KR100363325B1

KR100363325B1 - 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100363325B1
Application number: KR1020000028142A
Authority: KR
Inventors: 임승택; 최정관
Original assignee: 학교법인고려중앙학원
Priority date: 2000-05-24
Filing date: 2000-05-24
Publication date: 2002-12-05
Also published as: KR20010107003A

Abstract

본 발명은 옥테닐호박산 β싸이클로덱스트린(Octenylsuccinylated β-cyclodextrin;OSCD) 및 그 제조방법에 관한 것으로 본 발명은 예비건조된 N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide;DMF) 용매내에서 β-싸이클로덱스트린(β-cyclodextrin;β-CD)과 NaH의 반응으로 생성된 β-싸이클로덱스트린 산소음이온 (oxyanion)중간체에 옥테닐호박산 무수물(2-octen-1-ylsuccinic anhydride;OSA)을 치환시켜 옥테닐호박산 β-CD을 제조하는 효과가 있으며, 상기 제조된 본 발명 옥테닐호박산 β-CD는 에탄올, 1% NaCl 및 1% CaCl₂수용액, 시트르산 산성완충용액에서 싸이클로덱스트린의 용해도를 증가시켰으며, 내포화합물 형성으로 레티놀(all trans retinol; vitamin A)의 용해도를 향상시킬 뿐만 아니라 높은 계면활성 및 유화안정성을 나타내는 뛰어난 효과가 있다.

Description

옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린 및 그 제조방법{Octenylsuccinylated β-cyclodextrin and process for preparation thereof}

본 발명은 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Octenylsuccinylated β-cyclodextrin;OSCD) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 DMF(N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide) 용매에서 β-싸이클로덱스트린(β-cyclodextrin;β-CD)과 NaH를 반응시켜 생성된 β-CD 산소음이온(oxyanion) 중간체에 옥테닐호박산 무수물(2-octen-1-ylsuccinic anhydride;OSA)을 치환시켜 OSCD를 제조한 후, 내포화합물 형성능, 용해도, 계면활성 및 유화안정성이 우수한 OSCD 및 그 제조방법에 관한 것이다.

싸이클로덱스트린(Cyclodextrin;CD)은 D-글루코스(D-glucose)가 α-1,4 결합 (α-1,4 linkage)로 이루어진 원형의 올리고당(oligosaccharide)이다. 구성하는 포도당(anhydrous glucose unit;AGU)의 수에 따라서 명칭이 다르며, 보통 α-CD (6개)와 β-CD (7개), γ-CD (8개)가 주로 많이 존재한다. CD의 제조는 싸이클로덱스트린 글루코실 트랜스퍼라아제(cyclodextrin glucosyl transferase;CGTase)라는 효소에 의해 전분 용액(starch solution)으로부터 만들어진다(Bender, M.L. and Komiyama, M. 1978, Cyclodextrin chemistry,Springer-Verlag, Berlin, Germany, pp.2∼9). 구조상으로 볼 때 원형의 형태 중 입구가 큰 면에는 OH-2, 3의 2차 히드록시(secondary hydroxyl)기가 존재하며, 입구가 좁은 쪽에는 OH-6의 1차 히드록시(primary hydroxyl)기가 존재하여 원형구조의 외부에는 친수성을 띤다. 원형구조의 내부에는 수소 원자들이 위치해 있고, 소수성을 나타내므로, 이 내부에는 크기가 작은 소수성 화합물이 내포되어질 수 있는 부분이다. 싸이클로덱스트린은 호스트(host) CD분자와 게스트(guest) 물질간의 내포화합물을 형성함으로써 물에 난용성 물질의 용해도를 향상시키며, 이러한 특성으로 의약품, 식품, 화장품 등에 널리 이용된다(Szejtli, J. 1988, Cyclodextrin technology,Kluwer academic publishers, Dordrecht, The Netherlands, pp.79∼441).

상기와 같은 여러 분야에서 CD의 응용을 위하여 다양한 유도체가 개발되어 왔다(Croft, A.P. and Bartsch, R.A. 1983, Synthesis of chemically modified cyclodextrins.Tetrahedron. 39(9), 1417). CD의 1차 히드록시(primary hydroxyl)기와 2차 히드록시(secondary hydroxyl)기에 다양한 치환기들이 도입되었고, 선택적인 치환반응에 의해 원하는 구조의 CD 유도체들이 제조되었다.

