特許 7336657 環状オリゴ糖及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-24

(45)【発行日】2023-09-01

(54)【発明の名称】環状オリゴ糖及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08B 15/00 20060101AFI20230825BHJP

   C08B 37/16 20060101ALN20230825BHJP

【ＦＩ】

C08B15/00

C08B37/16

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2018194580

(22)【出願日】2018-10-15

(65)【公開番号】P2020063337

(43)【公開日】2020-04-23

【審査請求日】2021-08-23

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(73)【特許権者】

【識別番号】000003506

【氏名又は名称】第一工業製薬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076314

【弁理士】

【氏名又は名称】蔦田 正人

(74)【代理人】

【識別番号】100112612

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲士

(74)【代理人】

【識別番号】100112623

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 克幸

(74)【代理人】

【識別番号】100163393

【弁理士】

【氏名又は名称】有近 康臣

(74)【代理人】

【識別番号】100189393

【弁理士】

【氏名又は名称】前澤 龍

(74)【代理人】

【識別番号】100203091

【弁理士】

【氏名又は名称】水鳥 正裕

(72)【発明者】

【氏名】木田 敏之

(72)【発明者】

【氏名】西浦 聖人

【審査官】早川 裕之

(56)【参考文献】

【文献】Electrophoresis，2017年，３８，１８５１－１８５９

【文献】The Journal of Organic Chemistry，2002年，６７，８１８２－８１９０

【文献】Organic & Biomolecular Chemistry，2017年，１５，５６４－５６９

【文献】European Journal of Organic Chemistry，2001年，２０，３８４９－３８６９

【文献】Tetrahedron: Asymmetry，1994年，５，２０４５－２０６０

【文献】Tetrahedron Letters，1993年，３４，２１７１－２１７４

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０８Ｂ

ＣＡｐｌｕｓ／ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記一般式（１）で表される環状オリゴ糖。

【化1】

式中、Ｒは水素原子又は該水素原子を置換する置換基を示し、前記置換基が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアラルキル基、アシル基、トリアルキルシリル基、アリールスルホニル基、糖残基、又は、置換もしくは非置換のポリオキシアルキレン基であり、前記置換基の炭素数が１～４０であり、複数のＲは同一でも異なってもよく、ｎは０～３の整数を示す。

【請求項2】

請求項１に記載の環状オリゴ糖の製造方法であって、下記一般式（２）で表されるオリゴ糖の末端のヒドロキシ基同士を結合させて環化させる工程を含む、環状オリゴ糖の製造方法。

【化2】

式中、Ｒは水素原子又は該水素原子を置換する置換基を示し、前記置換基が、置換もしくは無置換のアルキル基、置換もしくは無置換のシクロアルキル基、置換もしくは無置換のアルケニル基、置換もしくは無置換のシクロアルケニル基、置換もしくは無置換のアリール基、置換もしくは無置換のアラルキル基、アシル基、トリアルキルシリル基、アリールスルホニル基、糖残基、又は、置換もしくは非置換のポリオキシアルキレン基であり、前記置換基の炭素数が１～４０であり、複数のＲは同一でも異なってもよく、ｋは３～６の整数を示す。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、β－１，４グルコシド結合を有するセルロース由来の新規な環状オリゴ糖、及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、環状オリゴ糖としてシクロデキストリンが知られている。シクロデキストリンは、下記一般式（Ｘ）で表されるように（式中のｍは１～３の整数）、グルコースがα－１，４グルコシド結合により連結された環状構造を持つものであり、一般に６個のグルコースが結合したα－シクロデキストリンと、７個のグルコースが結合したβ－シクロデキストリンと、８個のグルコースが結合したγ－シクロデキストリンがある。

【0003】

【化1】

【0004】

かかるシクロデキストリンは、環状構造の内部に、ゲスト分子と呼ばれる比較的小さな分子を取り込むことのできる１ｎｍ程度の大きさの空孔を有している。シクロデキストリンのヒドロキシ基はこの空孔の外側にあるため、環状構造の外側は親水性であり、空孔内部は疎水性となっている。そのため、空孔内に疎水性のゲスト分子またはその一部を包接する性質を有しており、この性質を利用して、シクロデキストリン及びその化学修飾品であるシクロデキストリン誘導体は、揮発性物質の不揮発化及び徐放、不安定物質の安定化、難溶性物質の可溶化などを目的として、食品、化粧品、トイレタリー製品、医薬品等に利用されている（例えば、下記特許文献１～４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開平４－８１４０３号公報

【文献】特開平１１－６０６１０号公報

【文献】特開２０１３－２８７４４号公報

【文献】特開２０１６－６９６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

シクロデキストリンは、食用資源であるデンプン由来の環状マルトオリゴ糖であり、グルコースを構成単位とする。グルコースを構成単位とする多糖類には、デンプンの他にセルロースがある。セルロースは、β－１，４グルコシド結合を有する化合物であり、地球上で最も多量に存在する有機化合物であってかつ再生可能な非食用植物資源である。そのため、セルロース由来の環状オリゴ糖を製造することができれば、資源の有効活用が図られる。

