WO2022220521A1 - 양친매성 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 계면활성제 조성물 - Google Patents

양친매성 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 계면활성제 조성물 Download PDF

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WO2022220521A1
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steviol
acid
monoglycoside
formula
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07H—SUGARS; DERIVATIVES THEREOF; NUCLEOSIDES; NUCLEOTIDES; NUCLEIC ACIDS
    • C07H15/00—Compounds containing hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals directly attached to hetero atoms of saccharide radicals
    • C07H15/20—Carbocyclic rings
    • C07H15/24—Condensed ring systems having three or more rings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61K—PREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K8/00—Cosmetics or similar toiletry preparations
    • A61K8/18—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition
    • A61K8/30—Cosmetics or similar toiletry preparations characterised by the composition containing organic compounds
    • A61K8/60—Sugars; Derivatives thereof
    • A61K8/602—Glycosides, e.g. rutin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/44—Preparation of O-glycosides, e.g. glucosides
    • C12P19/56—Preparation of O-glycosides, e.g. glucosides having an oxygen atom of the saccharide radical directly bound to a condensed ring system having three or more carbocyclic rings, e.g. daunomycin, adriamycin

Definitions

  • the present invention relates to an amphiphilic compound, a method for preparing the same, and a surfactant composition comprising the same, specifically, a compound selected from the group consisting of steviol monoglycoside-acid, steviol monoglycoside-ester and steviol monoglycoside-amide, and a method for preparing the same and to a surfactant composition comprising at least one of them.
  • Alkylphenol derivatives, phthalates, and isocyanates are classified as chemicals with serious hazards to humans and the environment.
  • APs Alkylphenol
  • APEOs polyethoxylated derivatives
  • the AP mainly used as a commercial surfactant is nonylphenol (NP).
  • NPEOs nonylphenol ethoxylate
  • paints latex paints
  • adhesives inks
  • detergents pesticide formulations (emulsions)
  • paper industry textile and leather industry
  • skimmer chemicals metal working fluids
  • metal working fluids It is widely used in cosmetics and detergents.
  • metabolites of APEOs are classified as hazardous substances, these substances are released into the environment through various routes without special monitoring.
  • NP is known to affect humans and animals as an endocrine blocker. Due to the chemical structure similarity between NPs and the female hormone 17 ⁇ -estradiol, NPs can bind to the estrogen receptor instead of 17 ⁇ -estradiol.
  • nonionic active agents SolutolTM, MyrjTM, TweenTM family, etc.
  • hydrophilic groups based on polyethylene glycol ((PEG)/polyethyene oxide (PEO) are bonded.
  • PEG polyethylene glycol
  • PEO polyethyene oxide
  • Representative examples include toxic decomposition products (formaldehyde, formic acid, acetaldehyde, etc.) in aqueous systems, harmful effects on product stability and chemical instability, and generation of oxidized peroxo radicals.
  • PEG activators are from petrochemicals rather than renewable energy sources, which is another significant disadvantage in terms of the effect of the activators on the environment.
  • the present inventors synthesized a novel amphiphilic compound that can be used as a natural-derived eco-friendly surfactant.
  • An object of the present invention is to provide a novel amphiphilic compound that can be used as an eco-friendly surfactant and a method for preparing the same.
  • Another object of the present invention is to provide a surfactant composition comprising the novel amphiphilic compound.
  • the present invention provides an amphiphilic compound represented by Formula (1), Formula (2) or Formula (3).
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1) It may be one selected from - ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1),
  • R 3 may be linear or cyclic substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl,
  • R 4 and R 5 may each independently be linear or cyclic, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl, or H.
  • one of R 4 and R 5 may be H, and the other may be linear or cyclic substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • the present invention provides a method for preparing an amphipathic compound of Formula (1), comprising hydrolyzing the glycosyle-ester linkage (-CO-OR 1 ) of steviol bisglycoside of Formula (4).
  • R 1 may be ⁇ -Glucose or ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1),
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1) It may be one selected from - ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1).
  • the present invention provides a method for preparing an amphiphilic compound of formula (2), comprising the step of esterifying steviol monoglycoside-acid of formula (1) through an alkoxy donor.
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1) It may be one selected from - ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1),
  • R 3 may be linear or cyclic, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • the present invention provides a method for preparing an amphiphilic compound of formula (2), comprising the step of transesterifying steviol bisglycoside of formula (4) through an alkoxy donor.
  • R 1 may be ⁇ -Glucose or ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1),
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1) It may be one selected from - ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1),
  • R 3 may be linear or cyclic, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • the present invention provides a method for preparing an amphiphilic compound of formula (3) comprising the step of amidation of steviol monoglycoside-acid of formula (1) through an amine donor.
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1) It may be one selected from - ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1),
  • R 4 and R 5 may each independently be linear or cyclic, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl, or H.
  • the present invention provides a method for preparing an amphiphilic compound of formula (3), comprising the step of transesterifying steviol bisglycoside of formula (4) through an amine donor.
  • R 1 may be ⁇ -Glucose or ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1),
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1) It may be one selected from - ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1),
  • R 4 and R 5 may each independently be linear or cyclic, substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl, or H.
  • the present invention provides a surfactant composition
  • a surfactant composition comprising, as an active ingredient, one or more substances selected from the group consisting of steviol monoglycoside-acid, steviol monoglycoside-ester, and steviol monoglycoside-amide.
  • the steviol monoglycoside-acid may be a compound of formula (1).
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2) -1)- ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1).
  • the steviol monoglycoside-ester may be a compound of formula (2).
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2) -1)- ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), and R 3 is linear or cyclic substituted or non-substituted cyclic C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • the steviol monoglycoside-amide may be a compound of formula (3).
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2) -1)- ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), and R 4 and R 5 are each independently linear or cyclic substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl, or H.
  • one of R 4 and R 5 may be H, and the other may be linear or cyclic substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • amphiphilic material of the present invention has the advantage that natural steviol diterpenoids act as lipophilic and have hydrophilic glycosyl side chains, thereby providing an environmentally friendly and safe surfactant composition.
  • Surfactants are applied to products requiring increased solubility by reducing the surface tension between two immiscible surfaces. It is amphiphilic with a hydrophilic moiety having water solubility and a hydrophobic moiety having lipophilicity.
  • soluble active agents spontaneously generate molecular groups (micelles).
  • the hydrophobic portion is opposite to the receiving surface, ie facing inward and the hydrophilic portion is facing outward towards the receiving surface. This is a process showing solubility, and the lowest active agent concentration among the active agent concentration conditions capable of generating micelles is called the critical micelle concentration (CMC).
  • CMC critical micelle concentration
  • CMC is one of the important properties of active agents. Above CMC, micelles are formed when other additional active agents are added. Apart from reaching the CMC, the surface tension also depends on the concentration of the active agent. After reaching the CMC, the surface tension remains relatively constant or without significant change. CMC directly depends on the structure of the active agent, so that when the length of the alkyl group in the structure increases, the CMC decreases and the absorption capacity of the active agent increases. This dependence has a direct and significant impact on the selection and design of active agents. In other words, the increase in absorbency and aggregation according to the increase in the length of the alkyl group enables the desired effect to be achieved only with a lower concentration of the active agent. Thus, the combination of long alkyl group length and long hair is usually beneficial for the functionality of the active agent.
  • the leaves of stevia plants (such as Stevia rebaudiana Bertoni), which are perennials, contain high concentrations of natural sweeteners.