β-CD의 낮은 용해도를 높이기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. β-CD의 용해도 향상은 친수성기의 치환이나, 또는 부분적인 치환기로 인한 β-CD내의 수소결합의 파괴로 나타나는데, 전자의 경우에는 카복실기나 인산기 같은 이온성 치환기에 의해서 나타났으며(Roehri-Stoeckel, C., Dangles, O. and Brouillard, R. 1997, A simple synthesis of a highly water soluble symmetrical β-cyclodextrin derivative.Tetrahedron Lett.38(9), 1551; Lee, S. and Lim, S. 1998, Preparation and solubility of phosphorylated β-cyclodextrins.Cereal Chem. 75(5), 690) 후자의 경우에는 부분적으로 메틸기로 치환된 CD유도체의 용해도가 매우 높아지는 것을 볼 수 있다. 옥테닐 호박산은 옥테닐기의 긴 탄화수소와 호박산(succinyl)기의 디카르복실(di-carboxyl)기를 가지고 있어, 그 자체가 유화제로서의 성질을 가지고 있다. 그러나 상기 설명한 어떤 문헌에도 옥테닐호박산을 CD에 치환시켜, 용해도를 향상시킨 내용은 없었다. 또한, 이렇게 발명된 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린에 레티놀 등의 비수용성 물질을 포접시켜 용해도를 증가시키는 내용은 없었으며, 유화액에 첨가하여 유화능의 향상이나 유화안정성의 증가를 나타내는 내용은 없었다.

본 발명자들은 상기와 같은 식품, 의약품, 화장품, 농약산업등에 있어서 유효한 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린을 제조하고자 연구한 결과, NaH를 이용하여 β-CD 산소음이온 중간체(oxyanion intermediate)를 제조한 후, 옥테닐호박산 무수물을 친환반응시켜, 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린을 발명하였다. 본 발명자들은 수용액 및 유기용매, 염용액, 산성완충용액에서 용해도가 우수하고, 물에 불용성인 소수성 화합물로서 레티놀(all trans-retinol, Vitamin A)과 내포화합물을 형성하여 수용액에서 용해도를 증가시키며, 계면활성을 가지는 치환기가 CD에에스테르(ester) 결합됨으로써 우수한 유화액 형성능과 유화안정성을 나타내는 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 DMF 용매내에서 β-CD와 NaH의 반응으로 생성된 β-CD 산소음이온 중간체에 OSA를 치환시켜 제조한 옥테닐호박산 β-CD를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 DMF에 β-CD와 NaH를 첨가한 후 반응시켜 β-CD 산소음이온(oxyanion)을 생성한 다음 OSA를 첨가하여 치환반응을 통해서 OSCD를 제조함에 있다. TLC에서 상기 제조한 OSCD가 3분획으로 이루어짐을 확인하고, 이를 플래쉬 크로마토그라피로 분리정제하였다. 이어서 상기 제조한 본 발명은 OSCD의 조성과 구조 및 OSA 치환도를 분석하고, 분자량을 측정한 후, 에탄올용액, NaCl, CaCl₂염용액 및 산성완충용액에 대한 용해도, OSCD와의 내포화합을 통한 레티놀(all trans retinol; vitamin A)의 용해도, OSCD의 계면활성과 유화안정성을 조사하여 달성하였다.

이하, 본 발명의 구성을 설명한다.

도 1은 본 발명인 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Octenylsuccinylated β-cyclodextrin;OSCD)의 제조반응을 나타낸다.

도 2는 본 발명 OSCD의 제조공정을 나타낸다.

도 3은 반응 몰비율 β-CD:NaH:OSA가 1:3:3인 반응조건(A)과 1:1:1인 반응조건(B)에서 제조된 OSCD의 분획을 얇은판 크로마토그래피(Thin layer chromatography; TLC)로 확인한 결과를 나타낸다.

도 4는 본 발명 OSCD와의 내포화합물 형성을 통한 레티놀의 용해도 측정 순서도를 나타낸다.

