(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の一般式（Ｉ）または（II）で表されることを特徴とするアゾ構造を有する糖誘導体。
【化１】
0004150507.tif 000005
【化２】
0004150507.tif 000006
〔式（Ｉ）および（II）において、Ｒ1およびＲ2のいずれか一方はピラノース環を有する単糖類または二糖類の残基を表し、他方は水素原子を表す。〕
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発色剤（色素）として機能する新規構造の糖誘導体に関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
従来より発色剤または染料に使用される色素として多くの合成化合物が案出されているが、それらのほとんどは発色団として基本骨格となる分子の置換基の種類や位置を変えることにより異なる色が発色される様に工夫したものである。そのため、導入しようとする置換基の種類が異なる場合、全く異なる合成ルート、合成条件を取らざるをえなくなることがある。置換基の種類によっては保護基をつけて反応を行う必要があり、保護基の脱着のために合成ステップが増えることもある。したがって、所望の色ごとに、化合物の骨格や導入する置換基を変えて発色化合物を設計する必要があり、そしてそれらを合成するためには莫大な時間と手間を要する。
【０００３】
天然には、花の色素として知られるアントシアニンのように配糖体を構成する糖の種類が変わるだけで異なる色が発現されるものが存在する。本発明者らは、先に、アゾベンゼンを持つ糖誘導体を幾つか提示した（特願平11-319149）。しかしながら、そこに提示されている化合物は、糖分子と色素分子であるアゾベンゼンとの間が長かったため、糖の種類による色の違いは、吸収スペクトルでは観察されるが、視覚的には必ずしも充分ではなかった。また、合成を行う際には、比較的長い合成ルートを要していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、所望の色に応じて可変的に分子設計をすることができる融通性を有し、合成の容易な発色剤(色素)として有用な新規合成化合物を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、多様な分子間相互作用を形成する糖類を色素であるアゾ化合物に直接導入することにより上記の目的を達成したものである。
【０００６】
かくして、本発明に従えば、下記の一般式（Ｉ）または（II）で表されることを特徴とするアゾ構造を有する糖誘導体が提供される。
【０００７】
【化３】
0004150507.tif 000002
【０００８】
【化４】
0004150507.tif 000003
【０００９】
式（Ｉ）および（II）において、Ｒ1およびＲ2のいずれか一方は糖の残基を表し、他方は水素原子を表す。なお、式（Ｉ）および（II）において、Ｒ1およびＲ2によって表される「糖の残基」とは、糖の分子構造式から、当該糖がベンゼン環（式（Ｉ）、（II）の左側のベンゼン環)に結合するに際して失われた水素原子（ヘミアセタール水酸基の水素原子）を除いた構造式を指称する。
【００１０】
本発明の好ましい態様においては、糖はピラノース環構造を有する単糖類、または二糖類であり、アゾ構造としては４−アゾフェノール、または４−アゾナフトールである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の糖誘導体は、式（Ｉ）または（II）の化学構造式によって示されるように、糖構造を含む親水部とアゾフェノール構造またはアゾナフトール構造を含む疎水部とから構成されており、親水部の水酸基を介する水素結合と疎水部のベンゼン環を介する疎水結合とにより分子の集合が起こるものと考えられる。
【００１２】
このような構造の本発明の糖誘導体は、該誘導体を構成している糖の種類を変えることにより異なる色を呈することができる。よく知られているように、糖類は非常に多様性に富んだ立体構造を持つことができる。とりわけ、分子中に存在する複数の不斉炭素、特異的な水酸基の３次元配列は糖質の多様性を特徴づけている。これら糖はお互いに水素結合を形成し、多様なネットワークを形成することができる。したがって、本発明の糖誘導体においては、アゾ構造を含む疎水部の構造が同じであっても、糖の種類を変えると糖の水酸基の位置と向きが異なることにより、糖が作る水素結合ネットワークが異なり、それによって色素分子の分子集合形式が変化すること、すなわち、分子パッキングが異なることにより異なる色が発現されるものと理解される。
【００１３】
このように、本発明の糖誘導体は、従来から知られている色素のように発色団となる分子構造そのものの違い（基本骨格や置換基の種類の違い）に由来して異なる色を呈しているのではなく、分子集合の変化に起因して発色するタイプの合成色素を提供するものである。
【００１４】
