(57)【要約】【課題】２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とし陰イオン包接機能を有する大環状ラクタムのカルボニル基をチオカルボニル化処理することにより、新規でかつ有用な環状化合物を得る。【解決手段】２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とし、１又は２以上の反復構成単位からなる大環状チオラクタムを、相当する２，６−ジカルバモイルピリジン構成単位とする大環状ラクタムと、２，４−ビス（４−メトキシフェニル）−１，３−ジチア−２，４−ジホスフェタン−２，４−ジスルフィドとのチオカルボニル化反応によって製造する。この化合物は、環状骨格内に集約させた陽子供与基の供与性が向上し、フッ化物イオン等の陽子受容性を有する陰イオンを優先的に包接することが可能となり、新しい包接錯体を生成できる。この化合物は、陰イオン受容性ホスト分子として活用すれば、選択的な分離抽出用試薬及び分子認識用センサ素材として有用である。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状化合物であって、２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とし、次の式：
【化１】
2004262833.tif 000008
（式中、Ｒは２，６−ジチオカルバモイルピリジンの構成単位のつなぎ部分を示し、ｎは１〜４から選ばれる整数であって２，６−ジチオカルバモイルピリジンの繰り返し単位数を示す。）
で表されることを特徴とする環状化合物。
【請求項２】
前記つなぎ部分が、炭素数１〜６のアルキレン基又は２置換若しくは３置換芳香族基である請求項１記載の環状化合物。
【請求項３】
ホスト分子と前記ホスト分子に包接されるゲスト物質とからなる包接体であって、
ホスト分子が請求項１又は２記載の環状化合物からなることを特徴とする包接体。
【請求項４】
溶液中のゲスト物質を選択的に分離させる溶液処理剤であって、
溶液処理剤が請求項１又は２記載の環状化合物からなり、前記ゲスト物質を選択的に包接することを特徴とする溶液処理剤。
【請求項５】
溶液中のゲスト物質を検出するための物質センサであって、
請求項１又は２記載の環状化合物からなり、前記ゲスト物質を選択的に包接することを特徴とする物質センサ。
【請求項６】
２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とする環状化合物を得るにあたり、
２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする環状化合物であって、次の式：
【化２】
2004262833.tif 000009
（式中、Ｒは２，６−ジカルバモイルピリジンの構成単位のつなぎ部分を示し、ｎは１〜４から選ばれる整数であって２，６−ジカルバモイルピリジンの繰り返し単位数を示す。）
で表される環状化合物をチオカルボニル化することを特徴とする環状化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とする環状化合物、包接体、溶液処理剤、物質センサ及び環状化合物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環状化合物は、その内孔にゲスト分子との錯形成を起こさせるためのクーロン力、イオン−双極子相互作用、水素結合等の駆動力となる原子団を集約させ、かつ安定で大きな三次元構造を形成することによって、その内部空間に特定の分子を認識して包接することが知られている（例えば、非特許文献１参照）。その中で、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする大環状ラクタム（「大環状アミド」と称されることがある。）は、環内に陽子供与基となるアミド基が集約し、陰イオンを包接する中性受容体として機能することが知られている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
化学総説３１巻、「超分子を目指す化学」、３頁、学会出版センター（１９９７年）
【非特許文献２】
Ｅｕｒ．Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．４０３１頁（２００１）
【０００４】
ジペプチドにおいて、アミド基の酸素原子を同族原子の硫黄原子に置き換えたチオアミド基は、アミド基に比べて陽子供与性が高まることが知られている。（例えば、非特許文献３参照）。また、アミドのチオカルボニル化反応は、２，４−ビス（４−メトキシフェニル）−１，３−ジチア−２，４−ジホスフェタン−２，４−ジスルフィドを用いることで、効率よく進行することが知られている（例えば、非特許文献４参照）。