【0007】

本発明の実施形態は、以上の点に鑑み、セルロース由来の新規な環状オリゴ糖、及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態によれば、下記一般式（１）で表される環状オリゴ糖が提供される。

【0009】

【化2】

【0010】

式中、Ｒは水素原子又はその置換基を示し、複数のＲは同一でも異なってもよく、ｎは０～３の整数を示す。

【0011】

本発明の実施形態によれば、また、前記環状オリゴ糖の製造方法として、下記一般式（２）で表されるオリゴ糖の末端のヒドロキシ基同士を結合させて環化させる工程を含む、環状オリゴ糖の製造方法が提供される。

【0012】

【化3】

【0013】

式中、Ｒは水素原子又はその置換基を示し、複数のＲは同一でも異なってもよく、ｋは３～６の整数を示す。

【発明の効果】

【0014】

本実施形態であると、セルロース由来の新規な環状オリゴ糖を提供することができ、資源の有効利用を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】一実施形態に係る環状オリゴ糖の合成ステップを示す図である。

【図2】他の実施形態に係る環状オリゴ糖の合成ステップを示す図である。

【図3】一実施形態に係る環状オリゴ糖の分子構造を示す分子模型の写真である。

【図4】シクロデキストリンの分子構造を示す分子模型の写真である。

【図5】実施例１における完全メチル化セルロース及び部分メチル化セルロースのＦＴ－ＩＲスペクトル図である。

【図6】実施例１における完全メチル化セルロースの^１Ｈ－ＮＭＲスペクトル図である。

【図7】実施例１における６量体単離前の粗生成物のＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳスペクトル図である。

【図8】実施例１のメチル化環状セロオリゴ糖（６量体）の^１Ｈ－ＮＭＲスペクトル図である。

【図9】実施例１のメチル化環状セロオリゴ糖（６量体）のＮＯＥＳＹスペクトル図である。

【図10】図９の一部拡大図である。

【図11】実施例１のメチル化環状セロオリゴ糖（６量体）の^１３Ｃ－ＮＭＲスペクトル図である。

【図12】実施例１のメチル化環状セロオリゴ糖（６量体）のＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳスペクトル図である。

【図13】実施例１のメチル化環状セロオリゴ糖（６量体）及び完全メチル化α－シクロデキストリンのＨＰＬＣによるクロマトグラムである。

【図14】実施例２における部分アセチル化セロオリゴ糖のＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳスペクトル図である。

【図15】実施例２におけるアセチル化環状セロオリゴ糖を含む粗生成物のＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳスペクトル図である。

【図16】実施例２における環状セロオリゴ糖を含む粗生成物のＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳスペクトル図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本実施形態に係る環状オリゴ糖（環状セロオリゴ糖ともいう。）は、上記一般式（１）で表される化合物であり、グルコース又はその誘導体である構成単位がβ－１，４グルコシド結合により連結された環状構造を持つ。式（１）中のｎは０～３の整数を示し、そのため、式（１）で表される環状オリゴ糖は、上記構成単位の５量体、６量体、７量体、８量体、又はこれらの２種以上の混合物である。

【0017】

式（１）中のＲは、水素原子又はその置換基を示し、複数のＲは同一でも異なってもよい。式（１）中のＲが全て水素原子の場合、下記式（３）で表される、化学修飾されていない（即ち、非置換の）環状オリゴ糖である（ここで、式（３）中のｎは０～３の整数を示す。）。

【0018】

【化4】

【0019】

式（３）の環状オリゴ糖は、上記式（Ｘ）のシクロデキストリンとはグルコース間の連結構造がβ－１，４結合とα－１，４結合との点で異なるのみであるため、基本的には、シクロデキストリンに適用される公知の化学修飾法を用いて置換基を導入することができる。そのため、式（１）の環状オリゴ糖は、公知のシクロデキストリンの置換基と同様の置換基を持つことができる。

【0020】

式（１）中のＲは、上記のように全てが水素原子でもよく、全てが置換基でもよく、水素原子と置換基が共存してもよい。共存する場合、両者の比率は特に限定されない。例えば、ＯＲをグルコース構成単位の１級ヒドロキシ基に相当する基（ＯＲ^１）と２級ヒドロキシ基に相当する基（ＯＲ^２）とに区別して、式（１）を下記一般式（１－１）の通りに書き換えたとき、Ｒ^１の全てが置換基でＲ^２の全てが水素原子でもよく、Ｒ^１の一部が置換基でＲ^１の残部及びＲ^２の全部が水素原子でもよく、Ｒ^１の全て及びＲ^２の一部が置換基でＲ^２の残部が水素原子でもよい。また、Ｒ^２の全てが置換基でＲ^１の全てが水素原子でもよく、Ｒ^２の一部が置換基でＲ^２の残部及びＲ^１の全部が水素原子でもよく、Ｒ^２の全部及びＲ^１の一部が置換基でＲ^１の残部が水素原子でもよい。更には、Ｒ^１とＲ^２の双方で一部が置換基で残部が水素原子でもよい。

