JP4518910B2

JP4518910B2 - 分枝鎖型グリセロ化合物

Info

Publication number: JP4518910B2
Application number: JP2004314356A
Authority: JP
Inventors: 照彦馬場; 寛小松; 俊之高木; 敏幸金森; 清孝酒井
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: JP2006124318A

Description

本発明は、有機薄膜材料、化粧品、食品、染料などの分散剤、乳化剤、脱乳化剤、洗浄剤、可溶化剤、湿潤剤、浸透剤として有用な新規なメチル分枝鎖型グリセロ化合物およびこのものからなる膜形成材料に関する。

従来から、１分子のグリセロール１分子と１分子または２分子の飽和または不飽和脂肪酸によりエステル結合した脂質は界面活性を有し、採鉱、金属加工、表面仕上げ、及び洗浄用などに使用される各種工業用処理剤、家庭用の各種洗浄剤及び各種清浄剤、また安全性が高いところから、医薬品、化粧品や食品用の添加剤などとして広く使用されている。

これまでに、この種の飽和または不飽和脂肪酸のグリセリルエステルは、天然から得られるトリグリセリドの部分鹸化や、１分子のグリセロールと１分子または２分子の飽和または不飽和脂肪酸をエステル結合させることにより得ている。
さらに、残りの水酸基にリン酸基などを結合した非環状のリン脂質も、天然から得るばかりでなく人為的手段によっても合成されてきた。

しかしながら、一般に、飽和脂肪酸のグリセリルエステルやそれより誘導されるリン脂質は、単独あるいは含水したものにあっても、脂肪酸鎖が温度低下に伴って固体状態に変化することにより、流動性のない固形物あるいはその分散体に変化する。
この変化が起こる温度は脂肪酸鎖長に依存し、例えば鎖長が長くなると、より高い温度で固体状態に変化することが知られており、例えば表面修飾処理などの用途においては、流動性が乏しいことから扱い難くなる。

また、不飽和脂肪酸のグリセリルエステルやそれより誘導されるリン脂質では、飽和脂肪酸に比べれば、固形物に変化する温度は一般に低いが、不飽和結合が容易に空気中の酸素などにより酸化分解するため、長期にわたって各種用途に供するのは困難である。

さらに鎖長の短い直鎖の脂肪酸を持つリン脂質では固形物に変化する温度は低くなり、酸化分解も起こり難いが、膜小胞体を形成するほどに会合構造が安定でないため、ドラッグキャリアとなる膜材料としての用途に供するのは困難であった。

一方、通常の生物が生育できない極限条件（１００度を超える高温、高圧、高塩濃度、無酸素条件）下で生育可能な古細菌の膜脂質からメチル分枝鎖（フィタニル鎖あるいはビスフィタニル鎖）を有するグリセロ脂質、たとえば、１分子のグリセロールと２分子のフィタニル基がエーテル結合したグリセロ脂質群が発見され、天然の古細菌膜脂質の合成経路も見出され報告されている（非特許文献１）。
また、Schillerらは、親水基としてテトラエチレングリコールを用い、金基板にフィタニル鎖を２本有するエーテル型グリセロ脂質の合成に成功している（非特許文献２）。

しかし、フィタニル鎖より短いメチル分枝鎖を有し、純度よく短時間で製造可能であり、酸化分解を受けないなど化学的安定性に優れる上、広い温度で固形物あるいはその分散体にならず、しかも分子間会合力が高いことにより膜小胞体など膜材料と成り得る、グリセロ脂質が報告された例は無い。

Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，６３，２６８９−２６９８（１９９８）Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．，４２，Ｎｏ．２，２０８−２１１（２００３）

本発明の目的は、純度よく短時間で製造可能であり、酸化分解を受けないなど化学的安定性に優れる上、広い温度で固形物あるいはその分散体にならず、しかも分子間会合力が高いことにより膜小胞体など膜材料として有用な、新規なメチル分枝型鎖グリセロ化合物を提供することにある。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、メチル分枝鎖型グリセロ脂質が目的に適合し得ることを見出し、また、原料物質としてキラルな化合物である一般式ＨＯＣＨ_２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ_２ＯＨで表されるグリセロールを用いると、キラルな化合物群を選択的に製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
（１）下記一般式（１）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎとｍは、０、１、２の数を示し、同一でも異なっていてもよい。ＸとＹは、ＣＨ_２もしくはＣ＝Ｏを示し、同一でも異なっていてもよい。Ｒは、水素原子、金属原子またはリン酸基を介してもよい有機基を示す。）
（２）下記一般式（２）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎ、ｍ、Ｘ、Ｙ、Ｒは前記一般式（１）と同じである。）

