KR101468308B1 - 카로티노이드 나노입자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매개물질을 첨가하지 않고 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 용해시키는 것에 의해서 카로티노이드 화합물을 나노입자 형태로 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 카로티노이드 나노입자의 제조방법에 의하면 추가적인 폴리머 등의 매개자를 넣어 주거나 고압균질기 등을 사용하지 않고도 나노입자를 제조할 수 있다. 따라서, 기존의 카로티노이드 나노입자의 제조방법과 비교하여 다량의 첨가물질의 양을 최소화 하면서 물리적 공정등의 과정을 배제시켜 나노입자 자체에 구조적인 안정성을 부여할 수 있다.

Description

카로티노이드 나노입자의 제조방법{Method for preparing carotenoid nanoparticle}

본 발명은 매개물질을 첨가하지 않고 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 용해시키는 것에 의해서 카로티노이드 화합물을 나노입자 형태로 제조하는 방법에 관한 것이다.

카로티노이드는 당근이나 토마토 혹은 새우 등 동식물계에 널리 분포되어있는 빨강·노랑 색소이다. 카로티노이드는 생체 내에서 항산화 작용에 기여하거나 면역작용을 돕는 등의 여러 생리적 활성이 있으며, 가장 대표적으로는 provitamin-A로서 작용을 한다. 카로티노이드 화합물은 천연 색소로서 사용되며, 사료첨가물, 식품첨가물, 의약품 등으로 유용하다.

인간을 비롯한 거의 대부분의 동물은 카로티노이드를 스스로 합성할 수 없어 대부분 음식물을 통해 공급받게 된다. 하지만 이러한 식품 내부에 있는 카로티노이드조차 생체 내에서 vitamin-A로의 전환율이 좋지 않고 생물학적 이용도도 낮은 것으로 알려져 있다. 또한, 카로티노이드는 분자 내에 많은 이중결합을 포함하고 있어 공기나 열, 빛에 산화되기 쉬운 불안정한 물질이다.

종래의 이런 문제점들에 대한 해결방안들로는 크게 두 가지가 있는데, 지용성 성분인 카로티노이드를 기름 성분에 녹여서 섭취하는 방법과 수중유적형의 나노입자로 만드는 방법이다. 기름에 녹인 카로티노이드의 경우 불안정한 형태의 카로티노이드들이 기름의 산패를 촉진하고 이런 산패현상이 다시 카로티노이드를 분해하는 연쇄적 반응이 일어나기도 하며 기름에 포함시킬 수 있는 카로티노이드의 양 역시 제한적이라는 문제점이 있다. 또 여전히 생물학적 이용도나 생체 내 전환율은 좋지 않다는 문제점도 있다.

이에, 카로티노이드를 나노입자로 제조하기 위한 방안들이 계속하여 연구되어 오고 있는 실정이며, 기존에 알려진 방법에서는 카로티노이드를 나노입자로 만들기 위해서는 카로티노이드 입자를 잡거나 뭉치게 할 수 있는 폴리머 등의 매개자를 넣어 주거나 고압균질기를 이용해 유기용액 상의 카로티노이드를 물리적 힘을 가해 수용액 상에 분산시키는 방법을 사용하였다. 하지만 두 방법 모두 공정상의 이유로 카로티노이드와 용매 외에 다른 물질이 불가피하게 첨가된다. 예를 들면, 매개 물질 자체도 첨가물이 될 뿐만 아니라 산화적 자극에 대한 안정제로 더 강한 항산화제를 같이 섞어주는 것이 필요하다.

특히, 기존에 알려진 입자가 미세하고 저점성인 나노입자를 제조하기 위한 방법에서는 전상온도(PIT:Phase inversion temperature) 유화법 또는 고압유화법을 사용하여 왔다. 이 중, 전상온도 유화법은 물, 오일 및 비이온 계면활성제의 3성분계로 구성되는 조성물 중 온도가 상승함에 따라 비이온계면활성제의 친수기인 에틸렌옥사이드와 물의 수소결합이 감소하여 친수성 성질이 줄어들게 되는 원리를 이용하는 유화법이다.

또한, 고압유화법은 1000-1500 기압으로 강한 전단(shear)을 가하는 고압유화기기에 입자를 통과시켜 나노화시키는 방법이다. 이러한 고압유화기기는 1000 기압 이상이 가해지도록 하는 마이크로후루다이져(Microfluidizer, U.S. Patent 4533254)를 가장 많이 사용한다.

이와 같이, 입자를 미세하고 균일하게 제조하기 위하여 여러 가지 노력들이 있어 왔으나, 이들 방법에서는 여전히 카로티노이드 입자를 잡거나 뭉치게 할 수 있는 폴리머 등의 매개자를 넣어 주거나 계면활성제의 양이 많아지게 되는 문제점이 있어 왔다. 또한 고압균질기를 이용하는 경우 장소와 시간에 제약이 있으며 고가의 장비를 구입하는 등의 비용적인 측면에서 활용에 제한이 있다는 문제점이 있어 왔다.

이에, 본 발명자는 이러한 물리적 공정들이나 첨가물을 최소화시키기 위해 노력한 결과, 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 용해시킨 후 수용액에 첨가하여 나노입자를 제조할 경우, 추가적인 폴리머 등의 매개자를 넣어 주거나 고압균질기 등을 사용하지 않고도 나노입자를 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 고체 결정상의 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 용해시키는 제1단계; 상기 카로티노이드 화합물이 용해된 아세톤을 수용액에 첨가하여 혼합하는 제2단계; 및 상기 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류하여 아세톤을 제거하는 제3단계를 포함하는 직경이 1nm 내지 1000nm인 카로티노이드 나노 입자의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고체 결정상의 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 용해시키는 제1단계; 상기 카로티노이드 화합물이 용해된 아세톤을 수용액에 첨가하여 혼합하는 제2단계; 및 상기 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류하여 아세톤을 제거하는 제3단계를 포함하는 직경이 1nm 내지 1000nm인 카로티노이드 나노 입자의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 상기 단계 1은 고체 결정상의 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 용해시키는 단계로서 특정한 온도의 아세톤 용매를 선택함으로써 별도의 첨가제를 사용하지 않고도 용이하게 나노입자를 제조할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "카로티노이드 화합물"이란 동식물계에 널리 분포하는 빨강·노랑 색소이다. 수용액에 녹지 않으며, 벤젠, 에테르 등의 지방을 녹이는 용매에 용해성이 높다는 특징이 있다. 천연적으로는 300 종류가 알려져 있으며 이 중에서 분자 속에 산소를 함유하지 않고 탄소와 수소만으로 이루어진 것을 탄화수소 카로틴류, 반면에 산소를 함유한 것을 크산토필류라 한다. 카로틴류는 화학구조적으로 볼 때, 양끝에 β-이오논고리 또는 기를 갖는 빨간색 또는 적자색 결정으로 많은 이성질체가 존재한다.