【0021】

【化5】

【0022】

式（１）中のＲとして示される置換基は、グルコースのヒドロキシ水素を置換する基であり、グルコースのヒドロキシ水素から１又は複数の反応を経て誘導可能な各種の基が挙げられる。

【0023】

具体的には、Ｒとして示される置換基（以下、置換基Ｒという。）としては、置換又は無置換のアルキル基、置換又は無置換のシクロアルキル基、置換又は無置換のアルケニル基、置換又は無置換のシクロアルケニル基、置換又は無置換のアリール基（例えば、フェニル基、トリル基など）、置換又は無置換のアラルキル基（例えば、ベンジル基、フェネチル基、トリチル基など）、アシル基、シリル基、スルホニル基、糖残基、置換又は非置換のポリオキシアルキレン基などが挙げられる。置換基Ｒの炭素数としては特に限定されず、例えば１～４０でもよく、１～３０でもよく、１～２０でもよい。

【0024】

置換基Ｒの例である上記置換アルキル基、置換シクロアルキル基、置換アルケニル基、置換シクロアルケニル基、置換アリール基、置換アラルキル基としては、例えば、ヒドロキシアルキル基のように置換基としてヒドロキシ基を有するもの、スルホアルキル基又はその塩もしくはエステル基のように置換基としてスルホ基又はその誘導体基を有するもの、カルボキシメチル基又はその塩もしくはエステル基のように置換基としてカルボキシ基又はその誘導体基を有するものなどが挙げられる。ここでのエステル基を構成する炭化水素基としては、例えば、炭素数１～２０のアルキル基、炭素数３～２０のシクロアルキル基が挙げられる。

【0025】

置換基Ｒの例である上記アシル基としては、例えば、アセチル基やベンゾイル基のように－ＯＲ中の酸素原子とエステル結合を形成するモノカルボン酸の残基（例えば、Ｒ：－ＣＯ－Ｑ^１）でもよく、また、コハク酸などのジカルボン酸の残基でもよく、ジカルボン酸残基の場合、グルコースとエステル結合していない方のカルボキシ基は酸型でも金属塩でもエステル基を形成してもよい（例えば、Ｒ：－ＣＯ－Ｑ^２－ＣＯＯ－Ｑ^３）。ここで、Ｑ^１は、水素原子又は炭素数１～１０（好ましくは１～６）の有機基を示し、有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基が挙げられる。Ｑ^２は、炭素数１～６の炭化水素基（例えばアルカンジイル基など）を示す。Ｑ^３は、水素原子、アルカリ金属又は炭素数１～１０（好ましくは１～６）の有機基を示し、有機基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、シクロアルケニル基、アリール基、アラルキル基が挙げられる。

【0026】

置換基Ｒの例である上記シリル基としては、例えば、ｔｅｒｔ－ブチルジメチルシリル基などのトリアルキルシリル基が挙げられる。また、上記スルホニル基としては、例えば、ｐ－トルエンスルホニル基などのアリールスルホニル基などが挙げられる。更に、糖残基としては、例えば、グルコシル基、マントシル基などが挙げられる。

【0027】

置換基Ｒの例である上記置換又は非置換のポリオキシアルキレン基としては、ポリオキシエチレン基などの炭素数１～４のオキシアルキレンの繰り返し単位を持つ基が挙げられ、末端のＯＨは、アミノ基やアジド基、トリチル基などの置換基で置換されていてもよい。なお、オキシアルキレン基の繰り返し数は特に限定されず、例えば２～２０でもよい。

【0028】

以上列挙した置換基Ｒは、式（１）中の複数のＲについて、いずれか１種のみが導入されてもよく、２種以上組み合わせて導入されてもよい。

【0029】

本実施形態に係るβ－１，４グルコシド結合を持つ環状オリゴ糖は、上記一般式（２）で表されるオリゴ糖の末端のヒドロキシ基同士を結合させて環化させる工程を経て製造することができる。式（２）中のＲは水素原子又はその置換基を示す。式（２）のＲで示される置換基としては、上述した式（１）の置換基と同様のものを例示することができ、好ましくは、Ｒはアルキル基又はアシル基であり、例えば、式（２）中のＯＲは、グルコースのヒドロキシ基をアシル化（より好ましくはアセチル化）したもの（即ち、アシルオキシ基、好ましくはアセチルオキシ基）、グルコースのヒドロキシ基をアルキル化（より好ましくはメチル化）したもの（即ち、アルコキシ基、好ましくはメトキシ基）が挙げられる。

【0030】

一実施形態に係る環状オリゴ糖としてセルロース由来の環状セロオリゴ糖を製造する方法について、図１に基づき説明する。

【0031】

図１に示す製造方法では、まず、式（４）で表されるセルロースをアセチル化する（ここで、式中のｐはセルロースにおけるグルコース２分子分の繰り返し数に相当する数である）。セルロースは、グルコースがβ－１，４グルコシド結合により連結された構造を持ち、隣接するグルコースユニットは互いに裏返しになって一列に並び直鎖状の構造をとっている。そのため、セルロースは強固な分子内、分子間水素結合を有し、水に不溶である。かかるセルロースのヒドロキシ基をアセチル化して水素結合を消失させることで分子鎖に柔軟性を付与する。なお、部分的にアセチル化されたセルロースを出発原料として用いてもよい。