式（Ｉ）または（II）で表される本発明の糖誘導体において、Ｒ1もしくはＲ2によって表される糖は、ピラノース環を有する糖であり、好ましくは、Ｄ−グルコース、Ｄ−ガラクトース、Ｄ−マンノースから選ばれる単糖類を構成要素として含む二糖類、三糖類、オリゴ糖、および多糖類が挙げられる。しかしながら、糖の分子量が大きくなるにつれ、糖−糖間の相互作用が強くなり分子集合形態が乱れること、合成法が困難を伴うこと、多額のコストを要することなどから、使用する糖（糖残基）としては、上述のごとき、単糖類または二糖類が好ましい。単糖からなるピラノース環には、Ｃ−１位の立体配置に応じてα体とβ体が存在するが、 α体およびβ体のいずれも使用可能である。使用できる糖の例としては、単糖類として、α−Ｄ−グルコース、α−Ｄ−ガラクトース、α−Ｄ−マンノース、β−Ｄ−グルコース、β−Ｄ−ガラクトース、β−Ｄ−マンノースなどが挙げられる。p−ニトロフェニル−α−Ｄ−グルコピラノシド、p−ニトロフェニル−α−Ｄ−ガラクトピラノシド、p−ニトロフェニル−α−Ｄ−マンノピラノシド、o−ニトロフェニル−α−Ｄ−グルコピラノシド、o−ニトロフェニル−α−Ｄ−ガラクトピラノシド、p−ニトロフェニル−β−Ｄ−グルコピラノシド、p−ニトロフェニル−β−Ｄ−ガラクトピラノシド、p−ニトロフェニル−β−Ｄ−マンノピラノシド、o−ニトロフェニル−β−Ｄ−グルコピラノシド、o−ニトロフェニル−β−Ｄ−ガラクトピラノシドなどのグルコピラノシドも本発明に使用されるピラノース環を有する単糖類の例として挙げることができる。また、二糖類の例としては、マルトース、セロビオース、ラクトース、キシロビオース、イソマルトース、ゲンチオビオース、メリビオース、メリビオース、プランテオビオース、ルチノース、プリメベロース、ビシアノース、ニゲロース、ラミナリビオース、ツラノース、コージビオース、ソホロース、α, α−トレハロースを挙げることができる。
【００１５】
本発明の糖誘導体は、式（Ｉ）または（II）に示されるように、アゾ構造として、アゾフェノールまたはアゾナフトールを有し、特に好ましくは、４−アゾフェノールまたは４−アゾナフトールから成る。
図２に、本発明に伴う糖誘導体の好ましい例の化学構造を示している。なお、図２には、糖誘導体のリファレンス化合物として合成した、糖残基の替わりにメチル基を導入した化合物の化学構造も示している。
【００１６】
本発明の糖誘導体は、市販の化合物を原料として、図1に示すような反応スキームに従って容易に合成することができる。すなわち、後の実施例に記述するように、所望の糖ピラノシドのアミノフェニル化体とフェノールもしくは１−ナフトールとのジアゾカップリングによって合成することができる。アミノピラノシドは、対応するニトロフェニルピラノシドを接触還元することによって得ることができる。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に沿って本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例によって制限されるものではない。
実施例１： 糖誘導体の合成
糖誘導体として図2に示す化合物（１ａ、１ｂ、２、３ａ、３ｂ、４）を図１に示すスキームに従って合成した。
化合物 （１ａ）の合成
４−（４−β−Ｄ−グルコピラノシルフェニルアゾ）フェノール（１ａ）はMcbroomらの報告例[Methods Enzymol., 1972, 28, 212]を参考に合成した。P−アミノフェニル−β−Ｄ−グルコピラノシド (400 mg, 1.48 mmol) を 氷冷した0.1M塩酸 (20 ml) に溶解させた。撹拌させながら、氷冷した0.05M亜硝酸ナトリウム水溶液 (30 ml)をゆっくりと滴下させた。その混合液の温度を5℃以下に保ちながら30分間撹拌を行った。次に1-プロパノール(30 ml)と0.15M食塩水(125 ml)との混合溶液にフェノール (279 mg, 2.96 mmol)を溶解させた。氷冷したこの溶液中に、先程の反応溶液をゆっくりと滴下した。0.5M水酸化ナトリウム水溶液でもって溶液のpHを 8〜9に調整し、その混合液の温度を5℃以下に保ちながら12間撹拌を行った。0.5M塩酸でもって溶液のpHを4に調整した後、1−プロパノールを減圧留去し、酢酸エチルによる抽出を行った。得られた酢酸ナトリウム層を無水硫酸ナトリウムによる乾燥を行った。溶媒を減圧留去した後、シリカカラムクロマトグラフィにて化合物を精製した。(酢酸エチル:メタノール= 10:1)  得られた生成物を90℃で4時間減圧乾燥させ、暗黄色固形物を得た。ピンク色固体, 収率 48%, 融点 227-228℃; IR (KBr) νmax 3256, 2878, 1601, 1499, 1412, 1238, 1076, 1047, 1009, 851, 754 cm-1; 1H NMR (DMSO-d6) δ = 3.15-3.72 (m, 6H), 4.59 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 4.99 (d, J = 7.2 Hz, 1H), 5.06 (d, J = 9.1 Hz, 1H), 5.12 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 5.34 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 6.92 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 7.18 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.74-7.81 (m, 4H), 10.21 (s, 1H); m/z 376 [M]+. Found: C, 54.49; H, 5.26; N, 7.30 %. Calcd for C18H20N2O7: C, 57.44; H, 5.36; N, 7.44 %。
