JPH0558002B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、種々の工業的用途に用いられる水溶
性アシル化キトサン（下記式(3)の物質 及び下記式(4)の物質 （但し、R₁，R₂，R₃及びR₄は水素原子又はア
シル基を示すが、このうち少なくとも１個はアシ
ル基である。） の共重合体であつて、ｍ＋ｎ≧15であり、かつ
ｍ／ｍ＋ｎ＝0.35〜0.65であるもの）の製造方法に 関し、更に詳述すると、上記高分子の水溶性アシ
ル化キトサンを短い反応時間で収率良く製造し得
る方法に関する。 従来の技術及び発明が解決しようとする問題点 キチンは、下記一般式(A) で表わされるＮ−アセチル化Ｄ−グルコサミンが
β−１，４で結合したものである。また、キチン
から誘導されるキトサンはキチンの脱アセチル化
物であり、たとえばキチンをアルカリ処理するこ
とにより得ることができる。これらキチン及びキ
トサンは、水不溶性であり、また化学薬品との反
応活性が著しく低いため、工業的には充分に利用
されていないのが実情であるが、キチンが部分的
に脱アセチル化した水溶性部分脱アセチル化キチ
ン乃至はキトサンが部分的にアシル化した水溶性
部分アシル化キトサンは、カチオン性ポリマーと
して種々の工業的用途に利用可能である。 従来、水溶性部分脱アセチル化キチン（水溶性
部分アシル化キトサン）を製造する方法として
は、天然産キチンを出発物質としてこれを50℃以
下の温度で均一系において加水分解する際に、キ
チンの脱アセチル化率が40〜60％になるように部
分脱アセチル化を行なう方法が知られている（特
開昭53−47479号公報）。しかしながら、上記方法
は、約32〜98時間という長い反応時間を要す
る、均一にキチンを脱アセチル化することが難
しく、収率が悪い、強アルカリを用いて高温下
で長時間反応させるため、生成物がかなり低分子
化され、高分子の水溶性部分アセチル化キチンを
得ることができない、均一系を得るためのアル
カリキチンの製造が難しい、といつた欠点を有し
ている。 また、キトサンをアシル化することによる水溶
性部分アシル化キトサンを製造する方法として
は、キトサンが酸水溶液に溶けることから、キト
サンを酸水溶液に溶解した後、この溶液にアシル
化剤を加えることによりアシル化する方法が考え
られる。しかしながら、本発明者らの検討によれ
ば、この方法で水溶性部分アシル化キトサンを得
るのは極めて困難であつた。即ち、本発明者ら
は、この方法においてはキトサンを溶解した溶液
中のキトサンと酸との塩の濃度が高く、アシル化
が容易に進行するので、キトサンのアシル化度が
95％以上になつて反応生成物が水不溶性になり、
反応液がゲル状になること、このため水溶性アシ
ル化キトサンを上記方法で得るのは困難であるこ
とを知見したものである。なお、上記反応におけ
る置換基の鎖長、置換度、反応溶媒等がゲル生成
に及ぼす影響について、アグリカルチヤル・バイ
オロジカル・ケミストリー〔Agric.Biol.Chem.〕
41，1755（1977、平野ら）、インターナシヨナル・
ジヤーナル・オブ・バイオロジカル・マクロモル
〔Int.J.Biol Macromol〕３，292（1981、ジー．
ケー．ホーレら）、カーボハイドレート・リサー
チ〔Carbohydr.Res.〕83，389（1980、藤井ら）、
マクロモル．ケミストリー〔Macromol Chem.〕
178，2595（1977、栗田ら）、アグリカルチヤル・
バイオロジカル・ケミストリー〔Agric.Biol.