또한, 본 발명의 상기 단계 1의 카로티노이드 화합물은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나의 화합물로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 화학식 1로 표시되는 카로티노이드 화합물(BAS 카로티노이드, ((1E,3E,5E,7Z,9E,11Z,13E,15E,17E)-7,12-bis(4-methoxyphenyl)-4,15-dimethyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaene-1,18-diyl)bis(4,1-phenylene))bis(methylsulfane)) 또는 상기 화학식 2로 표시되는 카로티노이드 화합물(BTS 카로티노이드, ((1E,3E,5E,7Z,9E,11Z,13E,15E,17E)-4,15-dimethyl-7,12-di-p-tolyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaene-1,18-diyl)bis(4,1-phenylene))bis(methylsulfane))은 상기 화학식 3으로 표시되는 β-카로틴(β-carotene) 화합물보다 48℃ 내지 52℃ 온도범위의 아세톤 용매에 대한 용해도가 더 높았다.

기존의 카로티노이드 화합물을 용해시키기 위해서 사용한 톨루엔, 아세톤, 메틸렌클로라이드, 테트라하이드로퓨란, 디메틸에테르, 메탄올, 벤젠, 에테르 등의 유기용매는 폴리머입자를 매개자로 첨가하여야만 수용액에 첨가시 카로티노이드 화합물간의 뭉침현상으로 안정한 나노입자의 형태를 형성할 수 있었다. 그러나, 본 발명에서는 48℃ 내지 52℃ 아세톤 용액을 사용하면 카로티노이드 화합물이 용해된 아세톤 용액을 수용액에 첨가할 때, 별도의 매개입자를 넣어주지 않더라도 나노입자의 형태를 안정하게 형성할 수 있다는 특징을 이용하였다.

카로티노이드 화합물은 지용성 비타민의 일종으로 분자구조상 수용성 용매에는 녹지 않으며 일부 유기 용매 상에서도 상온에서는 매우 낮은 용해도를 가지고 있다. 또한, 지금까지 아세톤 용매는 실온에서 카로티노이드 화합물을 용해시키지 못하였으며 아세톤 용매의 휘발성으로 인하여 이를 가열하여 사용하려고 시도하지 않았었다. 아세톤의 끓는점은 56.3℃이나 미량의 불순물로 인하여 이보다 조금 더 낮은 온도에서 증발한다. 본 발명자는 아세톤 용매를 미세하게 가온하여 48 ℃ 내지 52℃ 온도범위, 보다 바람직하게는 50℃의 온도로 사용하면 카로티노이드 화합물을 용해할 수 있으며, 수용액에 첨가시 별도의 매개입자 없이도 나노입자의 형태를 형성할 수 있다는 것을 발견하였다.

또한, 본 발명의 상기 단계 1의 아세톤 내 카로티노이드 화합물의 농도는 0.99 mM 내지 1.01 mM 인 것이 바람직하다. 상기 농도가 1.01 mM 을 초과하는 경우에는 아세톤에 충분한 양의 카로티노이드가 용해되지 않는다는 문제점이 있으며, 농도가 0.99 mM 미만인 경우에는 나노입자의 형태가 용이하게 형성되지 않는다는 문제점이 있다.

본 발명의 상기 단계 2는 카로티노이드 화합물이 용해된 아세톤을 수용액에 첨가하여 혼합하는 단계이다.

본 발명의 상기 단계 2의 수용액의 온도는 48℃ 내지 52℃인 것이 바람직하다. 카로티노이드 화합물은 용매의 온도에 의존하여 그 용해도가 변화하며 온도가 높을수록 잘 용해된다. 그러나, 수용액의 온도가 52℃를 초과하는 경우에는 아세톤 용매가 휘발하게 되는 문제점이 있으며, 수용액의 온도가 48℃ 미만인 경우에는 나노입자 형태를 제조하는데 필요한 충분한 양의 카로티노이드가 용해되지 않는다는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 상기 단계 2의 카로티노이드가 용해된 아세톤 용액은 수용액에 적가하여 첨가하는 것이 바람직하다. 본 발명의 상기 적가 속도는 0.3 mL/sec 내지 0.5 mL/sec인 것이 바람직하다. 상기 적가 속도가 0.5 mL/sec를 초과하는 경우에는 한꺼번에 많은 양의 카로티노이드 화합물이 수용액 상에 도입됨으로써 입자간의 응집현상이 과도하게 일어나 나노단위의 입자가 아닌 카로티노이드의 고체 입자 상태로 석출되게 된다. 또한, 입자가 커짐에 따라 유기용매의 표면적이 줄어들어 아세톤 증발시에도 어려움을 겪게 되는 문제점이 있으며, 상기 적가 속도가 0.3 mL/sec 미만인 경우에는 용액 상에 중첩될 수 있는 충분한 양의 카로티노이드 입자 제공이 어려워 나노입자를 형성하기 어렵다는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 상기 단계 2에서 계면활성제를 추가로 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 계면활성제는 선형알킬벤젠술폰산나트륨, 알파술폰산나트륨, 알파올레핀술폰산나트륨, 알킬에테르유산에스테르나트륨, 폴리옥시에틸렌알킬에테르염, 소디움라우릴설페이트, 소듐라우레스설페이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 합성계면활성제를 사용할 수 있다. 또한, 상기 계면활성제는 코코베타인, 레시틴, 사포닌, 밀납, 붕사, 술포석시네이트, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 천연계면활성제를 사용할 수 있다. 일반적으로 합성 유화제가 더 독성이 강하나 유화력이 우수하며 본 발명에서는 합성 유화제 중에서도 생체 내 안전성이나 유화 안정성이 높은 트윈 20을 사용하는 것이 보다 더 바람직하다.