【００１８】
他の化合物 （１ｂ、２、３ａ、３ｂ、４）は同様の方法でもって合成した。それらについては分析データのみを示す。
４−（４−β−Ｄ−ガラクトピラノシルフェニルアゾ）フェノール（１ｂ）：黄色固体, 収率 32 %, 融点 231-232℃; IR (KBr) νmax 3364, 2912, 1559, 1499, 1402, 1264, 1145, 1086, 1034, 849, 766 cm-1; 1H NMR (DMSO-d6) δ = 3.31-3.72 (m, 6H), 4.54 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 4.68 (t, J = 5.4 Hz, 1H), 4.89-4.96 (m, 2H), 5.23 (d, J = 5.1 Hz, 1H), 6.92 (d, J = 8.7 Hz, 2H), 7.17 (d, J = 9.0 Hz, 2H), 7.74-7.81 (m, 4H), 10.21 (s, 1H); m/z 377 [M+H]+, Found: C, 57.16; H, 5.39; N, 7.23 %. Calcd for C18H20N2O7: C, 57.44; H, 5.36; N, 7.44 %。
【００１９】
４−（２−β−Ｄ−グルコピラノシルフェニルアゾ）フェノール（２）：暗オレンジ色固体, 収率 87 %, 融点 114-115℃; IR (KBr) νmax 3310, 2882, 1592, 1507, 1486, 1281, 1230, 1148, 1075, 1013, 841, 754 cm-1; 1H NMR (DMSO-d6) δ= 3.20-3.71 (m, 6H), 4.57 (t, J = 7.8 Hz, 1H), 5.04-5.14 (m, 3H), , 5.28 (d, J = 5.1 Hz, 1H), 6.93 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 7.08 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.73-7.53 (m, 3H), 7.82 (d, J = 6.9 Hz, 2H), 10.21 (s, 1H); m/z 376 [M]+, Found: C, 57.32; H, 5.43; N, 7.37 %. Calcd for C18H20N2O7: C, 57.44; H, 5.36; N, 7.44 %。
【００２０】
１−（４−β−Ｄ−グルコピラノシルフェニルアゾ）−４−ナフトール（３ａ）：   暗赤色固体, 収率 77 %, 融点 190-191℃; IR (KBr) νmax 3308, 2876, 1626, 1595, 1576, 1509, 1452, 1352, 1231, 1073, 1048, 1015, 833, 764 cm-1; 1H NMR (DMSO-d6) δ= 3.20-3.74 (m, 6H), 4.62 (t, J = 5.2 Hz, 1H), 5.00-5.14 (m, 3H), 5.40 (d, J = 3.6 Hz, 1H), 7.01 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 7.23 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.59 (t, J = 7.1 Hz, 1H), 7.70 (d, J = 6.9 Hz, 1H), 7.84 (d, J = 6.9 Hz, 1H), 7.95 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 8.23 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.89 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 11.00 (s, 1H); m/z [M+H]+, Found: C,62.12 ; H,5.98 ; N,6.31 %。Calcd for C22H22N2O7: C, 61.97; H, 5.20; N, 6.57 %。
【００２１】