  • the leaves contain ent-kaurene-type bis-glycosides, such as stevioside, rebaudiosides A, rebaudiosides C, and dulcoside A, which play a typical sweetening role.
  • Dried stevia leaves typically contain 5-10% stevioside, 2-4% rebaudioside A, and 1-2% rebaudioside C.
  • Such steviol bisglycoside has two hydrophilic glycosyl groups, and the case of application as a surfactant of acids, esters and amides of steviol monoglycoside having a lipophilic diterpene backbone and one hydrophilic glycosyl group as a surfactant is disclosed. no bar
  • Steviol monoglycoside obtained by hydrolysis, transesterification or transamidation from steviol bisglycoside, a natural extract shows a remarkably low CMC.
  • the CMC of steviol monoglycoside-acid obtained through hydrolysis from rebaudioside A having a CMC of 5.14 mM is 1.1 mM
  • the CMC of steviol monoglycoside-ester obtained through transesterification is 0.15 mM
  • the CMC of the transamide reaction is 0.15 mM.
  • biodegradable and biocompatible ingredients that replace existing harmful substances and provide an eco-friendly approach that utilizes abundant plant ingredients.
  • steviol monoglycoside-acid of Formula 1 can be prepared by hydrolysis of the glycosyle-ester linkage (-CO-OR 1 ) of Steviol bisglycoside.
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2) -1)- ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1).
  • Steviol bisglycosides include both the extract itself and the mixture.
  • stevioside and rabaudioside E are converted to steviolbioside through glycosyle-ester linkage hydrolysis.
  • This glycosyle-ester linkage hydrolysis can be catalyzed by acids or alkalis.
  • the resulting Steviol monoglycoside-acids can be used as surfactants due to their amphiphilic structure and properties.
  • esterification of steviol monoglycoside-acid can produce steviol monoglycoside-ester of Formula 2 through chemical or biological catalysis with an alcohol of an alkyl group and an aryl group.
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2) -1)- ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), and R 3 is linear or cyclic substituted or non-substituted cyclic C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • the resulting Steviol monoglycoside-ester can be used as a surfactant through its amphiphilic structure and properties.
  • amidation of steviol monoglycoside-acid can produce steviol monoglycoside-amide of Formula 3 through chemical or biological catalysis with an amine of an alkyl group and an aryl group.
  • R 2 is ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), ⁇ -Glucose- ⁇ -Glucose (2) -1)- ⁇ -Rhamnose (3-1) and ⁇ -Glucose- ⁇ -Xylose (2-1)- ⁇ -Glucose (3-1), and R 4 and R 5 are each independently linear or cyclic substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl, or H.
  • one of R 4 and R 5 may be H, and the other may be linear or cyclic substituted or unsubstituted C 1 -C 30 alkyl or aryl.
  • the resulting Steviol monoglycoside-amides can be used as surfactants due to their amphiphilic structure and properties.
  • Steviol bisglycosides can be carried out through chemical or biological catalysis with an alcohol of each alkyl group and an aryl group and an amine of an alkyl group and an aryl group.
  • the resulting products steviol monoglycoside-ester and steviol monoglycoside-amide can be used as surfactants in the form of crude extracts or purified extracts.
  • the glycosyl ester linkage of Steviol bisglycosides can be hydrolyzed to the corresponding acid (nearly 100% product selectivity) either via acid or alkali or by enzymatic catalysis. This reaction can be reacted in water through catalysis.
  • Acid catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchangers, etc.
  • alkali catalysts are sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[ 4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide (CaO, BaO, MgO), Br ⁇ nsted and Lewis base including anion exchanger can be used.
  • Hydrolysis may be carried out through a catalyst in an aqueous condition or water-organic solvent mixture system of -20 to 200 °C.
  • Organic solvent can be selected from DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • preferred solutions are water-miscible solvents such as DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures or mixtures thereof.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume relative to water.
  • the optimum temperature may be used in the range of -20 to 200 °C, preferably 10 to 150 °C, more preferably 10 to 100 °C.
  • Steviol monoglycoside-acids can be esterified with corresponding esters through the action of acid or alkali catalysts or enzymes through alkoxy donors such as alcohol.
  • Acid catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchangers, etc.
  • alkali catalysts were sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU (1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD (1,5,7-Triazabicyclo [4.4. 0]dec-5-ene), solid base, metal oxide (CaO, BaO, MgO), Br ⁇ nsted and Lewis base including anion exchanger can be used.
  • Hydrolysis may be carried out through a catalyst in an aqueous condition or water-organic solvent mixture system of -20 to 200 °C.
  • Organic solvent can be selected from DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • preferred solutions are water-miscible solvents such as DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures or mixtures thereof.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume relative to water.
  • the optimum temperature may be used in the range of -20 to 200 °C, preferably 10 to 150 °C, more preferably 10 to 100 °C.
  • Lipase-catalyzed steviol monoglycoside-acid esterification was carried out using alkoxy donors such as Candida antarctica lipase B (Novozym ® 435 (N435)) and alcohols immobilized in a solvent system.
  • alkoxy donors such as Candida antarctica lipase B (Novozym ® 435 (N435)
  • the ratio of N435 may be in the range of 1 to 300% by volume, preferably 5 to 50% by volume relative to steviol monoglycoside-acid.
  • Organic solvent can be selected from DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alocohols, ketone and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • preferred solutions include DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures or mixtures thereof.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Alkoxy donors may be used in an amount of 10 to 1000% by volume, preferably 10 to 300% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Steviol bisglycoside can be transesterified to the corresponding ester by acid or alkali catalysis through alkoxy donors such as alcohol. This catalytic reaction proceeded with alcohol.
  • Acid catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchangers, etc.
  • alkali catalysts were sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU (1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD (1,5,7-Triazabicyclo [4.4. 0]dec-5-ene), solid base, metal oxide (CaO, BaO, MgO), Br ⁇ nsted and Lewis base including anion exchanger can be used. Esterification may be carried out through a catalyst in an aqueous condition or water-organic solvent mixture system of -20 to 200 °C.
  • Organic solvent can be selected from DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • preferred solutions are water-miscible solvents such as DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures or mixtures thereof.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume relative to water.
  • the optimum temperature may be used in the range of -20 to 200 °C, preferably 10 to 150 °C, more preferably 10 to 100 °C.
  • N435 may be in the range of 1 to 300% by volume, preferably 5 to 50% by volume relative to steviol bisglycoside.
  • Organic solvent can be selected from DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alocohols, ketone and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • preferred solutions include DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures or mixtures thereof.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Amine donors may be used in an amount of 10 to 1000% by volume, preferably 10 to 300% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • the glycosyl ester linkage of Steviol bisglycosides can be hydrolyzed to the corresponding acid (nearly 100% product selectivity) either via acid or alkali or by enzymatic catalysis. This reaction can be reacted in water through catalysis.
  • Acid catalysts include hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchangers, etc.
  • alkali catalysts are sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[ 4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide (CaO, BaO, MgO), Br ⁇ nsted and Lewis base including anion exchanger can be used.
  • Hydrolysis may be carried out through a catalyst in an aqueous condition or water-organic solvent mixture system of -20 to 200 °C.
  • Organic solvent can be selected from DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • preferred solutions are water-miscible solvents such as DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures or mixtures thereof.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume relative to water.
  • the optimum temperature may be used in the range of -20 to 200 °C, preferably 10 to 150 °C, more preferably 10 to 100 °C.