【０００５】
【非特許文献３】
Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２０巻，１２２００頁（１９９８）
【非特許文献４】
Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，４０巻、２０４７頁（１９８４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
環状包接化合物を構成する分子構造を工夫することにより、従来の環状包接化合物の包接機能の強化及び向上を図り、従来の環状包接化合物にはない物性を備えた物質を開発することが望まれている。
【０００７】
本発明者は、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする大環状ラクタムによる陰イオンの包接特性がアミド基の水素結合性相互作用に基づくものであり、その作用は十分とは言えず、チオアミド基のものと比べ、包接機能が限定されていることを見出した。
【０００８】
なお、非特許文献３及び４は、ジペプチドにおけるチオアミド基の働きやそのような場合のチオカルボニル化反応について検討するもので、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする大環状ラクタムの包接機能を問題にするものではない。
【０００９】
本発明の課題は、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とし陰イオン包接機能を有する大環状ラクタムのカルボニル基をチオカルボニル化処理することにより、新規でかつ有用な環状化合物を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、環状化合物であって、２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とし、次の式：
【化３】
2004262833.tif 000002
（式中、Ｒは２，６−ジチオカルバモイルピリジンの構成単位のつなぎ部分を示し、ｎは１〜４から選ばれる整数であって２，６−ジチオカルバモイルピリジンの繰り返し単位数を示す。）
で表される環状化合物（第１発明）に係るものである。
【００１１】
また、本発明は、２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とする環状化合物を得るにあたり、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする環状化合物であって、次の式：
【化４】
2004262833.tif 000003
（式中、Ｒは２，６−ジカルバモイルピリジンの構成単位のつなぎ部分を示し、ｎは１〜４から選ばれる整数であって２，６−ジカルバモイルピリジンの繰り返し単位数を示す。）
で表される環状化合物をチオカルボニル化することを特徴とする環状化合物の製造方法（第２発明）に係るものである。
【００１２】
本発明は、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とし陰イオン包接機能を有する大環状ラクタム（以下、単に、「大環状ラクタム」と称する。）のカルボニル基をチオカルボニル化することによって、新規でかつ包接機能に著しく優れた環状包接化合物が得られるという知見に基づくものである。
【００１３】
本発明者は、上述の現状を基に、新しい分子構造の環状包接化合物の探索を目的として、鋭意研究した。
【００１４】
その結果、本発明者は、上記目的が、アミド基に比べて陽子供与性の高いチオアミド基で構成される環状化合物によって達成されることを見出した。
【００１５】
本発明では、環状化合物のチオカルボニル基によって、環構造の内側においてチオアミド基の高い陽子供与性が発揮され、陽子受容性を有する陰イオン及び中性分子との相互作用が強化され、環状包接化合物としての包接機能がより一層向上する。
【００１６】
また、本発明では、環構造を構成する脂肪族炭素数又は反復構成単位数を変えることによって、環サイズの調整・制御並びに陽子供与性基の幾何配置の制御又は固定化を行うことができ、選択的な陰イオン包接機能及び従来の環状ラクタムとは異なる包接機能を有する環状包接化合物を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施をする形態について説明する。
（１）環状化合物
２以上の２，６−ジチオカルバモイルピリジンの反復構成単位からなる環状化合物である。２，６−ジチオカルバモイルピリジンの構成単位からなる以外は、既知の大環状ラクタムと同様の構造を有することができる。一般式として、前述の［化３］で表わすことができる。
【００１８】