도 5는 상온에서 OSCD 수용액상에서의 레티놀(all trans retinol; vitamin A)의 용해도 그래프를 나타낸다.

도 6은 OSCD-레티놀의 내포화합물을 시차 주사 열 분석기로 분석한 결과를 나타낸다.

도 7은 OSCD가 첨가된 물과 리놀레산의 수중유적형 유화액을 현미경으로 100배 확대하여 관찰한 사진도이다.

도 8은 OSCD가 첨가된 물과 리놀레산으로 만들어진 수중유형 유화액을 6시간 동안 상온에서 보관한 결과를 나타낸 사진도이다.

도 9는 상온에서 저장하는 동안 수중유적형 유화액의 안정성의 변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 β-CD를 아세톤으로 세척 후 감압건조하였고, N.N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide;DMF)를 감압증류하여 정제하는 준비 단계; 상기 준비한 DMF에 β-CD을 첨가하고 NaH를 첨가한 후 반응시켜 β-CD 산소음이온을 생성시키고 OSA를 첨가하고 치환반응시켜 OSCD를 제조하는 단계; 상기 제조한 OSCD를 TLC 판에 전개시켜 OSCD가 주로 3분획으로 이루어짐을 확인하고 이를 플래쉬 크로마토그라피로 분리정제하는 단계; 상기 제조한 OSCD를 구성하는 3분획의 분자량과 치환도를 구하는 단계; CD에 옥테닐호박산기를 치환시켜 다양한 농도의 에탄올 용액, 1%-NaCl과 1%-CaCl₂염용액 및 산성완충용액에서 용해도를 증가시키는 단계; 수용액상에서 OSCD와 내포화합물 형성을 통한 레티놀의 용해도를 증가시키는 단계; 리놀레산-수용액의 O/W형 유화액 제조시 OSCD를 첨가함으로써 유화액 형성 및 유화안정성을 증가시키는 단계로 구성된다.

본 발명 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린은 레티놀과 같이 물에 불용성인 물질의 용해도를 증가시키고 계면활성 및 유화안정성이 우수하며 에탄올, 염용액 및 산성용액에서 용해도가 크므로 의약품, 화장품 및 식품 등에 사용될 수 있다.

본 발명에서 내포화합물 제조시 사용되는 비타민 A는 레티놀을 비롯한 모든 유도체를 포함한다.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

제 1 공정: β-CD와 DMF의 전처리

본 공정에서 β-CD는 아세톤으로 세척 후, 100℃의 감압건조오븐(vacuum oven)에서 4시간동안 건조하여 데시케이터내에서 보관하였다. DMF는 감압증류 (vacuum distillation)로 정제를 하였으며, 미리 건조된 분자체(linde type 4A molecular sieves)와 함께 밀봉 보관하였다.

제 2 공정: 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린 제조

옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린은 도1 과 2에 나타낸 바와 같이 상기 제 1 공정에서 준비한 DMF 45mL에 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 첨가한 후, 실온에서 교반시켰다. 약 4시간 후에는 모두 용해되어 투명한 용액이 되었으며, 여기에 0.106g의 NaH (1:1 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후 25℃에서 6시간 교반하면서 반응시켜, β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. β-CD에 NaH를 반응시키면, 강한 염기에 의한 산·염기반응으로 CD내의 2차 하이드록시기에서 탈수소화 반응이 일어나며, 산소음이온이 형성되어진다. 여기에 OSA(Ⅲ) 0.955mL (1:1 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 25℃에서 3시간 교반하며 반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 회전감압증류장치(rotary vacuum evaporator)를 이용하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조(vacuum drying)하여 건조기(desiccator) 내에서 보관하였다. OSCD의 제조시의 반응은 도 1에 나타냈으며, 제조공정은 도 2에 나타냈다.

실시예 2: β-CD와 NaH의 사용비율을 달리하여 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

상기 실시예 1의 제 1 공정에서 전처리하여 준비한 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 DMF 45mL에 용해시킨 후, 0.318g의 NaH (1:3 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후, 25℃에서 6시간 교반하면서 반응시켜 β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. 여기에 OSA(Ⅲ) 2.865mL (1:3 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 25℃에서 3시간 교반하며 반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 감압증류하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조하였다.

