光で透過制御可能な人工ベシクルを形成する新規多鎖型
両親媒性化合物の開発
大阪大学大学院

中

工学研究科分子化学専攻

辻

洋

司

In order to develop novel type of artificial vesicles which can regulate the release ability of entrapped
substances by light, four cinnamic acid-derived amphiphiles 1-4 were prepared, and their photoreactivity andaggregation behavior in the solution, the aqueous dispersion, and the DPPC (L-α-dipalmitoylphosphatidylcholine) bilayer matrix were examined. Although 4-hexadecyloxycinnamic acid (3) was converted to the syn head tohead dimer in the DPPC bilayer matrix by irradiation at above 280 nm light with formation of cis isomer, thecorresponding 3-bromo-4-hexadecyloxycinnamic acid (4) dimerized without formation of the cis isomer.
Therelease of entrapped glucose from the vesicle composed of a 1:1 mixture of cinnamic acid-derived amphiphile 1(or 2) and DPPC was suppressed by irradiation at above 280 nm light and the extent of suppression was muchlarger in the case of 2.
The formation of cis isomer accelerated the leakage of the entrapped glucose.
In
addition, the release of entrapped glucose from the vesicle containing 2 was accelerated by irradiation at 254
nm, which can convert the dimer to the monomer.

１．緒

古くから行われており、cis-trans 異性化の他に、[2+2] 付加

言環化（以下、光二量化と呼ぶ）することが知られている。

生体膜の構成成分であるホスファチジルコリン等のリン固体状態での光反応はその結晶構造に依存した光反応生成

脂質は水中で分散させるとベシクルと呼ばれる小胞体を形物を与えるが、溶液中の光反応においては cis-trans 異性化成する。このベシクルは二分子膜によって外水相から隔てが優先的に進行する。また最近では、桂皮酸誘導体をミセられた内水相をもつためその中に水溶性物質を保持させる

ルや L B 膜中に導入することで分子間の配向を変化させ、光ことができ、マイクロカプセルとしての利用が考えられる。

反応生成物を制御する研究が盛んに行われている９-13）。

そのため、ドラッグデリバリーシステムの構築など特に医そこで本研究では、光により自在に内包物の透過制御が療分野で注目されている。一方、化粧品素材としても既にできる新規な人工ベシクルの構築を目的として、光応答部利用されているが、リン脂質のみからなるベシクルでは、位に桂皮酸ユニットをもつ二鎖型リン脂質類縁体（1，2）

水溶性物質の容物としての機能を果たしているにすぎず、

並びに対応する一鎖型類縁体（3，4）を新たに設計合成し、その利用は自ずと限定される。従って、この機能に加えてその光反応性、会合状態、並びに光による内包物の透過制

内包物の透過速度を自在に制御することができればさらに御について検討したので報告する。

利用範囲が拡大され、新しい化粧品素材の開発に大きな可

２．実能性を提供するものと期待される。
最近、著者らは、スチリルピラジン型両親媒性化合物が

2.1

験

合成

光により単量体と二量体間を可逆的に変換できること、さ市販の 3-bromo-4-methoxybenzaldehyde（7）から二鎖らに当該化合物とジパルミトイルホスファチジルコリン型桂皮酸系両親媒性化合物（2）の合成方法を Scheme 1（DPPC）で調製した混合ベシクルでは、光制御により内に示す。化合物１は同様の方法により合成した。

包物の完全な抑制−促進が行えることを見いだした１- ４）。
このような光応答性を示す機能性分子は数多く知られてお2.1.1

り 、それぞれ固有の機能を示すことが期待されるので、ナスフラスコに、7（5.00 g, 23.3 mmol）、マロン酸（4.84

さらなる高性能化を指向して新しい構造を有する両親媒性g, 46.5 mmol）、ピリジン 10 mL、ピペリジン４滴を入れ、化合物を開発することは極めて重要な課題といえる。その100℃で 24 時間加熱した。反応終了後、氷 20 g −濃塩酸

も20 mL 中に投入した。析出した固体をろ別し、水洗後乾５）

一つに桂皮酸誘導体があるが、光反応に関する研究

６- ８）

Development of Novel Amphiphilic
Compounds with Multiple Hydrophilic
Groups Forming Artificial Photoresponsive
VesiclesYohji Nakatsuji
Department of Molecular Chemistry,
Graduate School of Engineering, Osaka
University