［化３］中、Ｒは２，６−ジチオカルバモイルピリジン構成単位のつなぎ部分を示し、ｎは１〜４から選ばれる整数であって２，６−ジチオカルバモイルピリジン構成単位の繰り返しの数を示す。環状化合物は、ｎ＝１の場合、１個の２，６−ジチオカルバモイルピリジン構成単位が、つなぎ部分Ｒによって閉環する。また環状化合物は、ｎ＝２の場合、２個の２，６−ジチオカルバモイルピリジン構成単位が繰り返されて、合計で２つの２，６−ジチオカルバモイルピリジン構成単位がつなぎ部分で結合された構造を有することになる。
【００１９】
好ましくは、［化３］中、ｎ＝２又は３である。この範囲では、環構造の大きさ等により、環状化合物の包接等の機能を多様化することができる。
【００２０】
好ましくは、［化３］中、Ｒで示される２，６−ジチオカルバモイルピリジンの構成単位のつなぎ部分は、炭素数１〜６のアルキレン基か、又は２置換か、又は３置換の芳香族基である。
【００２１】
アルキレン基は、例えば、メチレン基、ジメチレン（エチレン）基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基等の直鎖のポリメチレン基、プロピレン基等の側鎖を有する基、ブチレン基、アミレン基、ヘキシレン基等の異性体を有する基、等からなる群より選ばれる。
【００２２】
好ましくは、アルキレン基は、ジメチレン基、トリメチレン基等である。Ｒがジメチレン基から構成されるｎ＝２の環状化合物は、環サイズがフッ化物イオン（Ｆ−）に適合し、高い包接機能を発現する。なお、環サイズを変えることにより、包接可能な陰イオンは変更できる。
【００２３】
２置換芳香族基は、例えば、フェニレン基の両端（ｐ−位等）にメチレン基が結合した基（例えば、１，４−キシレン−α，α´−ジイル基等）、又はフェニレン基、ナフタレン基、チエニレン基が、チオアミド基に直接結合した基等からなる群より選ばれる。
【００２４】
３置換芳香族基は、例えば、２置換芳香族基が、更に１つのメチル基等の置換基によって置換されている基等からなる群より選ばれる。
【００２５】
既知の大環状ラクタムは、中性のレセプタとして、陰イオン（アニオン）を包接する環状包接化合物であることが知られている。本発明では、環状化合物は、環状包接化合物として、大環状ラクタムよりも包接能が著しく向上する。本明細書では、既知の「大環状ラクタム」と区別するため、本発明の環状化合物を「大環状チオラクタム」（「大環状チオアミド」と称されることがある。）と称する。
【００２６】
大環状チオラクタムは、大環状ラクタムよりも、包接される陰イオンや分子等の物質と水素結合する能力の向上が期待できる。
【００２７】
大環状チオラクタムは、新規の環状化合物として合成され、物質に対する包接能と選択性とを、その分子構造を調節することによって、任意に設計することができる。また、その包接能及び選択性は、１Ｈ−ＮＭＲ滴定等によって明らかにすることができる。
【００２８】
（２）ホスト分子
大環状チオラクタムはホスト分子として用いることができる。かかるホスト分子は、種々の物質（以下、主として、「ゲスト物質」を意味する。）を包接させて、包接体を形成することができる。
【００２９】
かかるホスト分子は、環状構造中にゲスト物質を水素結合によって包接して、ホスト分子とゲスト物質との種々の割合、例えば、１：１や２：１の割合で包接体を形成することができる。包接体には、包接錯体が含まれる。ゲスト物質の包接は選択的であることができる。
【００３０】
（３）ゲスト物質
ゲスト物質はホスト分子に包接される物質である。ゲスト物質としては、特に制限されることはないが、種々の陰イオンや、陽子受容性を有する種々の分子等の物質を挙げることができる。
【００３１】
好ましくは、ゲスト物質は、酢酸イオン（ＡｃＯ−）等のカルボン酸イオン、フッ化物イオン（Ｆ−）や塩化物イオン（Ｃｌ−）等のハロゲンイオン、リン酸イオン（Ｈ２ＰＯ４−、ＨＰＯ４２−、及びＰＯ４３−）、硝酸イオン（ＮＯ３−）、及び硫酸イオン（ＳＯ４２−）からなる群より選ばれる少なくとも１種の陰イオン、又は陽子受容性を有するエステル、ケトン、エーテル等からなる群より選ばれる少なくとも１種の分子の少なくとも１種の物質である。これらの陰イオンや分子は、ホスト分子の高い陽子供与性と適切な環サイズにより選択的に包接可能である。
【００３２】
特に、カルボン酸イオンやリン酸イオンは、生体基質の固定部位になっているため、かかるゲスト物質等の物質のレセプタとして機能するホスト分子を作ることは有用である。
【００３３】
（３）包接体
大環状チオラクタムは、ホスト分子として働き、ゲスト物質等の物質を包接して包接体を形成することができる。ゲスト物質が陰イオン等の陽子受容性を有する物質である場合には、包接体は包接錯体と称される。
【００３４】
