JPH1180207A - シクロデキストリン誘導体 - Google Patents

シクロデキストリン誘導体

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JPH1180207A
JPH1180207A JP25275297A JP25275297A JPH1180207A JP H1180207 A JPH1180207 A JP H1180207A JP 25275297 A JP25275297 A JP 25275297A JP 25275297 A JP25275297 A JP 25275297A JP H1180207 A JPH1180207 A JP H1180207A
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JP
Japan
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cyclodextrin
rings
linking group
arom
deriv
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JP25275297A
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Akihiko Ueno
昭彦 上野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シクロデキストリンを用い、新しい分子認識セ
ンサーとなり得るシクロデキストリン誘導体を提供する
こと。 【解決手段】下記一般式(1) 【化1】 (上記一般式(1)中、〔CD〕はシクロデキストリン
骨格を示し、Aは3価の連結基を示し、そしてXは芳香
環を示す)で表されるシクロデキストリン誘導体が提供
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はシクロデキストリン
誘導体、詳しくは分子認識センサーに用いることができ
るシクロデキストリン誘導体に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明者は、シクロデキストリンを修飾
して、シクロデキストリン空孔内にゲスト分子として包
接される分子を認識し、蛍光強度、色変化を示すセンサ
ーとしてシクロデキストリンを用いる新分野を開拓し
た。例えば本発明者は、(イ)大きな蛍光性を有するピ
レン環1個をγ−シクロデキストリンに結合することに
より合成されたピレン修飾体からエキシマー蛍光が観察
され、該修飾体が2分子会合して会合体内でピレン環の
相互作用が生じていること、(ロ)この系にゲスト分子
を添加すると、エキシマー蛍光の強度変化が認められ、
上記会合体が1:1のホスト−ゲスト錯体に変化するこ
と、そして(ハ)エキシマー蛍光強度の変化がゲスト分
子の大きさ及び形状に依存し、これを利用して上記修飾
体を分子認識センサーとすることができること等を明ら
かにした。
【0003】更に本発明者は、2分子会合現象に依存し
ない系として、γ−CDを構成する7個のグルコース環
のうちの任意の2個のグルコース環にそれぞれ1個のピ
レン環が結合したピレン修飾体(4個の異性体が存在す
る)を合成し、それが顕著なエキシマー蛍光を示すと共
に、添加するそれぞれのゲスト分子の種類に応じてエキ
シマー蛍光の変化量について4種類のホストの異なった
応答パターンが存在することを明らかにした(以上、蛋
白質 核酸 酵素 Vol.41 No.9(1996)、1407〜1414参
照)。
【0004】
【本発明の目的】本発明の目的は、シクロデキストリン
を用いた更に新しい分子認識センサーとなり得るシクロ
デキストリン誘導体を提供することである。
【0005】本発明の上記目的は、下記一般式(1)
【化2】 (上記一般式(1)中、〔CD〕はシクロデキストリン
骨格を示し、Aは3価の連結基を示し、そしてXは芳香
環を示す)で表されるシクロデキストリン誘導体によっ
て達成される。上記一般式(1)で表されるシクロデキ
ストリン誘導体は、シクロデキストリン 、好ましくは
β−又はγ−シクロデキストリンを構成する1個のグル
コース環に連結基Aを介して2個の芳香環、好ましくは
2〜4環式の2個の芳香環が結合しており、新規なシク
ロデキストリン誘導体である。このシクロデキストリン
誘導体は、分子内で2個の芳香環が会合し、エキシマー
蛍光性を有する。そして2個の芳香環が、単に連結基A
を介して1つのグルコース環に結合しているだけで、シ
クロデキストリン構造に包接されるゲスト分子が上記会
合に影響を与え、ゲスト分子の種類によりエキシマー蛍
光の強度が変化することは、予測されない驚くべきこと
であった。以下、本発明のシクロデキストリン誘導体に
ついて詳述するが、それにより本発明の他の目的、利点
及び効果が明らかとなろう。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明のシクロデキストリン誘導
体を示す前記一般式(1)における〔CD〕は、シクロ
デキストリン骨格、例えばα−シクロデキストリン骨格
(α−CD)、β−シクロデキストリン骨格(β−C