化合物 8 の合成燥した。さらにこの固体をクロロホルムで洗浄し、メタノールから再結晶して白色固体を得た。収量 4.5 g（74%）．
1

H - N M R（400M H z , d6- a c e t o n e）: δ 7.91 (d , 1H ,J =2.2H z , a r o m at i c），7.67（d d , 1H , J = 8.4, 2.2 H z ,aromatic），7.58（d, 1H, J= 16.1 Hz, CH=CH), 7.14（d,1H, J = 8.4 Hz, aromatic），6.45（d, 1H, J= 16.1 Hz,
CH=CH), 3.95（s, 3H, ArOCH3）．

− 33 −

構造式

Scheme 1

Anal. Found: H, 3.42; C, 46.43; Br, 30.97. Calcd. for
C10H9BrO3: H, 3.53; C, 46.72; Br, 31.08.

mL を Ar バブリングしながら加えた後、48 時間加熱還流した。放冷後、析出した固体をろ別して白色固体を得た。
収量 3.29g（収率 89%）2.1.2

化合物 9 の合成

mp 140-141 ℃ .

化合物 8（2.34 g, 9.1mmol）を二口ナスフラスコに入

H-NMR（400 MHz, CDCl3）: δ 7.75（d, 1H, J= 2.2Hz,

1

れ、Ar 置換を行った後、ジクロロメタン 18mL を反応容

aromatic），7.56（d, 1H, J= 16.1 Hz, CH=CH)，7.41（dd, 1H，器へ加えた。そこへ三臭化ホウ素（0.1M ジクロロメタン

J= 8.4, 2.2 Hz, aromatic），6.87（d, 1H, J= 8.4 Hz, aromatic），

溶液）（18mL, 18mmol）を加えた。室温で 24 時間反応後、6.31（d, 1H, J= 16.1Hz, CH= CH)，4.19（t, 2H, J=6.6Hz,

反応溶液に水 10mL を加え三臭化ホウ素を失活した後、さ，4.06（t, 2H, J= 6.6 Hz, ArOCH2R)，1.85（m,ArCOOCH2R）らに水 40mL を加えて酢酸エチル（100mL×2）で抽出し2H），1.75-1.21（m, 54H）
，0.89（t, 6H, J= 6.8 Hz）．

た。得られた有機層を飽和食塩水（100mL×3）で洗浄後、NaOH 水溶液（100mL）で有機層を抽出した。この水層をAnal. Found : H, 10.24; C, 70.79; Br, 11.68. Calcd. for
C41H71BrO3 : H, 10.34; C, 71.17; Br, 11.55.

塩酸水溶液で酸性にした後、水層を酢酸エチル（100mL×2）にて抽出した。無水硫酸マグネシウムで脱水した後、2.1.4

化合物 4 の合成

溶媒を完全に留去し淡黄色固体を得た。

ナスフラスコに化合物 10（3.30 g, 4.77 mmol）を入れ、収量 1.97 g（収率 89%)

2.5 N 水酸化ナトリウム水溶液 4 mL、エタノール 8 mL を

H-NMR（400 MHz, d6-acetone）: δ 7.85（d, 1H, J= 2.2 Hz,

加えて、3 時間加熱還流した。放冷後、析出した固体をメ

aromatic），7.59-7.50（m, 2H, CH=CH, aromatic），7.05（d,ンブランフィルターで吸引ろ過し、水（4 mL）とエタノ

1H, J= 8.4 Hz, aromatic），6.39（d, 1H, J= 16.1 Hz, CH=CH）．

ール（4 mL）で洗浄した（白色固体 2.2 g / 収率 94%）。

1

得られた固体 0.40 g に 10 % 塩酸（100 mL）を加えて、2.1.3

化合物 10 の合成

クロロホルム（100 mL× 3）により抽出を行った。この化合物 9（1.30g, 5.35mmol）、臭化セチル（6.53g，21.4mmol）、 炭 酸 カ リ ウ ム（5.90g, 42.8mmol）、 触 媒 量 の有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水し、溶媒を留去した（白色固体）。

tetrabutylammonium bromide（TBAB）を二口ナスフラス

収量

コに入れ、Ar 置換を行った。この反応容器にアセトン 20

mp 50-51 ℃− 34 −

0.32 g（収率 84 %）光で透過制御可能な人工ベシクルを形成する新規多鎖型両親媒性化合物の開発

H-NMR（400 MHz, CDCl3/CD3OD = 4/1): δ 7.73（d,の分散液を９つに分取した。それぞれの分散液は Ar バブ

1H, J = 2.2 Hz, aromatic），7.42-7.34（m, 2H, aromatic,

リングを行い空気を除去した後、Xe 灯光（波長 >280 nm）

CH=CH), 6.85（d, 1H, J = 8.4 Hz, aromatic），6.57（d, 1H,

で所定時間照射した。光照射後、1H-NMR により光反応生J = 16.1 Hz, CH=CH），4.03（t, 2H, J = 6.6 Hz, ArOCH2R），

