JPWO2019044672A1 - ポリフェノールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
カテキン、テアフラビンに加え、数平均分子量9、000から18,000のポリフェノールにも肝臓における脂肪の蓄積の抑制作用などの生理活性上の有用性が判明し、該ポリフェノールについて発酵茶からの抽出方法が開示されている(特許文献4)。また、ルイス酸触媒を用いてカテキン誘導体を縮合してオリゴマーを製造する方法(特許文献5)も開示されている。
また、カテキン、テアフラビンに加え、天然物から抽出物を酸性溶液中で加熱して得られるポリフェノールの組成物も開示されている(特許文献6)。
特許文献6の組成物は高分子物質を酸によって切断し、低分子量化したものであるが、酸による化学的な切断は様々な分子量や構造の物質が生じるので、所望の物質を得るのは効率が悪い。また分解反応のコントロールが難しく、所望の分子量や構造のポリフェノールを調製するのは困難である。
本発明は、ポリフェノールを合成する新規な方法を提供することを目的とする。
[1] 酸化剤と触媒の存在下、カテキン類を反応させることを含み、
前記触媒が、
金属酸化物、および/または
その表面において無機材料を有する基体と、前記無機材料の表面に固着されている、粒子径が0.5nm以上、100nm以下である金属ナノ粒子とを有する複合体を備えるポリフェノールの製造方法。
[2] 前記触媒が前記複合体を有し、
前記金属ナノ粒子が、Au、Pd、Pt、Rh、Ru、Ir、Agおよびこれらの酸化物からなる群から1種または2種以上選択される[1]に記載のポリフェノールの製造方法。
[3] 前記触媒がSiO2、ZrO2、Fe2O3、Al2O3、CおよびTiO2からなる群から1種または2種以上選択される無機材料の表面に前記金属ナノ粒子が固着されている前記複合体を有する[1]または[2]に記載のポリフェノールの製造方法。
[4] 前記触媒がWO3、Fe2O3、Ag2OおよびCuOからなる群から1種または2種以上選択される金属酸化物を有する[1]から[3]のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
[5] 前記酸化剤が過酸化水素もしくは酸素である[1]から[4]のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
[6] 前記反応において前記カテキン類と前記酸化剤についてモル比率1:1から1:50の比率である[1]から[5]のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
[7] 前記反応を溶媒中で行い、かつ15℃以上、溶媒の沸点以下の温度で行う[1]から[6]のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
[8] 前記溶媒が水である[7]に記載のポリフェノールの製造方法。
[9] 前記ポリフェノールの数平均分子量が9,000以上18,000以下である[1]から[8]のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
本実施形態はポリフェノールの合成方法に関し、酸化剤と後述するポリフェノール合成用触媒の存在下、カテキン類を反応させることを含む。
ポリフェノールとはフェノール性水酸基を複数有する化合物をいい、特に本明細書においてはその構造からポリフェノールと分類される化合物のうちカテキン類以外の化合物をいう。本実施形態に係るポリフェノールとして、例えば、カテキン類が2分子反応して得られるテアフラビン類や、カテキン類が酸化重合したカテキン重合体などが挙げられる。
カテキン類はピロガロール型カテキンとカテコール型カテキンに分けられる。カテコール型カテキンにはカテキン(C)、カテキンの立体異性体であるエピカテキン(EC)、エピカテキンガラート(ECg)などが含まれる。また、ピロガロール型カテキンにはエピガロカテキン(EGC)、エピガロカテキンガラート(EGCg)などが含まれる。本明細書において、カテキン類とは以下の一般式(I)(式中、R1は水素原子またはガロイル基である)または一般式(II)(式中、R2は水素原子またはガロイル基である)で表される化合物をいう。ピロガロール型カテキンは以下の一般式(I)で表され、カテコール型カテキンは以下の一般式(II)で表される。本実施形態においてはこれらのカテキン類のうち、1種を原料として用いても、あるいは、2種以上の混合物を原料として用いても構わない。原料として用いられるカテキン類は、市販品でも、茶葉からの抽出物でもよい。
合成反応に使用する溶媒はカテキン類が溶解できれば特に限定されないが、水、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、蟻酸、酢酸、リン酸、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトニトリル、ジクロロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、酢酸エチルなど当業者に公知な溶媒を単独でも2種以上混合しても使用できる。水は安全性が高く、生成物であるポリフェノールも溶解する場合が多いので反応溶媒として好ましい。
無機材料は、ゼオライト、アパタイト、活性炭などの炭素材料、珪藻土、金属酸化物などのうち1種または2種以上から構成されるようにすることができる。このうち、無機材料が金属酸化物からなることが好ましい。
