(57)【要約】  【課題】  ゲルの生成を伴わずに収率よく反応を進行させることが可能な（ポリ）グリセロール変性多糖類の製造法の提供。  【解決手段】  非プロトン性極性溶媒と第４級アンモニウムハライドを含有する溶媒中で、酸性触媒又は塩基性触媒の存在下、原料多糖とグリセロール化剤とを反応させる、（ポリ）グリセロール変性多糖類の製造法。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
非プロトン性極性溶媒と第４級アンモニウムハライドを含有する溶媒中で、酸性触媒又は塩基性触媒の存在下、原料多糖とグリセロール化剤とを反応させる、（ポリ）グリセロール変性多糖類の製造法。
【請求項２】
非プロトン性極性溶媒が、スルホキシド類及びアミド類から選ばれる少なくとも１種である、請求項１記載の製造法。
【請求項３】
第４級アンモニウムハライドが、炭素数１〜２２のアルキル基を有する第４級アンモニウムフロリドである、請求項１又は２記載の製造法。
【請求項４】
塩基性触媒が、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ金属アルコラートから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜３いずれかに記載の製造法。
【請求項５】
グリセロール化剤が、グリシドールである、請求項１〜４いずれかに記載の製造法。
【請求項６】
原料多糖が、セルロース、デンプン、グアーガム及びそれらの誘導体から選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜５いずれかに記載の製造法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、（ポリ）グリセロール変性多糖類の製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
セルロース、デンプン、キサンタンガムなどに代表される天然多糖類およびそれらの誘導体は、様々な用途で利用されている。例えば、セルロースは繊維、紙パルプとして広く大量に用いられている。また、セルロースはそのままでは水に不溶であるが、ヒドロキシエチル化、カルボキシメチル化、メチルエーテル化などの反応を単独もしくは組み合わせて行うことで、様々な水溶性誘導体が得られ、それらは水系組成物の分散安定化剤、増粘剤、レオロジー調整剤、保水剤などの用途で使われている。水溶性セルロース誘導体の中でも、ノニオン性のヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）はｐＨによる粘度の変化が小さいことがその特徴の一つであり、セルロース分子量とエチレンオキシド付加量の異なる品種が工業的に製造、市販されている。このＨＥＣの製造は、一般的には、アルコール、ケトン等の有機溶媒、水、アルカリの混合液中でセルロース原料をスラリー状に分散させた状態でエチレンオキシドと反応させる、いわゆるスラリー法で行われている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
一方、ヒドロキシエチル基よりもユニットあたりの親水性が高い置換基として、（ポリ）グリセロール基が挙げられる。ここで「（ポリ）グリセロール基」とは、グリセロール基又はグリセロール基が複数個結合したポリグリセロール基を意味する。
【０００４】
特許文献３では、ポリグリセロール基を導入したポリジメチルシロキサン誘導体並びにその製造方法が開示されており、従来のヒドロキシポリオキシエチレン変性体（いわゆるポリエーテル変性）に比べ、わずかな導入量で高い親水性を付与できると記載されている。このような高い親水性を有する（ポリ）グリセロール基を導入した多糖類、特にセルロースが、ヒドロキシエチル化誘導体とは異なる新たな特徴を有することは十分期待されるところではあるが、前記のＨＥＣで用いられるスラリー法でこれを合成しようとしても、原料多糖とグリセロール化剤との反応率が低いため、高収率で水溶性を示すような高付加体を得ることは困難であった。
【０００５】
それに対し、ジメチルアセトアミドと塩化リチウムからなる溶媒での均一系反応による合成が報告されている（非特許文献１）。しかし、セルロースの溶解に前処理が必要なこと、グリセロール基の導入量の制御に限界があること、反応効率が低く、反応中にゲルの生成がみられることなど、工業的製法としては課題があった。
