(57)【要約】【課題】  危険性が高い過酸化水素を原料として使用せずにセルロース（誘導体）の低分子化が可能であり、アルキル化剤の反応効率が高く、アルキルエーテル化置換度の高い低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）の製造方法を提供する。【解決手段】  セルロース（誘導体）（Ａ）を酵素（Ｂ）及び一般式（１）で表される有機溶媒（Ｃ）の存在下で分解させて得られる低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）とアルキル化剤（Ｅ）とを、アルカリ（Ｆ）及び前記（Ｃ）の存在下で反応させることを特徴とする低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）の製造方法。      Ｒ1―Ｏ−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｒ2          （１）［式中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立にメチル基又はエチル基、ｍは１〜５の整数を表す。］【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース（誘導体）（Ａ）を酵素（Ｂ）及び一般式（１）で表される有機溶媒（Ｃ）の存在下で分解させて得られる低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）とアルキル化剤（Ｅ）とを、アルカリ（Ｆ）及び前記（Ｃ）の存在下で反応させることを特徴とする低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）の製造方法。
Ｒ1―Ｏ−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｒ2          （１）
［式中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立にメチル基又はエチル基、ｍは１〜５の整数を表す。］
【請求項２】
前記（Ｃ）が、エチレングリコールジメチルエーテル又はジエチレングリコールジメチルエーテルである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記（Ａ）が、カルボキシアルキルセルロース、アルキルセルロース及びヒドロキシアルキルセルロースからなる群から選ばれる１種以上である請求項１又は２記載の製造方法。
【請求項４】
前記（Ｂ）が、セルラーゼ又はアルカリセルラーゼである請求項１〜３のいずれか記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルロース（誘導体）から低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、セルロース（誘導体）から低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）を製造する方法としては、例えば、カルボキシメチルセルロースを苛性アルカリ水溶液でマーセル化する際、同時に過酸化水素等を添加して低分子量化した後、エーテル化剤と反応させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、爆発の可能性や人体への危険性があるほか、セルロース（誘導体）を膨潤させるために多くの水分を用いるため、エーテル化反応においてアルキル化剤と水との反応によりアルコール等の副生物が多量に生成し、エーテル化の反応効率が低いという問題があった。
【特許文献１】特許１２５２０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、危険性が高い過酸化水素を原料として使用せずにセルロース（誘導体）の低分子化が可能であり、アルキル化剤の反応効率が高く、アルキルエーテル化置換度の高い低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は上記目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は、セルロース（誘導体）（Ａ）を酵素（Ｂ）及び一般式（１）で表される有機溶媒（Ｃ）の存在下で分解させて得られる低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）とアルキル化剤（Ｅ）とを、アルカリ（Ｆ）及び前記（Ｃ）の存在下で反応させることを特徴とする低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）の製造方法である。