（３）上記（１）に記載の化合物と（２）に記載の化合物を含有する異性体混合物。
（４）下記一般式（３）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎ、ｍ、Ｘ、Ｙ、Ｒは前記一般式（１）と同じである。）
（５）下記一般式（４）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎは、０、１、２、３の数を、ＸはＣＨ_２もしくはＣ＝Ｏを示す。Ｒ_１は、水素原子、アルキル基またはアシル基を、Ｒ_２は、水素原子、金属原子またはリン酸基を介してもよい有機基を示す。）
（６）下記一般式（５）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎ、Ｘ、Ｒ_１、Ｒ_２は前記一般式（４）と同じである。）
（７）上記（５）に記載の化合物と（６）に記載の化合物を含有する異性体混合物。
（８）下記一般式（６）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎ、Ｘ、Ｒ_１、Ｒ_２は前記一般式（４）と同じである。）
（９）下記一般式（７）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎ、Ｘ、Ｒ_１、Ｒ_２は前記一般式（４）と同じである。）
（１０）下記一般式（８）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎ、Ｘ、Ｒ_１、Ｒ_２は前記一般式（４）と同じである。）
（１１）上記（９）に記載の化合物と（１０）に記載の化合物を含有する異性体混合物。
（１２）上記（１）〜（１１）何れかに記載の化合物または異性体混合物を含有する膜形成材料。

本発明に係る、同一分子内に分枝鎖とキラルなグリセロールがエステル結合もしくはエーテル結合した脂質化合物は、分子間会合力が強くなり、会合構造が安定となる。また本来、膜小胞体が生成しない直鎖型グリセロ脂質において、本発明のように分枝鎖を導入すると、安定に膜小胞体を生成するようになる。この会合体は０℃以上では液体状態にあるので、表面修飾剤としての扱いは容易である。また、水溶液中に水溶性医薬を予め溶解させたり、油溶性医薬を分散させておき、ここに本発明の化合物から成る膜小胞体を加えることで、医薬を封入あるいは含有させたドラッグキャリアが得られる。さらに、工業および家庭における、たとえば金属加工、採鉱、表面仕上げ、洗浄および清浄、調理の分野で、乳化剤、解乳化剤、洗浄剤、分散剤および湿潤剤として用いることができる。

本発明の、新規なメチル分枝鎖型グリセロ化合物は、下記一般式（１）〜（８）で表される。

（式中、ｎとｍは、０、１、２の数を示し、同一でも異なっていてもよい。ＸとＹは、ＣＨ_２もしくはＣ＝Ｏを示し、同一でも異なっていてもよい。Ｒは、水素原子、金属原子またはリン酸基を介してもよい有機基を示す。）

（式中、ｎは、０、１、２、３の数を、ＸはＣＨ_２もしくはＣ＝Ｏを示す。Ｒ_１は、水素原子、アルキル基またはアシル基を、Ｒ_２は、水素原子、金属原子またはリン酸基を介してもよい有機基を示す。）

前記一般式（１）〜（８）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物の置換基について、その内容をより具体的に説明する。
置換基ＲまたはＲ_２は、水素原子、金属原子またはリン酸基を介してもよい有機基を表す。金属としては、金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムなどのアルカリ金属、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムなどのアルカリ土類金属、ホウ素、アルミニウム、チタン、錫、鉄などの金属原子を挙げることができる。
有機基は、（１）アルキル基、（２）環状アルキル基、（３）アリール基、（４）アラルキル基からなる基から選ばれる。
以下に、これらの基の詳細について、さらに、詳細に説明する。

