(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主鎖の一部分又は主鎖の全てのアミノ基が脱アセチル化した脱アセチル化キチンの前記主鎖の一部の糖残基Ｄ−グルコサミンの２位のアミノ基に第４級アンモニウム基を構成単位に有する置換基を位置選択的に導入した、次の式（１）又は式（２）で示される脱アセチル化キチン誘導体。
【化１】
0004418552.tif 000007
【化２】
0004418552.tif 000008
但し、式（１）及び式（２）中 、ｎは重合度を示す。
【請求項２】
主鎖の一部分又は主鎖の全てのアミノ基が脱アセチル化した脱アセチル化キチンと、次の式（３）又は式（４）で示されるアルデヒド基と第４級アンモニウム基の両方を１つずつその構成単位に有する化学修飾剤或いは次の式（５）で示される修飾剤とを混合する工程と、前記混合溶液に還元剤を添加して前記脱アセチル化キチンのＤ−グルコサミンの２位のアミノ基に還元的アルキル化反応により第４級アンモニウム基を構成単位に有する置換基を位置選択的に導入する工程とを含む脱アセチル化キチン誘導体の合成方法。
【化３】
0004418552.tif 000009
【化４】
0004418552.tif 000010
【化５】
0004418552.tif 000011
但し、式（３）〜式（５）中 、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5の置換基は、メチル基、エチル基、芳香族の電子供与性基の置換基を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱アセルチル化キチンのアミノ基に位置選択的に第４級アンモニウム塩を有する置換基を導入した脱アセチル化キチン誘導体及びその合成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
キチン並びにアセチル化キチン（キトサン）は、生理・生物的活性を有するとともに吸保湿性に優れた天然の多糖類である。しかしその反面、溶解性に乏しくその工業的利用の妨げとなっている。また脱アセチル化キチンは、それぞれ反応性に富む３種類の官能基である置換基、即ち２位のアミノ基、６位の第１級水酸基、及び３位の第２級水酸基を有し、化学修飾により数多くの誘導体が合成されている。
【０００３】
しかし、これらの置換基は反応性が類似しているため位置選択性に乏しく、そのため多くは、反応系を複雑化して官能基を保護するか、或いは、置換基の導入される位置を制限しないために、副反応の生成を招き、分子精密設計の妨げとなっている。
他方、脱アセチル化キチンは、アミノ基を持つことからカチオン性の高分子であり、更にこのアミノ基をトリアルキル化した第４級アンモニウム化物は、水溶性、抗菌活性、繊維などとの親和性などを示して、その応用が期待される（Ｋｉｍ，Ｃｈｕｎ，Ｈｏ等，Ｐｏｌｍ，Ｂｕｌｌ（Ｂｅｒｌｉｎ），３８（４），３８７（１９９７））。
【０００４】
一方で、従来の化学修飾方法では、置換基の導入、位置選択性、合成化合物の解析等で、天然高分子である脱アセチル化キチンの異なる３種類の官能基の存在が、トリメチル化の際に、水酸基のメチル化を伴い、分子設計に沿った化合物の構築を困難なものとしてきた。そこで、あらかじめ導入する置換基に第４級アンモニウム基と、ハロゲンや、エポキシの反応基の両方を持つ化合物によって、主鎖の官能基の修飾も行われている（戸倉清一ら，キチン・キトサン研究，３（２）、１５２（１９９７））、（特公平１−３１７６１）、（Ｙｏｕｎｇ  Ｈｏ  Ｋｉｍ等，Ｔｅｘｔｉｌｅ  Ｒｅｓ．Ｊ．，６８（６），４２８（１９９８））。これにより、１段階で第４級アンモニウム化脱アセチル化キチンが得られ水溶性を示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法においても、導入基の反応性が高いために、置換基の位置選択性を得るに至ってはいない。