또한, 본 발명의 상기 단계 2의 카로티노이드가 용해된 아세톤 용액과 수용액의 혼합비(부피)가 1:9인 것이 바람직하다. 상대적으로 수용액의 부피가 더 높아야 최대 수율의 카로티노이드 나노입자를 수득할 수 있으며 특히 아세톤 용액과 수용액의 혼합비(부피비)가 1:9인 경우와 같이 수용액의 함량이 유기용액의 함량보다 월등히 많아야 지용성 물질인 카로티노이드의 수용안정성이 보장될 수 있다. 아세톤의 비율이 10% 보다 높을 경우 전체 카로티노이드의 농도가 높아지며 이에 따라 결정화가 일어나기 쉽다는 문제점이 있으며 10% 보다 낮을 경우 카로티노이드 나노입자 형성 수율이 낮아질 수 있다.

본 발명의 상기 단계 3은 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류하여 아세톤을 제거하는 단계이다.

본 발명의 상기 단계 3의 아세톤을 제거하기 위한 방법으로는 60℃ 내지 80℃에서 10분 내지 60분간 감압 증류하는 것이 바람직하다. 60℃ 내지 80℃에서는 물은 휘발되지 않고 아세톤만 휘발되어 제거되는바, 수용액에 카로티노이드 입자가 용해된 에멀젼 형태를 얻을 수 있으며 최종적으로 물의 제거를 통해서 카로티노이드 나노입자를 수득할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 방법에 의할 경우 80% 내지 95% 수율로 카로티노이드 나노입자의 제조가 가능하며 특히 본 발명의 일실시예에 의할 경우, 상기 화학식 1의 BAS 카로티노이드에 대해서 91% 및 화학식 2의 BTS 카로티노이드에 대해서 86%의 높은 수율로 나노입자를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 제조되는 카로티노이드 나노입자의 직경은 1nm 내지 1000nm이나, 보다 바람직하게는 1nm 내지 100nm의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 나노입자의 크기가 1nm 내지 100nm의 크기를 갖는 것이 에멀젼 형태에서 브라운 운동에 의한 나노입자의 안정성을 보장할 수 있으며, 100nm 이상의 크기를 갖는 경우 나노입자들간의 응집(flocculation) 현상이 일어나는바 침강(sedimentation) 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에 따른 카로티노이드 나노입자의 제조방법에 의하면 추가적인 폴리머 등의 매개자를 넣어 주거나 고압균질기 등을 사용하지 않고도 나노입자를 제조할 수 있다. 따라서, 기존의 카로티노이드 나노입자의 제조방법과 비교하여 다량의 첨가물질의 양을 최소화하면서 물리적 공정 등의 과정을 배제시켜 나노입자 자체에 구조적인 안정성을 부여할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제조방법의 대략적인 개시도이다.
도 2는, 본 발명의 제조방법에 의해서 제조된 BAS 카로티노이드 나노입자, BTS 카로티노이드 나노입자 및 β-카로틴 나노입자의 입자크기를 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 제조방법에 의해서 제조한 BAS, BTS, β-카로틴 나노입자의 주사전자현미경 사진을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의하여 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

제조예 1: BAS 카로티노이드의 제조

BAS 카로티노이드의 제조는 문헌 'Juwan Maeng, Soo Bong Kim, Nam Joo Lee et al., Conductance Control in Stabilized Carotenoid Wires, Chem. Eur. J. 2010, 16, 7395-7399'을 참고하여 제조하였으며, 구체적으로 하기 반응식과 같이 제조하였다.

1-1. (E)-2,7- Bis -(p- methoxyphenyl )- oct -4- enedioic acid , diethyl ester(11a)의 제조

n-BuLi의 1.6 M 헥산 용액(7.48 mmol, 4.70 mL, 3.2 equiv)을 0℃에서 디이소프로필아민(8.18 mmol, 1.16 mL, 3.5 equiv)의 THF 용액(10 ml)에 첨가하였다. 상기 혼합물을 0℃에서 20분 동안 교반하고, -78℃로 냉각하였다. 에틸 4-메톡시페닐아세테이트(7.01 mmol, 1.30 mL, 3.0 equiv)의 THF 용액(5 mL)을 상기 혼합물에 첨가하였다. 상기 혼합물을 -8℃에서 40분 동안 교반하고, 1,4-디브로모-2-부텐(2.34 mmol, 0.50 g, 1.0 equiv)의 THF 용액(5 mL)을 첨가하였다. -8℃에서 1시간 동안 교반하고, 상기 혼합물을 상온까지 가열하고, 1M HCl 용액으로 퀀칭하였다. 상기 혼합물을 CH₂Cl₂로 추출하고 1M HCl로 세척하고, 무수 Na₂SO₄로 건조시킨 후 여과하고, 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 SiO₂ flash column chromatography(Hexanes:EtOAc = 17:3)로 정제하여 diester 11a(1.92 mmol, 0.84 g, a 1:1 mixture of diastereomers)를 82% 수율로 얻었다.

Rf = 0.40(Hexanes:EtOAc = 4:1)

¹H NMR δ 1.19(t, J = 7.1 Hz, 6H), 2.30-2.43(m, 2H), 2.60-2.73(m, 2H), 3.44(dt, Jd = 4.3, Jt = 7.7 Hz, 2H), 3.78(d, J = 1.5 Hz, 6H), 3.99-4.17(m, 4H), 5.28-5.45(m, 2H), 6.80-6.87(m, 4H), 7.13-7.21(m, 4H) ppm

¹³C NMR δ 14.1, 36.4(36.5)*, 51.0(51.0)*, 55.2, 60.6, 113.9, 128.9(128.9)*, 129.3(129.4)*, 130.8(130.8)*, 158.7, 173.6(173.6)* ppm

IR (KBr) 2978, 2837, 1730, 1611, 1513, 1250, 1178, 1035 cm^-1

HRMS (FAB⁺) calcd for C₂₆H₃₃O₆ 441.2277, found 441.2280

*: 괄호 안의 ¹³C NMR 피크는 diastereoisomer에서 유래한 것이다.

1-2. (E)-2,7- Bis -(p- methoxyphenyl )- oct -4- ene -1,8- diol (14a)의 제조

Diester 11a(3.49 mmol, 1.54 g, 1.0 equiv)의 THF 용액(5 mL)를 LiAlH₄(6.54mmol, 0.25 g, 2.0 equiv)의 THF 현탁액에 첨가하였다. 30분 동안 교반하고, 상기 혼합물을 상온까지 가열하고, 1M HCl 용액으로 퀀칭하였다. 상기 혼합물을 EtOAc로 추출하고 1M HCl로 세척하고, 무수 Na₂SO₄로 건조시킨 후 여과하고, 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 SiO₂ flash column chromatography(Hexanes:EtOAc = 13:7)로 정제하여 diol 14a(3.20 mmol, 1.14 g, a 1:1 mixture of stereoisomers)를 92% 수율로 얻었다.