  • Steviol monoglycoside-acid can be amidated with the corresponding amide by the action of an acid or alkali catalyst or enzyme through amine donors such as alkyl and aryl amine.
  • This reaction is catalyzed and/or imidazole, DBU (1,8-Diazabicycloundec-7ene), guanidines, TBD (1,5,7.Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), polystyrene-based boronic acid, 2 -Iodophenylboronic aci, 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolum chloride, EDC (1-Etyl3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), HATU ((1-[Bis(dimethylamino)methylene]-1H-1, 2,3-triazolo[4,5-b]pyridinium 3-oxide hexafluorophosphate), thi
  • This amidation can be carried out with an organic solvent, aqueous condition or water-organic solvent mixture system and - It may proceed through a catalyst at a temperature of 70 to 200 ° C.
  • organic solvents are NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, You can select from pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone and mixtures thereof, but only these is not limited to
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume relative to water.
  • the optimum temperature may be used in the range of -70 to 200 °C, preferably -20 to 150 °C, more preferably -20 to 100 °C.
  • Amidation of lipase-catalyzed steviol monoglycoside-acid was carried out using immobilized Candida antarctica lipase B (Novozym ® 435 (N435)) and amine donors such as alkyl and aryl amines in a solvent system.
  • the range of amine donors and enzymes includes more than this reaction.
  • the ratio of N435 may be in the range of 1 to 300% by volume, preferably 5 to 50% by volume relative to steviol monoglycoside-acid.
  • Organic solvents include NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl It is possible to select from esters, alocohols, ketones, and mixtures thereof, but is not limited thereto. Among these, preferred solutions are NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol), and their own mixtures.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidinone
  • DMF N,N-dimethylformamide
  • DMAc N,N-dimethylacetamide
  • DMSO pyridine, THF, alcohols (glycol), and their
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Amine donors may be used in an amount of 10 to 1000% by volume, preferably 10 to 300% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Various amidases from various sources can be used in this reaction.
  • the optimum temperature for lipases such as Candida antarctica lipase B listed in the academic literature is 60 °C, but it may vary depending on the solution used or the reaction time.
  • Product selectivity and product yield of the production process in the present invention may also vary depending on conditions.
  • Steviol bisglycoside can be amidated with the corresponding amide through the action of acid or alkali catalysts or enzymes through amine donors such as alkyl and aryl amines.
  • This reaction is catalyzed and/or imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7ene), guanidines, TBD(1,5,7.Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), polystyrene-based boronic acid, 2 -Iodophenylboronic aci, 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolum chloride, EDC(1-Etyl3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), HATU((1-[Bis(dimethylamino)methylene]-1H-1, 2,3-triazolo[4,5-b]pyridinium 3-oxide hexafluorophosphate), thi
  • Br ⁇ nsted and Lewis acids including acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchanger, etc.
  • alkali catalyst is sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide , pyridine, imidazole , DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide (CaO, BaO, MgO), Br ⁇ nsted and Lewis bases including anion exchangers can be used.
  • This amidation may be carried out through an organic solvent, an aqueous condition or a water-organic solvent mixture system and a catalyst at a temperature of -70 to 200 °C.
  • organic solvents are NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl It can be selected from esters, alcohols, ketones, and mixtures thereof, but is not limited thereto.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume relative to water.
  • the optimum temperature may be used in the range of -70 to 200 °C, preferably -20 to 150 °C, more preferably -20 to 100 °C.
  • Lipase-catalyzed amidation of steviol bisglycosides was carried out in a solvent system using immobilized Candida antarctica lipase B (Novozym ® 435 (N435)) and amine donors such as alkyl and aryl amines.
  • the range of amine donors and enzymes includes more than this reaction.
  • the proportion of N435 may be in the range of 1 to 300% by volume, preferably 5 to 50% by volume relative to steviol bisglycoside.
  • Organic solvents include NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon and cyclic hydrocarbon, alkyl It is possible to select from esters, alocohols, ketones, and mixtures thereof, but is not limited thereto. Among these, the preferred solutions are NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, alcohols (glycol) and their own mixtures.
  • the organic solvent may be used in an amount of 1 to 3000% by volume, preferably 10 to 1000% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Amine donors may be used in an amount of 10 to 1000% by volume, preferably 10 to 300% by volume compared to steviol monoglycoside-acid.
  • Various amidases from various sources can be used in this reaction.
  • the optimum temperature for lipases such as Candida antarctica lipase B listed in the academic literature is 60 °C, but it may vary depending on the solution used or the reaction time.
  • Product selectivity and product yield of the production process in the present invention may also vary depending on conditions.
  • the alkali catalyst solution (Phosphine/I 2 /Base) was prepared by adding I 2 (0.15 mmol) to 2 mL of CH 2 Cl 2 and then imidazole (0.33 mmol). 64.3 mg (0.1 mmol) of the product obtained in Example 1 was added to the catalyst solution, mixed at room temperature for 5 minutes, and then ethanol (0.15 mmol) was added. After reaction for 15 hours, 2mL of CH 2 Cl 2 was added, washed with 2N HCl and water, dried using anhydrous Na 2 SO 4 to obtain a crude solid product.
  • the alkali catalyst solution (Phosphine/I 2 /Base) was prepared by adding I 2 (0.15 mmol) to 2 mL of CH 2 Cl 2 and then imidazole (0.33 mmol). 64.3 mg (0.1 mmol) of the product obtained in Example 1 was added to the catalyst solution, mixed at room temperature for 5 minutes, and then n-octylamine (0.15 mmol) was added. After reaction for 15 hours, 2mL of CH 2 Cl 2 was added, washed with 2N HCl and water, dried using anhydrous Na 2 SO 4 to obtain a crude solid product.
  • HLB Hydrophile-Lipophile Balance
  • HLB values of the results of Examples 1 to 3 calculated based on the hydrophilic group and molecular weight were 10.6, 10.2, and 9.1, respectively.
  • the range of HLB values can be adjusted by placing various alcohol and amine side chains as lipophilic groups.
  • Example 4 The foam properties of steviol monoglycoside-ester obtained in Example 4 were confirmed. 5 mL of distilled water and 10 mg of steviol monoglycoside-ester obtained in Example 4 were added to a measuring cylinder, mixed to form micelles, shaken for 10 seconds to generate foam, and then left at room temperature to compare the amount of foam.

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Abstract

본 발명은 양친매성 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 계면활성제 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 steviol monoglycoside-acid, steviol monoglycoside-ester 및 steviol monoglycoside-amide로 구성되는 군에서 선택되는 화합물, 이의 제조방법 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 계면활성제 조성물에 관한 것이다.

Description

양친매성 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 계면활성제 조성물
본 발명은 양친매성 화합물, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 계면활성제 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 steviol monoglycoside-acid, steviol monoglycoside-ester 및 steviol monoglycoside-amide로 구성되는 군에서 선택되는 화합물, 이의 제조방법 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 계면활성제 조성물에 관한 것이다.