【特許文献１】特公昭３７−２１９９号公報
【特許文献２】特公昭３７−２２００号公報
【特許文献３】特開２００４−３３９２４４号公報
【非特許文献１】Sato, Takaya; Tujii, Yoshinobu; Minoda, Masahiko; Kita, Yasuo; Miyamoto, Takeaki; Makromol. Chem., 93(3), 647 (1992)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、ゲルの生成を伴わずに収率よく反応を進行させることが可能なグリセロール又はポリグリセロール変性（以下（ポリ）グリセロール変性と略記する）多糖類の製造法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、非プロトン性極性溶媒と第４級アンモニウムハライドを含有する溶媒中で、酸性触媒又は塩基性触媒の存在下、原料多糖とグリセロール化剤とを反応させる、（ポリ）グリセロール変性多糖類の製造法を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の製造法により、（ポリ）グリセロール変性多糖類を、ゲルの生成を伴わずに収率よく得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
［反応溶媒］
本発明に用いられる反応溶媒は、非プロトン性極性溶媒と第４級アンモニウムハライドを含有する。
【００１０】
非プロトン性極性溶媒としては、有機合成で一般に用いられる高極性の非プロトン性溶媒を使用でき、ケトン類、スルホキシド類、アミド類が好ましく、スルホキシド類、アミド類がより好ましい。具体的には、反応を阻害せずに原料多糖及び（ポリ）グリセロール変性多糖類を溶解させる能力が高い観点から、ジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ホルムアミドがより好ましく、ジメチルスルホキシドが特に好ましい。
【００１１】
第４級アンモニウムハライドとしては、テトラアルキルアンモニウムハライドが好ましい。テトラアルキルアンモニウムハライドのアルキル基の炭素数は１〜２２が好ましく、２〜１２がさらに好ましく、３〜８が特に好ましい。４つのアルキル基は同一でも異なっていてもよく、さらには直鎖状でも分岐鎖状でもよい。この中でも、ｎ−ブチル基が最も好ましい。第４級アンモニウムハライドを構成するハロゲン元素としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられるが、中でもフッ素、塩素が好ましく、フッ素が特に好ましい。具体的に好ましい第４級アンモニウムハライドは、炭素数１〜２２のアルキル基を有する第４級アンモニウムフロリドであり、テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウムフロリドが最も好ましい。
【００１２】
第４級アンモニウムハライドは、無水物、水和物、高濃度水溶液（もしくは低含水物）のいずれの状態であってもよいが、水分含有量が低いことが望ましく、水溶液の場合は７０重量％以上の高濃度水溶液が好ましい。
【００１３】
本発明の反応溶媒は、必要に応じ、反応を阻害しない範囲において、他の有機溶媒や水を含んでいてもよい。他の溶媒としては、非プロトン性極性溶媒及び第４級アンモニウムハライドと均一に溶解する溶媒であればよい。非極性溶媒であってもよく、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の鎖状炭化水素、及びベンゼン、トルエン、シクロヘキサン等の環状炭化水素が例示される。
【００１４】
［原料多糖］
本発明に用いられる原料多糖としては、前記反応溶媒に溶解するもの、もしくは反応を阻害しない範囲において部分的に溶解あるいは膨潤するものであれば、多糖類又はその誘導体のいずれも用いることができる。
【００１５】