D)、γ−シクロデキストリン骨格(γ−CD)等を示
す。周知のことであるが、α−シクロデキストリンは6
個のグルコース環から、β−シクロデキストリンは7個
のグルコース環から、γ−シクロデキストリンは8個の
グルコース環から各々構成されている。前記一般式
(1)の〔CD〕としては、β−シクロデキストリン骨
格又はγ−シクロデキストリン骨格が好ましく、β−シ
クロデキストリン骨格が特に好ましい。
【0007】本発明のシクロデキストリン誘導体は、連
結基Aを介して、シクロデキストリン骨格と2個の芳香
環Xが結合している。上記芳香環としては、好ましくは
炭素数6〜16の芳香環であり、具体的には、ベンゼン
環、ナフタレン環、アントラセン環、ピレン環等を好ま
しく挙げることができる。これら芳香環は、炭素数1〜
3のアルキル基、水酸基、カルボキシル基、シアノ基、
スルホン酸基によって置換されていてもよい。上記芳香
環のなかでも、ピレン環及びナフタレン環が好ましい。
【0008】上記連結基Aは、3価の基であり、シクロ
デキストリン骨格に結合していると共に、上記2個の芳
香環に結合している。連結基Aがシクロデキストリン骨
格に結合している位置は、シクロデキストリンを構成し
ているグルコース環の、水酸基が結合している炭素原子
又は水酸基の酸素原子であることが好ましい。該位置
が、水酸基が結合している炭素原子である場合、本発明
のシクロデキストリン誘導体を製造する後述する方法か
ら理解できるように、上記水酸基に代わって連結基Aが
炭素原子に結合する。また、連結基Aが芳香環に結合し
ている位置は、芳香環Xの会合を損なわなければ、芳香
環の任意の炭素原子である。芳香環が、例えばナフタレ
ン環である場合は、α位又はβ位の、好ましくはβ位の
炭素原子に、ピレン環の場合は、1位の炭素原子に、連
結基Aが結合している。
【0009】連結基Aは、芳香環Xの会合を損なわず、
且つゲスト分子の種類によるエキシマー蛍光の強度の変
化を実質上抑制することがない基であれば、特に制限は
ない。そして、上記条件が満たされれば、本発明のシク
ロデキストリン誘導体の製造上の容易さから三価の連結
基Aは、適宜に選択される。一般的には、炭素原子数2
〜6程度のものであり、そして製造の容易さから例えば
アミド基、エステル基、二級アミノ基等を含むことが好
ましい。三価の連結基Aの好ましい具体例を下記する
が、これらに制限されない。。
【0010】
【化3】
【0011】上記式(a−1)中、l、mは、同一また
は異なって、1以上の整数、好ましくは1〜3の整数で
あり、nは2以上の整数、好ましくは2〜8の整数であ
る。また、上記式(a−2)中、x、yは、同一または
異なって、1以上の整数、好ましくは1〜3の整数であ
り、nは2以上の整数、好ましくは2〜8の整数であ
る。上記式(a−1)および(a−2)で示される連結
基は、窒素原子がシクロデキストリン骨格に結合してい
る。本発明の一般式(1)で表されるシクロデキストリ
ン誘導体の好ましい具体例を以下に示す。
【0012】
【化4】
【0013】
【化5】
【0014】上記具体例において、下記
【0015】
【化6】
【0016】で示される中空円錐台は、シクロデキスト
リンの立体構造を模式的に表したものである。この標記
は、しばしば使用され、当業者はよく知っている(蛋白
質 核酸 酵素 Vol.41 No.9 (1996)、1407〜1414参
照)。なお、中空円錐台の上端開口部は一級水酸基側で
あり、下端開口部は二級水酸基側である。
【0017】上記式(2)で示されるシクロデキストリ
ン誘導体は、後述する実施例にその製造方法が具体的に
示されている。また、上記式(3)で示されるシクロデ
キストリン誘導体は、図7にフローチャートとして、そ
の製造ステップが示されている。これらの製造方法を参
照し、且つ当業者の所有する知識に基づけば、上記の具
体例を包含して一般式(1)で表されるシクロデキスト
リン誘導体を当業者は容易に製造することができる。
【0018】
〔実施例1〕
(前記式(2)で示されるシクロデキストリン誘導体の
合成)図1に記載されるフローチャートに従って、合成
した。即ち、6−O−トシル−β−CD5.06gと
1,4−ジアミノブタン約30mLを溶媒ジメチルホル
ムアミド(DMF)40mLの存在下に、攪拌しつつ7
0〜80℃で3.5時間反応を行った。反応後、アセト
ンによる再沈、引き続くCM−セファデックスC25
(商品名、ファルマシア社製)を坦体として用いたカラ
ムクロマトグラフィーにより精製することによりジアミ
ノブタン鎖を有するβ−CD誘導体3.27gを得た。
次に、得られたジアミノブタン鎖を有するβ−CD誘導
体1.21gと1−ピレン酢酸0.261gとを、ジシ
クロヘキシルカルボジイミド(DCC)0.309g及
びヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)0.20
5gを用いて、溶媒DMF40mLの存在下に、0℃で
2時間、その後室温で2日間、アミド化反応を行った。
反応生成物を濾過後、濾液にアセトンを加えて再沈を行
い、粗生成物〔粗β−CD誘導体(図1の化合物1)〕
1.36gを得た。引き続き、得られたβ−CD誘導体
の粗生成物0.352gと1−ピレン酢酸0.124g