일상에서의 유해 화학물질 노출과 환경오염 문제에서 이를 최소화하거나 피할 수 있는 새로운 물질을 개발해 나가는 것이 필요하다. Alkylphenol 유도체, phthalates, 및 isocyanates 등은 인체와 환경에 심각한 유해성을 가진 화학물질로 분류된다. 이 중 Alkylphenol(APs), 특히 이의 폴리에톡시화 유도체(Alkylpheno ethoxylates, APEOs)의 상업용 계면활성제 적용은 더 주의깊게 볼 필요가 있다. 상업용 계면활성제로서 주로 사용되는 AP는 nonylphenol(NP)이다. 이는 nonylphenol ethoxylate(NPEOs) 계면활성제를 생산하는 데에 주로 사용되며 페인트, 라텍스 페인트, 접착제, 잉크, 세정제, 농약 배합(에멀젼), 제지 산업, 섬유 및 가죽 산업, 유회수 화학물질, 금속 작동 유체, 화장품류, 세제 등 다양하게 이용된다. APEOs의 대사물질들은 유해물질로 분류되지만 이들 물질들은 여러 경로를 통해 별다른 모니터링 없이 환경으로 방출되고 있다.
이뿐만 아니라 NP는 내분비계 장애물질로서 인체와 동물에게 영향을 미친다고 알려져 있다. NPs와 여성호르몬 17β-에스트라디올의 화학적 구조 유사성으로 인하여 NPs가 에스트로겐 수용체에 17β-에스트라디올 대신 결합할 수 있다. 또한, 비이온 활성제로서 (Solutol™, Myrj™, Tween™ family 등은 polyethylene glycol((PEG)/polyethyene oxide(PEO))을 기반으로 한 친수기가 결합되어 있다. 이들 물질은 널리 사용되고 있으나 단점이 몇가지 있다. 대표적인 예로는 수성계의 독성 분해산물 (formaldehyde, formic acid, acetaldehyde 등)과 제품안정성, 화학적 불안정성에 유해작용 및 oxidized peroxo radicals 생성 등이 있다.
뿐만 아니라, 대부분의 PEG 활성제는 재생가능 에너지원이 아닌 석유화학이 근원으로, 활성제가 환경에 미치는 영향에 있어서 또 하나의 중요한 단점이라고 볼 수 있다.
따라서, 유해한 APEO와 합성 활성제를 대체할 수 있는 더 친환경적이고 안전한 대안이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은 천연 유래 친환경 계면활성제로 사용이 가능한 신규 양친매성 화합물을 합성하였다.
본 발명의 목적은, 친환경 계면활성제로 사용이 가능한 신규 양친매성 화합물 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 신규 양친매성 화합물을 포함하는 계면활성제 조성물을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화학식 (1), 화학식 (2) 또는 화학식 (3)으로 표시되는 양친매성 화합물을 제공한다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000001
(1)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000002
(2)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000003
(3)
상기 화학식에서,
R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나일 수 있고,
R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴일 수 있으며,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 R4 및 R5 중 하나는 H이고, 다른 하나는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴일 수 있다.
본 발명은 화학식 (4)의 steviol bisglycoside의 glycosyle-ester linkage(-CO-OR1)를 가수분해하는 단계를 포함하는 화학식 (1)의 양친매성 화합물의 제조방법을 제공한다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000004
(1)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000005
(4)
상기 화학식에서,
R1은 β-Glucose 또는 β-Glucose-β-Glucose(2-1)일 수 있고,
R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나일 수 있다.
또한, 본 발명은 화학식 (1)의 steviol monoglycoside-acid에 alkoxy donor를 통해 에스테르화하는 단계를 포함하는 화학식 (2)의 양친매성 화합물의 제조방법을 제공한다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000006
(1)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000007
(2)
상기 화학식에서,
R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나일 수 있고,
R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴일 수 있다.
또한, 본 발명은 화학식 (4)의 steviol bisglycoside에 alkoxy donor를 통해 전이에스테르화하는 단계를 포함하는 화학식 (2)의 양친매성 화합물의 제조방법을 제공한다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000008
(2)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000009
(4)
상기 화학식에서,
R1은 β-Glucose 또는 β-Glucose-β-Glucose(2-1)일 수 있고,
R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나일 수 있으며,
R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴일 수 있다.
또한, 본 발명은 화학식 (1)의 steviol monoglycoside-acid에 amine donor를 통해 아미드화하는 단계를 포함하는 화학식 (3)의 양친매성 화합물의 제조방법을 제공한다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000010
(1)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000011
(3)
상기 화학식에서,
R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나일 수 있고,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H일 수 있다.
또한, 본 발명은 화학식 (4)의 steviol bisglycoside에 amine donor를 통해 전이에스테르화하는 단계를 포함하는 화학식 (3)의 양친매성 화합물의 제조방법을 제공한다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000012
(3)
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000013
(4)
상기 화학식에서,
R1은 β-Glucose 또는 β-Glucose-β-Glucose(2-1)일 수 있고,
R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나일 수 있으며,
R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H일 수 있다.
본 발명은 steviol monoglycoside-acid, steviol monoglycoside-ester 및 steviol monoglycoside-amide로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 유효성분으로 포함하는 계면활성제 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 steviol monoglycoside-acid는 화학식 (1)의 화합물일 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000014
(1)
식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 steviol monoglycoside-ester는 화학식 (2)의 화합물일 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000015
(2)
식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고, R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 steviol monoglycoside-amide는 화학식 (3)의 화합물일 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000016
(3)
식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고, R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H이다.
하나의 예에서, 상기 R4 및 R5 중 하나는 H이고, 다른 하나는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴일 수 있다.
본 발명의 양친매성 물질은 천연 스테비올 디터페노이드가 친유성으로 작용하고 친수성 glycosyl 측쇄를 가지고 있어 친환경적이고 안전한 계면활성제 조성물을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
계면활성제(표면활성제, 유화제, 세제)는 두 비혼합면 사이의 표면장력을 감소시킴으로써 용해성 증가를 필요로 하는 제품에 적용된다. 이는 수용성을 가진 친수성 부분과 친유성을 가진 소수성 부분으로 양친매성을 이룬다. 따라서 수용액에서 가용성 활성제는 자발적으로 분자군(미셀)을 생성한다. 여기서 소수성 부분은 수용면에서 반대로, 즉 안쪽을 향하고 친수성 부분은 수용면을 향하는 바깥쪽으로 향한다. 이는 가용성을 보여주는 과정이며 미셀 생성이 가능한 활성제 농도 조건 중 최저 활성제 농도를 임계 미셀 농도 (critical micelle concentration(CMC))라고 한다.
CMC는 활성제의 중요한 성질 중 하나이다. CMC 이상부터는 다른 추가적인 활성제가 더해지면 미셀이 생성된다. CMC에 도달하는 것을 별개로 표면장력은 활성제의 농도에 따라서도 달라진다. CMC 도달 후, 표면장력은 비교적 일정하게 또는 큰 변화없이 유지된다. CMC는 활성제의 구조에 직접적으로 의존하여 구조 내 알킬기 길이가 증가할 때 CMC는 감소하고 활성제의 흡수력을 높인다. 이 의존도는 활성제 선별과 디자인에 있어 직접적인, 그리고 중요한 영향을 미친다. 다시 말해, 알킬기 길이의 증가에 따른 흡수력과 집합성의 증가는, 보다 낮은 활성제의 농도만으로 원하는 효과를 낼 수 있게 한다. 따라서, 긴 알킬기 길이와 긴 머리의 조합은 보통 활성제의 기능성에 있어 도움이 된다.
다년생초인 스테비아 식물(Stevia rebaudiana Bertoni 등)의 잎에는 천연 감미료 성분이 높은 농도로 함유되어 있다. 이 잎에는 전형적인 단맛을 내는 역할을 하는 stevioside, rebaudiosides A, rebaudiosides C, dulcoside A 등의 ent-kaurene-type bis-glycosides가 있다. 건조된 스테비아 잎에는 일반적으로 5-10% stevioside, 2-4% rebaudioside A, 1-2% rebaudioside C가 함유되어 있다.