１−（４−β−Ｄ−ガラクトピラノシルフェニルアゾ）−４−ナフトール（３ｂ）：暗赤色固体, 収率 63 %, 融点 212-213℃; IR (KBr) νmax 3362, 2870, 1620, 1590, 1576, 1509, 1449, 1350, 1240, 1076, 1055, 1017, 843, 766 cm-1; 1H NMR (DMSO-d6) δ= 3.46-3.73 (m, 6H), 4.55 (d, J = 4.5 Hz, 1H), 4.70 (t, J = 5.4 Hz, 1H), 4.91 (d, J = 5.7 Hz, 1H), 4.97 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 5.25 (d, J = 5.1 Hz, 1H), 7.01 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.23 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 7.59 (t, J = 7.3 Hz, 1H), 7.69 (t, J = 7.0 Hz, 1H), 7.84 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.96 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 8.23 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 8.89 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 11.03 (s, 1H); m/z 427 [M+H]+, Found: C,62.86 ; H,5.60 ; N,5.91 %。Calcd for C22H22N2O7: C, 61.97; H, 5.20; N, 6.57 %。
【００２２】
１−（２−β−Ｄ−グルコピラノシルフェニルアゾ）−４−ナフトール（４）： オレンジ色固体, 収率 50 %, 融点 215-216℃; IR (KBr) νmax 3281, 2882, 1624, 1597, 1538, 1458, 1417, 1318, 1269, 1213, 1073, 1088, 1047, 1015, 762 cm-1; 1H NMR (CDCl3+CD3COOD) δ= 3.44-3.54 (m, 5H), 3.78 (d, J = 4.6 Hz, 1H), 3.92 (d, J = 10.7 Hz, 1H), 6.74 (s, 1H), 7.12-7.23 (m, 2H), 7.37 (d, J = 8.7 Hz, 1H), 7.52 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.70 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.82 (d, J = 9.3 Hz, 1H), 8.08-8.17 (m, 2H), 8.16 (br s, 1H); m/z 427 [M+H]+, Found: C,60.97 ; H,5.28 ; N,6.15%. Calcd for C22H22N2O7: C, 61.97; H, 5.20; N, 6.57 %。
【００２３】
リファレンス化合物として、メチル基を置換基に持つ化合物（１ｃ、３ｃ）を合成した。合成法を以下に述べる。
化合物（１ｃ）の合成
４−（４−メトキシフェニルアゾ）フェノール（１ｃ）: p−アニシジン (619 mg, 5.00 mmol)を1−プロパノール15mlと水50mlの混合溶媒に溶解させる。濃塩酸0.75mlを加え、5℃以下に冷却する。 次に水0.25mlに溶解させた亜硝酸ナトリウム(368 mg, 5.25 mmol)水溶液を撹拌させながらゆっくりと滴下し、30分間撹拌した。1−プロパノール20mlに溶解させたフェノール(593 mg, 6.30 mmol)をゆっくりと加え、0.5 M 水酸化ナトリウム水溶液でもって溶液のpHを8〜9に調整した。反応液の温度を5℃以下に保ちながら、12時間撹拌を行った。1−プロパノールを減圧留去により除去した後、酢酸エチルによる抽出を行い、無水硫酸マグネシウムによる乾燥を行った。溶媒を減圧留去した後、シリカカラムクロマトグラフィにて化合物を精製した。(酢酸エチル:メタノール= 10:1)  得られた生成物を90℃で4時間減圧乾燥させ、暗茶色固形物を得た。茶色固体, 収率 50 %, 融点 145-146℃; IR (KBr) νmax 3413, 1597, 1585, 1495, 1486, 1235, 1151, 1107, 1015, 843, 749 cm-1; 1H NMR (CDCl3) δ= 3.90 (s, 3H), 6.93 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 7.02 (d, J = 9.0 Hz, 1H), 7.84 (d, J = 8.8 Hz, 2H), 7.89 (d, J = 9.0 Hz, 2H); Found: C, 68.35; H, 5.33; N, 12.18 %. Calcd for C13H12N2O2: C, 68.41; H, 5.30; N, 12.27 %。
【００２４】
化合物（３ｃ）は同様の方法でもって合成した。それらについては分析データのみを示す。