실시예 3: 반응조건을 달리하여 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

실시예 1의 제 1 공정에서 전처리하여 준비한 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 DMF 45mL에 용해시킨 후, 0.106g의 NaH (1:1 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후, 25℃에서 3시간 교반하면서 반응시켜 β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. 여기에 OSA(Ⅲ) 0.955mL (1:1 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 25℃에서 3시간 교반하며반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 감압증류하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조하였다.

실시예 4: β-CD와 NaH의 사용비율을 달리하여 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

실시예 1의 제 1 공정에서 전처리하여 준비한 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 DMF 45mL에 용해시킨 후, 0.106g의 NaH (1:1 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후, 25℃에서 1시간 교반하면서 반응시켜 β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. 여기에 OSA(Ⅲ) 0.955mL (1:1 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 25℃에서 3시간 교반하며 반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 감압증류하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조하였다.

실시예 5: OSA 치환반응 조건을 달리하여 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

실시예 1의 제 1 공정에서 전처리하여 준비한 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 DMF 45mL에 용해시킨 후, 0.106g의 NaH (1:1 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후, 25℃에서 6시간 교반하면서 반응시켜 β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. 여기에 OSA(Ⅲ) 0.955mL (1:1 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 100℃에서 3시간 교반하며 반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 감압증류하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조하였다.

실시예 6: β-CD와 NaH 반응조건을 달리하여 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

실시예 1의 제 1 공정에서 전처리하여 준비한 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 DMF 45mL에 용해시킨 후, 0.106g의 NaH (1:1 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후, 100℃에서 3시간 교반하면서 반응시켜 β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. 여기에 OSA(Ⅲ) 0.955mL (1:1 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 100℃에서 3시간 교반하며 반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 감압증류하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조하였다.

실시예 7: β-CD와 NaH 반응조건을 달리하여 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린의 제조

실시예 1의 제 1 공정에서 전처리하여 준비한 β-CD(I) 5g (4.4mmole)을 DMF 45mL에 용해시킨 후, 0.106g의 NaH (1:1 molar ratio to β-CD)를 첨가한 후, 100℃에서 1시간 교반하면서 반응시켜 β-CD 산소음이온(Ⅱ)을 생성시켰다. 여기에 OSA(Ⅲ) 0.955mL (1:1 molar ratio to β-CD)을 첨가한 후, 100℃에서 3시간 교반하며 반응시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ)을 제조하였다. 10mL의 물을 첨가하여 반응을 종료시키고, 감압증류하여 시럽상태로 농축하였으며, 이 과정을 3번 반복하여 대부분의 DMF를 제거하였다. 교반되는 400mL의 아세톤에 농축된 용액을 서서히 부어 반응물의 침전과 세척과정을 3회 반복한 후, 감압건조하였다.

실험예 1: OSCD의 분리정제

상기 실시예 1과 2에서 제조한 OSCD의 조성을 확인하기 위하여 TLC판 (Silica gel 60F₂₅₄, Merck, Germany)에 전개하였다. 시료는 반응물을 증류수에 희석시킨 뒤, 에틸아세테이트:에탄올:물(ethylacetate : ethanol : water) = 6 : 3 : 2 의 혼합용액을 전개용매로 하여 전개하였다. 전개 후 발색은 30% 황산-에탄올 혼합용액을 분무한 뒤, 105℃에서 건조하여 확인하였다. 기준물질로서 β-CD와 OSA를 같이 전개하여 비교하였다. 또 TLC로 조성물이 확인된 OSCD는 실리카겔로 충진된 플래쉬 크로마토그라피(flash chromatography)를 이용하여 분리하였다. 전개용매로서는 에틸아세테이트:에탄올:물 = 6 : 3 : 2 비율의 혼합용매를 이용하였고, 컬럼 세척시 50%(v/v) 에탄올 용액을 사용하였다. 분리된 각각의 분획들은 감압건조하였다.