Chem.〕47，1389（1983、平野ら）に報告がされ
ている。しかしながら、これら文献記載の反応に
より得られる生成物は、特殊な有機溶媒に対して
溶解性が向上しているに過ぎず、水溶性誘導体で
はない。 本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、ア
シル化度が35〜65％の高分子の水溶性アシル化キ
トサンを短時間で収率良く得ることができ、かつ
均一系で得られる水溶性アシル化キトサンの製造
方法を提供することを目的とする。 問題点を解決するための手段及び作用 即ち、本発明製造方法は、上記目的を達成する
ため、下記式(1)の物質 及び下記式(2)の物質 のランダム共重合体であつて、ａ＋ｂ≧15であ
り、かつａ／ａ＋ｂ＝0.7〜１である水不溶性のキト サンを酸の水溶液に溶解し、更にこの溶液を水又
は水に溶解可能な溶媒で希釈した後、この溶媒希
釈液にアシル化剤を添加して、下記式(3)の物質 及び下記式(4)の物質 （但し、R₁，R₂，R₃及びR₄は水素原子又はア
シル基を示すが、このうち少なくとも１個はアシ
ル基である。） の共重合体であつて、ｍ＋ｎ≧15であり、かつ
ｍ／ｍ＋ｎ＝0.35〜0.65である水溶性アシル化キト サンを得るようにしたものである。 本発明は、上述した特開昭53−47479号記載の
方法がキチンをアルカリキチンにし、これを均一
系において強アルカリを用いて部分脱アセチル化
することにより目的物を得ているのに対し、出発
物質として(1)及び(2)式の物質がランダム共重合し
たキトサンを用い、これをアシル化することによ
り、(3)及び(4)式の物質が共重合したアシル化度が
35〜65％（(3)及び(4)式においてｎ／ｍ＋ｎ＝0.35〜 0.65）の非晶質水溶性アシル化キトサンを得るよ
うにしたものである。この場合、本発明において
は、キトサンを酸水溶液に溶解すること、即ちキ
トサンと酸との水溶性塩を作ることにより、容易
に均一系を得ることができる。また、上記溶液を
水又は水に溶解する溶媒で希釈することにより、
高分子キトサンの分子鎖を充分にほぐすことがで
きると共に、溶液中の塩濃度を低くすることがで
き、この溶媒希釈液にアシル化剤を加えることに
よつて、前記(3)，(4)式で示される高分子の水溶性
アシル化キトサンを短時間で効率的に得ることが
できる。更に、原料キトサンとして脱アセチル化
度が高いものを用いることにより、均一にアシル
化することができ、従つて水溶性アシル化キトサ
ンを高収率で得ることができるものである。 以下、本発明につき更に詳しく説明する。 本発明においては、まず(1)，(2)式で示される水
不溶性のキトサンを酸の水溶液に溶解し、均一系
を得る。 この場合、本発明においては、原料キトサンと
して脱アセチル化度が70％以上のものを用いるこ
とが必要であるが、よりアセチル化度が高いもの
を用いることが目的物をより収率良く得るために
好ましく、特に脱アセチル化度が90％以上のもの
を用いることが好適である。なお、原料キトサン
の脱アセチル化度が70％より低くなると、収率が
悪くなり、不経済になるため本発明には使用し得
ない。 また、キトサンを溶解する酸水溶液の種類は必
ずしも制限されないが、例えば塩酸、硝酸等の無
機酸、ぎ酸、酢酸、しゆう酸、クエン酸、りんご
酸、アジピン酸、ピルビン酸等の有機酸の水溶液
を好適に用いることができる。なお、酸水溶液に
おける酸の濃度は１〜５重量％とすることが好ま
しい。 本発明においては、次に上記酸水溶液を水又は
水に溶解可能な溶媒で希釈し、均一系中のキトサ
ンの高分子鎖を伸ばすと共に、塩の濃度を低下さ
せる。 ここで、酸水溶液を希釈する溶媒の種類に限定
はないが、メタノール、エタノール、イソプロピ
ルアルコール、ブチルアルコール等の低級モノア
ルコール、グリセリン、プロピレングリコール等
の多価アルコール、アセトン等のケトン類が好適
に用いられる。また、希釈率も制限されないが、
希釈液におけるキトサンと酸との塩の濃度が高い
と生成物中に水不溶性のものが多くなり、また反
応液がゲル化するため、これを防止する目的で塩
の濃度が希釈液全体の２重量％以下、特に１重量
％以下になるように希釈することが好ましい。 次いで、本発明においては、上記溶媒希釈液に
アシル化剤を添加してアシル化反応を行なわせる
ことにより、上記(3)，(4)式で示される水溶性アシ
ル化キトサンを得るものである。 この場合、アシル化剤としては無水酢酸、無水
プロピオン酸、無水安息香酸等の酸無水物などを
使用することができ、これにより使用するアシル
化剤の種類に応じたアシル基を有する水溶性アシ
ル化キトサンが得られる。なお、本発明におい
て、(4)式のアシル基としては−CORとして示し
た場合、Ｒが炭素数１〜５のものが好ましく、ア
シル化剤はこの製造すべき(4)式の目的物の種類に
応じて選定される。またアシル化剤は、原料キト
サンの脱アセチル化率に基づいて最終生成物のア
シル化率が35〜65％になるようにその添加量を決
定する。 ここで、アシル化剤の添加方法に限定はない
が、キトサンのＤ−グルコサミン構成単位が均一
にアシル化されるように、上記溶媒希釈液を15〜
50℃に調整して激しく撹拌しながら、溶媒で希釈
したアシル化剤を少量ずつ加えることが好まし
い。溶媒希釈液に急激に多量の濃アシル化剤を加
えると、反応液がゲル化して水溶性の非晶質部分
アシル化キトサンを良好に得ることができないこ