【0032】

アセチル化は、例として、過塩素酸の存在下、セルロースに無水酢酸を反応させることにより行うことができる（例えば、P. Arndt et al., Cellulose,2005, 12, 317.を参照）。アセチル化により、セルロースの各構成単位の３つのヒドロキシ基を全てアセチル化した、式（５）で表される三酢酸セルロース（完全アセチル化セルロース）が得られる。

【0033】

次いで、三酢酸セルロースに対してグルコシド結合の開裂を行うことで、式（６）で表される部分アセチル化セロオリゴ糖を合成する。グルコシド結合の開裂は、三酢酸セルロースに濃硫酸を加えることにより行うことができる（例えば、H. Namazi et al., J. Appl. Polym. Sci., 2008, 110, 4034.、及び、T. Kondo, D. G. Gray, J. Appl. Polym. Sci. 1992, 45, 417を参照）。そして、開裂後に分離精製することで、式（６）に示されるように、５～８個のグルコースユニットを有し、その両末端のグルコースユニットの１位と４位にヒドロキシ基を有し、その他のヒドロキシ基は全てアセチル化された構造をもつ鎖状の部分アセチル化セロオリゴ糖が得られる。式（６）のセロオリゴ糖は、上記式（２）で表されるオリゴ糖において、－ＯＲが－Ｏ－Ａｃのものである（ここで、Ａｃはアセチル基）。

【0034】

次いで、式（６）で表される部分アセチル化セロオリゴ糖の両末端のヒドロキシ基同士を結合させて環化させる。環化方法は、特に限定されず、例えば式（６）で表される部分アセチル化セロオリゴ糖の末端の１位ヒドロキシ基をトリクロロアセトイミデート化してから環化反応させてもよい。トリクロロアセトイミデート化は、部分アセチル化セロオリゴ糖にトリクロロアセトニトリルを反応させることで行うことができ、次いで、トリクロロアセトイミデート化した部分アセチル化セロオリゴ糖に、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を加えて反応させることにより、両末端のグルコースユニットがβ－１，４グルコシド結合により連結されて環状になる。

【0035】

なお、トリクロロアセトイミデート化することなく、部分アセチル化セロオリゴ糖に三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を加えて反応させることにより、両末端のグルコースユニットをβ－１，４グルコシド結合により連結して環状にしてもよい。

【0036】

これにより、式（７）で表されるアセチル化環状セロオリゴ糖が得られる。式（７）のアセチル化環状セロオリゴ糖は、上記式（１）で表される環状オリゴ糖において、－ＯＲが全て－Ｏ－Ａｃのものである。

【0037】

次いで、式（７）で表されるアセチル化環状セロオリゴ糖のアセチルオキシ基を、例えば塩基触媒（水酸化ナトリウム、トリエチルアミンなど）を用いて加水分解することにより、上記の式（３）で表される環状オリゴ糖が得られる。

【0038】

図２は、他の実施形態に係る環状オリゴ糖の合成ステップを示した図である。図２の例では、セルロースのヒドロキシ基が部分的にメチル化された、式（１０）で表される部分メチル化セルロースを出発原料として用いて、式（１３）で表されるメチル化環状セロオリゴ糖を合成する。

【0039】

図２に示す製造方法では、まず、部分メチル化セルロースをメチル化して完全メチル化セルロースを合成する。メチル化は、例として、部分メチル化セルロースに水素化ナトリウムとヨードメタンを反応させることにより行うことができる（例えば、J. N. Bemiller, Earle E. Allen, JR., J. Polym. Sci. 1967, 5, 2133.を参照）。これにより、セルロースの各構成単位の３つのヒドロキシ基を全てメチル化した、式（１１）で表される完全メチル化セルロースが得られる。

【0040】

次いで、完全メチル化セルロースに対してグルコシド結合の開裂を行うことで、式（１２）で表される部分メチル化セロオリゴ糖を合成する。グルコシド結合の開裂は、図１の場合と同様である。そして、開裂後に分離精製することで、式（１２）に示されるように、５～８個のグルコースユニットを有し、その両末端のグルコースユニットの１位と４位にヒドロキシ基を有し、その他のヒドロキシ基は全てメチル化された構造をもつ鎖状の部分メチル化セロオリゴ糖が得られる。式（１２）のセロオリゴ糖は、上記式（２）で表されるオリゴ糖において、－ＯＲが－Ｏ－Ｍｅのものである（ここで、Ｍｅはメチル基を示す）。