이러한 steviol bisglycoside는 두 개의 친수성 glycosyl기를 가지고 있는 것으로, 친유성 diterpene 중추와 한 개의 친수성 glycosyl기를 가진 steviol monoglycoside의 산(acid), 에스테르(ester) 및 아미드(amide)의 계면활성제로서 적용하는 사례는 개시된 바 없다.
천연 추출물인 steviol bisglycoside로부터 가수분해, 전이에스테르화 또는 전이아미드화를 통해 얻은 steviol monoglycoside는 현저희 낮은 CMC를 나타낸다. 예를 들어, 5.14 mM의 CMC를 가지는 rebaudioside A로부터 가수분해를 통해 얻어지는 steviol monoglycoside-acid의 CMC는 1.1 mM이고, 전이에스테르 반응을 통해 얻어지는 steviol monoglycoside-ester의 CMC는 0.15 mM이며, 전이아마이드 반응을 통해 얻어지는 steviol monoglycoside-amide의 CMC는 0.5 mM이다.
이들은 생분해성과 생체적합성을 가진 성분으로 기존 유해물질을 대체하고 풍부한 식물성분을 활용할 수 있는 친환경 접근을 제공한다.
하기 화학식 4에서 R1 및 R2의 종류에 따라 표 1에서와 같이 다양한 steviol bisglycoside가 조합될 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000017
(4)
Product R1 R2
Stevioside β-Glucose β-Glucose-β-Glucose(2-1)
Rebaudioside A β-Glucose β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1)
Rebaudioside C β-Glucose β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1)
Rebaudioside D β-Glucose-β-Glucose(2-1) β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1)
Rebaudioside E β-Glucose-β-Glucose(2-1) β-Glucose-β-Glucose(2-1)
Rebaudioside F β-Glucose β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1)
Dulcoside A β-Glucose β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)
본 발명은 상기 Steviol bisglycoside의 glycosyle-ester linkage(-CO-OR1)의 가수분해를 통하여 화학식 1의 steviol monoglycoside-acid를 제조할 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000018
(1)
식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이다.
여기서 Steviol bisglycosides는 추출물 자체 및 혼합물을 모두 포함한다. 예를 들어, stevioside과 rabaudioside E는 Glycosyle-ester linkage 가수분해를 통해 steviolbioside로 변환된다. 이러한 Glycosyle-ester linkage 가수분해에는 산 또는 알칼리가 촉매작용을 할 수 있다. 이의 결과물 Steviol monoglycoside-acids는 이의 양친매성 구조와 성질을 통해 계면활성제로 사용될 수 있다.
또한, steviol monoglycoside-acid의 에스테르화는 알킬기와 아릴기의 알코올로 화학적 또는 생체적 촉매반응을 통해 화학식 2의 steviol monoglycoside-ester를 제조할 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000019
(2)
식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고, R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴이다.
이의 결과물 Steviol monoglycoside-ester는 이의 양친매성 구조와 성질을 통해 계면활성제로 사용될 수 있다.
또한, steviol monoglycoside-acid의 아미드화는 알킬기와 아릴기의 아민으로 화학적 또는 생체적 촉매반응을 통해 화학식 3의 steviol monoglycoside-amide를 제조할 수 있다.
Figure PCTKR2022005227-appb-img-000020
(3)
식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고, R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H이다.
경우에 따라, 상기 R4 및 R5 중 하나는 H이고, 다른 하나는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴일 수도 있다.
이의 결과물 Steviol monoglycoside-amides는 이의 양친매성 구조와 성질을 통해 계면활성제로 사용될 수 있다.
또한, Steviol bisglycosides의 직접적인 전이에스테르화와 아미드화는 각 알킬기와 아릴기의 알코올, 알킬기와 아릴기의 아민으로 화학적 또는 생체적 촉매반응을 통해 진행될 수 있다. 이의 결과물인 steviol monoglycoside-ester, steviol monoglycoside-amide는 조추출물 또는 정제된 추출물의 형태로 계면활성제로 사용될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Steviol monoglycoside-ester의 합성
(1) Steviol bisglycoside의 가수분해 및 steviol monoglycoside-acid의 에스테르화
1) 촉매작용을 통한 steviol bisglycoside의 가수분해
Steviol bisglycosides의 glycosyl ester linkage는 산 또는 알칼리를 통한 혹은 효소 촉매작용으로, 해당하는 acid로(거의 100% product selectivity) 가수분해시킬 수 있다. 이 반응은 촉매작용을 통해 물에서 반응시킬 수 있다. 산 촉매의 경우에는 hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchanger 등을 포함한 Brønsted and Lewis acids를 사용할 수 있고, 알칼리 촉매는 sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide(CaO, BaO, MgO), anion exchanger등을 포함한Brønsted and Lewis base를 사용할 수 있다. 가수분해는 -20 내지 200 ℃의 aqueous condition 또는 water-organic solvent mixture system에서 촉매를 통해 진행될 수 있다. Organic solvent는 DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등의 water-miscible solvents이다. Organic solvent는 물 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. 최적온도는 -20 내지 200 ℃, 바람직하게는 10 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ℃ 범위로 사용될 수 있다.
2) 촉매작용을 통한 steviol monoglycoside-acid의 에스테르화
a) 화학적 촉매작용을 통한 steviol monoglycoside-acid의 에스테르화
Steviol monoglycoside-acids는 alcohol 등의 alkoxy donors를 통해 산 또는 알칼리 촉매 또는 효소의 작용으로, 해당하는 ester로 에스테르화시킬 수 있다. 산 촉매의 경우에는 hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchanger 등을 포함한 Brønsted and Lewis acids를 사용, 알칼리 촉매는 sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide(CaO, BaO, MgO), anion exchanger등을 포함한Brønsted and Lewis base를 사용할 수 있다. 가수분해는 -20 내지 200 ℃ 의 aqueous condition 또는 water-organic solvent mixture system에서 촉매를 통해 진행될 수 있다. Organic solvent는 DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등의 water-miscible solvents이다. Organic solvent는 물 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. 최적온도는 -20 내지 200 ℃, 바람직하게는 10 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ℃ 범위로 사용될 수 있다.
b) 효소를 통한 steviol monoglycoside-acid의 에스테르화
리파아제 촉매 steviol monoglycoside-acid 에스테르화는 solvent system에서 고정화 Candida antarctica lipase B(Novozym®435(N435))와 alcohols 등의 alkoxy donors를 통해 진행되었다. 여기서 alkoxy donors와 효소의 범위는 이들만으로 한정되는 것은 아니다. N435의 비율은 steviol monoglycoside-acid 대비 1 내지 300 부피%, 바람직하게는 5 내지 50 부피% 범위일 수 있다. Organic solvent는 DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alocohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등을 포함한다. Organic solvent는 steviol monoglycoside-acid 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. Alkoxy donors는 steviol monoglycoside-acid 대비 10 내지 1000 부피%, 바람직하게는 10 내지 300 부피% 범위로 사용될 수 있다. 이 반응에는 다양한 source에서 오는 다양한 에스테라아제(esterase)가 쓰일 수 있다. 학술에 나와있는 Candida antarctica lipse B 등의 리파아제 최적온도는 60 ℃이나 사용되는 용액 또는 반응 시간에 따라 달라질 수 있다. 본 발명 내 생성 과정의 Product selectivity 와 product yield 또한 조건에 따라 달라질 수 있다.