실험결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 반응 몰비율 실시예1과 2에서 제조된 OSCD는 TLC상에서 주로 3가지 분획으로 나타났다. TLC상의 세 가지 분획 중, 상위부분 ( a ,R _f=0.71)은 실시예2의 생성물에 주로 많으며, 아랫부분( c ,R _f=0.29)은 실시예1의 생성물에 주로 존재하였다.

실험예 2: OSCD의 분자량과 OSA 치환도 분석

본 실험예에서는 실시예 1과 2에서 제조한 본 발명 OSCD를 구성하는 3분획의 분자량을 구하였다. OSCD내의 OSA 치환도 (Degree of substitution, DS)는¹H-NMR에서 피크 강도(peak intensity)의 적분된 면적으로부터 다음과 같은 식에 의해 계산되었다. OSA 1분자는 옥테닐(octenyl)기의 메틸(methyl, -CH₃)기에 동등한 3개의 프로톤을 가지며, CD 1분자는 7개의 아노메릭 프로톤(anomeric proton;H-1)을 가진다.

(상기 식중, CD내의 모든 히드록시기에 치환이 이루어질 경우에 DS는 최대 3이 된다)

실험결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 TLC 상에 나타났던 a , b , c 3가지 분획의R _f 값과 치환도(DS), 평균분자량(M_W)을 나타냈다. 치환도의 증가에 따라R _f 값과 평균분자량이 증가함을 알 수 있었다.

실시예 1과 2에 의해 제조된 OSCD 분획(a, b, c)의 TLC에서R _f 값 과 치환도 및 평균 분자량

	TLC의R _f 값	DS(¹H-NMR)	M_W(MALLS)
a	0.71	0.72	5,500(32%)
			3,800(17%)
b	0.59	0.49	3,300(45%)
			2,200(20%)
c	0.29	0.18	2,800(69%)
			2,600(3%)

실험예 3: OSCD의 에탄올 수용액에서의 용해도

본 실험예에서는 다양한 농도의 에탄올 수용액에서, 실시예 1과 실시예 2에 의해 제조된 OSCD의 용해도를 측정, 비교하였다. OSCD의 용해도는 하기 식에 나타낸 바와 같이 포화용액의 무게 당 녹아있는 용질의 무게비로 측정이 되었다. 1mL의 용매에 과량의 OSCD를 첨가한 후, 25℃에서 교반하며 용해시켰다. 용해 후 남은 용질은 원심분리(10,000 rpm, 10min)로 제거한 후, 포화용액은 105℃에서 건조하여 무게를 측정하였다.

실험결과, 표 2에 나타낸 바와 같이 모두 에탄올 농도가 증가할수록 용해도의 감소를 나타냈으나, OSA의 치환으로 인해 CD의 용해도가 매우 증가했음을 나타냈다. 실시예 2에 의해 제조된 OSCD는 75% 에탄올 이하의 농도에서 모두 40% 이상의 용해성을 보였다. 실시예 1에 의해 제조된 OSCD는 25% 에탄올 이하의 농도에서는 40%이상의 용해성을, 50% 에탄올 농도에서는 32%의 용해성을 보여, OSA의 치환으로 인해 에탄올 수용액에서의 CD의 용해도가 매우 증가함을 보여주었다. β-CD는 이들 용액에서 매우 낮은 용해도를 보여주었다.

에탄올 용액(0, 25, 50, 75, 99%, v/v)에서의 OSCD의 용해도 (25℃)

	물	25%에탄올	50%에탄올	75%에탄올	99%에탄올
실시예2에 의해 제조된 OSCD	40	40	40	40	0.19
실시예1에 의해 제조된 OSCD	40	40	32.36	3.90	0.06
β-CD	2.37	3.60	2.25	0.39	0.06
[주] 단위: 용해도%, w/w

실험예 4: OSCD의 염용액에서의 용해도

본 실험예에서는 1%-염용액에서의 실시예 1과 2에서 제조된 OSCD, β-CD의 용해도를 측정, 비교하였다. OSCD의 용해도는 실험예 3 에서의 동일한 방법과 계산식을 사용하였다. 실험결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 1% NaCl과 1% CaCl₂용액에서 β-CD의 용해도는 물에서와 별 차이는 없었으나, 실시예 2와 1에서 제조된 OSCD는 모두 40%이상의 용해도를 보여, 이들 염이온은 OSCD의 용해에 영향이 없는 것으로 나타났다.