ホスト分子の包接能は、種々に設定することができる。例えば、包接能は、所定の陰イオンのゲスト物質の場合、ＡｃＯ−＞Ｆ−＞Ｈ２ＰＯ４−＞Ｃｌ−の順等に設定することができる。かかるホスト分子は、フッ化物イオン等の陽子受容性を有する陰イオン等を優先的に包接することが可能となる。
【００３５】
大環状チオラクタムは、環サイズ、ゲスト物質の受容性の強さを調節することによって、種々の条件下で、種々の包接機能を発揮させることが可能である。例えば、Ｒ＝ジメチレン基、ｎ＝２の大環状チオタラムは、環サイズがフッ化物イオン（Ｆ−）に適合しており、ハロゲンイオンへの包接能はＦ−≫Ｃｌ−＞Ｂｒ−＞Ｉ−の順に調節可能である。
【００３６】
（４）溶液処理剤
大環状チオラクタムは、溶液中の種々の物質、主として、ゲスト物質、特に、陰イオンを、分離するか、選択的に分離するか、又は分離及び抽出させる溶液処理剤として用いることができる。
【００３７】
溶液処理剤は、大環状チオラクタムからなり、大環状チオラクタムを有効成分として、種々の陰イオン等のゲスト物質を包接するか、選択的に包接する。かかる溶液処理剤は、溶液中の物質の選択的な分離抽出用試薬として有用である。
【００３８】
種々の陰イオン等のゲスト物質を含む溶液は、種々の溶液であってよく、例えば、工場等から排出される廃液を用いることができる。
【００３９】
（５）物質センサ
大環状チオラクタムは、溶液中の種々の物質、主として、ゲスト物質、特に、陰イオン、中でも、ハロゲンイオンを検出できる物質センサの素材としても用いることができる。かかる物質センサは、溶液中の物質を検出するためのプローブであることができる。
【００４０】
物質センサは、溶液中の物質を検出するためのものであり、溶液中の種々の物質、特に、陰イオン等を包接するか、選択的に包接する大環状チオラクタムが、標識試薬として働き、１Ｈ−ＮＭＲ測定等によって溶液中の物質の種類及び濃度を識別することができる。
【００４１】
（６）大環状チオラクタムの製造
大環状チオラクタムは、特に制限されることなく、種々の出発物質から、既知の反応を用いて製造することができる。
【００４２】
大環状ラクタムのカルボニル基をチオカルボニル化することによって製造することができる。大環状ラクタムとしては、前述の一般式［化４］で表わされる環状化合物を用いることができる。かかる環状化合物は、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする。［化４］中、Ｒ及びｎは、製造される大環状チオラクタムに対応するものとすることができる。
【００４３】
好ましくは、チオカルボニル化は、２，６−ジカルバモイルピリジン中のカルボニル基を、２，４−ビス（４−メトキシフェニル）−１，３−ジチア−２，４−ジホスフェタン−２，４−ジスルフィドによって、チオカルボニル基に変換することで行う。かかるチオカルボニル化用の化合物は、Ｌａｗｅｓｓｏｎ試薬として知られている。
【００４４】
チオカルボニル化反応の条件は、特に制限されることなく、種々に設定することができる。大環状ラクタムのカルボニル基を効率よく全てチオカルボニル化するためには、Ｌａｗｅｓｓｏｎ試薬を大環状ラムタムに対して当量以上にして反応させることが望ましい。
【００４５】
【実施例】
以下、本発明を、実施例に基づいて、さらに具体的かつ詳細に説明する。
（実施例１）
２つの２，６−ジチオカルバモイルピリジンの反復構成単位からなる大環状チオラクタムを製造する。
【００４６】
２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とし、２つの反復構成単位から成る次の化学式
【化５】
2004262833.tif 000004
で表される大環状ラクタムの２ｍｍｏｌと、２，４−ビス（４−メトキシフェニル）−１，３−ジチア−２，４−ジホスフェタン−２，４−ジスルフィド（Ｌａｗｅｓｓｏｎ試薬）の１０ｍｍｏｌとをテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１５０ｍＬ中で懸濁させる。この懸濁液を７０℃の油浴中で２４時間環流させる。この反応により、大環状ラクタムの有する４つのカルボニル基のチオカルボニル化反応が達成される。黄色に着色したＴＨＦ溶液を蒸発させ、黄色い粗精製物を得る。
【００４７】
温メタノールで充分洗浄した後、その固体をＴＨＦに溶解する。セラノイトにより濾過を行ない、濾液をカラムクロマトグラフィー（シリカ、溶出液：ＴＨＦ／クロロホルムの１：４の混合溶液）によって精製し、２，６−ジカルバモイルピリジンを構成単位とする、２つの反復構成単位から成る次の化学式
【化６】
2004262833.tif 000005
（化合物１）
で表される大環状チオラクタム（化合物１）を黄色粉状生成物として得る。この化合物１の元素分析値は、炭素４８．８１％、水素４．５０％、窒素１７．５１％、硫黄２８．１４％、及び酸素１．４７％であり、［化６］で表される大環状チオラクタムの２分子に対してメタノール１分子が付加した付加体として計算した値（炭素４８．０３％、水素４．３６％、窒素１８．１６％、硫黄２７．７２％、及び酸素１．７３％）とほぼ一致する。