【0041】

次いで、式（１２）で表される部分アセチル化セロオリゴ糖の両末端のヒドロキシ基同士を結合させて環化させる。環化方法は、特に限定されず、例えば、部分メチル化セロオリゴ糖にトリフルオロメタンスルホン酸無水物（Ｔｆ_２Ｏ）と２，６－ジ－ｔｅｒｔ－ブチルピリジン（ＤＢＰ）を反応させることにより行うことができる。これにより、両末端のグルコースユニットがβ－１，４グルコシド結合により連結されて環状になり、式（１３）で表されるメチル化環状セロオリゴ糖が得られる。このメチル化環状セロオリゴ糖は、上記式（１）で表される環状オリゴ糖において、－ＯＲが全て－Ｏ－Ｍｅのものである。

【0042】

式（１）で表される環状オリゴ糖において、式中のＲの置換基は、上記のように、基本的にはシクロデキストリンに適用される公知の化学修飾法を用いて導入することができる。例えば、－ＯＲとしてメトキシ基などのアルコキシ基を導入するには、特開昭６１－２００１０１号公報に記載のヒドロキシ基をアルキル化する方法を利用してもよい。また、Ｒが置換アルキル基の場合としてスルホアルキル基やカルボキシメチルエステル基を、エーテル酸素を介して導入するには、特開平１１－６０６１０号公報や特開２０１３－２８７４４号公報に記載の方法を利用してもよい。また、Ｒがアシル基の場合としてコハク酸などのジカルボン酸の残基を導入するには、特開平４－８１４０３号公報に記載の方法を利用してもよい。また、Ｒがスルホニル基の場合としてトシル基をエーテル酸素を介して導入するには、特開２０１６－６９６５２号公報に記載の方法を利用してもよい。

【0043】

なお、置換基を導入する方法としては、上記のようにアセチル化環状セロオリゴ糖を合成した後、一旦加水分解により式（３）の環状オリゴ糖にしてから置換基を導入することは必ずしも要せず、環化した後、そのまま他の置換基に変換してもよい。

【0044】

本実施形態に係る環状オリゴ糖は、上記のように、地球上で最も多量に存在する有機化合物であって再生可能な非食用植物資源であるセルロースから合成することができるので、資源の有効活用を図ることができる。

【0045】

また、本実施形態に係る環状オリゴ糖とシクロデキストリンとの分子構造を比較した場合、本実施形態に係る環状オリゴ糖は、シクロデキストリンよりも空孔内の疎水性が高い。詳細には、式（Ｘ）で表されるシクロデキストリンの分子構造が図４に示す通りであるのに対し、式（３）で表される環状オリゴ糖の分子構造は図３に示す通りである。図３及び図４において、白色の原子が水素原子、黒色の原子が炭素原子、その間のグレーの原子が酸素原子を示す。

【0046】

図４に示すように、シクロデキストリンでは、グルコースユニット間を連結しているグルコシド酸素が空孔の内側に向いており、そのため、空孔内はエーテル程度の疎水性環境にある。これに対し、図３に示すように、本実施形態に係る環状オリゴ糖では、グルコシド酸素が外側を向いており、空孔の内側に酸素原子が向いていない。そのため、本実施形態に係る環状オリゴ糖では、空孔内がシクロデキストリンよりも疎水性の高い環境にあり、疎水性の高い物質の取り込みが可能である。これにより、例えば水中において、より高いゲスト包接能とゲスト選択性を持つことが期待できる。

【0047】

本実施形態に係る環状オリゴ糖は、空孔内に疎水性のゲスト分子またはその一部を包接する性質を有しているため、シクロデキストリンと同様、揮発性物質の不揮発化及び徐放、不安定物質の安定化、難溶性物質の可溶化などを目的として、食品、化粧品、トイレタリー製品、医薬品等の用途に用いることができる。

【実施例】

【0048】

以下、実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下の実施例において「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。

【0049】

分析及び測定方法は以下の通りである。

【0050】

［赤外吸収スペクトル（ＦＴ－ＩＲ）］
フーリエ変換赤外分光光度計（日本分光（株）製「ＦＴ／ＩＲ４７００ＳＴ型」）により測定（ＡＴＲ法）。

【0051】

［ＮＭＲ］
日本電子（株）製「ＪＮＭ－ＥＣＳ４００」により測定。

【0052】

［質量分析］
マトリックス支援レーザー脱離イオン化飛行時間型質量分析計（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳ）（日本パーセプティブリミテッド製「Ｖｏｙａｇｅｒ^ＴＭ ＲＰ」）により測定。

【0053】

［ＨＰＬＣ］
カラム：ＯＤＳ（和光純薬工業株式会社製「Wakosil 5C18 AR」、内径４．６ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）
移動相：アセトニトリル／水＝８／２（体積比）
流速：１．０ｍＬ／分
温度：３０℃
検出：ＥＬＳＤ（米国SofTA社製「Model400 ELSD」）。

【0054】

［ＴＬＣ］
展開溶媒：メタノール／クロロホルム＝１／４０（体積比）。

【0055】

１．実施例１：メチル化環状セロオリゴ糖の合成
１－１．部分メチル化セルロースからの完全メチル化セルロースの合成
J.N. Bemiller, Earle E. Allen, JR., J.Polym. Sci. 1967, 5, 2133.に記載の方法に従い行った。反応式及び合成方法の詳細は以下の通りである。