（１）アルキル基については以下のとおりである。
アルキル基は、直鎖あるいは分枝状アルキル基から選ばれる。その炭素数は、通常１００個以下、好ましくは７２個以下、さらに好ましくは３２個以下である。具体的に基をあげると、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、イソペンチル基、２−メチルブチル基、１−メチルブチル基、ｎ−ヘキシル基、イソヘキシル基、３−メチルペンチル基、２−メチルペンチル基、１−メチルペンチル基、ヘプチル基、オクチル基、イソオクチル基、２−エチルヘキシル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基、テトラデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、エイコシル基等を挙げることができる。
（２）環状アルキル基については、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基等を挙げることができる。
（３）アリール基としては、フェニル基、ナフタレン基等を挙げることができる。
（４）アラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等を挙げることができる。

前記のアルキル基、環状アルキル基、アリール基またはアラルキル基には、本発明の化合物の合成反応に関与しない基を含有することもできる。このような基としては、置換されていてもよいアリール基、カルボニル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アシル基、アシルオキシ基、アルキルまたはアリールスルホニル基、ニトロ基、ハロゲン等が例示される。酸素原子、窒素原子、硫黄原子などが結合を介してもよい（ポリエチレングリコールなど）。

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子を挙げることができる。

上記一般式中のＲは、前記の（１）から（４）の基を含み、さらにこれ以外に、（５）糖類、（６）アミン類、（７）アミノ酸類などの中から選ばれる基を用いることができる。また、リン酸基などを介してこれらの有機基が結合しても良い。

有機基に関して、前記（１）から（４）以外の基の場合について説明を挙げる。
（５）糖類としては特に制限はないが、通常は単糖類、オリゴ糖類である。単糖類としてペントース、ヘキソース、デオキシヘキソース、ヘプトース、アミノ糖、含イオウ糖が挙げられ、具体的にはアラビノース、リボース、キシロース、グルコース、ガラクトース、マンノース、フルクトース、ラムノース、フコース、ジギトキソース、チマロース、オレアンドロース、ジギタロース、アピオース、ハマメロース、ストレプトース、セドヘプチュロース、コリオース、グルコサミン、ガラクトサミン、２−デオキシ−２−メチルアミノグルコース、スルホキノボース、ガラクトシル硫酸エステルなどが例示される。オリゴ糖類として非還元性オリゴ糖、還元性オリゴ糖が挙げられ、具体的にはショ糖、トレハロース、ゲンチアノース、ラフィノース、乳糖、セルビオース、麦芽糖、ゲンチオビオースなどが例示される。

（６）アミン類は通常含まれる炭素の炭素数５０以下、酸素数２０以下、窒素数３０以下、硫黄数５以下、好ましくは、炭素数３５以下、酸素数５以下、窒素数１５以下、硫黄数３以下、さらに好ましくは、炭素数２〜２０、酸素数３以下、窒素数２〜１０、硫黄数１以下の範囲で構成される。
アミノ酸類として具体的には、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、セリン、トレオニン、アスパラギン酸、グルタミン酸、アスパラギン、グルタミン、リジン、オルニチン、アルギニン、ヒスチジン、ヒドロキシリジン、システイン、シスチン、メチオニン、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファン、プロリン、４−ヒドロキシプロリン、トリコロミン酸、イボテン酸、キスカリン酸、カナバニン、カイニン酸、ドモイ酸、１−アミノシクロプロパンカルボン酸、２−（メチレンシクロプロピル）グリシン、ヒポグリシンＡ、３−シアノアラニン、アベナ酸、ムギネ酸、ミモシン、レボドパ、β−ヒドロキシ−γ−メチルフルタミン酸、５−ヒドロキシトリプトファン、パントテン酸、ラミニン、ベタシアニンなどが例示される。また、タウリンなどスルホン酸基を有するアミン類なども挙げられる。

前記アミン類は、ハロゲン原子で置換されていても良く、ハロゲン原子としてフッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられ、１個以上置換されていても良い。また、リン酸基とアミノアルコールが結合しても良い。アミノアルコールとしてコリン、エタノールアミン、セリンが挙げられる。

前記一般式（１）から（８）で表される化合物の立体配置は、グリセロールの２級水酸基に応じて表現することができる。すなわち、グリセロールの２級水酸基がＲ配置のものとＳ配置のものとで示される。