염용액(1% NaCl과 1% CaCl₂)내 OSCD의 용해도 (25℃)

	1% NaCl	1% CaCl₂
실시예 2에 의해 제조된 OSCD	40	40
실시예 1에 의해 제조된 OSCD	40	40
β-CD	2.41	2.42
[주] 단위: 용해도 %, w/w

실험예 5: OSCD의 산성완충용액에서의 용해도

본 실험예에서는 산성완충용액에서의 실시예 1과 2에서 제조된 OSCD, β-CD의 용해도를 측정, 비교하였다. OSCD의 용해도는 실험예3 에서의 동일한 방법과 계산식을 사용하였다. 실험결과, 표 4에 나타낸 바와 같이 pH 5와 3의 시트르산 완충용액 (각각 11.2%와 9.2%의 시트르산 농도)에 있어서는, 실시예 2의 OSCD는 매우 낮은 용해성을 나타냈고, 실시예 1의 OSCD는 모두 30%이상의 높은 용해성을 보였다. pH 3의 염산용액에서 실시예 2에서 제조된 OSCD는 3.89%의 낮은 용해도를, 실시예 1에서 제조된 OSCD는 24.75%의 높은 용해도를 보였으며, pH 1의 염산용액에서 실시예 2에서 제조된 OSCD는 1.09%를, 실시예 1에서 제조된 OSCD는 17.33%의 용해도를 보여 산성 완충용액에서와 일치하는 용해도 현상을 보여주었다. 이들로 볼 때 산성용액에서는 실시예 1에서 제조된 OSCD에서와 같이 치환도가 낮은 OSCD가 높은 용해도를 보이는 것으로 나타났다.

시트르산 산성 완충용액(pH 5, pH 3)과 HCl 용액(pH 3, pH 1)내에서의 OSCD의 용해도 (25℃)

	pH 5산성완충용액	pH 3산성완충용액	pH 3HCl	pH 1HCl
실시예 2에서 제조된 OSCD	1.89	2.75	3.89	1.09
실시예 1에서 제조된 OSCD	30	30	24.75	17.33
β-CD	4.50	9.65	2.63	1.49
[주] 단위: 용해도 %, w/w

실험예 6: OSCD 수용액에서의 레티놀(all trans retinol; vitamin A)의 용해도

본 실험예에서는 OSCD와의 내포화합물 형성을 통한 레티놀의 용해도를 상온에서 OSCD 수용액의 농도증가에 따라 용해되는 레티놀의 함량을 측정하여 조사하였다. 즉, 도 4에 나타낸 바와 같이 용액중의 레티놀 함량은 시료용액을 적당 배수로 희석하여 325nm에서 흡광도를 측정하여 계산하였다. 표준곡선은 레티놀(0, 20, 40, 60, 80ppm)을 99%-에탄올에 녹여 측정하였고, 99% 에탄올과 물은 흡광도에 있어서 유의적인 차이가 없었다. OSCD 수용액은 이온이 제거된 증류수를 이용하였고, 모든 과정은 질소가스 치환과 광선이 차단된 상태에서 상온에서 이루어졌다. 레티놀은 OSCD수용액에 첨가시, 소수성 결정상으로 존재하기 때문에, 초음파 처리(ultra-sonication)로 결정상을 미세하게 파괴하여 OSCD와의 접촉확률을 증가시켰으며, 강한 교반으로 용해시켰다. 실험결과, 도 5에 나타낸 바와 같이 수용액상의 OSCD 농도증가에 따라서 레티놀의 용해도가 증가함을 볼 수 있었으며, 레티놀 1분자당 1분자이상의 OSCD가 결함됨을 보였다. 실시예 2에서 제조된 10%-OSCD 수용액에서 레티놀은 0.66%의 용해도를 보였으며, 이때 평균적으로 레티놀 1분자가 포접되는 데에는 2.45 분자의 실시예 2에서 제조된 OSCD가 사용됨을 나타냈다. 또한, OSCD내의 OSA치환이 증가할수록, 레티놀의 용해도가 향상되었다. 실시예 1에 의해 제조된 OSCD의 경우에는, 반응되지 않은 β-CD가 레티놀과 침전(co-precipitation)됨을 확인하였으며, 실시예 1의 OSCD의 경우에 있어서 레티놀의 용해도가 실시예 2의 OSCD의 경우보다 낮은 이유를 일부 설명하고 있다. β-CD의 경우에는 매우 낮은 용해도 현상을 나타냈다.