(2) 촉매작용을 통한 steviol bisglycoside의 전이에스테르화
a) 화학적 촉매작용을 통한 steviol bisglycoside의 전이에스테르화
Steviol bisglycoside는 alcohol 등의 alkoxy donors를 통해 산 또는 알칼리 촉매작용으로, 해당하는 ester로 전이에스테르화될 수 있다. 촉매를 통한 이 반응은 alcohol로 진행되었다. 산 촉매의 경우에는 hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchanger 등을 포함한 Brønsted and Lewis acids를 사용, 알칼리 촉매는 sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide(CaO, BaO, MgO), anion exchanger등을 포함한Brønsted and Lewis base를 사용할 수 있다. 에스테르화는 -20 내지 200 ℃의 aqueous condition 또는 water-organic solvent mixture system에서 촉매를 통해 진행될 수 있다. Organic solvent는 DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등의 water-miscible solvents이다. Organic solvent는 물 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. 최적온도는 -20 내지 200 ℃, 바람직하게는 10 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ℃ 범위로 사용될 수 있다.
b) 효소를 통한 steviol bisglycoside의 전이에스테르화
리파아제 촉매 steviol bisglycoside의 전이에스테르화는 solvent system에서 고정화 Candida antarctica lipase B(Novozym®435(N435))와 alcohols 등의 alkoxy donors를 통해 진행되었다. 여기서 alkoxy donors와 효소의 범위는 이들만으로 한정되는 것은 아니다. N435의 비율은 steviol bisglycoside 대비 1 내지 300 부피%, 바람직하게는 5 내지 50 부피% 범위일 수 있다. Organic solvent는 DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alocohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등을 포함한다. Organic solvent는 steviol monoglycoside-acid 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. Amine donors는 steviol monoglycoside-acid 대비 10 내지 1000 부피%, 바람직하게는 10 내지 300 부피% 범위로 사용될 수 있다. 이 반응에는 다양한 source에서 오는 다양한 에스테라아제(esterase)가 쓰일 수 있다. 학술에 나와있는 Candida antarctica lipse B 등의 리파아제 최적온도는 60°C이나 사용되는 용액 또는 반응 시간에 따라 달라질 수 있다. 본 발명 내 생성 과정의 Product selectivity 와 product yield 또한 조건에 따라 달라질 수 있다.
Steviol monoglycoside-amide의 합성
(1) Steviol bisglycoside의 가수분해 및 steviol monoglycoside-acid의 아미드화
1) 촉매작용을 통한 steviol bisglycoside의 가수분해
Steviol bisglycosides의 glycosyl ester linkage는 산 또는 알칼리를 통한 혹은 효소 촉매작용으로, 해당하는 acid로(거의 100% product selectivity) 가수분해시킬 수 있다. 이 반응은 촉매작용을 통해 물에서 반응시킬 수 있다. 산 촉매의 경우에는 hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchanger 등을 포함한 Brønsted and Lewis acids를 사용할 수 있고, 알칼리 촉매는 sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide(CaO, BaO, MgO), anion exchanger등을 포함한Brønsted and Lewis base를 사용할 수 있다. 가수분해는 -20 내지 200 ℃의 aqueous condition 또는 water-organic solvent mixture system에서 촉매를 통해 진행될 수 있다. Organic solvent는 DMF, DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 DMF, DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등의 water-miscible solvents이다. Organic solvent는 물 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. 최적온도는 -20 내지 200 ℃, 바람직하게는 10 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ℃ 범위로 사용될 수 있다.
2) 촉매작용을 통한 steviol monoglycoside-acid의 아미드화
a) 화학적 촉매작용을 통한 steviol monoglycoside-acid의 아미드화
Steviol monoglycoside-acid는 alkyl, aryl amine 등의 amine donors를 통해 산 또는 알칼리 촉매 또는 효소의 작용으로, 해당하는 amide로 아미드화 시킬 수 있다. 이 반응은 촉매작용 및 또는 imidazole, DBU (1,8-Diazabicycloundec-7ene), guanidines, TBD (1,5,7.Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), polystyrene-based boronic acid, 2-Iodophenylboronic aci, 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolum chloride, EDC (1-Etyl3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), HATU ((1-[Bis(dimethylamino)methylene]-1H-1,2,3-triazolo[4,5-b]pyridinium 3-oxide hexafluorophosphate), thionyl chloride or T3P (n-propylphosphonic acid anhyrdride), CDI (1,1’Carbonyldiimidazole), DCC(dicyclohexylcarbodiimide), thionyl chloride, oxalyl chloride, Ti(OiPr)4, MnBr(CO)5, Cp2ZrCl2 and ZrCl4 등의 activating agent을 통해 amine과 진행될 수 있다. 이 아미드화는 organic solvent, aqueous condition 또는 water-organic solvent mixture system 및 -70 내지 200 ℃의 온도에서 촉매를 통해 진행될 수 있다. 이 중 organic solvent는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF(N,N-dimethylformamide) and DMAc(N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. Organic solvent는 물 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. 최적온도는 -70 내지 200 ℃, 바람직하게는 -20 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 -20 내지 100 ℃ 범위로 사용될 수 있다.
b) 효소를 통한 steviol monoglycoside-acid의 아미드화
리파아제 촉매 steviol monoglycoside-acid의 아미드화는 solvent system에서 고정화 Candida antarctica lipase B(Novozym®435(N435))와 alkyl, aryl amine 등의 amine donors를 통해 진행되었다. 여기서 amine donors와 효소의 범위는 이 반응 그 이상을 포함한다. N435의 비율은 steviol monoglycoside-acid 대비 1 내지 300 부피%, 바람직하게는 5 내지 50 부피% 범위일 수 있다. Organic solvent는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF(N,N-dimethylformamide) and DMAc(N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alocohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은 NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF(N,N-dimethylformamide) and DMAc(N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등을 포함한다. Organic solvent는 steviol monoglycoside-acid 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. Amine donors는 steviol monoglycoside-acid 대비 10 내지 1000 부피%, 바람직하게는 10 내지 300 부피% 범위로 사용될 수 있다. 이 반응에는 다양한 source에서 오는 다양한 아미다아제(amidase)가 쓰일 수 있다. 학술에 나와있는 Candida antarctica lipase B 등의 리파아제 최적온도는 60 ℃이나 사용되는 용액 또는 반응시간에 따라 달라질 수 있다. 본 발명 내 생성 과정의 Product selectivity 와 product yield 또한 조건에 따라 달라질 수 있다.