本発明の化合物は、たとえばキラルなグリセロールまたはグリセロールの１位または２位もしくは１位と２位の水酸基を保護したものを光学分割もしくは酵素を用いた分割により得たもの、または、（Ｓ）−（＋）−２，２―ジメチル−１，３―ジオキソラン−４−メタノールもしくは（Ｒ）−（―）−２，２―ジメチル−１，３―ジオキソラン−４−メタノール、または、（Ｒ）−（＋）−３―ベンジルオキシ−１，２―プロパンジオールもしくは（Ｓ）−（−）−３―ベンジルオキシ−１，２―プロパンジオールを出発原料として用い、あらかじめその水酸基の一部を保護しておき、ついで対応するアルコールまたはそのエステル化物を反応させ、ついで保護基を脱離させてのち、必要に応じフリーな水酸基に有機基を導入することによって合成することができる。

以下、本発明につき実施例を挙げて説明するが、その要旨を越えない限り以下に限定されるものではない。

実施例１：化合物Ａの合成
化合物Ａのフローチャートを以下に示す。

［化合物１の合成］
窒素雰囲気下、水酸化カリウム（２０当量）の懸濁した無水ジメチルスルホキシド溶液に、氷冷で（Ｓ）−（＋）−２，２−ジメチル−１，３−ジオキソラン−４−メタノール（１．０当量）とベンジルブロミド（１．２当量）を加え、室温にて１２時間攪拌した。氷冷水を加え、酢酸エチルで抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（２０％酢酸エチル／ｎ−ヘキサン）で精製し、化合物１を９８％−１００％で得た。

［化合物２の合成］
化合物１の１０％酢酸水溶液を９５℃で２時間加熱した。酢酸エチルで抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（８０％酢酸エチル／ｎ−ヘキサン）で精製し、化合物２を７１−９５％で得た。

［３，７−ジメチル−１−メタンスルホニルオキシオクタンの合成］
窒素雰囲気下、３，７−ジメチル−１−オクタノール（１．０当量）の無水塩化メチレン溶液に、氷冷下、トリエチルアミン（２．０当量）、メタンスルホニルクロリド（１．０当量）を順に加え、室温にて４．５時間攪拌した。氷冷水を加え、塩化メチレンで抽出後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（２０％酢酸エチル／ｎ−ヘキサン）で精製し、３，７−ジメチル−１−メタンスルホニルオキシオクタンを７６−８６％で得た。

［化合物３の合成］
窒素雰囲気下、水素化ナトリウム（２．５当量）の無水Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液に、氷冷下、化合物２（１．０当量）を加え３０分攪拌した。３，７−ジメチル−１−メタンスルホニルオキシオクタン（３．０当量）およびヨウ化テトラ−ｎ−ブチルアンモニウム（０．０１当量）を加え、さらに３０分攪拌した後、室温で１８時間攪拌した。エタノールおよび氷冷水を加え、クロロホルムで抽出した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（１５％酢酸エチル／ｎ−ヘキサン）で精製し、化合物３を５１−７１％で得た。

［化合物４の合成］
化合物３のエタノール溶液にパラジウムカーボン（１０％）を加え、水素置換後常温にて２時間攪拌した。パラジウムカーボンを濾別し、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（１５％酢酸エチル／ｎ−ヘキサン）で精製し、化合物４を５８％で得た。

［化合物Ａの合成］
窒素雰囲気下において、化合物４（１．０当量）の無水ベンゼン溶液に、氷冷下、トリエチルアミン（２．５当量）と２−ブロモエチルジクロロホスフェート（１．５当量）を加え、室温にて１８時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、純水を加え常温にて１２時間攪拌する。クロロホルムで抽出した後、クロロホルム／イソプロピルアルコール／アセトニトリル混合溶媒（３：５：５）と３０％トリメチルアミン水溶液を加え、７０℃にて１２時間攪拌した。減圧下で溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（メタノール／クロロホルム＝２：３〜メタノール：クロロホルム：水＝６５：３５：８）およびゲルろ過（メタノール）で精製し、化合物Ａを３３―５３％で得た。