成物の同定を行った。

1，1.51-1.16（m, 26H）
，0.89（t,1.82（m, 2H, ArOCH2CH2R）

2.3

3H, J = 6.8 Hz）．

化合物 1, 2/DPPC 混合ベシクルにおける内包物

流出実験
2.1.5

化合物 2 の合成

化合物 10 µmol（1 : 9.98 mg, 2 : 11.56 mg）、DPPC10

二口反応管に化合物 4（ナトリウム塩）（49 mg, 0.10µmol（7.34 mg）を Pyrex 製の試験管に入れ、クロロホルmmol） を入れて Ar 置換を行い、トリエチルアミン（90

ムを加えて溶解した。ロータリーエバポレータで溶媒を留µL. 0.64 mmol) 、THF 4 mL を加えた。これを -78 ℃

去した後、デシケーター内で一晩減圧乾燥させ、試験管内に冷却してトリメチルアセチルクロライド（40 µL, 0.32

壁に薄膜を形成させた。ここに、グルコース水溶液（20mmol）をゆっくり加えた。その後室温に戻し、さらに

mM Tris-HCl Buffer, 300 mM グルコース , pH7.5）2.0

48 時間撹拌した。溶媒を留去して得られた白色固体に、

mL を加え、80℃ の水浴中で加温し、振とう、膨潤によって、L - α - グリセロホスファチジルコリン（GPC）（13 mg,

試験管内壁から剥離させた後、80 ℃の水浴中で、25 W

0.03 mmol）、ジメチルアミノピリジン（DMAP）（13 mg,プローブ型ソニケーターを用いて、５分間断続的（10 秒

0.10 mmol）を加え、Ar 置換を行い、ジクロロメタン 4

ON、10 秒 OFF の繰り返し ) に超音波照射した。3 時間後、

mL を加えて室温で６日間撹拌した。溶媒を留去して得分散液を 2 分し、一方に Ar 置換を行い、波長 >280 nmられた淡黄色固体を CHCl3 に溶解し、陽イオン交換樹脂の光を 1 時間照射した。 2 つのベシクル分散液は、そのDOWEX-50W を詰めたカラム（展開溶媒 : CHCl3）を通まま一晩静置した。その後、各分散液 1 mL を、バッファ

すことにより Cd を除去し、トリエチルアミンを数滴加えー水溶液（20 mM Tris-HCl Buffer, 300 mM スクロース ,て撹拌した後、溶媒を留去した。次に、シリカゲルクロマ

pH 7.5）を溶離液として、ゲル濾過（Sephadex G-50, 2 g,

トグラフィー（展開溶媒 : CHCl3/MeOH/H2O=7/3/0 →15×100 mm）し、ベシクルフラクション 3.0 mL を集めた。

65/25/4）を行い、白色固体を得た。

このベシクル分散液を 25 ℃の恒温槽中で静置し、所定時

収率 17 mg （収率 50%）

間ごとにサンプリングして相対蛍光強度の測定を行った。

F A B - M A S S（m / z , %） : 1156 （[ M +1] , 7），184+（100）．

1

流出性の測定は酵素法を用いて行った 14）。

H-NMR（400MHz, CDCl3/CD3OD): δ 7.57

３．結果と考察（m, 2H, aromatic），7.40（m, 2H, CH=CH），7.27（m,2H, aromatic），6.72（m, 2H, aromatic），6.15（m, 2H,

3.1

一鎖型桂皮酸系両親媒性化合物 3, 4 の光反応性

CH=CH），5.24（m, 1H），4.38（m, 1H），4.22（m, 1H），

化合物 3, 4 ともにジクロロメタン均一溶液系で光照射（>2804.10（m , 2H），3.98（m, 2H），3.89（m, 4H），3.43（m,nm）すると、ci s 体への異性化が優先するが、水分散系では，
0.71（t,2H），3.05（s, 9H, N+（CH3）3），1.73-1.07（m, 56H）対応する β 二量体 5, 6 をそれぞれ選択的に与える。化合物

6H, J = 7.0 Hz）．

３の構造で、ヘキサデシル基をメチル基に置き換えた誘導体

Anal. Found: H, 8.09; C, 57.39; N, 1.27; Br, 12.84. Calcd. for
C58H94Br2NO10P･ 3H2O : H, 8.33; C, 57.56; N, 1.16; Br, 13.20.