Ｒ1―Ｏ−（Ｃ2Ｈ4Ｏ）m−Ｒ2          （１）
［式中、Ｒ1及びＲ2はそれぞれ独立にメチル基又はエチル基、ｍは１〜５の整数を表す。］
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、危険性が高い過酸化水素を原料として使用せずに済む。また、アルキル化剤の反応効率が高いため、アルキルエーテル化置換度の高い低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明において、セルロース（誘導体）とは、セルロース又はセルロース誘導体を意味する。出発物質としてのセルロース（誘導体）（Ａ）としては、綿リンター、木材パルプ又は溶解パルプ等から得られる植物系セルロース；アセトバクター属等に属する微生物が産出するバクテリアセルロース；カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース及びカルボキシプロピルセルロース等のカルボキシアルキルセルロース；ヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロース等のヒドロキシアルキルセルロース；メチルセルロース、エチルセルロース及びイソプロピルセルロース等のアルキルセルロース；ヒドロキシプロピルメチルセルロース等が挙げられる。
これらの内、有機溶媒（Ｃ）との相溶性の観点から好ましいのは、カルボキシアルキルセルロース、ヒドロキシアルキルセルロース及びアルキルセルロースであり、特に好ましいのは、カルボキシアルキルセルロースである。
【０００７】
酵素（Ｂ）としては、トリコデルマ属、アスペルギラス属、ペニシリウム属及びバチルス属等の微生物から生産されたセルラーゼ又はアルカリセルラーゼが挙げられる。酵素（Ｂ）は単独で使用しても、２種類以上を併用してもよい。
【０００８】
本発明における一般式（１）で表され有機溶媒（Ｃ）の両末端はメチル基又はエチル基であり、ｍは通常１〜５、セルロース（誘導体）（Ａ）との相溶性の観点から好ましくは１〜３である。
【０００９】
有機溶媒（Ｃ）の具体例としては、エチレングリコールジメチルエーテル（グライム）、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ジグライム）、トリエチレングリコールジメチルエーテル（トリグライム）及びテトラエチレングリコールジメチルエーテル（テトラグライム）等が挙げられる。
これらの内、セルロース（誘導体）（Ａ）との親和性及び反応後の除去性の観点から、エチレングリコールジメチルエーテル及びジエチレングリコールジメチルエーテルが好ましい。
【００１０】
（Ｂ）と（Ｃ）の存在下で（Ａ）を分解する際、分解反応に悪影響を及ぼさない範囲で有機溶媒（Ｃ）以外に他の溶媒を共存させることができる。これら他の溶媒を共存させることにより反応系の粘度が低下するため、攪拌や温度調整が容易になる。
共存させる溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼン及びテトラリン等の芳香族炭化水素系溶媒；ｎ−ヘキサン、ｎ−ヘプタン、ミネラルスピリット及びシクロヘキサン等の脂肪族又は脂環式炭化水素系溶媒；塩化メチル、臭化メチル、ヨウ化メチル、メチレンジクロライド、四塩化炭素、トリクロロエチレン及びパークロロエチレン等のハロゲン系溶媒；酢酸エチル、酢酸ブチル、メトキシブチルアセテート、メチルセロソルブアセテート及びエチルセロソルブアセテート等のエステル系又はエステルエーテル系溶媒；ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン及びジオキサン等のエーテル系溶媒；アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジ−ｎ−ブチルケトン及びシクロヘキサノン等のケトン系溶媒；ｔ−ブタノール等のアルコール系溶媒；ジメチルホルムアミド及びジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒；ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒；Ｎ−メチルピロリドン等の複素環式化合物系溶媒；水；並びにこれらの２種以上の混合溶媒が挙げられる。
【００１１】
セルロース（誘導体）（Ａ）に対する酵素（Ｂ）の重量比［（Ｂ）／（Ａ）］は、反応性の観点から、通常０．０００１／１〜０．０５／１、好ましくは０．０００５／１〜０．０１／１である。
【００１２】