(2) 촉매작용을 통한 steviol bisglycoside의 전이아미드화
a) 화학적 촉매작용을 통한 steviol bisglycoside의 전이아미드화
Steviol bisglycoside는 alkyl, aryl amine 등의 amine donors를 통해 산 또는 알칼리 촉매 또는 효소의 작용으로, 해당하는 amide로 아미드화 시킬 수 있다. 이 반응은 촉매작용 및 또는 imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7ene), guanidines, TBD(1,5,7.Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), polystyrene-based boronic acid, 2-Iodophenylboronic aci, 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazolum chloride, EDC(1-Etyl3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide), HATU((1-[Bis(dimethylamino)methylene]-1H-1,2,3-triazolo[4,5-b]pyridinium 3-oxide hexafluorophosphate), thionyl chloride or T3P (n-propylphosphonic acid anhyrdride), CDI(1,1’Carbonyldiimidazole), DCC(dicyclohexylcarbodiimide), thionyl chloride, oxalyl chloride, Ti(OiPr)4, MnBr(CO)5, Cp2ZrCl2 and ZrCl4 등의 activating agent을 통해 amine과 진행될 수 있다. 산 촉매의 경우에는 hydrochloric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, nitric acid, phosophoric acid, toluenesulfonic acid, polystyrene sulfonate, heteropoly acid, zeolites, nitric acid, silico-aluminates, sulfated zirconia, transition metal oxides, cation exchanger 등을 포함한 Brønsted and Lewis acids를 사용, 알칼리 촉매는 sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium amide, pyridine, imidazole, DBU(1,8-Diazabicycloundec-7-ene), guanidines, TBD(1,5,7-Triazabicyclo[4.4.0]dec-5-ene), solid base, metal oxide(CaO, BaO, MgO), anion exchanger등을 포함한Brønsted and Lewis base를 사용할 수 있다. 이 아미드화는 organic solvent, aqueous condition 또는 water-organic solvent mixture system 및 -70 내지 200 ℃의 온도에서 촉매를 통해 진행될 수 있다. 이 중 organic solvent는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF(N,N-dimethylformamide) and DMAc(N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alcohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. Organic solvent는 물 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. 최적온도는 -70 내지 200 ℃, 바람직하게는 -20 내지 150 ℃, 더욱 바람직하게는 -20 내지 100 ℃ 범위로 사용될 수 있다.
b) 효소를 통한 steviol bisglycoside의 전이아미드화
리파아제 촉매 steviol bisglycosides 아미드화는 solvent system에서 고정화 Candida antarctica lipase B(Novozym®435(N435))와 alkyl, aryl amine 등의 amine donors를 통해 진행되었다. 여기서 amine donors와 효소의 범위는 이 반응 그 이상을 포함한다. N435의 비율은 steviol bisglycoside 대비 1 내지 300 부피%, 바람직하게는 5 내지 50 부피% 범위일 수 있다. Organic solvent는 NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF(N,N-dimethylformamide) and DMAc(N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, chloroform, dichloromethane, toluene, hydrocarbon 및 cyclic hydrocarbon, alkyl esters, alocohols, ketone과 이의 혼합물 중 선택 가능하지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다. 이 중 선호되는 용액은NMP (N-methyl-2-pyrrolidinone), DMF (N,N-dimethylformamide) and DMAc (N,N-dimethylacetamide), DMSO, pyridine, THF, alcohols(glycol) 및 이들의 자체 혼합물 또는 이들 사이에서의 혼합물 등을 포함한다. Organic solvent는 steviol monoglycoside-acid 대비 1 내지 3000 부피%, 바람직하게는 10 내지 1000 부피% 범위로 사용될 수 있다. Amine donors는 steviol monoglycoside-acid 대비 10 내지 1000 부피%, 바람직하게는 10 내지 300 부피% 범위로 사용될 수 있다. 이 반응에는 다양한 source에서 오는 다양한 아미다아제(amidase)가 쓰일 수 있다. 학술에 나와있는 Candida antarctica lipase B 등의 리파아제 최적온도는 60 ℃이나 사용되는 용액 또는 반응시간에 따라 달라질 수 있다. 본 발명 내 생성 과정의 Product selectivity 와 product yield 또한 조건에 따라 달라질 수 있다.
<실시예 1> 알칼리 촉매작용을 통한 stevioside의 가수분해
12.5mL NaOH solution(1.0g NaOH/12.5mL methanol)에 402.5mg(0.5mmol) stevioside 넣고 60 ℃에서 5시간 동안 반응한다. 반응 용액을 실온에서 1N HCl을 사용해 중화하고 n-butanol을 이용하여 3회 추출한다. 유기층을 모으고 물로 씻은 후 감압 증류하여 crude solid product를 얻었다. 이 crude solid product가 메탄올-아세톤 1:1 혼합물을 통해 재결정을 거치면서 정제된 steviol monoglycoside-acid로 steviolbioside(273mg, 85% (mol/mol) yield)를 얻었다. 해당 acid로 전환되는 glucosyl ester linkage의 가수분해는 FT-IR 및 NMR을 통해 확인되었다. Stevioside의 가수분해 후 FT-IR에서 보이는 carbonyl(C=O)의 strong peak는 1640 cm-1(glucosyl ester)에서 1731 cm-1(acid)로 shifting 되었다. Product의 분자량은 m/z 642.72[M]+ (calculated for C32H50O13, 642.73)으로 측정되었다.
<실시예 2> 알칼리 촉매작용을 통한 steviol monoglycoside-acid의 에스테르화
알칼리 촉매용액(Phosphine/I2/Base)은 CH2Cl2 2mL에 I2(0.15mmol)를 더한 후 imidazole(0.33 mmol)을 더하여 준비되었다. 실시예 1에서 얻은 생성물 64.3mg(0.1 mmol)을 촉매 용액에 더하여 실온에서 5분 동안 혼합 후 에탄올(0.15 mmol)을 더하였다. 이를 15시간 동안 반응 후 2mL의 CH2Cl2를 가하고 2N HCl, 물로 씻은 후 anhydrous Na2SO4 를 이용하여 건조 후 crude solid product를 얻었다. 이후 CH2Cl2를 감압증발 하고 silica chromatography(ethylacetate/n-hexane 혼합용액)를 하여 정제된 steviol glycoside-ester(ethyl)(52.3mg, 78% (mol/mol) yield)를 얻었다. 해당하는 ethylester로 전환되는 acid의 에스테르화는 FT-IR 및 NMR을 통해 확인되었다. Steviolbioside의 에스테르화 후 FT-IR에서 보이는 carbonyl(C=O)의 strong peak는 1728 cm-1(acid)에서 1715 cm-1(ester)로 shifting되었다. 에탄올의 에스테르화는 1H NMR(400 MHz, CDCl3)에서의 new peak(-CO-OCH2-, 3.85ppm, 2H, q)를 통해 확인되었다. Product의 분자량은 m/z 670.75[M]+ (calculated for C34H54O13, 670.78)으로 측정되었다.
<실시예 3> 알칼리 촉매작용을 통한 steviol monoglycoside-acid의 아미드화
알칼리 촉매용액(Phosphine/I2/Base)은 CH2Cl2 2mL에 I2(0.15mmol)를 더한 후 imidazole(0.33 mmol)을 더하여 준비되었다. 실시예 1에서 얻은 생성물 64.3mg(0.1 mmol)을 촉매용액에 더하여 실온에서 5분 동안 섞은 후 n-octylamine(0.15 mmol)를 가하였다. 이를 15시간 동안 반응 후 2mL의 CH2Cl2를 가하고 2N HCl, 물로 씻은 후 anhydrous Na2SO4 를 이용하여 건조 후 crude solid product를 얻었다. 이 후 CH2Cl2를 감압증발 하고 silica chromatography(ethylacetate/n-hexane 혼합용액)를 하여 정제된 steviol glycoside-amide(octyl)(56.5mg, 75% (mol/mol) yield)를 얻었다. 해당 octyl-amide로 전환되는 acid의 아미드화는 FT-IR 및 NMR을 통해 확인되었다. Steviolbioside의 아미드화 후 FT-IR에서 보이는 carbonyl(C=O)의 strong peak는 1728 cm-1(acid)에서 1645 cm-1(amide)로 shifting되었다. Product의 분자량은 m/z 754.12[M]+ (calculated for C40H67O12N, 753.96)으로 측정되었다.