では水分散系で光二量化は進行しないが、長鎖誘導体にすることにより光二量化が起こることは興味深い。3- ブロモ置
換体ではメチル基でも光二量化が優先する。化合物 3, 4 単

2.2

DPPC 二分子膜中における化合物 3, 4 の光反応

独系ではベシクルを形成しないことがわかったので、化合物

Pyrex 製試験管に、両親媒性化合物 10 µmol（3 : 3.89

3, 4 と DPPC の 1:1 混合ベシクルを調製し、カルボキシフル

mg, 4 : 4.67 mg）、DPPC 10 µmol（7.34 mg）を入れ、ク

オレセインを内包物とする取り込み実験を行い、ベシクルをロロホルムを加えて溶解した。ロータリーエバポレータで形成していることを確認した。この混合ベシクルの光反応の溶媒を留去した後、デシケーター内で一晩減圧乾燥させ、結果を Fig. 1 に示す。興味深いことに、化合物 3 では光二試験管内壁に薄膜を形成させた。ここに、超純水 2.0 mL

量体に加えて c i s 体の生成が観測されたのに対して、ブロモを加え、80 ℃の水浴中で加温し、振とう、膨潤によって、置換基をもつ化合物 4 では c i s 体を形成することなく対応す

試験管内壁から剥離させた後、80 ℃の水浴中で、25 W

る光二量体を与えていることがわかった。

プローブ型ソニケーターを用いて、5 分間断続的（10 秒
ON、10 秒 OFF の繰り返し）に超音波照射した。放冷後、

3.2

この分散液に超純水 4.0 mL を加えて、6.0 mL とし、こ− 35 −

二鎖型桂皮酸系両親媒性化合物 1, 2 の光反応性

クロロホルム均一溶液中では、UV スペクトルから化合Fig.1

物 1, 2 ともに二量化反応の進行が示唆されたが、1HNMRからいずれも二量体に加えて cis 体が生成していることを確認した。各生成物を GPC 並びに MALDI-TOF MASSを用いて分析したところ、GPC ではともに原料よりも遅い保持時間にピークが観測され、また MALDI-TOF
MASS でも、ともに分子内二量化反応生成物の分子イオ
ンピークしか観測されなかった。一方、水分散系では、
UV スペクトルから化合物 1, 2 ともに二量化反応が進行していることが示唆されたが、溶液中とは異なり両化合物で顕著な違いが見られた。化合物 2 では光照射直後に UV ス
ペクトルにおいて短波長側へのシフトが起こった。これはc i s 体の生成が考えられる。一方、化合物 2 ではそのような変化はなく、また光照射とともに極大吸収波長（295nm）のピークが単量体の濃度に換算して二次速度式に従って減少し、定量的に光二量化反応が進行していることがわかっFig.2

た。化合物 1 ではこの速度式に当てはめて直線関係が得られないことからも c i s 体の生成が支持される。光を 1 時間

ベシクルの内包物流出性

照射したサンプルを GPC により分析したところ、いずれ化合物 1 あるいは 2/DPPC 混合ベシクルからのグルコも原料よりも保持時間の早いピークが観測され、分子間二ースの流出実験の結果を Fig. 2 に示す。2/DPPC 混合ベ量化反応が起こっていることがわかった。MALDI-TOF

シクルは 1/DPPC 混合ベシクルに比べ流出性が大きいこ

MASS でも分子間二量体の存在を確認した。同様の光照とがわかった。しかし、光を照射することで、2/DPPC

射実験を DPPC との 1:1 混合ベシクルを用いて行った。

混合ベシクルは流出の少ない安定なベシクルを形成するここの場合には水分散系と同様に、化合物 1 では cis 体の生とが示された。この光照射による流出性の変化は、光照射成が認められたが、化合物 2 では cis 体の生成は認められにより DPPC 二分子膜中で桂皮酸ユニットが二量化してなかった。

膜がタイトになることによると考えられるが、その二量化

以上の結果から、二鎖型両親媒性化合物 1, 2 は溶液中反応が分子内よりも分子間で進行することで膜がよりタイにおいては分子内光二量化反応と c i s 体への異性化が進行