本実施例における、化合物１の収率は５６％である。
【００４８】
上記の大環状チオラクタム（化合物１）は、ＴＨＦ、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等のような極性有機溶媒に可溶である。そのため、質量分析（ＦＡＢ−ＭＳ）を行う場合、ｍ／ｚ＝４４７に［Ｍ−Ｈ］＋のピークが観測され、環内の全てのアミド基が全てチアオミド基に変換されていることが分かる。また、上記化合物１の１Ｈ−ＮＭＲスペクトル及び１３Ｃ−ＮＭＲスペクトルは以下のシグナルを示す。
１Ｈ−ＮＭＲ（４００ＭＨｚ、［Ｄ６］ＤＭＳＯ，ｐｐｍ）、δ＝１１．２９（ｓ、４Ｈ）、８．６４（ｄ、４Ｈ）、８．１５（ｔ、２Ｈ）、４．２１（ｓ、８Ｈ）
１３Ｃ−ＮＭＲ（１００ＭＨｚ、［Ｄ６］ＤＭＳＯ，ｐｐｍ）δ＝１９０．８９、１５０．１６、１３８．５９、１２６．７、４４．３５
【００４９】
さらに、大環状チオラクタム（化合物１）をＤＭＳＯ溶液から再結晶することで、単結晶が生成する。この単結晶のＸ線結晶構造解析から、２，６−ジチオカルバモイルピリジンを構成単位とする環状化合物である大環状チオラクタムの分子構造と一致することが確認される。
【００５０】
（実施例２）
実施例１で得られる大環状チオラクタム（化合物１）を包接錯体のホスト分子として使用する。
化合物１の重水素化ＤＭＳＯ溶液（濃度５．７ｍＭ）に、各種テトラブチルアンモニウム塩（濃度１２ｍＭ）を加え、それぞれ１Ｈ−ＮＭＲ測定を２５℃で行う。各溶液のチオアミド基のＮ−Ｈプロトンに帰属されるシグナルの化学シフト（δ（Ｎ−Ｈ））と添加前の化学シフトとの差（Δδｍａｘ）を表１に示す。
【００５１】
【表１】
2004262833.tif 000006
【００５２】
各種テトラブチルアンモニウム塩を添加することにより、大環状チオラクタム（化合物１）のＮ−Ｈ基のプロトンに帰属されるシグナルの化学シフトδ（Ｎ−Ｈ）が低磁場にシフトしていることが確認される。この現象は、化合物１が陽子受溶体である陰イオンに対して包接可能なホスト分子として使用可能なことを示している。
【００５３】
さらに、添加するテトラブチルアンモニム塩の陰イオンの種類によって、δ（Ｎ−Ｈ）の変化の大きさ（Δδｍａｘ）が異なることが確認される。この現象は、大環状チオラクタム（化合物１）が、その環サイズ及び陰イオンのサイズ及び陽子受容性の強さの違いにより、陰イオンを識別する陰イオン認識ホスト分子として使用可能なことを示している。
【００５４】
（実施例３）
実施例１で得られる大環状チオラクタム（化合物１）を陰イオンセンサーとして使用する。
化合物１の重水素化ＤＭＳＯ溶液（濃度５．７ｍＭ）に、各種テトラブチルアンモニウム塩を精秤して加え、それぞれ２５℃における１Ｈ−ＮＭＲ測定を行う。各溶液において、化合物１のＮ−Ｈ基のプロトンに帰属されるシグナルの化学シフトδ（Ｎ−Ｈ）を各テトラブチルアンモニウム塩濃度に対してプロットし、化合物１と陰イオンとの間で形成される包接錯体の安定度定数（Ｋ）を求める。各陰イオンとの安定度定数を表２に示す。ただし、フッ化物イオンについては、本測定で室温付近の安定度定数を求めることは困難であり、１００℃における安定度定数を示す。尚、上記化学シフトと塩濃度との関係から、いずれの場合も、包接錯体は化合物１と陰イオンとの間で１：１で形成されることが分かる。
【００５５】
【表２】
2004262833.tif 000007
【００５６】
安定度定数（Ｋ）は陰イオン種によって大きく異なり、この現象は、大環状チオラクタム（化合物１）が、その環サイズ及び陰イオンのサイズ及び陽子受容性の強さの違いにより、陰イオンを識別する陰イオン認識ホスト分子として使用可能なことを示している。
【００５７】
さらに、大環状チオラクタム（化合物１）の安定度定数（Ｋ）は、化合物１に対応する大環状ラクタムの安定度定数よりも２〜１５倍大きいことが分かる。これは、大環状ラクタムのカルボニル部位をチオカルボニル基に変換することによって、環構造の内側の陽子供与性が高められ、陽子受容性を有する陰イオンとの相互作用が強くなることを示している。この現象は、大環状ラクタムのカルボニル基をチオカルボニル化した大環状チオラクタムを生成することによって、ホスト分子の包接機能を向上させることが可能であることを示している。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、環状化合物のチオカルボニル基によって、環構造の内側においてチオアミド基の高い陽子供与性が発揮され、陽子受容性を有する陰イオン及び中性分子との相互作用が強化され、環状包接化合物としての包接機能がより一層向上する。