실험예 7: OSCD-레티놀 내포화합물의 제조

본 실험예에서는 레티놀과 OSCD의 내포화합물을 제조하였다. 즉, OSCD-레티놀의 내포화합물은 OSCD 100mg과 레티놀(all trans-retinol, Vitamin A) 100mg이 포함된 수용액을 실험예 6과 동일한 방법으로 제조한 후, 레티놀-OSCD 내포화합물 수용액을 동결 건조하여 제조하였다. 상기 제조한 내포화합물과 흡열 엔탈피를 분석하여 비교하기 위하여 50mg의 OSCD와 50mg의 레티놀을 막자사발로 함께 섞어 균일한 물리적 혼합물을 제조하였다. 모든 과정은 질소가스 치환과 광선이 차단된 상태에서 이루어졌다.

상기 제조한 OSCD-레티놀 내포화합물, 이들의 물리적 혼합물, 레티놀, OSCD를 각각 시차 주사 열분석기(Differential scanning calorimeter, DSC)를 이용하여녹는점과 용융 엔탈피를 측정하였다. 시료 2∼4mg을 알루미늄 팬에 밀봉한 후, 5℃/min의 스캔비율(scan rate)로 측정하였다.

실험결과, 도 6에 나타낸 바와 같이 레티놀, 실시예 1과 2에서 제조한 OSCD, 상기 OSCD-레티놀의 물리적 혼합물, 이들의 내포화합물의 DSC 상에서의 결과를 나타냈다. 레티놀은 용융 개시점이 대략 44℃근처에서 나타났으며, 물리적으로 혼합된 OSCD-레티놀의 경우도 같은 온도에서 용융 개시온도와 용융엔탈피가 발견되었다. OSCD는 이들 온도영역에서 엔탈피 변화가 없었으며, OSCD-레티놀 내포화합물에서도 레티놀의 녹는점 근처에서 엔탈피의 변화가 관측되지 않았다. β-요논링 (ionone ring)을 포함한 탄소사슬로 이루어진 레티놀(retinol)은 OSCD에 내포되어진 후, 무정형으로 존재하기 때문에 흡열 엔탈피(endothermic enthalpy)가 관측되지 않았다. 따라서, 레티놀분자는 OSCD의 내부 공간에 내포되어졌음을 확인하였다.

실험예 8: OSCD의 계면활성 및 유화안정성

본 실험예에서는 리놀레산(linoleic acid)과 OSCD 수용액의 유화액을 제조한 후 계면활성과 유화안정성을 측정하였다.

이온이 제거된 증류수로 제조된 pH 6∼7의 0.5%-OSCD 수용액 70mL에 리놀레산 40mL을 상온, 10,000rpm에서 3분 동안 서서히 주입하여 균질화하였다. 10,000rpm에서 2분 동안 추가로 균질화하여 수중유적형(oil in water;O/W)형 유화액을 제조하였다. 계면활성 측정은 β-CD와 OSCD가 각각 첨가된 레놀레산-물(O/W) 유화액을 광학현미경으로 100배 확대하여 지방구의 크기를 비교하였다. 유화안정성은 β-CD와 OSCD가 각각 첨가된 리놀레산-물 (O/W) 유화액을 100 mL 용량의 메스실린더에 옮긴 후, 상온에서 정치하였다. 저장시간에 따라 상분리되는 유상의 부피를 측정하여 유화안정성을 측정하였다. 유상과 수상의 구분을 명확하기 위하여 수용액에 친수성의 청색색소를 사용하였다. 일반적으로 OSCD는 이론적인 HLB (hydrophilic-lipophilic balance)값이 12이상인 수중유적형의 계면활성제이다. 실험결과, 도 7은 현미경으로 100배 확대되어진 O/W형의 유화액의 모습으로, 리놀레산과 물의 두 가지 상 사이에서의 계면활성을 확인하기 위하여, β-CD와 실시예 1과 2에서 제조한 OSCD를 첨가한 에멀젼의 지방구 크기를 비교하였다. 물과 기름만으로 이루어진 유화액의 경우, 지방구 크기가 매우 크며, 계면에서의 두상의 분리가 빠르게 일어남을 확인하였다. β-CD를 첨가한 경우에는, 첨가하지 않은 경우와 초기 지방구의 크기는 비슷했으나, 계면에서의 두상의 분리는 다소 지연되는 듯 하였다. OSCD를 첨가한 경우에는 유화액상의 지방구의 크기가 다른 것에 비해 미세함을 관찰할 수 있었으며, 계면에서의 두상의 분리는 관측되지 않았다. 실시예 2에서 제조한 OSCD의 첨가는 실시예 1에서 제조한 OSCD를 첨가한 경우보다 더 미세한 미셀들을 형성함을 관찰하였다.