具体的には、多糖類としては、セルロース、デンプン、フェヌグリークガム、グアーガム、タラガム、ローカストビーンガム、カッシアガム、メスキートガム、キサンタンガム、カラギーナン、カードラン、シゾフィラン、キチン、キトサン、プルラン、アガロース、イヌリンなどが挙げられ、また、それらの誘導体としては、ヒドロキシエチル変性誘導体、ヒドロキシプロピル変性誘導体、カルボキシメチル変性誘導体、部分メチルエーテル変性誘導体、部分エチルエーテル変性誘導体、部分スルホン酸変性誘導体、部分リン酸変性誘導体、部分アミノアルキル変性誘導体、部分トリアルキルアンモニオアルキル変性誘導体などが挙げられる。
【００１６】
これらの原料多糖の中では、セルロース、デンプン、フェヌグリークガム、グアーガム、タラガム、ローカストビーンガム、キサンタンガム、カラギーナン、カードラン、シゾフィラン、キチン、キトサン、プルラン、アガロース、イヌリン、及びそれらのヒドロキシエチル変性誘導体、ヒドロキシプロピル変性誘導体、カルボキシメチル変性誘導体、部分メチルエーテル変性誘導体、部分エチルエーテル変性誘導体が好ましく、セルロース、デンプン、グアーガム、タラガム、ローカストビーンガム及びそれらの誘導体がさらに好ましく、セルロース、デンプン、グアーガム及びそれらの誘導体が特に好ましく、セルロース及びその誘導体が最も好ましい。また、２種類以上の前記原料多糖からなる混合物を用いることもできる。
【００１７】
［グリセロール化剤］
本発明に用いられるグリセロール化剤としては、グリシドール（別名：２，３−エポキシ−１−プロパノール）、３−クロロ−１，２−プロパンジオール、３−ブロモ−１，２−プロパンジオールなどを挙げることができ、グリシドールが好ましい。
【００１８】
また、あらかじめポリグリセロール基を含有し、末端に多糖と結合しうる部位を有する化合物をグリセロール化剤として用いてもよい。
【００１９】
使用するグリシドールの量は、導入する（ポリ）グリセロール基の付加量と反応率から適宜選択すればよい。
【００２０】
［反応触媒］
本発明における原料多糖とグリセロール化剤との反応に用いられる触媒としては、酸性触媒、塩基性触媒のいずれも用いることができる。
【００２１】
酸性触媒としては、ブレンステッド酸、ルイス酸のいずれも用いることができ、ＢＦ3・ＯＥｔ2、ＨＰＦ6・ＯＥｔ2、ＴｉＣｌ4、ＳｎＣｌ4、硫酸、ＰｈＣＯＳｂＦ6、過塩素酸、フルオロ硫酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸などのルイス酸が好ましく用いられる（ここで、Ｅｔはエチル基、Ｐｈはフェニル基を示す）。
【００２２】
また、塩基性触媒としては、ＬｉＯＨ、ＮａＯＨ、ＫＯＨ、ＣｓＯＨ等の金属水酸化物、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｓ等のアルカリ金属単体又はこれらの水銀アマルガム、一般式ＲＯＭ1（Ｒ；アルキル基、好ましくは炭素数１〜４のアルキル基、Ｍ1；アルカリ金属）で表される金属アルコラート、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の金属水素化物、ｎ−ブチルリチウム、ｔ−ブチルリチウム、ペンタジエニルカリウム、ナフタレンカリウム、グリニャール試薬等の有機金属化合物等が挙げられる。これらの中では、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルコラートが好ましく、Ｋ、Ｎａ、Ｃｓの水酸化物、メチルアルコラート、エチルアルコラート、イソプロピルアルコラート、ブチルアルコラートがさらに好ましく、Ｋ及びＮａの水酸化物又はメチルアルコラートが特に好ましく、Ｋ及びＮａの水酸化物が最も好ましい。
【００２３】
［（ポリ）グリセロール変性多糖類の製造法］
本発明の製造法は、まず非プロトン性極性溶媒と第４級アンモニウムハライドを混合した後に原料多糖を加えて得られる反応溶液へ、触媒を添加した後、更にグリセロール化剤を添加して反応させる方法が好ましい。
【００２４】
原料多糖の溶解は、反応溶媒及び原料多糖を反応容器に仕込んだ後、室温、または必要に応じて加熱しながら撹拌することにより行う。原料多糖は反応溶媒中に均一に溶解していることが好ましいが、一部溶解もしくは膨潤した分散液の状態であってもよい。
【００２５】
非プロトン性極性溶媒に対する原料多糖の割合は、その原料多糖の種類や重合度によっても異なるが、０．０１〜６０重量％が好ましく、０．１〜４０重量％がさらに好ましく、０．５〜２０重量％が最も好ましい。
【００２６】