セルロース（誘導体）（Ａ）に対する有機溶媒（Ｃ）の重量比［（Ｃ）／（Ａ）］は、反応性および反応系の粘度の観点から、通常０．３／１〜１０／１、好ましくは１／１〜４／１である。
【００１３】
（Ｂ）と（Ｃ）及び必要により他の溶媒の存在下で（Ａ）を分解する際の温度は、通常２０〜８０℃であり、好ましくは３０〜６０℃である。また、好ましい反応時間は通常０．５〜４０時間、好ましくは１〜５時間である。
【００１４】
（Ｂ）と（Ｃ）及び必要により他の溶媒の存在下で（Ａ）を分解させて得られる低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）の重量平均分子量は、２，０００〜８０，０００、特に３，０００〜７０，０００であることが好ましい。（Ｄ）の重量平均分子量がこの範囲であれば、各種溶媒への溶解性が高くなるため、フィルム等への加工が容易になる。
尚、本発明において重量平均分子量は、ポリエチレングリコールを標準物質として、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により測定される。
【００１５】
低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）とアルキル化剤（Ｅ）とを、アルカリ（Ｆ）及び有機溶媒（Ｃ）の存在下でアルキルエーテル化反応させて低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）を製造する際のアルキル化剤（Ｅ）としては、炭素数１〜８のアルキルクロライド（メチルクロライド、エチルクロライド、プロピルクロライド、ブチルクロライド及びイソプロピルクロライド等）、炭素数１〜８のアルキルブロマイド（メチルブロマイド、エチルブロマイド、プロピルブロマイド、イソプロピルブロマイド及びブチルブロマイド等）並びにアルキルの炭素数が１〜８のジアルキル硫酸（ジメチル硫酸、ジエチル硫酸、ジプロピル硫酸、ジイソプロピル硫酸及びジブチル硫酸等）等が挙げられる。
これらの内、反応時の安全性および反応性の観点から好ましいのは、炭素数１〜８のアルキルクロライドであり、特に好ましいのは、エチルクロライド及びメチルクロライドである。
【００１６】
低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）とアルキル化剤（Ｅ）の仕込み比率は、（Ｄ）の水酸基／アルキル化剤（Ｅ）の当量比として、通常１／０．８〜１／１０であり、１／１〜１／８が好ましい。
【００１７】
アルカリ（Ｆ）としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化リチウムの固形アルカリ金属水酸化物が挙げられ、好ましいのは水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムであり、更に好ましいのは水酸化ナトリウムである。これらの固形アルカリ金属水酸化物は単独で用いても、２種以上を併用してもよい。
これらの固形アルカリ金属水酸化物の形状は、粒状、フレーク状又は粉状の何れでもよいが、作業従事者の取り扱い上、粒状であることが好ましい。また、固形アルカリ金属水酸化物の大きさは、特に限定されないが、粒状物は直径１〜５ｍｍ、フレーク状物は０．５〜３ｃｍ角、粉状物は粒径３０〜１００μｍであることが好ましい。
【００１８】
低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）とアルカリ（Ｆ）の仕込み比率は、（Ｄ）の水酸基／アルカリ（Ｆ）の当量比として、通常１／０．８〜１／１０であり、１／１〜１／８が好ましい。
【００１９】
本発明において、低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）をアルキルエーテル化する際に、（Ｄ）を膨潤させて反応を促進する目的で、水を用いることができる。
アルキルエーテル化反応開始時の低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）に対する水の重量比［水／（Ｄ）］は通常、０／１〜０．３／１、好ましくは０．０１／１〜０．１５／１である。この範囲より多くの水の量になると、不均一性が増してスラリー状反応系を保持できなくなり、凝集を生じるだけでなく、アルキルエーテル化反応の効率が低下する。
【００２０】
また、アルキルエーテル化反応時に、反応効率を上げる目的で必要により、相関移動触媒を用いることができる。