Rf = 0.14 (Hexanes:EtOAc = 3:2)

¹H NMR δ 1.36(br s, 2H), 2.13-2.38(m, 4H), 2.61-2.80(m, 2H), 3.53-3.70(m, 4H), 3.79(d, J = 0.8 Hz, 6H), 5.25-5.34(m, 2H), 6.81-6.89(m, 4H), 7.00-7.09(m, 4H) ppm

¹³C NMR δ 35.5(35.6)*, 47.6(47.6)*, 55.2, 66.8(66.9)*, 113.9, 128.9(128.9)*, 129.7(129.7)*, 134.0, 158.3 ppm

IR (KBr) 3365, 2931, 1611, 1513, 1459, 1248, 1036, 830 cm^-1

HRMS (FAB⁺) calcd for C₂₂H₂₈O₄ 356.1988, found 356.1996.

*: 괄호 안의 ¹³C NMR 피크는 diastereoisomer에서 유래한 것이다.

1-3. (E)-2,7- Bis -(p- methoxy - phenyl )- oct -4- enedial (5a)의 제조

Oxalyl chloride(3.50 mmol, 0.30 mL, 3.5 equiv)을 -8℃에서 DMSO(3.80 mmol, 0.29 g, 3.8 equiv)의 CH₂Cl₂ 용액(10 mL)에 첨가하였다. 상기 혼합물을 15분 동안 교반하고, diol 14a(1.00 mmol, 0.36 g, 1.0 equiv)의 CH₂Cl₂ 용액(5 mL)을 첨가하였다. 상기 혼합물을 8℃에서 40분 동안 교반하고, Et₃N(10.00 mmol, 1.40 mL, 10 equiv)을 첨가하였다. -78℃에서 20분 동안 교반하고, 상기 혼합물을 상온까지 가열하고, 1M HCl 용액으로 퀀칭하였다. 상기 혼합물을 CH₂Cl₂로 추출하고 1M HCl로 세척하고, 무수 Na₂SO₄로 건조시킨 후 여과하고, 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 SiO₂ flash column chromatography(Hexanes:EtOAc = 4:1)로 정제하여 dial 5a(0.85 mmol, 0.30 g, a 1:1 mixture of stereoisomers)를 85% 수율로 얻었다.

Rf = 0.52 (Hexanes:EtOAc = 3:2)

¹H NMR δ 2.26-2.40(m, 2H), 2.62-2.73(m, 2H), 3.42(ddd, J = 8.4, 8.0, 7.0 Hz, 2H), 3.81(d, J = 2.0 Hz, 6H), 5.29-5.37(m, 2H), 6.85-6.91(m, 4H), 6.98-7.05(m, 4H), 9.58(d, J = 1.8 Hz, 2H) ppm

¹³C NMR δ 32.7(32.7)*, 55.1, 58.0(58.1)*, 114.3(114.7)*, 127.4(127.4)*, 129.1(129.1)*, 129.8(129.8)*, 158.9(158.9)*, 200.1(200.2)* ppm

IR (KBr) 2933, 1722, 1609, 1512, 1366, 1250, 1032, 829 cm^-1

HRMS (FAB⁺) calcd for C₂₂H₂₄O₄ 352.1675, found 352.1687.

*: 괄호 안의 ¹³C NMR 피크는 diastereoisomer에서 유래한 것이다.

1-4. (1S,2R)-2- Methyl -1-(4-( methylthio ) phenyl )-2-(phenylsulfonylmethyl)-3-buten-1-ol(10)의 제조

4-메틸술파닐벤즈알데하이드(3.93 g, 24.52 mmol, 1.2 equiv) 및 Indium(2.58 g, 22.47 mmol, 1.1 equiv)을 4-클로로-2-메틸-2-부텐-1-술포닐)-벤젠(5.0 g, 20.43 mmol, 1.0 equiv)의 THF(10 mL) 및 H₂O(40 mL)의 용액에 첨가하였다. 상기 혼합물을 80℃에서 2.5시간 동안 가열하고, 상온으로 냉각하였다. 상기 혼합물을 EtOAc(30 mL × 3)로 추출하고 1M HCl(100 mL)로 세척하고, 무수 Na₂SO₄로 건조시킨 후 여과하고, 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 silica gel flash column chromatography로 정제하여 homoallylic alcohol 10(6.72 g, 18.54 mmol)를 91% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.26(s, 3H), 2.45(s, 3H), 3.01(br s, 1H), 3.14(A of ABq, JAB = 14.1 Hz, 1H), 3.51(B of ABq, JAB = 14.1 Hz, 1H), 4.89(d, J = 17.5 Hz, 1H), 4.91(br s, 1H), 5.08(d, J = 10.9 Hz, 1H), 5.90(dd, J =17.5, 10.9 Hz, 1H), 7.12-7.22(m, 4H), 7.50-7.66(m, 3H), 7.85-7.92(m, 2H) ppm

¹³C NMR δ 15.6, 19.6, 46.2, 62.5, 78.1, 115.9, 125.5, 127.7, 128.5, 129.2, 133.6, 136.5, 137.9, 139.7, 141.2 ppm

IR(KBr) 3502, 1598, 1447, 1305, 1147 cm^-1

HRMS (FAB⁺) m/z cacld for C₁₉H₂₃O₅S 363.1266, found 363.1265

Data for syn: ¹H NMR δ 1.12(s, 3H), 2.46(s, 3H), 6.21(dd, J = 17.4, 10.8 Hz, 1H) ppm

1-5. Methyl(4-((1E,3E)-4- methyl -5-( phenylsulfonyl )-1,3-pentadienyl)phenyl)sulfane(4)의 제조