<실시예 4> 산 촉매작용을 통한 Rebaudioside A의 직접적 전이에스테르화
5mL의 메탄올에 484 mg(0.5 mmol)의 rebaudioside A, 12mg p-toluenesulfonic acid 를 가하고 60 ℃에서 12시간 동안 반응 후 감압증발을 통해 농축한 후 물에서 n-butanol을 이용하여 3회 추출하였다. 이의 유기층을 모으고 brine washing 후 감압증발을 통해 392 mg (95.7% yield)의 생성물을 얻었다. Rebaudioside A의 에스테르화 후 FT-IR에서 보이는 carbonyl(C=O)의 strong peak는 1640 cm-1(glucosyl ester)에서 1716 cm-1(ester)로 shifting 되었다. Product의 분자량은 m/z 819.3[M]+ (calculated for C39H62O18, 818.9)으로 측정되었다.
<실시예 5> 산 촉매작용을 통한 Rebaudioside A의 직접적 전이아미드화
5mL의 n-hexylamine에 484 mg(0.5 mmol)의 rebaudioside A, 12 mg p-toluenesulfonic acid과 함께 가해지고 60 ℃에서 12시간 동안 반응 후 감압증발을 통한 농축 후 물에서 n-butanol을 이용하여 3회 추출하였다. 이의 유기층을 모으고 brine washing 후 감압증발을 통해 crude solid product를 얻었다. 이 crude solid product는 메탄올-아세톤 1:1 혼합물을 이용한 재결정 후 350 mg (78.8% 수율) 생성물을 얻었다. Rebaudioside A의 아미드화 후 FT-IR에서 보이는 carbonyl(C=O)의 strong peak는 1640 cm-1(glucosyl ester)에서 1645 cm-1(amide)로 shifting 되었다. Product의 분자량은 m/z 888.24[M]+ (calculated for C44H73O17N, 888.04)으로 측정되었다.
<실험예 1> HLB 값 측정
결과물의 HLB(Hydrophile-Lipophile Balace) 값은 그리핀의 계산법을 통해 계산하였다. HLB 값은 glycosyl기, 에스테르 및 아미드기에 따라 달라질 수 있다.
친수성기와 분자량을 기반으로 계산된 실시예 1 내지 3의 결과물의 HLB 값은 각각 10.6, 10.2, 9.1이다. HLB 값의 범위로 보았을 때, 이들의 수화성질을 예상해볼 수 있다. HLB 값의 범위는 다양한 알코올 및 아민측쇄를 친유성기로 두어 조절 가능하다.
<실험예 2> CMC 측정
CMC(Critical micelle concentration)
Steviol bisglycoside(rebaudioside A)와 실시예 1, 4 및 5에서 얻은 steviol monoglycoside-acid, ester, amide의 표면장력을 stalagmometric method를 통해 다양한 농도에서 측정하여 비교하였다. 또한, 표면장력 대 시료의 농도를 그린 그래프를 통해 각각 CMC 5.14 mM(rebaudioside A), 1.1 mM(실시예 1, steviolbioside), 0.15 mM(실시예 4, rebaudioside B methyl ester), 0.5 mM(실시예 5, rebaudioside B n-hexylamide)의 측정값을 얻었다. 이것은 가수분해, (전이)에스테르화, (전이)아미드화를 통해 얻어진 생성물의 CMC가 steviol bisglycoside 대비 현저히 감소한 결과를 나타낸다.
<실험예 3> 계면활성 특성분석
실시예 4에서 얻은 steviol monoglycoside-ester의 거품 특성을 확인하였다. 메스실린더에 증류수 5 mL와 10 mg의 실시예 4에서 얻은 steviol monoglycoside-ester를 넣고 혼합하여 미셀을 형성한 후, 10초 동안 흔들어 거품을 발생시킨 후 실온에서 정치하며 거품의 양을 비교하였다.
그 결과, 거품의 높이를 기준으로 15분 경과 후 약 50%, 30분 경과 후 약 30% 거품이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (12)

  1. 화학식 (1), 화학식 (2) 또는 화학식 (3)으로 표시되는 양친매성 화합물:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000021
    (1)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000022
    (2)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000023
    (3)
    상기 화학식에서,
    R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고;
    R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴이며;
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 R4 및 R5 중 하나는 H이고, 다른 하나는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴인 것을 특징으로 하는 양친매성 화합물.
  3. 화학식 (4)의 steviol bisglycoside의 glycosyle-ester linkage(-CO-OR1)를 가수분해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학식 (1)의 양친매성 화합물의 제조방법:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000024
    (1)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000025
    (4)
    상기 화학식에서,
    R1은 β-Glucose 또는 β-Glucose-β-Glucose(2-1)이고;
    R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이다.
  4. 화학식 (1)의 steviol monoglycoside-acid에 alkoxy donor를 통해 에스테르화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학식 (2)의 양친매성 화합물의 제조방법:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000026
    (1)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000027
    (2)
    상기 화학식에서,
    R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고;
    R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴이다.
  5. 화학식 (4)의 steviol bisglycoside에 alkoxy donor를 통해 전이에스테르화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학식 (2)의 양친매성 화합물의 제조방법:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000028
    (2)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000029
    (4)
    상기 화학식에서,
    R1은 β-Glucose 또는 β-Glucose-β-Glucose(2-1)이고;
    R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이며;
    R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴이다.
  6. 화학식 (1)의 steviol monoglycoside-acid에 amine donor를 통해 아미드화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학식 (3)의 양친매성 화합물의 제조방법:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000030
    (1)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000031
    (3)
    상기 화학식에서,
    R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고;
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H이다.
  7. 화학식 (4)의 steviol bisglycoside에 amine donor를 통해 전이에스테르화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학식 (3)의 양친매성 화합물의 제조방법:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000032
    (3)
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000033
    (4)
    상기 화학식에서,
    R1은 β-Glucose 또는 β-Glucose-β-Glucose(2-1)이고;
    R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이며;
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H이다.
  8. steviol monoglycoside-acid, steviol monoglycoside-ester 및 steviol monoglycoside-amide로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 계면활성제 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 steviol monoglycoside-acid는 화학식 (1)의 화합물인 것을 특징으로 하는 계면활성제 조성물:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000034
    (1)
    식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이다.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 steviol monoglycoside-ester는 화학식 (2)의 화합물인 것을 특징으로 하는 계면활성제 조성물:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000035
    (2)
    식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고,
    R3는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴이다.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 steviol monoglycoside-amide는 화학식 (3)의 화합물인 것을 특징으로 하는 계면활성제 조성물:
    Figure PCTKR2022005227-appb-img-000036
    (3)
    식 중, R2는 β-Glucose-β-Glucose(2-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Glucose(3-1), β-Glucose-β-Glucose(2-1)-β-Rhamnose(3-1) 및 β-Glucose-β-Xylose(2-1)-β-Glucose(3-1)에서 선택되는 하나이고,
    R4 및 R5는 각각 독립적으로 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴, 또는 H이다.
  12. 제4항에 있어서,
    상기 R4 및 R5 중 하나는 H이고, 다른 하나는 선형 또는 환형의 치환 또는 비치환된 C1-C30 알킬 또는 아릴인 것을 특징으로 하는 계면활성제 조성물.
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