相関移動触媒としては、例えば、第４級アンモニウム塩、第４級ホスホニウム塩及び第４級アルソニウム塩等が挙げられ、これらの内好ましいのは第４級アンモニウム塩である。第４級アンモニウム塩としては、例えばテトラメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリブチルアンモニウムクロライド、トリメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド、メチルジエチルドデシルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムハイドロサルフェート、トリオクチルアンモニウムクロライド及びｎ−ラウリルピリジニウムクロライドが挙げられる。これらの相間移動触媒を本発明の反応系に添加する場合の添加量は、低分子量セルロース（誘導体）（Ｄ）に対して、好ましくは８重量％以下、更に好ましくは５重量％以下である。
【００２１】
アルキルエーテル化反応の反応温度は通常４０〜１８０℃であり、好ましくは６０〜１６０℃、更に好ましくは８０〜１４０℃である。４０℃未満であると反応の進行が非常に遅く効率的でなく、１８０℃を超えると、容器の材質が耐久性の良いＳＵＳ３１６Ｌであっても腐食を起こす可能性がある。また、反応時間は通常４〜３０時間、好ましくは６〜１５時間である。
【００２２】
アルキルエーテル化反応は、窒素等の不活性ガス雰囲気下（酸素濃度が好ましくは１００ｐｐｍ以下）で行うことが好ましい。
アルキル化剤（Ｅ）とアルカリ（Ｆ）の投入の順序は、急激な反応が生じなければ特に限定されないが、（Ｄ）を（Ｃ）に分散させたスラリーに（Ｆ）を分散させ、室温で減圧と窒素等による不活性ガスでの置換を繰り返した後、減圧にして（Ｅ）を滴下する方法が好ましい。
【００２３】
本発明において、アルキルエーテル化反応後、反応物に水と硫酸、塩酸及び燐酸等の酸を加え、析出物をろ過水洗し、乾燥することによって、低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）を精製することができる。
【００２４】
本発明の製造方法により得られた低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）は、アルキルエーテル化置換度が７０〜１００％と高く、好適な製造条件を設定することにより、アルキルエーテル化置換度が８０％〜１００％の物を得ることもできる。
本発明の製造方法によりアルキルエーテル化置換度の高い低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）が得られるという効果は、有機溶媒（Ｃ）への低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）（Ｄ）の溶解性が高いこと、及び有機溶媒（Ｃ）によりエーテル化反応が安定化することに起因すると考えられる。
【００２５】
本発明において、アルキルエーテル化置換度とは、低分子アルキルエーテルセルロース（誘導体）のグルコース環単位（繰り返し構成単位）当りの水酸基の内、置換されていない水酸基とアルキルエーテル化された水酸基の数の和に対するアルキルエーテル化された水酸基の数の割合の平均値を百分率で表わした値をいう。
例えば、グルコース環単位当り０．５個がカルボキシメチル基で置換されたセルロース（誘導体）（Ａ）を原料とし、残りの２．５個の内２．１個が更にアルキルエーテル化された場合のアルキルエーテル化置換度は、８４％である。
尚、本発明におけるアルキルエーテル化置換度は、後述の実施例に記載の方法で算出される。
【００２６】
本発明によって得られる低分子量アルキルエーテル化セルロース（誘導体）の重量平均分子量は、２，５００〜９０，０００、特に３，５００〜８０，０００であることが好ましい。重量平均分子量がこの範囲であれば、低分子量アルキルエーテル化セルロース（誘導体）の各種溶媒への溶解性が高くなるため、フィルム等への加工が容易になる。
【００２７】
本発明の製造方法により得られる低分子量アルキルエーテル化セルロース（誘導体）の用途は特に限定されないが、例えば本品のｐＨ変化による水への溶解性が変化する性質やフィルム形成能が好適に用いられる用途（医薬品等の薬剤の添加剤、特に腸溶性のコーティング剤、苦みマスキング剤及び頭髪用セット剤等）に使用できる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。以下、特に規定しない限り、「部」は「重量部」、％は重量％を意味する。
尚、実施例におけるアルキルエーテル化置換度及び重量平均分子量の測定法は以下の通りである。
【００２９】
＜アルキルエーテル化置換度＞
（１）試料約１５mgを精秤し、ヨウ化水素酸６ｍＬを分解フラスコに入れた後、窒素を通じて、１５０℃で１時間加熱する。生成するヨウ化アルキルを気相に追い出し、この後１重量％の赤リン懸濁液で洗浄し、吸収管に送る。吸収管には、酢酸カリウム１５ｇを酢酸／無水酢酸混液（重量比：９／１）１５０ｍＬに溶解し、その溶液１４５ｍＬを量り、臭素５ｍＬを加えておく。