トになっていることがわかった。2/DPPC 混合ベシクル

すること、また水分散系においては分子間二量化反応も進

は、光照射による流出性抑制の効果が大きいことから、分行し、特に化合物 2 では ci s 体への異性化が殆ど起こらな

子間での反応が 1/DPPC 混合ベシクルに比べて進行しやいという興味深い知見を得た。

すいことが考えられる。また光反応の結果から明らかになったように 1 での c i s 体への異性化もこの結果に影響して

3.3

二鎖型桂皮酸系両親媒性化合物 1, 2/DPPC 混合

いると思われる。

− 36 −

光で透過制御可能な人工ベシクルを形成する新規多鎖型両親媒性化合物の開発

二鎖型桂皮酸系両親媒性化合物が分子間で光二量化し、膜の高分子化が期待できること、またブロモ基を導入することで光照射による流出性の変化が大きいことから、次に、異なる波長の光照射による 2/DPPC 混合ベシクル膜からの内包物の流出制御実験を行った。その結果を Fig. 3 に示す。2/DPPC 混合ベシクルに波長 >280 nm の光を照射することで流出が抑制されるが、この混合ベシクルに波長
254 nm の光を照射すると流出の促進が認められた。このことから、異なる波長の光照射による内包物の流出制御が可能なことが明らかとなった。

４．総

括

本研究では、桂皮酸ユニットを有する両親媒性化合物の光反応性と二分子膜挙動について検討した。水分散系におFig.3

ける光反応性を調べたところ、一鎖型桂皮酸系両親媒性化合物 3, 4 ではほぼ定量的に二量化反応が進行すること

Chem. Soc., 49, (3), 271-274 (2000).

がわかった。一方、DPPC 二分子膜中では、Br 基を導入

５） D. G. Whitten, Acc. Chem. Res., 26, 502 (1993).

した 4 は cis 異性化を伴わずに二量化反応だけが進行する

６） P. Venugopalan, T. Bharati, and K. Venkatesan, J.

が、3 では cis 異性化を伴うことが明らかになった。cis 体の生成は膜の安定化に不利なことから、Br 基を導入した

Chem. Soc. Perkin Trans. 2, 1991, 981-987.
７） M. D'Auria, and A. Vantaggi, Tetrahedron, 1992, 48,

化合物は、DPPC との混合ベシクルにおける内包物流出

2523-2528.

制御に適した化合物であることが示唆された。次に、二鎖

８） D.Stewart, G. W. Robertson, and I. M. Morrison,

型桂皮酸系両親媒性化合物であるホスファチジルコリン

Rapid Communication Mass Spectrometry, 1992, 6, 46-53.

誘導体 1, 2 の光反応性と二分子膜挙動について検討した。

９） T. Nakamura, K. Takagi, M. Itoh ほか 4 名 , J. Chem.

溶液中では、どちらの化合物も二量化反応と ci s 異性化がともに進行することが確認された。水分散系での光反応でSoc., Perkin Trans. 2, 1997, 2751-2755.
10） M. Yamamoto, N. Furuyama, and K. Itoh, J. Phys.

は Br 基を導入した化合物 2 が ci s 体への異性化を伴わずに二量化反応のみが進行していることがわかった。これら

Chem., 1996, 100, 18483-18490.
11） T. Imae, T. Tsubota, H. Okumura ほか 4 名 , J. Phys.

のホスファチジルコリン誘導体 1, 2 と DPPC との混合ベ
シクルからの内包物の流出性を検討したところ、Br 基のChem., 1995, 99, 6046-6053.
12） H. Koch, A. Laschewsky, H. Ringsdolf ほか 1 名 ,導入により流出性が増加すること、また光照射による流出性抑制の効果が大きいことがわかった。Br 基を導入した

Makromol. Chem., 1986, 187, 1843-1853.
13） M. Sugimoto, K. Shibahara, K. Kuroda ほか 3 名 ,化合物 2 と DPPC との混合ベシクルの内包物流出制御を検討したところ、波長 >280 nm の光照射により流出の抑制、

Langmuir, 1996, 12, 2785-2790.
14） I. Miwa, J. Okuda, K. Maeda ほか 1 名 , Clin. Chim.

波長 254 nm の光照射により流出の促進が観測され、異なる波長の光照射による内包物の流出制御に成功した。
（参考文献）
１） J. Park, W. Zhang, Y. Nakatsuji ほか 2 名 , Chem.
Lett., 1999, 1309.
２） J. Park, W. Zhang, Y. Nakatsuji ほか 2 名 , Chem.
Lett., 2000, 182.
３） J. Park, S. Aoyama, W. Zhang ほか 2 名 , Chem.
Commun., (3), 231-232 (2000).
４） J. Park, S. Aoyama, W. Zhang ほか 2 名 , J. Jpn. Oil− 37 −

Acta, 37, 538 (1972).