．４３（ｍ，２Ｈ），１．６７（ｍ，２Ｈ），１．３７（ｍ，４Ｈ），１．２６（ｄ，３Ｈ），０．９５（ｍ，３Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ヘキシルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ－ｄ） δ４．２９－４．１８（ｍ，１Ｈ），４．１４（ｔ，２Ｈ），２．５８－２．４０（ｍ，２Ｈ），１．７３－１．６１（ｍ，２Ｈ），１．４４－１．２９（ｍ，６Ｈ），１．２６（ｄ，３Ｈ），０．９７－０．８９（ｍ，３Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸ヘプチルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ－ｄ） δ４．２３（ｄｑｄ，１Ｈ），４．１４（ｔ，２Ｈ），２．５３（ｄｄ，１Ｈ），２．５０－２．４０（ｍ，１Ｈ），１．６７（ｔ，２Ｈ），１．４３－１．２９（ｍ，９Ｈ），１．２７（ｄｄ，３Ｈ），０．９２（ｔ，３Ｈ）である。
Ｒ－（－）３－ヒドロキシ酪酸オクチルエステルのＮＭＲ実験データは、そのスペクトログラムは以下のとおりである。１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，Ｃｈｌｏｒｏｆｏｒｍ－ｄ） δ４．２３（ｔ，１Ｈ），４．１５（ｔ，３Ｈ），２．５４（ｄｄ，１Ｈ），２．４６（ｄｄ，１Ｈ），１．７４－１．６２（ｍ，３Ｈ），１．４２－１．２４（ｍ，１８Ｈ），０．９２（ｔ，４Ｈ）である。
実施例３：Ｒ－（－）－乳酸エステルモノマー（ｎ＝１）の合成
実施例３－１
実施例２－１では、Ｒ－（－）－３－ヒドロキシ酪酸をＲ－（－）－乳酸に変更し、メタノールを１－ヘキサノールに変更し、他の条件は、実施例２－１と同様であり、調製してＲ－（－）－乳酸ヘキシルを得、収率は、９４％であり、気相検出純度は、約１００％である。
実施例３－２～３－３
実施例３－２～３－３では、実施例３－１に基づいて、１－ヘキサノールをエタノール及び１－ヘプタノールにそれぞれ変更し、他の条件は、実施例３－１と同様であり、Ｒ－（－）－乳酸エチル及びＲ－（－）－乳酸ヘプチルをそれぞれ得、気相検出純度は、約１００％である。
実施例４：Ｒ－（－）－２－ヒドロキシプロピオン酸ヘキシルエステルの合成
実施例３－１では、実施例３－１に基づいて、Ｒ－（－）－乳酸をＲ－（－）－２－ヒドロキシプロピオン酸に変更して、Ｒ－（－）－２－ヒドロキシプロピオン酸ヘキシルエステルを得、気相検出純度は、約１００％である。
Ｒ－（－）－２－ヒドロキシプロピオン酸ヘキシルエステルのＮＭＲ実験データは、そのクロマトグラムは、１Ｈ ＮＭＲ（ＣＤＣｌ３）：４．２９（ｍ，Ｈ），１．６０（ｍ，２Ｈ），１．４２（ｍ，９Ｈ），０．８８（ｍ，３Ｈ）である。
実施例２－３の生成物に対する抗菌試験及びｃｌｏｇＰ理論計算は、表３に示すとおりである。
表２から、本発明により調製されたヒドロキシ酸エステルオリゴマーのｃｌｏｇＰ値は、エステル基の鎖長とともに規則的に増加するが、ｃｌｏｇＰ値が約２．４である場合、最良の抗菌効果（ＭＩＣは１．９５ｍｇ／ｍＬである。）が達成されることが分かる。ｃｌｏｇＰ＝２．４の場合、Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルは、分子サイズが最適であるため、細胞膜に挿入されて細胞膜リン脂質二重層の安定した構造を破壊して、効率的な抗菌効果を達成することができる。
以上に述べた本発明の特定の実施形態は、本発明の保護範囲に対する限定を構成しないことを指摘しておくべきである。本発明の技術的概念に従って行われた他の対応する変更及び修正はいずれも、本発明の特許請求の範囲の保護範囲に含まれるべきである。
Claims (1)
- 抗菌物質として使用されるＲ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーを含む抗菌性組成物であって、前記Ｒ－（－）－ヒドロキシ酸エステルオリゴマーが一般構造式（ＩＩ）又は一般構造式（ＩＩＩ）で表されることを特徴とする抗菌性組成物。
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| Enantio-reversal in Candida rugosa lipase-catalyzed esterification of 3-hydroxybutyric acid，Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic，2000年，10 (5), p531-534 |
| Lipase-catalyzed synthesis of R-Poly (3-hydroxybutyrate) oligomer，Journal of Zhejiang University (Science Eddition)，2018年，45 (1), p112-116 |
| Protease-Catalyzed Oligomerization and Hydrolysis of Alkyl Lactates Involving L-Enantioselective Deacylation Step，Biomacromolecules，2011年，12 (10), p3833-3837 |
| Synthesis of 3-hydroxybutyric acid esters by enzymatic catalysis，Annals of West University of Timisoara, Series of Chemistry，2008年，17 (3), p67-72 |
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