【0056】

【化6】

【0057】

８０℃で一晩、真空乾燥を行った部分メチル化セルロース(２．０１ｇ、５．０３×１０^－５ｍｏｌ、Sigma-Aldrich製「酢酸セルロース（Ｍｎ～30,000）」)を、窒素雰囲気下でＤＭＳＯ（１１０ｍＬ）に溶解させた。この溶液を水素化ナトリウム（含量：６０％、１．８１ｇ、４．５３×１０^－２ｍｏｌ）に加え、５０℃で１６時間撹拌した。ここにヨードメタン(２．９５ｍＬ、４．７４×１０^－２ｍｏｌ)を３０分かけて滴下し、５０℃で２４時間撹拌した。系中にメタノール（３．８５ｍＬ）を加えて未反応の水素化ナトリウムを失活させ、得られた溶液を水（３５０ｍＬ）に加え再沈殿させた。生じた固体を遠心分離により分離し、６０℃で真空乾燥させて生成物（白色粉末状固体）を得た（収量１．９０ｇ、収率９５％）。

【0058】

生成物のＦＴ－ＩＲスペクトルを、原料の部分メチル化セルロースのＦＴ－ＩＲスペクトルとともに図５に示す。原料の部分メチル化セルロースでは、図５（ａ）に示されるように３４００ｃｍ^－１付近にＯＨ伸縮振動に基づく吸収ピークが観測された。これに対し、生成物のＦＴ－ＩＲスペクトルでは、図５（ｂ）に示されるように、２９１５、１４５５、１０５０ｃｍ^－１に吸収ピークが観測されたが、３４００ｃｍ^－１付近のＯＨ伸縮振動に基づく吸収ピークは消失しており、すべてのヒドロキシ基がメチル化されたことを確認した。

【0059】

生成物の^１Ｈ－ＮＭＲ分析の結果を以下に示すとともに、ＮＭＲスペクトルを図６に示す。
¹H-NMR (400MHz, chloroform-d): δ 2.92 (t, 1H), 3.19 (t, 1H),3.27(m,1H),3.37 (s, 3H), 3.52 (s,3H),3.56 (s, 3H), 3.69-3.61 (m, 2H),3.75 (m, 1H), 4.31 (d, 1H)。

【0060】

以上より、生成物が完全メチル化セルロースであることを確認した。

【0061】

１－２．完全メチル化セルロースからの部分メチル化セロオリゴ糖の合成
T.Kondo, D. G. Gray, J. Appl. Polym.Sci. 1992, 45, 417に記載の方法を参考にして、完全メチル化セルロースから部分メチル化セロオリゴ糖（５～８グルコースユニット）の合成を行った。反応式及び合成方法の詳細は以下の通りである。

【0062】

【化7】

【0063】

８０℃で真空乾燥を行った完全メチル化セルロース（０．５５ｇ、１．２×１０^－２ｍｍｏｌ）を、窒素雰囲気下で脱水ジクロロメタン（３０ｍＬ）に溶解させた。ここに三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯塩（７．２ｍＬ、５６ｍｍｏｌ、和光純薬工業（株）製、含量：４６．０～４９．０％（ＢＦ_３））を添加し、室温で６時間撹拌した。得られた溶液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液（１５ｍＬ）を加えて反応を終了させた。ジクロロメタン（３０ｍＬ）で２回抽出し、集めたジクロロメタン溶液を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒留去し褐色粘性液体を得た（粗収量０．５２ｇ、粗収率９３％）。

【0064】

ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ測定より、得られた生成物は２～１１グルコースユニットからなる部分メチル化セロオリゴ糖の混合物であることがわかった。これをサイズ排除クロマトグラフィーにかけて５～８グルコースユニットからなる部分メチル化セロオリゴ糖を分離した（収量８８ｍｇ、収率１６％）。

【0065】

サイズ排除クロマトグラフィーは、分離装置として以下のものを用いた。
・装置：日本分析工業（株）製、リサイクル分取ＨＰＬＣ ＬＣ－９２１０ ＮＥＸＴ
・カラム：日本分析工業（株）製、ＪＡＩＧＥＬ－２ＨＲ（排除限界分子量５，０００）×２本
・流速：９．５ｍＬ／分
・溶離液：クロロホルム
・１回あたりの注入量：６７ｍｇ（クロロホルム１ｍＬ）
・検出器：日本分析工業（株）製、ＲＩ－７００ ＩＩ ＮＥＸＴ。