레놀레산-물의 에멀젼을 상온에서 방치하면서 유화안정성을 측정한 결과는 도 8에 유화액 형성 후 6시간이 경과한 후의 모습을 나타냈다. 아무것도 첨가하지 않은 A의 경우에는 상분리가 30분 정도 후에는 거의 완료되었으며, β-CD를 첨가한 B의 경우에는 완전한 상분리는 일어나지 않았으나, 1시간 경과 후에는 유상과 수상을 명확히 구분할 수 있을 정도로 지방구의 크기가 증가하였다. 실시예 1에서 제조된 OSCD와 실시예 2에서 제조된 OSCD가 첨가된 C와 D는 24시간 경과 후에도 상분리가 관측되지 않았으며, 안정한 유화액을 형성하였다. 도 9는 상온에서의 저장시간에 따라 상분리되는 각각의 유화액의 유상의 부피를 측정하여 나타낸 것으로 아무 것도 첨가하지 않은 A와 β-CD가 첨가된 B는 쉽게 리놀레산층이 분리되었으며, 오랜 시간 경과 후에 OSCD를 첨가한 C와 D의 경우도 점차 상분리가 관찰되었으나, 분리속도는 매우 느렸다. 7일 경과시, 실시예 1에서 제조된 OSCD와 실시예 2에서 제조된 OSCD가 첨가된 에멀젼은 각각 6mL과 1.5mL의 리놀레산이 상분리 되었고, 14일 경과 후에는 각각 10mL과 4.5mL의 리놀레산분획이 상분리 되었다. OSCD내의 OSA 치환도의 증가에 따라 에멀젼의 안정성은 증가하였으며, OSCD는 계면활성제로서의 높은 유화안정성을 나타내었다.

이상 상기 실시예와 실험예를 통하여 설명한 바와 같이 본 발명은 예비건조된 DMF 용매내에서 β-CD와 NaH의 반응으로 생성된 β-싸이클로덱스트린 산소음이온 중간체에 OSA를 치환시켜 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린을 제조하는 효과가 있으며, 상기 제조된 본 발명 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린은 에탄올 용액과 1% NaCl 및 1% CaCl₂수용액, 시트르산 산성완충용액에서 싸이클로덱스트린의 용해도를 증가시켰으며, 내포화합물 형성으로 레티놀(all trans retinol; vitamin A)의 수용액에서의 용해도를 향상시킬 뿐만 아니라, 높은 계면활성과 유화안정성을 나타내는 뛰어난 효과가 있으므로, 의약품 및 화장품, 식품 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

N,N-디메틸포름아미드(N,N-dimethylformamide;DMF) 용매내에 β-싸이클로덱스트린(β-cyclodextrin;β-CD)(I)과 NaH을 반응시켜 β-싸이클로덱스트린 산소음이온(oxyanion)중간체(Ⅱ)를 제조한 후, 상기 제조된 산소음이온 중간체(Ⅱ)에 옥테닐호박산 무수물(2-octen-1-ylsuccinic anhydride;OSA)(Ⅲ)을 치환시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 옥테닐호박산 β-싸이클로덱스트린(Ⅳ) 제조방법.
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