その表面において金属酸化物を有する基体を構成する方法としては特に限定されないが、電気化学的に陽極酸化により金属酸化皮膜の薄膜を形成する方法、熱処理により金属表面を酸化する方法、スパッターやイオンプレーティング法により酸化薄膜を形成したりする方法が挙げられる。また、基体全体が金属酸化物によって構成されているようにしてもよい。
無機材料が金属酸化物により構成されていることにより、酸素分子のやり取りが活発に行われるため触媒活性をより高めることができる。当該金属酸化物としては、ケイ素、ジルコニウム、亜鉛、チタン、クロム、鉄、銅、錫、アルミニウム等の酸化物が好ましく、例えばこれら金属酸化物のうち1種または2種以上により無機材料が構成されるようにしてもよい。特に、SiO2、ZrO2、Fe2O3、Al2O3、CおよびTiO2のうち1種または2種以上から無機材料が構成されることが、上述の金属ナノ粒子固着量との関係で触媒活性がさらにより高くなり、より好ましく、SiO2、Fe2O3、Al2O3、およびTiO2のうち1種または2種以上から無機材料が構成されることがさらにより好ましい。
本実施形態において、金属ナノ粒子の平均粒子径は、0.5nm以上100nm以下であることが好ましく、0.5nm以上20nm以下がより好ましく、0.5nm以上10nm以下がさらに好ましい。平均粒子径が0.5nmより小さいものは物質として0.5nm以上である場合よりも不安定となりやすく、平均粒子径が100nmより大きい場合には、平均粒子径が100nm以下である場合と比較して触媒活性が低下する。一方、平均粒子径を100nm以下(より好ましくは20nm以下、さらにより好ましくは10nm以下)とすることにより、触媒活性がより高まる。
なお本明細書でいう平均粒子径とは、TEM画像にて実際に金属ナノ粒子の粒径を300個以上測定した平均値を言う。
また、粒径の調整は、例えば、公知の方法に基づき金属ナノ粒子調製時の溶液pHを調整することで行うことができる。
また、コロイドを基体表面中の無機材料部分に塗布後、乾燥することにより金属ナノ粒子を無機材料に固着するようにしてもよい。
例えば無機材料にパラジウムあるいはパラジウム酸化物を固着する場合には、パラジウムイオンをゼータ電位や、パラジウムイオンの拡散などの化学的方法で無機材料に吸着させて固着するようにしてもよい。また、無機材料を表面に有する基体を、パラジウムイオンを含む水溶液に浸漬して塗布した後、有機酸、ホルムアルデヒド、ヒドラジンなどの還元剤を含む水溶液に浸漬したり、水素還元雰囲気中で還元処理し、パラジウム、あるいはパラジウム酸化物のナノ粒子を無機材料に固着させてもよい。
使用できる金属酸化物は、酸化触媒能を有すれば特に限定しないが、Al2O3、Ag2O、CeO2、CuO、Cu2O、Fe2O3、MnO2、MoO3、V2O5、WO3などが好ましい。特にAg2O、Fe2O3、WO3およびCuOはポリフェノールの収率がより高くなるので、これらのうち少なくともいずれかで金属酸化物が構成されていることがより好ましく、Ag2Oおよび/またはWO3がさらにより好ましい。その形態は特に限定されないが、粒子状であると、比表面積が大きくなり、触媒活性が高くなるので好ましい。また、金属酸化物は基体に固定されていてもよい。
上記金属酸化物をポリフェノール合成用触媒として単独で使用しても、2種以上混合して使用しても構わない。また、金属酸化物と上述の複合体とを併用しても構わない。
まず、原料となるカテキン類を、溶媒に添加し、攪拌して溶解させ、溶液(以下、カテキン溶液と言う)を得る。カテキン溶液におけるカテキンの濃度は特に限定されず、当業者が適宜設定できるが、ポリフェノール合成用触媒に担持された金属ナノ粒子濃度(μmol/mL)および/または金属酸化物濃度(μmol/mL)と、全カテキン濃度(μmol/mL)との比が1:1以上であることが、ポリフェノールの収率をより高めることができるため、好ましい。当該金属ナノ粒子濃度(μmol/mL)および/または金属酸化物濃度(μmol/mL)と、全カテキン濃度(μmol/mL)との比の上限値については特に限定されないが、触媒濃度に対するカテキン濃度が大きいと反応速度が低下するので、生産性の観点から1:1000以下であるのが好ましい。水を溶媒に使用する場合は、カテキンが安定に存在するので、酸性の状態で使用してもよい。カテキン類の溶解性を高めるために、カテキン溶液にエタノールなどアルコール類を混ぜてもよい。
本実施形態の反応において使用する酸化剤量について、カテキン類と酸化剤のモル比率が1:1〜1:200が好ましく、1:1〜1:50がさらに好ましい。
上記モル比率について1:1のときより酸化剤の割合が少ないと、範囲内にある場合と比較して反応が進行しにくくなり、生成したポリフェノールの分子量が小さく、未反応カテキンの残留が多くなる。
また、他の反応条件を同じとしたときの得られるポリフェノールの分子量の違いは、上記モル比率について1:50のときより酸化剤の割合が多い場合と1:50のときおよびそれより酸化剤の割合が少ない場合との間であまりなく、1:200のときより酸化剤が多い場合と1:200のときと酸化剤が同じか少ない場合ではさらにその違いが小さくなる。そのため、上記モル比率について1:200の場合よりも酸化剤を多く用いる必要性は小さい。
なお、該生理活性としては特許文献4に記載の肝臓における脂肪の蓄積の抑制作用や抗酸化活性等が挙げられる。
本実施形態において、反応が進行したか否かは生成物の分子量測定と生成物の構造中に複数のフェノール性水酸基を有することを検出することにより、確認することができる。