（２）酢酸ナトリウム三水和物溶液が入った共栓三角フラスコに、吸収管の内容物を加える。吸着管の内壁に付着した内容物は、水を加えることで流し出す。次に、振り混ぜながら臭素の赤色が消えるまで、ギ酸を加える。
（３）共栓三角フラスコにヨウ化カリウム３ｇと希硫酸１５ｍＬを加え、栓をして軽く振り混ぜ、５分間放置する。遊離したヨウ素を０．１ｍｏｌ/Ｌチオ硫酸ナトリウム液で滴定する。
（４）下式からまずアルコキシ基含量（ＣE）を算出する。
アルコキシ基含量（ＣE）（％）＝（滴定量）（ｍＬ）×アルコキシ基分子量／６０／試料量（ｍｇ）×１００
尚、原料セルロース（誘導体）にアルキル化剤と異なるアルキルを有するアルコキシ基が存在する場合、原料セルロース（誘導体）についても上記と同様の操作を行い、その滴定量を上記式の滴定量から引くことでアルコキシ基含量を算出後、その値と原料セルロース（誘導体）のアルコキシ基含量を足してＣEを算出する。
（５）上記アルコキシ基含量（ＣE）を用いて、下式によりアルキルエーテル化置換度（ＣR）を算出する。
アルキルエーテル化置換度（ＣR）（％）＝［原料セルロース（誘導体）の繰り返し構成単位の分子量×１００／（１００−ＣE）］×ＣE／アルコキシ基平均分子量／［３ −原料セルロース（誘導体）の繰り返し構成単位におけるアルキルエーテル以外の置換基数］
但し、上記式におけるアルコキシ基平均分子量は、異なるアルコキシ基が存在する場合のそれらのモル平均の分子量である。
【００３０】
＜重量平均分子量＞
重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）により、以下の条件で測定した。
ＧＰＣ装置：東ソー製  ＨＬＣ−８１２０
測定標準物質：ポリエチレングリコール
【００３１】
＜実施例１＞
耐圧反応容器にジエチレングリコールジメチルエーテル（Ｃ−１）５６．４部及び水２．５部を仕込み、カルボキシメチルセルロース（カルボキシメチル化置換度１８．３％、グルコース環単位当りのカルボキシメチル基の置換基数０．５、重量平均分子量２２０,０００）（Ａ−１）３２．０部を分散させた。４０℃に昇温した後、酵素としてセルラーゼ［ナガセケムテックス（株）製、セルライザーＨＴ］（Ｂ−１）０．６部を仕込み、同温度で３時間分解反応を行った。反応後のスラリーは良好な分散状態を示していた。このスラリーに水酸化ナトリウム（Ｆ−１）１４．６部及びトリメチルヘキサデシルアンモニウムクロライド１．３部を仕込み、窒素置換後、１３０℃で圧力を０．３〜１．０ＭＰａに制御しながらエチルクロライド（Ｅ−１）２３．５部を徐々に加え、１２時間反応させた。反応終了後、反応物をグラス容器に移し、水１２０部と硫酸４部を加え、析出した粒子を遠心分離機で脱水し、更に水を加えて遠心分離する水洗操作を２回繰り返した後、９０℃で減圧乾燥して、カルボキシメチルエチルセルロースを得た。
【００３２】
＜実施例２＞
ジエチレングリコールジメチルエーテル（Ｃ−１）５６．４部の代わりにエチレングリコールジメチルエーテル（Ｃ−２）５６．４部を用いた以外は実施例１と同様にして、カルボキシメチルエチルセルロースを得た。
【００３３】
＜比較例１＞
ジエチレングリコールジメチルエーテル（Ｃ−１）５６．４部の代わりにトルエン（Ｃ’−１）５６．４部を用いた以外は実施例１と同様にして、カルボキシメチルエチルセルロースを得た。
【００３４】
＜比較例２＞
ジエチレングリコールジメチルエーテル（Ｃ−１）５６．４部の代わりにジエチレングリコールモノメチルエーテル（Ｃ’−２）５６．４部を用いた以外は実施例１と同様にして、カルボキシメチルエチルセルロースを得た。
【００３５】
＜比較例３＞
有機溶媒を使用しなかったこと以外は実施例１と同様にして、カルボキシメチルエチルセルロースを得た。
【００３６】
得られたカルボキシメチルエチルセルロースの重量平均分子量とアルキルエーテル化置換度の値を表１に示す。
【００３７】
【表１】
2010150450.tif 000002
【００３８】
以上の結果から明らかな通り、本発明の低分子量アルキルエーテルセルロース（誘導体）の製造方法により、アルキルエーテル化置換度の高い低分子量セルロース（誘導体）が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によって得られるアルキルエーテル化置換度が高いアルキルエーテル化セルロース（誘導体）は、ｐＨの変動と共に水への溶解性が変動する性質やフィルム形成能を有しており、医薬品等の薬剤の添加剤、特に腸溶性のコーティング剤、苦みマスキング剤及び頭髪用セット剤として使用することができる。