4-메틸술파닐벤즈알데하이드(2.94 g, 18.33 mmol, 1.1 equiv) 및 10-캄포술폰산(4.34 g, 18.33 mmol, 1.1 equiv)을 homoallylic alcohol 10(6.04 g, 16.66 mmol, 1.0 equiv)의 벤젠 용액(50 mL)에 첨가하였다. 상기 혼합물을 80℃에서 3.5시간 동안 가열하고, 상온으로 냉각하였다. 상기 혼합물을 EtOAc(30 mL × 3)로 추출하고 1M HCl(100 mL)로 세척하고, 무수 Na₂SO₄로 건조시킨 후 여과하고, 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 EtOH로 재결정화하여 흰색 고체형태의 all-(E)-allylic sulfone 4(4.55 g, 13.22 mmol)을 79%의 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.95(s. 3H), 2.48(s, 3H), 3.83(s, 2H), 5.81(d, J = 10.9 Hz, 1H), 6.34(d, J = 15.4 Hz, 1H), 6.84(dd, J = 15.4, 10.9 Hz, 1H), 7.17-7.32(m, 4H), 7.51-7.67(m, 3H), 7.85-7.89(m, 2H) ppm

¹³C NMR δ 15.7, 17.7, 66.7, 123.3, 124.9, 126.5, 126.9, 128.5, 129.0, 133.6, 133.6, 133.9, 134.6, 138.4, 138.5 ppm

IR (KBr) 1588, 1489, 1446, 1307, 1149 cm^-1

HRMS (FAB⁺) m/z cacld for C₁₉H₂₁O₂S₂ 345.0983, found 345.0981

1-6. (1E,3E,9E,15E,17E)-7,12-Bis(p-methoxyphenyl)-1,18-bis(p-( methylthio ) phenyl )-5,14- bis ( phenylsulfonyl )-4,15- dimethyl - octadeca -1,3,9,15,17-pentaene-6,13-diol(7a)의 제조

n-BuLi(9.23 mL, 14.77 mmol, 2.6 equiv)의 1.6M 헥산 용액을 -78℃에서 allylic sulfone 4(4.3 g, 12.48 mmol, 2.2 equiv)의 THF 용액(50 mL)에 첨가하였다. 상기 오렌지색의 용액을 40분 동안 교반하고, dialdehyde 5a(2.0 g, 5.68 mmol, 1 equiv)의 THF 용액(10 mL)을 5분 동안 첨가하였다. 상기 혼합물을 -78℃에서 70분 동안 교반하고, 1M HCl(20 mL)를 첨가하였다. 상기 반응 혼합물을 상온까지 가열하고, EtOAc(20 mL × 2)로 추출하고 1M HCl(15 mL × 2)로 세척하고, 무수 Na₂SO₄로 건조시킨 후 여과하고, 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 silica gel flash column chromatography로 정제하여 7a(5.37 g, 5.20 mmol)를 91% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.67-1.85(s, 6H; CH₃), 2.10-2.67(m, 8H), 2.47-2.48(s, 6H; SCH₃), 3.71-3.87(m, 2H; PhO₂SCH), 3.74-3.77(s, 6H; OCH₃), 4.40-4.61(m, 2H; HOCH), 4.94-5.08(m, 2H), 5.67-5.92(m, 2H), 6.24-6.39(m, 2H), 6.52-6.68(m, 2H), 6.68-6.88(m, 4H), 6.94-7.08(m, 4H), 7.16-7.25(m, 4H), 7.27-7.36(m, 4H), 7.40-7.52(m, 4H), 7.52-7.60(m, 2H), 7.64-7.84(m, 4H) ppm

¹³C NMR (major isomer) δ 15.9, 16.3, 31.5, 48.2, 55.4, 74.1, 78.3, 113.8, 123.1, 123.6, 126.8, 127.2, 127.6, 129.0, 129.7, 129.8, 130.6, 132.7, 133.9, 134.3, 135.3, 136.5, 138.7, 158.5 ppm

IR (KBr) 3511, 3033, 2921, 2836, 1610, 1587, 1511, 1492, 1446, 1301, 1248, 1178, 1142, 1090, 1035, 967, 912, 732 cm^-1

HRMS (FAB⁺) m/z cacld for C₄₈H₅₃O₄S₂ [C₆₀H₆₅O₈S₄ - 2 × (C₆H₆O₂S)] 757.3385, found 757.3389

1-7. Bis - MOM - ether (9a)의 제조

디메톡시메탄(18 mL, 50 equiv) 및 P₂O₅(1.68 g, 11.85 mmol, 3 equiv)를 7a(4.11 g, 3.95 mmol, 1 equiv)의 CH₂Cl₂ 용액(40 mL)에 첨가하였다. 상기 갈색의 용액을 상온에서 14시간 동안 교반하고, CH₂Cl₂(40 mL)로 희석하였다. 상기 혼합물을 포화 NaHCO₃ 용액(10 mL × 2)으로 세척하고, 무수 K₂CO₃로 건조하고, 여과한 후 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물을 silica gel flash column chromatography(deactivated by 1% Et₃N)로 정제하여 bis-MOM-ether 9a(4.30 g, 3.81mmol)를 96% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.46-1.92(s, 6H; CH₃), 2.23-2.87(m, 6H), 2.46(s, 6H; SCH₃), 3.27-3.47(s, 6H, OCH₃), 3.70-3.80(s, 6H; OCH₃), 3.82-3.96(m, 2H; PhO₂SCH), 4.23-4.36(m, 2H; MOMOCH), 4.50-4.68(m, 4H), 5.00-5.20(m, 2H), 5.92-6.10(m, 2H), 6.15-6.46(m,2H), 6.54-6.72(m, 2H), 6.72-6.88(m, 4H), 6.88-7.11(m, 4H), 7.11-7.23(m, 4H), 7.23-7.32(m, 4H), 7.32-7.60(m, 6H), 7.60-7.80(m, 4H) ppm

¹³C NMR (major isomer) δ 15.2, 15.9, 32.0, 48.6, 55.4, 57.2, 76.8, 81.6, 98.9, 113.8, 123.2, 126.7, 127.2, 128.1, 128.4, 128.8, 129.0, 129.9, 130.3, 133.1, 134.0, 134.2, 135.0, 138.8, 141.0, 158.5 ppm

IR (KBr) 2923, 2834, 1610, 1588, 1513, 1492, 1304, 1248, 1178, 1145, 1085, 1030, 967, 912, 832, 808, 730 cm^-1

HRMS (FAB⁺) m/z cacld for C₄₈H₅₁O₃S₂ [C₆₄H₇₃O₁₀S₄ - 2 × (C₆H₅O₂S) - 2 × (CH₃OCH₂) - H₂O] 739.3280, found 739.3292

1-8. (1E,3E,5E,7Z,9E,11Z,13E,15E,17E)-7,12-Bis(p-methoxyphenyl)-1,18- bis (p- methylthiophenyl )-4,15- dimethyl - octadeca -1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaene(BAS)의 제조