非プロトン性極性溶媒に対する第４級アンモニウムハライドの量は、反応が進行するのに必要な溶解状態を得るのに十分な量があればよい。原料多糖の種類や重合度、さらには非プロトン性極性溶媒に対する原料多糖の濃度によっても異なるが、０．１〜６０重量％が好ましく、１〜４０重量％がさらに好ましく、５〜４０重量％が最も好ましい。
【００２７】
これらの操作は、窒素などの不活性ガス雰囲気で行うか、もしくは一連の操作の後、反応容器内を窒素などの不活性ガスで置換し、以下に述べるこれ以降の操作を行うのが好ましい。
【００２８】
反応溶液への触媒の添加は、触媒が液体の場合、そのまま添加しても、溶媒で希釈して加えてもよい。触媒が固体の場合、粉末のまま添加しても、水またはアルコールなどの有機溶媒に溶解して加えてもよい。触媒の使用量は、原料多糖の単糖単位に対し０．００１〜２０当量倍が好ましく、０．０１〜１０当量倍がさらに好ましく、０．１〜５当量倍が最も好ましい。
【００２９】
触媒を添加したのち、室温または必要に応じ加温しながら撹拌するのが好ましい。この操作は、窒素などの不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。
【００３０】
グリセロール化剤の添加方法は一括、間欠、連続滴下のいずれでもよいが、原料多糖へのグリセロール化剤の反応率を高めるためには、ゆっくりと連続滴下するのが好ましい。使用するグリセロール化剤の量は、導入する（ポリ）グリセロール基の付加量と反応率から適宜選択すればよい。また、予めグリセロール化剤同士を反応させて得られる（ポリ）グリセロールを添加して、原料多糖と反応させてもよい。
【００３１】
原料多糖とグリセロール化剤との反応温度は、４０〜１００℃が好ましく、５０〜１００℃がさらに好ましく、６０〜９５℃が最も好ましい。原料多糖とグリセロール化剤との反応時間は、０．１〜２０時間が好ましく、０．５〜１５時間がさらに好ましく、１〜１０時間が最も好ましい。また、これらの操作は窒素などの不活性ガス雰囲気で行うのが好ましい。操作手順としては、反応温度まで昇温した後に、グリセロール化剤をゆっくりと滴下しながら加えるのが好ましい。
【００３２】
本発明においては、必要に応じて精製を行ってもよい。精製方法としては、再沈澱精製、遠心分離、透析など一般的な精製方法を用いることができる。
【００３３】
［（ポリ）グリセロール変性多糖類］
本発明の方法により得られる（ポリ）グリセロール変性多糖類は、原料多糖の単糖単位中に存在する水酸基の水素原子の一部もしくは全部が以下の構造式（Ｉ）〜(IV)で表される基から選ばれる少なくとも１種の基で置換された構造を有する。
【００３４】
【化１】
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【００３５】
なお、同一単糖単位中に存在する複数の水酸基の水素原子が置換されている場合、それらの置換基は同一または異なっていてもよい。構造式（Ｉ）の２つの酸素原子には、同一または異なって、構造式（Ｉ）〜(IV)で表される基が結合する。構造式(II)の酸素原子には、構造式（Ｉ）〜(IV)で表される基が結合し、構造式(III)の酸素原子には構造式（Ｉ）〜(IV)で表される基が結合する。
【００３６】
原料多糖とグリセロール化剤の仕込量を適宜変化させることで任意のグリセロール基平均付加モル数の（ポリ）グリセロール変性多糖類を得ることができる。ここで、グリセロール基平均付加モル数とは、原料多糖の単糖単位あたりの構造式（Ｉ）〜(IV)で表される基の個数を意味する。本発明においては、グリセロール基平均付加モル数が、０．１〜１００の範囲のものが好ましく製造される。
【実施例】
【００３７】
実施例１
３口丸底フラスコに、ジメチルスルホキシド（和光純薬工業（株）製、試薬）６６．７ｇ、テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウムフロリド三水和物（和光純薬工業（株）製、試薬（７０〜７５％水溶液））１６．０ｇを投入し、均一に溶解させた。予め乾燥させた粉末セルロース（日本製紙ケミカル（株）製、ＫＣフロック  Ｗ−５０）２．０ｇを加えて室温で１時間撹拌し、ほぼ溶解させた。微粉末化した水酸化カリウム（和光純薬工業（株）製、試薬）０．７ｇを加えてよく分散させた。７０℃に昇温した後、窒素気流下で反応液を撹拌しながら、グリシドール（ダイセル化学（株）製）の５０％（ｖ／ｖ）ジメチルスルホキシド溶液１６．４ｍＬを６時間かけてゆっくりと添加した。滴下終了後、さらに７０℃のままさらに１時間撹拌を続け、反応を完了させた。反応中ゲル状の物質や不溶性物質は観察されず、セルロースを可溶化することができた。