とがある。なお、アシル化剤の溶媒希釈率は10〜
2000倍、特に200〜800倍とすることが好ましく、
添加速度は0.1〜20ミリモル／分、特に0.5〜２ミ
リモル／分とすることが好ましい。また、溶媒は
水又は水に溶解可能なものが好ましい。 更に、アシル化剤を添加した後は、反応液を15
〜50℃において撹拌しながら反応を進行させるこ
とが好ましいが、反応時間は通常３〜10時間程度
で充分であり、この場合反応の進行と共に反応液
は粘性を増してくる。 アシル化反応後は、反応液から目的物質を分
離、精製することが好ましい。目的物質の分離、
精製法としては、例えば下記方法が好適に採用さ
れる。即ち、まず、反応液に苛性ソーダ等のアル
カリを加えてそのPHを10程度にし（これにより沈
澱が生成する）、更にアルカリ添加後反応液を１
時間位放置してから再度アルカリを添加する（こ
れにより更に沈澱が生じるが、これは原料キトサ
ンが高分子物質であるために反応が遅く、PHが時
間経過と共に下がつてくるためである）。次いで、
反応液を過し、沈澱と溶媒とを充分に分離した
後、沈澱物を大量の水に溶解する。この場合、反
応生成物が水溶性高分子物質であるため、この溶
解液は高粘性の液体となるが、一部に水不溶性の
生成物もあるので、更にこれを遠心分離機等を用
いて別する。その後、透析膜を用いて液から
アルカリ及びその酸との塩を除去して液を精製
し、精製液を凍結乾燥法、噴霧乾燥法等の適宜手
段で乾燥することにより、白色の非晶質水溶性部
分アシル化キトサンを得るものである。 発明の効果 以上説明したように、本発明製造方法によれ
ば、(1)，(2)式で示されるキトサンから(3)，(4)式で
示される高分子の水溶性部分アシル化キトサンを
短時間で収率良く製造することができ、従来方法
が有する反応時間が長い、収率が悪い、均一系に
するのが難しい、高分子の目的物を得ることが難
しい、水溶性の目的物を得ることが難しいといつ
た欠点を解消することができる。 この場合、本発明製造方法によつて得られる水
溶性アシル化キトサンは、アシル化率が35〜65％
の非晶質のものであり、これはアシル化Ｄ−グル
コサミン及びＤ−グルコサミンの構成単位が交互
に並んだ構造のものであると推定され、このこと
は脱アセチル化度が高いキトサンを用いて希薄
系、均一系で反応させることによつて高収率で目
的物が得られることから推測される。従つて、本
発明製造方法によつて得られた水溶性アシル化キ
トサンは、カチオン性ポリマーとして広範囲に使
用できると共に、種々の誘導体の出発物質として
用いる場合にも均一系で反応させることが可能と
なり、収率、作業性等を向上させることができる
ものであり、本発明によればキトサンの工業的用
途を大きく拡大することができる。 以下、実施例を示し、本発明を具体的に示す。 〔実施例〕 脱アセチル化率95.5％（(1)，(2)式において
ａ／ａ＋ｂ＝0.955）のキトサン4.8gを第１表に示す 酸の２％水溶液270gに充分に溶解する。次に、
この中に第１表に示す種類、量の溶媒を加えて酸
水溶液を均一に希釈する。この溶媒希釈液に第１
表に示す種類、量のアシル化剤を同じ溶媒で800
倍に希釈したものを撹拌下において少量ずつ
（2mmol／min）加え、更に室温で約１時間撹拌
して反応させた後、10N水酸化ナトリウム水溶液
を加えて反応液のPHを10に調整し、反応を終了さ
せる。アルカリ処理によつて析出した固型物を分
離した後、この固型物を480gの水に溶解し、更
に透析膜（ユニオンカーバイド社製）を用いて透
析することにより溶解液を精製する。次いで、固
液分離し、液体を凍結乾燥して目的の水溶性アシ
ル化キトサンを得た。得られた目的物の収率、ア
シル化度は第１表に示す通りである。なお、第１
図に脱アセチル化度95.5％の原料キトサンの赤外
線吸収スペクトル、第２図に実施例１における目
的生成物の赤外線吸収スペクトル、第３図に脱ア
セチル化度95.5％の原料キトサンのＸ線回折図、
第４図に実施例１における目的生成物のＸ線回折
図をそれぞれ示す。 【表】 第１表及び第１〜４図の結果より、本発明方法
によれば高分子の水溶性部分アシル化キトサンを
短時間で収率良く得られることが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は脱アセチル化度95.5％の原料キトサン
の赤外線吸収スペクトル、第２図は同原料キトサ
ンを使用し、本発明方法に従つて得られた目的生
成物の赤外線吸収スペクトル、第３図は脱アセチ
ル化度95.5％の原料キトサンのＸ線回折図、第４
図は第２図と同じ目的生成物のＸ線回折図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 下記式(1)の物質 及び下記式(2)の物質 のランダム共重合体であつて、ａ＋ｂ≧15であ
   り、かつａ／ａ＋ｂ＝0.7〜１である水不溶性のキト サンを酸の水溶液に溶解し、更にこの溶液を水又
   は水に溶解可能な溶媒で希釈した後、この溶媒希
   釈液にアシル化剤を添加して、下記式(3)の物質 及び下記式(4)の物質 （但し、R₁，R₂，R₃及びR₄は水素原子又はア
   シル基を示すが、このうち少なくとも１個はアシ
   ル基である。） の共重合体であつて、ｍ＋ｎ≧15であり、かつ
   ｍ／ｍ＋ｎ＝0.35〜0.65である水溶性アシル化キト サンを得ることを特徴とする水溶性アシル化キト
   サンの製造方法。