KOMe(4.6 g, 62.68 mmol, 20 equiv)를 bis-MOM-ether 9a(3.54 g, 3.13 mmol, 1 equiv)의 사이클로헥산(100 mL) 및 벤젠(20 mL) 용액에 첨가하였다. 상기 혼합물을 80-90℃에서 17시간 동안 가열하고, 상온으로 냉각하였다. 대부분의 용매를 감압하에 제거하였다. 상기 혼합물을 CH₂Cl₂로 희석하고, 1M HCl 및 H₂O로 세척하고, 무수 K₂CO₃로 건조하고, 여과한 후 감압하에 농축하였다. 상기 조 생성물(2.08 g, 2.77 mmol, 88% yield)을 THF 및 EtOH로 재결정화하여 붉은색 고체의 all-trans carotene BAS(1.3 g, 1.8 mmol)를 58% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.98(s, 6H), 2.47(s, 6H), 3.88(s, 6H), 6.02(d, J = 15.6 Hz, 2H), 6.10(d, J = 11.6 Hz, 2H), 6.21-6.30(m, 2H), 6.30-6.37(m, 2H), 6.42(d, J = 15.2 Hz, 2H), 6.51(d, J = 15.6 Hz, 2H), 6.96(d, J = 8.4 Hz, 4H), 7.06(dd, J = 15.2, 11.6 Hz, 2H), 7.11(d, J = 8.8 Hz, 4H), 7.17(d, J = 8.4 Hz, 4H), 7.30(d, J = 8.4 Hz, 4H) ppm

¹³C NMR δ 13.0, 16.0, 55.5, 113.9, 125.2, 126.9, 126.9, 130.2, 131.3, 132.1, 132.2, 132.7, 132.8, 133.2, 135.0, 136.4, 136.5, 137.8, 143.0, 159.1 ppm

IR (KBr) 3031, 2920, 1608, 1509, 1491, 1435, 1288, 1246, 1176, 1093, 1033, 965, 909, 836, 805, 732 cm^-1

UV (c = 5×10^-6M in CH₂Cl₂) λ_max (ε) 464(126,000), 492(160,000), 526(126,000) nm

HRMS (FAB⁺) m/z calcd for C₄₈H₄₈O₂S₂ 720.3096, found 720.3085

제조예 2: BTS 카로티노이드의 제조

BAS 카로티노이드는 논문 'Juwan Maeng, Soo Bong Kim, Nam Joo Lee et al., Conductance Control in Stabilized Carotenoid Wires, Chem. Eur. J. 2010, 16, 7395-7399'을 참고하여 제조하였으며, 구체적으로 하기 반응식과 같이 제조하였다.

2-1. (E)-2,7- Di -p- tolyl - oct -4- enedioic acid , diethyl ester (11b)의 제조

에틸 p-톨릴아세테이트(23.38 mmol, 4.21 mL)의 THF 용액(10 mL)을 -78℃에서 40분 동안 LDA[diisopropylamine(32.73 mmol, 4.67mL) 및 1.6 M hexane solution of n-BuLi(29.92 mmol, 18.70 mL) in THF (25 mL)]와 반응시키고, -78℃에서 1시간 동안 1,4-디브로모-2-부텐(9.35 mmol, 2.00 g, 1.0 eq)과 반응시킨 후, SiO₂ column chromatography(Hexanes:EtOAc = 19:1)로 정제하여 diester 11b(7.47 mmol, 3.05 g, a 1:1 mixture of stereoisomers)를 80% 수율로 제조하였다.

Rf = 0.80 (Hexanes:EtOAc = 4:1)

¹H NMR δ 1.17(dt, Jd = 1.6, Jt = 7.2 Hz, 6H), 2.30(d, J = 2.4 Hz, 6H), 2.32-2.42(m, 2H), 2.63-2.76(m, 2H), 3.46(ddd, J = 6.0, 5.7, 5.4 Hz, 2H), 3.99-4.15(m, 4H), 5.32-5.45(m, 2H), 7.06-7.16(m, 8H) ppm

¹³C NMR δ 14.3, 21.1, 36.9, 51.7, 60.6, 128.0, 129.3(129.4)*, 129.7, 136.2(136.2)*, 136.5(136.7)*, 173.3(173.3)* ppm

IR (KBr) 2981, 1733, 1514, 1154, 1037, 973, 820 cm^-1

HRMS (CI⁺) calcd for C₂₆H₃₃O₄ 409.2379, found 409.2379

*: 괄호 안의 ¹³C NMR 피크는 diastereoisomer에서 유래한 것이다.

2-2. (E)-2,7- Di -p- tolyl - oct -4- ene -1,8- diol (14b)의 제조

LiAlH₄(15.88 mmol, 0.63 g)의 THF 용액(20 mL)을 0℃에서 30분 동안 diester 11b(7.56 mmol, 3.09 g)와 반응시킨 후, SiO₂ column chromatography (Hexanes:EtOAc = 13:7)로 정제하여 diol 14b(6.78 mmol, 2.20 g, a 1:1 mixture of stereoisomers)를 90% 수율로 얻었다.

Rf = 0.42 (Hexanes:EtOAc = 3:2)

¹H NMR δ 1.43(br s, 2H), 2.15-2.36(m, 4H), 2.32(s, 6H), 2.70(tt, J = 5.9, 5.2 Hz, 2H), 3.54-3.68(m, 4H), 5.24-5.38(m, 2H), 6.98-7.04(m, 4H), 7.08-7.13(m, 4H) ppm

¹³C NMR δ 21.3(21.4)*, 35.8(35.8)*, 48.3(48.4)*, 66.9(67.0)*, 128.2, 129.5, 130.0(130.0)*, 136.3, 139.4(139.5)* ppm

IR (KBr) 3280, 2919, 1513, 1441, 1376, 1066, 1050, 1021, 978, 815, 735 cm^-1

HRMS (CI⁺) calcd for C₂₂H₂₉O₂ 325.2167, found 325.2167

*: 괄호 안의 ¹³C NMR 피크는 diastereoisomer에서 유래한 것이다.