【0066】

１－３．部分メチル化セロオリゴ糖からのメチル化環状セロオリゴ糖の合成

【0067】

【化8】

【0068】

窒素雰囲気下、上記１－２で得られた部分メチル化セロオリゴ糖（７５ｍｇ、５．２×１０^－５ｍｏｌ）をトルエン（１８ｍＬ）に溶解させた。ここに、トルエン（３ｍＬ）に溶解させたトリフルオロメタンスルホン酸無水物（Ｔｆ_２Ｏ）（１５μＬ、９．０×１０^－５ｍｏｌ）を滴下し室温で１時間撹拌した。その後、トルエン（３ｍＬ）に溶解させた２，６－ジｔｅｒｔ－ブチルピリジン（ＤＢＰ）（１８５μＬ、８．４×１０^－４ｍｏｌ）を滴下し室温で１７時間撹拌した。その後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液（５０ｍＬ）を加えて、トルエン（１００ｍＬ）で抽出した。トルエン層を無水硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒留去し、得られた粗生成物（白色固体）をサイズ排除クロマトグラフィーにかけ、さらに中圧カラムクロマトグラフィーにかけて精製しメチル化環状セロオリゴ糖（６量体）を得た（収量１ｍｇ、収率１．５％、白色固体）。反応式は上記の通りである。

【0069】

サイズ排除クロマトグラフィーは上記１－２と同様に行った。中圧カラムクロマトグラフィーによる分離条件は以下の通りである。
・カラム：ＯＤＳ（山善株式会社製「ユニバーサルカラムＯＤＳ」、内径２０ｍｍ、長さ８４ｍｍ）
・移動相：アセトニトリル／水＝８／２（体積比）。

【0070】

６量体に精製する前の粗生成物についての質量分析（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳ）の結果を図７に示す。図７に示すように、５～８量体のメチル化環状セロオリゴ糖に相当するピークが見られた。

【0071】

精製後の生成物（６量体）の^１Ｈ－ＮＭＲ分析の結果を以下に示すとともに、ＮＭＲスペクトルを図８に示す。
¹H NMR (400 MHz, chloroform-d)：5.08 (d, J = 2.3 Hz, 6H),4.33 (dd, J = 2.3, 7.7 Hz, 6H), 4.20 (ddd, J = 2.3, 4.5, 7.3 Hz, 6H), 4.03 (dd,J = 2.3, 6.8 Hz, 6H), 3.96 (dd, J = 6.8, 7.7 Hz, 6H), 3.67 (dd, J = 8.2, 9.9Hz, 6H), 3.50 (dd, J = 4.5, 9.5 Hz, 6H), 3.42 (s, 18H), 3.40 (s, 18H), 3.32 (s,18H) ppm。

【0072】

また、生成物のＮＯＥＳＹスペクトルを図９に示し、そのうち、グルコースユニットの１位の炭素に結合した水素（Ｈ_１）付近の拡大図を図１０に示す。

【0073】

生成物の^１３Ｃ－ＮＭＲ分析の結果を以下に示すとともに、ＮＭＲスペクトルを図１１に示す。
¹³C NMR (400 MHz, chloroform-d)：105.38, 90.72, 87.34,79.27, 74.20, 72.59, 59.11, 58.86, 57.69 ppm。

【0074】

生成物の質量分析（ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ ＭＳ）の結果を以下に示すとともに、そのスペクトルを図１２に示す。
MALDI-TOF MS (m/z)：1246 [M+Na]⁺。

【0075】

生成物のＴＬＣの結果は、Ｒｆ値＝０．４８であった。

【0076】

生成物のＨＰＬＣの結果（図１３（ａ））を、完全メチル化α－シクロデキストリン（α－シクロデキストリンのヒドロキシ基を全てメチル化したもの）の測定結果（図１３（ｂ））とともに図１３に示す。

【0077】

ＭＳスペクトルとＨＰＬＣの結果より、本生成物は完全メチル化α－シクロデキストリンと同じ分子量を持つが、それとは異なる化合物であることがわかる。また、^１Ｈ－ＮＭＲスペクトルと^１３Ｃ－ＮＭＲスペクトルより、本生成物は２位、３位、６位の水酸基がメチル化されたグルコースユニットから構成されている、対称性の高い化合物であると考えられる。さらに、ＮＯＥＳＹスペクトル（図９、図１０）より、グルコースユニットの１位プロトンが２位、３位、５位、６位プロトンとは相関を示すのに対して４位のプロトンとは相間を示さないことから、１位プロトンと４位プロトンは距離が離れており、グルコースユニット間はβ―１，４結合でつながっていると考えられる。このようなことから、メチル化環状セロオリゴ糖の化学構造が式（１）（Ｒ＝メチル基、ｎ＝１）に示したものであると同定できる。

【0078】

２．実施例２：部分アセチル化セルロースからの環状セロオリゴ糖の合成
２－１．部分アセチル化セルロースからの完全アセチル化セルロースの合成
P.Arndt et al., Cellulose, 2005, 12, 317.に記載の方法に従い、完全アセチル化セルロースの合成を行った。反応式及び合成方法の詳細は以下の通りである。