化合物Ａは^１Ｈ−ＮＭＲスペクトルにより同定した。

結果は以下の通りである。
^１Ｈ−ＮＭＲ（ＴＭＳ，ＣＤＣｌ_３）：０．８６（ｄ，Ｊ＝０．０１３Ｈｚ、１８Ｈ）、１．０６−１．１４（ｍ、６Ｈ）、１．２２−１．３４（ｍ、８Ｈ）、１．４９−１．６１（ｍ、６Ｈ）、３．３８（ｓ、９Ｈ）、３．４５（ｍ、３Ｈ）、３．５３−３．６２（ｍ、４Ｈ）、３．７８（ｍ、２Ｈ）、３．８７（ｍ、２Ｈ）、４．３３（ｍ、２Ｈ）。

実施例２：化合物Ｂの合成
［化合物Ｂの合成］
実施例１における、３，７−ジメチル−１−オクタノールに代えてそのエステル化物を用いた以外は実施例１と同様にして下記化合物Ｂを得た。

なお、エステル化物は、以下のようにして合成した。
３，７−ジメチル−１−オクタノール（１．０当量）のアセトン溶液を氷冷下、Ｊｏｎｅｓ試薬をゆっくり滴下する。クロム酸はそのオレンジ色が２０分ほど消えないで持続するまで加える。混合物を濾過し、溶媒を留去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィー（２０％酢酸エチル／ｎ−ヘキサン）で精製し、目的物であるカルボン酸を７５％−９５％で得た。

実施例３：分枝鎖型グリセロ脂質の臨界ミセル濃度
前記化合物Ａおよび化合物Ｂを秤量し、これを蒸留水に溶解することで、種々の濃度の水溶液を調製した。この化合物Ａまたは化合物Ｂの水溶液に、疎水性感受型蛍光色素である2-(p-トルイジニル)-ナフタレン-6-スルホン酸を0.5マイクロモル濃度になるように加え、よく振り混ぜた後、蛍光分光計により蛍光強度を測定した。励起波長は310.0nmとし、蛍光測定波長は435.0nmとして、温度は25.0℃に維持した。化合物Ａまたは化合物Ｂが水中で会合してミセルなどの会合構造を形成すると、蛍光色素がこれらのミセルなどに分配されて急激に蛍光強度が増大するので、これを利用することにより、化合物Ａおよび化合物Ｂの臨界ミセル濃度が評価した。
その結果、化合物Ａの臨界ミセル濃度は0.013ミリモル濃度、化合物Ｂの臨界ミセル濃度は0.018ミリモル濃度となった。
なお、比較対照のため、化合物Ｂと類似の化学構造であって疎水鎖に分枝鎖が全くない直鎖型グリセロリン脂質（1,2-ジオクタノイルグリセロ-3-ホスホコリン）の臨界ミセル濃度を評価すると0.22ミリモル濃度となった。すなわち、化合物Ｂは、疎水鎖長が同じ直鎖型グリセロ脂質に比べ、より容易に会合構造を形成し、分子間会合力が高いことを示した。

実施例４：分枝鎖型グリセロ脂質の膜構造形成
化合物Ａおよび化合物Ｂの固体粉末をスライドガラスとカバーガラスに挟み、偏光顕微鏡下、室温（25℃）にて観察した。これらの試料に蒸留水を加えるとラメラ液晶（疎水鎖が液体状態にある）が生成するとともに、ラメラ構造が多重積層したチューブ状の巨大構造であるミエリン形が生成した。また0℃に冷却しても固化しなかった。
これに超音波などの外力を軽くかけると、内水相を有する膜小胞体が生成した。比較対照のため、直鎖型グリセロリン脂質（1,2-ジオクタノイルグリセロ-3-ホスホコリン）を同様に偏光顕微鏡観察すると、蒸留水添加によりラメラ液晶を形成するものの、水の浸透に伴って直鎖型グリセロリン脂質は水／液晶界面から水相に向かって溶解し、ミセル等方相となる挙動を示した。すなわち、化合物Ａおよび化合物Ｂは、疎水鎖長が同じ直鎖型グリセロ脂質に比べて、ラメラ液晶が安定であり、かつ水による希釈によってもラメラ構造が崩壊せず、膜小胞体が安定に生成し得ることを示した。

Claims

下記一般式（２）で表されるメチル分枝鎖型グリセロ化合物。

（式中、ｎとｍは、１の数を示す。ＸとＹは、ＣＨ２もしくはＣ＝Ｏを示し、同一でも異なっていてもよい。Ｒは、ホスホコリン基を示す。）
請求項１に記載の化合物を含有する膜形成材料。