とを上記と同様なアミド化反応を行い、粗目的化合物
(図1の化合物2)0.317gを得た。得られた粗目
的化合物を、高圧液体クロマトグラフィーにより精製し
て、目的化合物0.0677gを得た。目的化合物の同
定は、元素分析、1H−NMRによって行った。 元素分析データ(C82100362.2H2O) C H N 実測値(%): 54.99 5.85 1.57 計算値(%): 54.96 5.85 1.56
【0019】(前記式(2)で示されるシクロデキスト
リン誘導体の蛍光スペクトルの測定)得られた上記化合
物を濃度が0.54μMとなるようにジメチルスルホキ
シド20体積%水溶液に溶解し、その溶液を用いてエキ
シマー蛍光スペクトルを測定した。測定条件は、温度2
5℃、励起波長(λex)を345nmとした。図2に、
ゲスト分子として(-)−ボルネオールを添加したときの
蛍光スペクトルの挙動を示した。490nm付近に強い
エキシマー蛍光のピークが認められ、400nm以下に
モノマー蛍光が認められた。ゲスト分子が上記化合物の
場合、エキシマー蛍光の強度は、ゲスト分子の添加によ
って若干増大した。また、ピークの位置が僅かに長波長
側にシフトしていることが認められた。図3に、ゲスト
分子としてリトコール酸を添加した例を示した。添加量
の増大と共に、エキシマー蛍光の強度が低下し、モノマ
ー蛍光の強度が増加する等、蛍光スペクトルが大幅に変
化することが認められた。
【0020】図4及び5に、ゲスト分子として添加した
化合物12種類の構造を示した。図6に、これら12種
類のゲスト分子をそれぞれ30μM添加したときに、4
90nmにおけるエキシマー蛍光の強度の変化をΔI/
Oで示した。ここで、IOは、ゲスト分子を添加しなか
ったときのエキシマー蛍光強度であり、ΔIは、I−I
Oであって、Iはゲスト分子を添加したときのエキシマ
ー蛍光強度である。図6の結果から、ゲスト分子には、
3種類のタイプ、即ちΔI/IOの値が、正、実質的に
零、負となる3種類のタイプがあるという興味深い事実
が認められた。 ゲスト分子(1)、(2)、(3)
は、β−CDのゲスト分子としてよく包接されることが
知られているが、これらは正の値となる。一方、ステロ
イド化合物は、より大きい空孔を有するγ−CDにいっ
そう容易に包接され得るが、ΔI/IOの値はゲスト分
子の水酸基の数及び位置によって変わり、ゲスト分子
(7)、(9)、(10)は負である。特にゲスト分子
(7)は、水酸基の数が最も少ないが、負の値の絶対値
は著しく大きい。また、ゲスト分子(8)、(9)、
(10)の構造異性体である(11)のΔI/IOは、
零であり、水酸基が1個多いゲスト分子(12)と同じ
結果を示した。
【0021】このように、本実施例で合成したシクロデ
キストリン誘導体は、ゲスト分子の種類によりエキシマ
ー蛍光強度が著しく変化するので、分子認識センサーと
して、特にリトコール酸(7)とアダマンタン酸誘導体
(1)、(2)やモノテルペンであるボルネオールなど
を認識するセンサーとして有用である。
【0022】
【発明の効果】本発明によれば、シクロデキストリン骨
格を構成する複数のグルコース環のうち、1個のグルコ
ース環に連結基を介して2個の芳香環を結合させること
により、新しい分子認識センサーとなり得るシクロデキ
ストリン誘導体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1のシクロデキストリン誘導体を合成す
るステップを示すフローチャートである。
【図2】実施例1のシクロデキストリン誘導体に、ゲス
ト分子として(-)−ボルネオールを添加したときの蛍光
スペクトルの変化を示す図である。
【図3】実施例1のシクロデキストリン誘導体に、ゲス
ト分子としてリトコール酸を添加したときの蛍光スペク
トルの変化を示す図である。
【図4】実施例1のシクロデキストリン誘導体に、ゲス
ト分子として添加した化合物の構造を示す図である。
【図5】実施例1のシクロデキストリン誘導体に、ゲス
ト分子として添加した化合物の構造を示す図である。
【図6】実施例1のシクロデキストリン誘導体に、図4
及び図5に示される12種類のゲスト分子を添加したと
きに、エキシマー蛍光の強度の変化を示す図である。
【図7】式(3)で示されるシクロデキストリン誘導体
を合成するステップを示すフローチャートである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(1) 【化1】 (上記一般式(1)中、〔CD〕はシクロデキストリン
    骨格を示し、Aは3価の連結基を示し、そしてXは芳香
    環を示す)で表されるシクロデキストリン誘導体。
  2. 【請求項2】2個の芳香環Xが会合してエキシマー蛍光
    性を示し、且つシクロデキストリン骨格に包接されるゲ
    スト分子の種類によってエキシマー蛍光の強度が変化す
    る請求項1に記載のシクロデキストリン誘導体。
JP25275297A 1997-09-02 1997-09-02 シクロデキストリン誘導体 Pending JPH1180207A (ja)

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