2-3. (E)-2,7- Di -p- tolyl - oct -4- enedial (5b)의 제조

Diol 14b(3.14 mmol, 1.02 g)의 Swern oxidation 반응[DMSO(13.82 mmol, 1.08 g), oxalyl chloride(6.91 mmol, 0.62 mL), 및 Et₃N(31.40 mmol, 4.36 mL) in CH₂Cl₂(15mL)]시킨 후, SiO₂ column chromatography(Hexanes:EtOAc = 9:1)로 정제하여 dial 5b(2.65 mmol, 0.85 g, a 1:1 mixture of stereoisomers)를 84% 수율로 얻었다.

Rf = 0.81 (Hexanes:EtOAc = 3:2)

¹H NMR δ 2.28-2.40(m, 2H), 2.35(s, 6H), 2.64-2.73(m, 2H), 3.42(ddd, J = 7.8, 6.0, 5.7 Hz, 2H), 5.30-5.38(m, 2H), 6.94-7.02(m, 4H), 7.10-7.20(m, 4H), 9.59(d, J = 1.2 Hz, 2H) ppm

¹³C NMR δ 21.3(21.3)*, 33.0(33.1)*, 58.8(58.9)*, 129.0(129.0)*, 129.4(129.5)*, 129.9, 132.9(132.9)*, 137.5, 200.5(200.6)* ppm

IR (KBr) 2921, 1721, 1606, 1514, 1440, 1039, 813 cm^-1

HRMS (CI⁺) calcd for C₂₂H₂₅O₂ 321.1854, found 321.1852

*: 괄호 안의 ¹³C NMR 피크는 diastereoisomer에서 유래한 것이다.

2-4. (1E,3E,9E,15E,17E)-1,18-Bis(p-(methylthio)phenyl)-5,14- bis ( phenylsulfonyl )-4,15- dimethyl -7,12- di -p- tolyl - octadeca -1,3,9,15,17-pentaene-6,13-diol(7b)의 제조

n-BuLi(1.6 M solution in hexane, 4.5 mL, 7.13 mmol, 2.9 equiv)을 THF (50 mL)에서 -78℃로 50분 동안 처리된 allylic sulfone 4(2.15 g, 6.23 mmol, 2.5 equiv)를 THF (10 mL)에서 dialdehyde 5b(0.80 g, 2.49 mmol, 1 equiv)와 -78℃에서 1시간 동안 반응시켜 7b(2.31 g, 2.28 mmol)를 92% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.65-1.85(s, 6H; CH₃), 1.90-2.70(m, 6H), 2.24-2.33(s, 6H; CH₃), 2.43-2.52(s, 6H; SCH₃), 3.18-4.04(m, 2H; PhO₂SCH), 3.30-3.70(br s, 2H; OH), 4.40-4.64(m, 2H; HOCH), 4.90-5.12(m, 2H), 5.66-5.95(m, 2H), 6.20-6.38(m, 2H), 6.44-6.87(m, 2H), 6.87-7.09(m, 8H), 7.15-7.25(m, 4H), 7.25-7.38(m, 4H), 7.38-7.50 (m, 4H), 7.50-7.63 (m, 2H), 7.63-7.88 (m, 4H) ppm

IR (KBr) 3513, 3021, 2921, 1589, 1513, 1492, 1446, 1303, 1293, 1142, 1084, 967, 911, 730, 688 cm^-1

HRMS (FAB⁺) m/z cacld for C₄₈H₅₃O₂S₂ [C₆₀H₆₅O₆S₄ - 2 × (C₆H₆O₂S)] 725.3487, found 725.3475

2-5. Bis - MOM - ether (9b)의 제조

7b(2.20 g, 2.22 mmol, 1 equiv) 및 디메톡시메탄(9.83 mL, 50 equiv)을 P₂O₅(0.90 g, 6.65 mmol, 3 equiv)하에 CH₂Cl₂(50 mL)에서 상온에서 18시간 동안 반응시켜 bis-MOM-ether 9b(2.24 g, 2.04 mmol)를 92% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.46-1.95(s, 6H; CH₃), 2.02-2.96(m, 6H), 2.20-2.36(s, 6H, CH₃), 2.35-2.53(s, 6H; SCH₃), 3.20-3.52(s, 6H; OCH₃), 3.72-3.98(m, 2H; PhO₂SCH), 4.22-4.39(m, 2H; MOMOCH), 4.40-4.72(m, 4H), 4.83-5.36(m, 2H), 5.66-6.12(m, 2H), 6.16-6.41(m, 2H), 6.45-6.85(m, 2H), 6.85-7.10(m, 8H), 7.11-7.22(m, 4H), 7.23-7.33(m, 4H), 7.33-7.61(m, 6H), 7.62-7.88(m, 4H) ppm

IR (KBr) 3021, 2921, 1589, 1514, 1492, 1304, 1144, 1085, 1026, 967, 911, 808, 732, 689 cm^-1

HRMS (FAB⁺) m/z cacld for C₄₈H₅₁OS₂ [C₆₄H₇₃O₈S₄ - 2 × (C₆H₅O₂S) - 2 × (CH₃OCH₂) - H₂O] 707.3381, found 707.3400

2-6. (1E,3E,5E,7Z,9E,11Z,13E,15E,17E)-1,18- Bis (p- methylthiophenyl )-4,15-dimethyl-7,12-di-p-tolyloctadeca-1,3,5,7,9,11,13,15,17-nonaene(BTS)의 제조

bis-MOM-ether 9b(1.60 g, 1.45 mmol) 및 KOMe(2.04 g, 29.15 mmol, 20 equiv)를 사이클로헥산(50 mL) 및 벤젠(10 mL)에서 80-90℃에서 15시간 동안 반응시켜, 조 carotene product(0.75 g, 1.08 mmol, 74% yield)를 얻었고, 이를 THF 및EtOH로 재결정화하여 붉은색 고체의 all-trans carotene BTS(0.52 g, 0.75 mmol)를 52% 수율로 얻었다.

¹H NMR δ 1.97(s, 6H), 2.43(s, 6H), 2.47(s, 6H), 6.01(d, J = 15.2 Hz, 2H), 6.10(d, J = 11.2 Hz, 2H), 6.18-6.27(m, 2H), 6.27-6.38(m, 2H), 6.42(d, J = 15.2 Hz, 2H), 6.50(d, J = 15.6 Hz, 2H), 7.06(dd, J = 15.2, 11.6 Hz, 2H), 7.07(d, J = 6.8 Hz, 4H), 7.17(d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.23(d, J = 7.6 Hz, 4H), 7.30(d, J = 8.0 Hz, 4H) ppm

IR (KBr) 3031, 2920, 1608, 1509, 1491, 1435, 1093, 965, 816, 617 cm^-1

UV (c = 5×10^-6M in CH₂Cl₂) λ_max (ε) 464(96,000), 491(128,000), 526(105,000) nm

HRMS (FAB⁺) m/z calcd for C₄₈H₄₉S₂ 689.3276, found 689.3285

실시예 1: BAS 카로티노이드 나노입자의 제조

항온 수조기를 이용해 50℃로 중탕한 아세톤에 각각 1 mM에 해당하는 BAS 카로티노이드를 넣어주고 투입 즉시 자석 교반기(magnetic stirrer)를 통해 1분간 녹였다.