本発明の目的は、アミノ基に位置選択的に置換基を導入した水溶性の脱アセチル化キチン誘導体及びその合成方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、主鎖の一部分又は主鎖の全てのアミノ基が脱アセチル化した脱アセチル化キチンの前記主鎖の一部の糖残基Ｄ−グルコサミンの２位のアミノ基に第４級アンモニウム基を構成単位に有する置換基を位置選択的に導入したことを特徴とする、次の式（１）又は式（２）で示される脱アセチル化キチン誘導体である。
【化６】
0004418552.tif 000002
【化７】
0004418552.tif 000003
但し、式（１）及び式（２）中 、ｎは重合度を示す。
請求項１に係る脱アセチル化キチン誘導体は、アミノ基に第４級アンモニウム基を構成単位に有する置換基を位置選択的に導入しているため、カチオン性の置換基に対し低分子の無機、有機のアニオン、又は両性イオンを対イオンにすると水溶性を示し、また水溶性のタンパク質や、カルボキシメチルセルロースのような高分子アニオンを対イオンとして用いると、凝集性を示す。
【０００７】
請求項２に係る発明は、主鎖の一部分又は主鎖の全てのアミノ基が脱アセチル化した脱アセチル化キチンと、次の式（３）又は式（４）で示されるアルデヒド基と第４級アンモニウム基の両方を１つずつその構成単位に有する化学修飾剤或いは次の式（５）で示される修飾剤とを混合する工程と、この混合溶液に還元剤を添加して前記脱アセチル化キチンのＤ−グルコサミンの２位のアミノ基に還元的アルキル化反応により第４級アンモニウム基を構成単位に有する置換基を位置選択的に導入する工程とを含む脱アセチル化キチン誘導体の合成方法である。
【化８】
0004418552.tif 000004
【化９】
0004418552.tif 000005
【化１０】
0004418552.tif 000006
但し、式（３）〜式（５）中 、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5の置換基は、メチル基、エチル基、芳香族の電子供与性基の置換基を示す。
請求項２に係る発明では、工業的に有用な脱アセチル化キチンの第４級アンモニウム化誘導体の合成に際し、別に合成したアルデヒド基と第４級アンモニウム基の両方を持つ修飾剤を用い、脱アセチル化キチンの水酸基を保護することなく、位置選択的にＤ−グルコサミンの２位のアミノ基に第４級アンモニウム基を有する置換基を導入する。これにより、分子設計における多様な置換基導入を達成することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の脱アセチル化キチン誘導体の合成方法は、先ず図１（ａ）に示される脱アセチル化キチンを酸水溶液に溶解するかその他の溶媒に溶解する。この脱アセチル化キチンは、特に限定されないが、Ｒ（アルキル）のアセチル化度が０〜７０％である。この重合度（ｎ）は、８〜２０程度のオリゴマーからｎ＝１０4以上のポリマーが用いられる。また図１（ａ）に示した脱アセチル化キチンの水酸基や、そのアミノ基の一部にそれぞれ予め異なる化学修飾を施した脱アセチル化キチン誘導体に対しても図１（ａ）に示した脱アセチル化キチンと同様に用いられる。
【０００９】
修飾剤は、図１（ｂ）に示される一般的な化学構造式を持ち、アルデヒド基と第４級アンモニウム基の両方を少なくとも１つずつ持つ。具体的には、修飾剤はアルデヒド基と第４級アンモニウム基の両方を有し、このときのアルデヒド基又は第４級アンモニウム塩の数はそれぞれ１又は２以上である。Ｒ1は特に限定しないが、複数の原子団を構成単位に取る場合を含む。例えば上記式（３）及び式（４）、或いは図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示す化学式が挙げられる。これらの化学式以外に、Ｒ1には、−ＣＨ2，−ＣＨ2ＣＨ2−，−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−，−ＣＨ2ＣＨ（ＣＨ3）ＣＨ2−などの一般式ＣmＨ2mで示される飽和脂肪族、或いは不飽和脂肪族、−（ＣＨ２ＣＨ２Ｏ）−，−（ＣＨ２ＣＨ（ＣＨ３）Ｏ）−などのグリコール類、フェニル基、ベンジル基などの芳香族やヘテロ芳香族、或いはそれらの組み合わせなどが用いられる。Ｒ2，Ｒ3，Ｒ4，Ｒ5には、メチル基、エチル基、芳香族などの電子供与性基の任意の置換基が用いられる。それら以外の修飾剤として、グルコサミン、ガラクトサミン、マンノサミンなどのアミノ基を持った還元糖をＮ，Ｎ，Ｎ−トリアルキル化した上記式（５）又は図１（ｅ）に示すような第４級アンモニウム化還元糖を用いることができる。