１−（４−メトキシフェニルアゾ）−４−ナフトール（３ｃ）:暗茶色固体, 収率 48 %, 融点 181-182℃; IR (KBr) νmax 3432, 2920, 2838, 1601, 1578, 1501, 1437, 1384, 1354, 1246, 1159, 1028, 839, 768 cm-1; 1H NMR (DMSO- d6) δ= 3.87 (s, 3H), 7.01 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.14 (d, J = 7.7 Hz, 2H), 7.56-7.72 (m, 2H), 7.82 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.96 (t, J = 9.0 Hz, 1H), 8.23 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 8.87 (d, J = 9.3 Hz, 1H); m/z 278 [M]+. Found: C, 73.37; H, 5.14; N,9.72%。 Calcd for C17H14N2O2: C, 73.37; H, 5.07; N, 10.07 %。
【００２５】
実施例２：色素評価
本発明の糖誘導体の色素としての評価を行うため、図2に示されている化合物についてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）による再結晶操作を行った。そして、これら化合物の吸収スペクトルの測定、並びに測色を行った。測色による色の表示には、L*a*b*表色系を用いた。さらに、結晶において、粉末X線回折を行った。
【００２６】
アゾフェノール構造を持つ糖誘導体（１ａ、１ｂ、１ｃ、２）の色素評価
再結晶操作によって得られた結晶は、黄、オレンジ、ピンクと異なった色を呈していた。その吸収スペクトルを図３に示す。また、最大吸収波長と測色から得られた色のパラメーター(L*, a*, b*値)を表1に示す。測色から得られたパラメーターの値はそれぞれが大きく異なっており、このことからもそれぞれが異なる色を呈していることが分かる。溶液状態においては、これらの化合物は同じ吸収スペクトルを示したが（図３Ｂ）、固体状態においては最大吸収波長が短波長側にシフトした（図３Ａ）。ところが化合物２は、固体状態においても溶液状態の時と同じ最大吸収波長であった。粉末X線回折の結果を図４に示す。この結果から、それぞれが異なる結晶性（結晶化度）であることがわかった。すなわち、結晶性の違いが色素分子の分子集合に差を与え、固体状態における色の違いを発現させている。
【００２７】
アゾナフトール構造を持つ糖誘導体（３ａ、３ｂ、３ｃ、４）の色素評価
アゾナフトール構造を持つ化合物（３ａ、３ｂ、３ｃ、４）においても、茶、赤、暗赤と異なった色を呈していた。その吸収スペクトルを図５に示す。また、最大吸収波長と測色から得られた色のパラメーター(L*, a*, b*値)を表1に示す。測色から得られたパラメーターから、３ａ、３ｂがほぼ同じ値を示していたが、糖を持たない化合物（３ｃ）との比較、導入位置の違う化合物４との比較すると、値が大きく異なっていた。固体状態においては、アゾナフトール構造に見られる互変異性（アゾ⇔ヒドラゾン）のため、新しく長波長側にヒドラゾン構造に起因する吸収が認められた。これらの化合物の吸収スペクトルはお互いに異なっており、色が違うことを表している（図５Ａ）。溶液状態においては、化合物４のみがヒドラゾン構造に由来するスペクトルを示していた（図５Ｂ）。粉末X線回折の結果を図６に示す。この結果から、３ａ、３ｂがほぼ同じ結晶形を示していたが、他の2つとは異なる結晶系であった。すなわち、アゾナフトール型の糖誘導体においては、結晶形の違いが色素分子の分子集合に差を与え、固体状態における色の違いを発現させている。
【００２８】
【表１】
0004150507.tif 000004
【００２９】
これらの結果から、色が異なるのは、糖の種類とその導入位置によって、糖部位において行われる分子間相互作用に差が現れ、それによって、結晶構造が異なるためであることが理解される。そして、色素分子の分子会合様式が異なり、結果として異なる色を呈することがわかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の糖誘導体は、きわめて容易に構成することができ、構成部分の糖類の種類を変えることにより、色を変更することができる。かくして、本発明の糖誘導体は、糖部分の認識を利用したラベル化試剤、比色試薬および金属指示薬のような機能性発色剤として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の糖誘導体の合成スキームを示す。
【図２】本発明の糖誘導体の好ましい化学構造式を示す。
【図３】図２に示す化合物１ａ、１ｂ、１ｃおよび２の吸収スペクトルを示す。Ａ）固体状態（ＴＨＦより結晶化）、Ｂ）溶液状態（溶媒ＴＨＦ、 濃度2.0×10-5 mol dm-3）
【図４】図２に示す化合物１ａ、１ｂ、１ｃおよび２のＸ線回折図を示す。
【図５】図２に示す化合物３ａ、３ｂ、３ｃおよび４の吸収スペクトルを示す。Ａ）固体状態（ＴＨＦより結晶化）、Ｂ）溶液状態（溶媒ＴＨＦ、 濃度2.0×10-5 mol dm-3）
【図６】図２に示す化合物３ａ、３ｂ、３ｃおよび２のＸ線回折図を示す。
【図１】
0004150507.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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