【0079】

【化9】

【0080】

部分アセチル化セルロース（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製、Ｍｎ＝３００００、アセチル化度＝１．４８）（４．０ｇ、９．３×１０^－５ｍｏｌ）を酢酸（８０ｍＬ）に溶解させ、無水酢酸（２６ｍＬ、２．７×１０^－１ｍｏｌ）と過塩素酸（１．６ｍＬ、２．８×１０^－２ｍｏｌ）を加えて室温で２時間撹拌した。反応混合物を水（１００ｍＬ）中に注ぎ、生じた固体を吸引ろ過により回収した。これを飽和炭酸水素ナトリウム水溶液（５００ｍＬ）、次に水（５００ｍＬ）で洗浄し、この洗浄操作をさら１回行った後、固体を７０℃で真空乾燥させ、白色粉末状固体を得た（収量３．９ｇ、収率８０％）。

【0081】

得られた固体の赤外吸収スペクトルでは、カルボニル基の吸収ピーク（１７３５ｃｍ^－１）の存在、及び、原料で見られたヒドロキシ基の吸収ピーク（３４００ｃｍ^－１付近）の消失が確認された。

【0082】

２－２．完全アセチル化セルロースからの部分アセチル化セロオリゴ糖の合成
T. Kondo, D. G. Gray, J. Appl. Polym. Sci.1992, 45, 417に記載の方法を参考にして、完全アセチル化セルロースから部分アセチル化セロオリゴ糖の合成を行った。反応式及び合成方法の詳細は以下の通りである。

【0083】

【化10】

【0084】

上記２－１で合成した完全アセチル化セルロース（０．４５ｇ、８．３×１０^－６ｍｏｌ）を酢酸（９．０ｍＬ）中に８０℃で溶解させ、無水酢酸（１５０μＬ、１．６×１０^－３ｍｏｌ）、濃硫酸（３５μＬ、６．５×１０^－４ｍｏｌ）、水（５４μＬ、３．０×１０^－３ｍｏｌ）を順次加えて８０℃で１６時間撹拌した。反応溶液を室温まで放冷し、２０％酢酸マグネシウム水溶液(７０μＬ)を添加後、反応混合物をジエチルエーテル（１００ｍＬ）中に注ぎ、生じた固体を吸引ろ過により回収し、水（１００ｍＬ）で洗浄後真空乾燥した（収量０．１６ｇ）。

【0085】

ＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ測定により、得られた生成物は２～１３グルコースユニットからなる部分アセチル化セロオリゴ糖の混合物であることがわかった（図１４参照）。

【0086】

２－３．部分アセチル化セロオリゴ糖からのアセチル化環状セロオリゴ糖の合成

【0087】

【化11】

【0088】

上記２－２で得られた部分アセチル化セロオリゴ糖（５００ｍｇ、２．０×１０^－４ｍｏｌ）を脱水ジクロロメタン（２７ｍＬ）と脱水トルエン（３．０ｍＬ）の混合溶液に溶解させた。ここに三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体（８００μＬ、７．０×１０^－３ｍｏｌ、和光純薬工業（株）製、含量：４６．０～４９．０％（ＢＦ_３））を加え、４０℃で１５時間撹拌した。その後、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液（５０ｍＬ）を添加し、クロロホルム１００ｍＬで抽出後、溶媒を留去して茶黄白色固体（２００ｍｇ）を得た。これを脱水ピリジン（３．０ｍＬ）に溶解させ、無水酢酸（１．５ｍＬ，１．５×１０^－２ｍｏｌ）を加えて室温で２４時間撹拌することで遊離した水酸基のアセチル化を行った。飽和食塩水（１００ｍＬ）とクロロホルム（１００ｍＬ）で抽出し、クロロホルム層から溶媒を留去して茶黄白色固体（２５０ｍｇ）を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィーを２回行い（１回目の移動層：メタノール／クロロホルム（１／９９）、２回目の移動層：メタノール／クロロホルム（１／１５０））、粗生成物（６ｍｇ）を得た。反応式は上記の通りである。

【0089】

得られた粗生成物についてＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ測定を行った。その結果を図１５に示す。図１５に示すように、実施例１のメチル化体の場合と同様、５～８量体の環状体に相当するピークが見られた。詳細には、実施例２では、環状化されていない直鎖状の６～８量体に相当するピークとともに、５～８量体のアセチル化環状セロオリゴ糖に相当するピークが見られた。

【0090】

２－４．アセチル化環状セロオリゴ糖からの環状セロオリゴ糖の合成

【0091】

【化12】

【0092】

アセチル化環状セロオリゴ糖（４．０ｍｇ）をメタノール（１．２ｍＬ）に溶解させ、ここに水（０．８ｍＬ）を加えた。さらにトリエチルアミン（０．８ｍＬ、５．５×１０^－３ｍｏｌ）を加え、４０℃で２４時間撹拌した。溶媒を留去して粗生成物（４ｍｇ）を得た。反応式は上記の通りである。

【0093】

得られた粗生成物についてＭＡＬＤＩ－ＴＯＦ－ＭＳ測定を行った。その結果を図１６に示す。図１６に示すように、６～８量体の直鎖状セロオリゴ糖に相当するピークとともに、６～８量体の環状セロオリゴ糖に相当するピークが見られた。

【0094】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその省略、置き換え、変更などは、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】