상기 아세톤 용액에 용해한 카로티노이드 용액을 갈색 뷰렛으로 옮겨 담아 50℃로 중탕한 1% 트윈 20(Tween 20) 수용액에 약 0.4 mL/sec의 속도로 떨어트려 주었다. 이때, 수용액과 유기용액의 비율은 1:9이며 혼합될 시에는 용액을 자석 교반하여 카로티노이드가 원활히 분산되도록 하였다. 수용액과 혼합할 때까지의 시간은 5분으로 제한하였다.

상기 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류기에서 70℃에서 30분간 처리하여 아세톤을 제거한 후, 0.2 ㎛ 필터링을 하여 잔존하는 불순물을 제거하였다. 상기 방법에 의해서 BAS 카로티노이드 나노입자를 91% 수율로 수득하였다.

실시예 2: BTS 카로티노이드 나노입자의 제조

항온 수조기를 이용해 50℃로 중탕한 아세톤에 각각 1 mM에 해당하는 BTS 카로티노이드를 통해 1분간 녹였다.

상기 아세톤 용액에 용해한 카로티노이드 용액을 갈색 뷰렛으로 옮겨 담아 50℃로 중탕한 1% 트윈 20(Tween 20) 수용액에 약 0.4 mL/sec의 속도로 떨어트려 주었다. 이때, 수용액과 유기용액의 비율은 1:9이며 혼합될 시에는 용액을 자석 교반하여 카로티노이드가 원활히 분산되도록 하였다. 수용액과 혼합할 때까지의 시간은 5분으로 제한하였다.

상기 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류기에서 70℃에서 30분간 처리하여 아세톤을 제거한 후, 0.2 ㎛ 필터링을 하여 잔존하는 불순물을 제거하였다. 상기 방법에 의해서 BTS 카로티노이드 나노입자를 86% 수율로 수득하였다.

실시예 3: β-카로틴 나노입자의 제조

항온 수조기를 이용해 50℃로 중탕한 아세톤에 각각 1 mM에 해당하는 β-카로틴(Wako Pure Chemical, Tokyo, Japan에서 구입)을 넣어주고 투입 즉시 자석 교반기(magnetic stirrer)를 통해 1분간 녹였다.

상기 아세톤 용액에 용해한 카로티노이드 용액을 갈색 뷰렛으로 옮겨 담아 50℃로 중탕한 1% 트윈 20(Tween 20) 수용액에 약 0.4 mL/sec의 속도로 떨어트려 주었다. 이때, 수용액과 유기용액의 비율은 1:9이며 혼합될 시에는 용액을 자석 교반하여 카로티노이드가 원활히 분산되도록 하였다. 수용액과 혼합할 때까지의 시간은 5분으로 제한하였다.

상기 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류기에서 70℃에서 30분간 처리하여 아세톤을 제거한 후, 0.2 ㎛ 필터링을 하여 잔존하는 불순물을 제거하였다. 상기 방법에 의해서 β-카로틴 나노입자를 83% 수율로 수득하였다.

실험예 1: 나노입자 사이즈의 분석

상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 카로티노이드 나노입자의 사이즈를 알아보기 위해 동적광산란법(Dynamic Light Scattering: DLS)이 차용된 나노입자분석기(HPPS, malvern Instrument., England)를 통해 분석하였고, 얻어진 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2(a)는 BAS 나노입자의 사이즈이며 80nm 전후의 직경을 가진다는 것을 확인할 수 있었다. 도 2(b)는 BTS 나노입자의 사이즈이며 90nm 전후의 직경을 가진다는 것을 확인할 수 있었다. 도 2(c)는 β-카로틴 나노입자 사이즈이며 10nm 전후의 직경을 가진다는 것을 알 수 있었다. 도 2(a), (b), (c)를 통해 수십 나노미터(nm)의 직경 크기를 갖는 나노입자가 제조된 것을 확인할 수 있었고 각각의 카로티노이드마다 다른 사이즈의 나노입자가 형성된다는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2: 주사전자현미경 분석

상기 실시예 1 내지 3에서 제조한 카로티노이드 나노입자의 표면 형태 및 미세구조를 알아보기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy; SEM)으로 분석하였고, 얻어진 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3은 형태학적 분석을 위해 여러 번의 중첩과정을 거쳐 얻은 결과로 나노입자는 수용액상 내에 카로티노이드 분자들이 뭉쳐 구형으로 존재한다는 것을 확인 할 수 있었다.

Claims (10)

1) 고체 결정상의 카로티노이드 화합물을 48℃ 내지 52℃ 아세톤에 0.99 mM 내지 1.01 mM로 용해시키는 단계;
2) 상기 카로티노이드 화합물이 용해된 아세톤을 수용액에 첨가하여 혼합하는 단계; 및
3) 상기 카로티노이드 용해 아세톤과 수용액 혼합물을 감압 증류하여 아세톤을 제거하는 단계를 포함하는 직경이 1nm 내지 1000nm인 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 2의 수용액의 온도는 50℃인 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노입자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 1의 카로티노이드 화합물은 하기 화학식 1 내지 3 중 어느 하나의 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법:
[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 3]

.

삭제

제1항에 있어서, 상기 단계 2의 카로티노이드가 용해된 아세톤 용액을 적가하여 첨가하는 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

제5항에 있어서, 상기 적가 속도는 0.3 mL/sec 내지 0.5 mL/sec인 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 2에서 계면활성제를 추가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 2의 카로티노이드가 용해된 아세톤 용액과 수용액의 혼합비(부피)가 1:9인 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 단계 3의 아세톤을 제거하기 위해 60℃ 내지 80℃에서 10분 내지 60분간 감압 증류하는 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 제조되는 카로티노이드 나노입자의 직경은 1nm 내지 100nm의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 카로티노이드 나노 입자의 제조방법.

Images