生成物の分子量はゲル浸透クロマトグラフィー法や、GPC−MALS法、MALDI−TOFMS法などの通常の機器分析で測定することができる。例えば後述する実施例においては、生成物であるポリフェノールの上述の数平均分子量は下記条件によるゲル浸透クロマトグラフィー法によるポリスチレン換算分子量で示している。
カラム:TSKgel α-3000(東ソー(株))
溶離液:10mM塩化リチウム含有ジメチルホルムアミド
流速 :0.6ml/分
温度 :40℃
検出器:UV検出器(測定波長:275nm)
また、生成物が複数のフェノール性水酸基を有するか否かは、例えば赤外吸収スペクトル測定やフォーリンチオカルト法による吸光度測定などによって検出することができる。また、例えば公知の方法などにより、得られた化合物のさらなる分子構造の特定を行うことにより複数のフェノール性水酸基を有することを確認するようにしてもよい。
得られたポリフェノール溶液はそのまま利用してもよいほか、当該ポリフェノール溶液から蒸発や再沈殿などによって溶媒を除去してポリフェノールを単離回収してもよい。
また、必要に応じて透析やクロマトグラフィーなどの方法で、未反応カテキンなど低分子成分を除去したり、特に活性の高い成分を抽出したりしてもよい。
また、遠心分離等で分離したポリフェノール合成用触媒は繰り返し、ポリフェノールの合成に供することができる。
(ポリフェノール合成用触媒の作製)
(製造例1): Pd
基体に対するパラジウム担持量が1wt%となるように、塩化パラジウム水溶液を秤量して1.5mL蒸留水に溶解し、さらにエチレングリコール50μLを加えた錯体溶液を調製した。基体として酸化チタン粉末1gを秤量し、1.5mLの蒸留水を加え懸濁させた。次いで錯体溶液を基体の酸化チタン粉末懸濁液に攪拌しながら加え、60℃の乾燥機で水分がなくなるまで乾燥して粉末化した。この乾燥粉末を250℃で1時間焼成、粉砕し、パラジウムナノ粒子担持ポリフェノール合成用触媒を得た。担持されているパラジウムナノ粒子の粒径は12.5nmであった。
製造例1の塩化パラジウムを塩化イリジウムに変えた以外は同様の方法で、イリジウムナノ粒子担持ポリフェノール合成用触媒を得た。担持されているイリジウムナノ粒子の粒径は5.7nmであった。
製造例1の塩化パラジウムを硝酸銀に変えた以外は同様の方法で、銀ナノ粒子担持ポリフェノール合成用触媒を得た。担持されている銀ナノ粒子の粒径は9.8nmであった。
製造例1の塩化パラジウムを塩化白金酸に、基体を酸化ケイ素に変えた以外は同様の方法で、白金ナノ粒子担持ポリフェノール合成用触媒を得た。担持されている白金ナノ粒子の粒径は6.8nmであった。
0.5mmolの塩化金酸水溶液を100mLの水に溶解させ、70℃に加温してNaOH水溶液でpH7.0に調整した。その水溶液に基体として酸化チタン粉末を1g加えて1時間攪拌した。その後、混合物を固液分離し、減圧乾燥して、300℃で4時間焼成、粉砕し、金ナノ粒子担持ポリフェノール合成用触媒を得た。担持されている金ナノ粒子の粒径は1.8nmであった。
(実施例1)
原料としてエピカテキン(EC)とエピガロカテキン(EGC)を、それぞれ3.2 mMとなるように純水中に添加して溶解させ、カテキン水溶液を得た。得られたカテキン水溶液を各2mLずつ5mLチューブに入れ、そこに3%過酸化水素水を100μL加えることで、反応液とした。カテキン類と過酸化水素のモル比は1:25とした。ここに製造例1で作成したパラジウムナノ粒子担持触媒13mgを秤量して加え、一晩攪拌した。反応終了後、反応液を孔径0.45μm濾過用フィルターに供して触媒を除去し、続いて水を蒸発除去してポリフェノールを得た。
触媒を製造例2で作成したイリジウムナノ粒子担持触媒に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を製造例3で作成した銀ナノ粒子担持触媒に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を製造例4で作成した白金ナノ粒子担持触媒に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を製造例5で作成した金ナノ粒子担持触媒に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の1%金担持酸化鉄触媒(HarutaGold(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の1%金担持炭素(ケッチェンンブラック)触媒(HarutaGold(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の5%ロジウム担持アルミナ触媒(和光純薬工業(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の0.5%ルテニウム担持アルミナ触媒(エヌ・イー・ケムキャット(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の酸化銀(和光純薬工業(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の酸化銅(和光純薬工業(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の酸化タングステン(純正化学(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の酸化鉄(HarutaGold(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