【００１０】
図１（ａ）に示した脱アセチル化キチンをこの脱アセチル化キチンの単糖残基当たり１〜５倍モル量の有機酸を含む溶液に溶解する。溶媒としては、特に制限はないが、水又は水に可溶な有機溶媒などを用いる。この脱アセチル化キチンの濃度は、脱アセチル化キチンの分子量によって異なるが、平均重合度が１０3〜１０4程度のものは、０．１〜５％程度で低い粘度を選択して用いる。平均分子量がそれよりも低い脱アセチル化キチンは、更に高い濃度で用いることができる。
脱アセチル化キチンが完全に溶解した溶液は、修飾剤を添加して反応中間体を形成させる。修飾剤の添加量は、用いた脱アセチル化キチンのアミノ残基のモル数に対し０．１〜２０倍モル量を添加し、０．５〜２時間程度撹拌する。修飾剤が溶液に対して溶解しにくい場合は、脱アセチル化キチン溶液に混和可能な１〜５０％量のアルコールなどに予め溶解して用いる。良く混合された修飾剤と脱アセチル化キチン溶液は、希薄アルカリ水溶液によってｐＨ４．５〜５．０に調整した後、還元剤によって還元アルキル化反応を室温で行う。
用いる還元剤としては特に限定しないが、水素化ホウ素ナトリウム、水素化シアノホウ素ナトリウムなどを用い、修飾剤の種類により選択して用いる。添加量は、修飾剤の１〜５倍モル量を用い、０．５〜１時間程かけて徐々に添加する。更に室温で１〜７２時間反応を行った後、アルカリ水溶液で、ｐＨ１０に調整する。反応液は、透析、限外ろ過、又は溶媒沈殿などを行い塩やアルカリ成分を除去する。溶媒成分は減圧乾燥、凍結乾燥などにより除去し目的物を回収する。回収された誘導体は、対イオンにＯＨ-イオンを持ち、修飾基の導入率が０．１〜１．０を示す。
このようにして得られた位置選択的に第４級アンモニウム塩を有する置換基を導入した脱アセチル化キチン誘導体は、カチオン性の置換基に対し低分子の無機、有機のアニオン、又は両性イオンを対イオンにすると水溶性を示し、また水溶性のタンパク質や、カルボキシメチルセルロースのような高分子アニオンを対イオンとして用いると、凝集性を示す。
【００１１】
【実施例】
次に本発明の具体的な実施例を述べる。
＜実施例１＞
脱アセチル化キチン（フナコシChitosan１０Ｂ、脱アセチル化度９６％、重量平均分子量１．９×１０4）２．０ｇに０．５％酢酸水溶液１００ｍｌを加え室温で０．５〜２時間撹拌して、脱アセチル化キチンを溶解した。修飾剤として、４−［３−（ジメチルアミノ）プロポキシ］−ベンズアルデヒドのＮをヨウ化メチルでメチル化した４−［３−（トリメチルアンモニウム）プロポキシ］−ベンズアルデヒドヨウ化物塩を用いた。即ち、４−［３-（ジメチルアミノ）プロポキシ］−ベンズアルデヒドに、２倍のモル量のヨウ化メチルを添加し２時間撹拌した後、減圧下、未反応のヨウ化メチルを除去した。次にクロロホルム１０ｍｌを加え生成物を洗浄し、これを数回繰り返した後、減圧乾燥した後、４−［３−（トリメチルアンモニウム）プロポキシ］−ベンズアルデヒドヨウ化物塩を収率７０％で得た。修飾剤は、脱アセチル化キチンのアミノ基のモル数に対して０．５倍モル量をメタノール１００ｍｌに溶解し脱アセチル化キチン水溶液に加え０．５時間よく混和させた。脱アセチル化キチンと修飾剤の混合液は０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ５．３に調整し、次いで０．０５ｇ／ｍｌの水素化ホウ素ナトリウム水溶液４０ｍｌを徐々に添加し、還元アルキル化反応を行った。更に２時間撹拌した後、水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ１０に調整し、蒸留水で透析を透析外液がｐＨ７になるまで行った。低分子成分が除去された生成物は、凍結乾燥により白色で綿状の生成物を収率９５％以上で得られた。得られた誘導体は、1Ｈ ＮＭＲの解析から上記式（１）又は図２に示す脱アセチル化キチン誘導体であった。この誘導体の置換度は０．２であった。この誘導体は水に対して溶解性を示した。