【００３８】
反応溶液をジメチルスルホキシドで希釈してから遠心分離を行い、得られた上澄み液をさらにジメチルスルホキシドで希釈し、エタノール中へ投入することで精製し、析出したポリマーを回収、減圧乾燥することで白色の固形物２．９８ｇを得た。原料多糖及びグリシドールの仕込量の合計に対する白色固形物の収率は４９％であった。
【００３９】
13Ｃ−ＮＭＲ測定（重溶媒；重水素化ジメチルスルホキシド、パルス間隔；３０秒）より、置換可能な水酸基が結合したグルコース単位中の炭素（２，３及び６位）のシグナルが消失または小さくなり、代わりに（ポリ）グリセロール基に置換されたことを示すシグナルが新たに現れた。各シグナル強度から求めた無水グルコース単位あたりのグリセロール基平均付加モル数（ＭＳ）は４．０であった。
【００４０】
下記条件のＧＰＣ測定より、重量平均分子量は９７万（プルラン換算分子量）と求められた。また、得られた反応物は水に可溶で、反応物の水溶液（２重量％）は無色透明で高粘度であった。
【００４１】
・ＧＰＣ測定条件
カラム；ＴＳＫｇｅｌ  α−Ｍ×２本（東ソー（株））
溶離液；０．１５ｍｏｌ／Ｌ  硫酸ナトリウム水溶液（１％酢酸含有）
流速；１．０ｍＬ／分
カラム温度；４０℃
検出器；示差屈折率計
標準サンプル；プルラン
実施例２〜７
表１に示す原料を用い、表１に示す反応条件に従った以外は実施例１と同様の方法により、（ポリ）グリセロール変性多糖を得た。結果は表１記載の通りである。
【００４２】
比較例１
３口丸底フラスコに、ジメチルスルホキシド（和光純薬工業（株）製、試薬）６６．７ｇを投入し、予め乾燥させた粉末セルロース（日本製紙ケミカル（株）製、ＫＣフロック  Ｗ−５０）２．０ｇを加えて室温で撹拌した。１２時間撹拌を継続したが、セルロースは溶解しなかった。
【００４３】
そのままテトラ（ｎ−ブチル）アンモニウムフロリド三水和物を加えない以外は実施例１の方法に従って反応を試みたが、グリシドールの滴下に伴って不溶性のゲルが生成するのみで、（ポリ）グリセロール変性セルロースを得ることはできなかった。
【００４４】
比較例２
３口丸底フラスコに、予め乾燥させた粉末セルロース（日本製紙ケミカル（株）製、ＫＣフロック  Ｗ−５０）１．０ｇとジメチルアセトアミド（和光純薬工業（株）製、試薬）４７．０ｇを入れて、１６５℃で３０分間撹拌した。１００℃まで温度が下がってから塩化リチウム（和光純薬工業（株）製、試薬）４．７ｇを加え、さらに放冷しながら室温で４時間撹拌を続け、セルロースの溶液を得た。その後、反応時間を８時間とした以外は、実施例１と同様の方法に従って合成した。グリシドールを添加するに従い、均一であった反応液中に透明黄褐色のゲル状物質が析出したが、そのまま反応を行った。
【００４５】
得られた反応液は、多量のゲル状粒子の分散液であった。ジメチルアセトアミド可溶分を分離し、多量のアセトンに投入、析出物をアセトン、メタノールで洗浄後、さらにイオン交換水に対し透析精製を行った。遠心分離により得られた上澄み液を凍結乾燥させることで、低収率ながら黄色の固体０．５ｇを得た（収率９％）。
２重量％水溶液中には不溶成分が観察されたことから、ポリグリセロール化されず、可溶化していないセルロースが残存していることが示された。
【００４６】
【表１】
2007238656.tif 000003
【００４７】
*1  セルロース（木質パルプ）；ＫＣフロック  Ｗ−５０（日本製紙ケミカル（株）製）
*2  ＨＥＣ（ヒドロキシエチルセルロース）；ＱＰ−４４００Ｈ（住友精化（株）製）
*3  澱粉（和光純薬工業（株）製、試薬）
*4  ＴＢＡＦ・３Ｈ2Ｏ；テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウムフロリド三水和物（和光純薬工業（株）製、試薬）
*5  ＴＢＡＦ；テトラ（ｎ−ブチル）アンモニウムフロリド（７０〜７５重量％水溶液；東京化成工業（株）製、試薬）
*6  無水単糖単位あたりのモル当量
*7  ＭＳ；無水単糖単位あたりのグリセロール基平均付加モル数
*8  Ｍｗ；重量平均分子量（プルラン換算  単位：万）