原料のカテキン類をエピカテキン(EC)のみとした以外は実施例5と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
原料のカテキンをエピガロカテキン(EGC)のみとした以外は実施例5と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
原料のカテキンをエピカテキンガレート(ECg)のみとした以外は実施例5と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
原料のカテキン類をエピガロカテキンガレート(EGCg)のみとした以外は実施例5と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
原料のカテキン類をカテキン(C)のみとした以外は実施例5と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
原料としてエピガロカテキンガレート(EGCg)を、156 mMとなるように純水中に添加して溶解させ、カテキン水溶液を得た。得られたカテキン水溶液2mLを5mLチューブに入れ、そこに30%過酸化水素水を50μL加えることで、反応液とした。
カテキン類と過酸化水素のモル比は1:5.2とした。ここに製造例で作製した金ナノ粒子担持触媒66mgを秤量して加え、60℃、0.5時間攪拌した。反応終了後、反応液を孔径0.45μm濾過用フィルターに供して触媒を除去し、続いて水を蒸発除去してポリフェノールを得た。
反応時間を1時間に変更した以外は、実施例19と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
反応時間を24時間に変更した以外は、実施例19と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
30%過酸化水素水の添加量を100μLに変更した(カテキン類と過酸化水素のモル比は1:10.4)以外は、実施例19と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
30%過酸化水素水の添加量を25μLとし(カテキン類と過酸化水素のモル比は1:2.6)、反応時間を1時間に変更した以外は、実施例19と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を市販の酸化ケイ素(HarutaGold(株))に変更し、実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
触媒を加えないこと以外は実施例1と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
過酸化水素を加えないこと以外は実施例19と同様の方法で反応を進行させ、ポリフェノールを得た。
以下のようにして生成物がポリフェノールであることを確認した。
各実施例および比較例の生成物について、赤外吸収スペクトル測定での水酸基を示すピーク(3500〜3200cm-1)の有無および、ISO 14502-1:2005に基づくフォーリン−チオカルト法による吸光度測定(波長;765nm)を行い、複数のフェノール性水酸基を有していることを確認した。
図1に実施例19で得られたポリフェノールの赤外吸収スペクトルを例示する。
カラムはTSKgel α-3000(東ソー(株))を用い、分子量は標準ポリスチレンを用いて計算した。検出波長は275nmとした。
Claims (9)
- 酸化剤と触媒の存在下、カテキン類を反応させることを含み、
前記触媒が、
金属酸化物、および/または
その表面において無機材料を有する基体と、前記無機材料の表面に固着されている、粒子径が0.5nm以上、100nm以下である金属ナノ粒子とを有する複合体を備えるポリフェノールの製造方法。 - 前記触媒が前記複合体を有し、
前記金属ナノ粒子が、Au、Pd、Pt、Rh、Ru、Ir、Agおよびこれらの酸化物からなる群から1種または2種以上選択される請求項1に記載のポリフェノールの製造方法。 - 前記触媒がSiO2、ZrO2、Fe2O3、Al2O3、CおよびTiO2からなる群から1種または2種以上選択される無機材料の表面に前記金属ナノ粒子が固着されている前記複合体を有する請求項1または2に記載のポリフェノールの製造方法。
- 前記触媒がWO3、Fe2O3、Ag2OおよびCuOからなる群から1種または2種以上選択される金属酸化物を有する請求項1から3のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
- 前記酸化剤が過酸化水素もしくは酸素である請求項1から4のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
- 前記反応において前記カテキン類と前記酸化剤についてモル比率1:1から1:50の比率である請求項1から5のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
- 前記反応を溶媒中で行い、かつ15℃以上、溶媒の沸点以下の温度で行う請求項1から6のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
- 前記溶媒が水である請求項7に記載のポリフェノールの製造方法。
- 前記ポリフェノールの数平均分子量が9,000以上18,000以下である請求項1から8のいずれか一つに記載のポリフェノールの製造方法。
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