【００１２】
この脱アセチル化キチン誘導体の1Ｈ ＮＭＲの解析結果を次に示す。
1Ｈ ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，Ｄ2Ｏ）
δ＝２．０６（０．１２Ｈ，ｓ，Ｎ−Ａｃ），
２．３（０．４Ｈ，ｍ，Ｃ−ＣＨ2−Ｃ），
３．２〜３．３（２．２Ｈ，ｍ，Ｃ２ proton and Ｎ+Ｍｅ3），
３．５７（０．４Ｈ，ｍ，Ｎ+−ＣＨ2−Ｃ），
３．７〜４．１（５Ｈ，ｍ，Ｃ３〜Ｃ６ protons），
４．２１（０．４Ｈ，ｓ，Ｎ−ＣＨ2−Ｂｚ），
４．３〜４．５（０．３Ｈ，ｍ，Ｏ−ＣＨ2−Ｃ），
４．６〜５．０（１Ｈ，ｍ，Ｃ１ proton)，及び
７．０７〜７．１０（０．８Ｈ，ｄ，Ｃ6Ｈ4−）
＜実施例２＞
脱アセチル化キチン（フナコシChitosan１０Ｂ、脱アセチル化度９６％）２．０ｇに０．５％酢酸水溶液１００ｍｌを加え室温で０．５〜２時間撹拌して、脱アセチル化キチンを溶解した。
修飾剤として、４ピリジアルデヒドのＮをヨウ化メチルでメチル化した４−（Ｎ−メチル）ピリジニウムアルデヒド  ヨウ化物塩を用いた。即ち、４ピリジアルデヒドに、２倍モル量のヨウ化メチルを添加し２時間撹拌した後、減圧下、未反応のヨウ化メチルを除去した。次にクロロホルム１０ｍｌを加え生成物を洗浄し、これを数回繰り返した後、減圧乾燥した後、４−（Ｎ−メチル）ピリジニウムアルデヒドヨウ化物塩を収率６０％で得た。
【００１３】
修飾剤は、脱アセチル化キチンのアミノ基のモル数に対して３．０倍モル量をメタノール１００ｍｌに溶解し脱アセチル化キチン水溶液に加え０．５時間室温でよく混和させた。脱アセチル化キチンと修飾剤の混合溶液は０．２Ｍ水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ５．３に調整し、次いで０．０６ｇ／ｍｌ水素化シアノホウ素ナトリウム水溶液４０ｍｌを徐々に添加し、還元アルキル化反応を行った。更に２４時間撹拌した後、水酸化ナトリウム水溶液で、ｐＨ１０に調整し、蒸留水で透析を透析外液がｐＨ７になるまで行った。低分子成分が除去された生成物は、凍結乾燥により白色で綿状の生成物を収率９５％以上で得られた。得られた誘導体は、1Ｈ ＮＭＲの解析から上記式（２）又は図３に示す脱アセチル化キチン誘導体であった。この誘導体の置換度は０．２であった。この誘導体は水に対して溶解性を示した。
【００１４】
この脱アセチル化キチン誘導体の1Ｈ ＮＭＲの解析結果を次に示す。
1Ｈ ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ，Ｄ2Ｏ added ＤＣｌ）
δ＝２．０６（０．１２Ｈ，ｓ，Ｎ−Ａｃ），
３．１９（０．６Ｈ，ｓ，Ｎ+Ｍｅ），
３．４〜４．２（６Ｈ，ｍ，Ｃ２〜Ｃ６ protons)，
４．４３（０．４Ｈ，ｓ，Ｎ−ＣＨ2−Ｃ），
４．６〜５．２（１Ｈ，ｍ，Ｃ１ proton），及び
８．２〜８．９（０．８Ｈ，ｄ×２，Ｃ5ＨＮ4）
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の合成方法で得られた位置選択的に第４級アンモニウム塩を有する置換基を導入した脱アセチル化キチン誘導体は、カチオン性の置換基に対し低分子の無機、有機のアニオン、又は両性イオンを対イオンにすると水溶性を示し、また水溶性のタンパク質や、カルボキシメチルセルロースのような高分子アニオンを対イオンとして用いると、凝集性を示す優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）  脱アセチル化キチンの化学構造式を示す図。
（ｂ）〜（ｅ）  本発明の修飾剤の化学構造式を示す図。
【図２】  実施例１の脱アセチル化キチン誘導体の化学構造式を示す図。
【図３】  実施例２の脱アセチル化キチン誘導体の化学構造式を示す図。
【図１】
0004418552.tif 000012
【図２】
0004418552.tif 000013
【図３】
0004418552.tif 000014