JP6737453B2 - Cellulose derivative, metal removing material containing the same, and metal removing method using the same - Google Patents
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Description
本発明は、新規のセルロース誘導体、その製造方法、前記セルロース誘導体を含む金属除去材、並びに前記セルロース誘導体を用いた金属除去方法に関する。 The present invention relates to a novel cellulose derivative, a method for producing the same, a metal removing material containing the cellulose derivative, and a metal removing method using the cellulose derivative.
ヒ素、カドミウム、鉛等の重金属は、種々の分野において用いられており、例えば、ヒ素は、医薬品、殺虫剤、殺鼠剤、防腐剤、ハイテク産業材料等として用いられている。そのため、前記重金属は地層中や、海洋、河川、井戸水等へ溶け出す可能性があるが、微量でも環境汚染の原因となることが知られている。そこで、前記重金属で汚染された土壌や海水、工業廃液、鉱山排水等から前記重金属を効率的に回収し、除去する方法が望まれている。 Heavy metals such as arsenic, cadmium and lead are used in various fields. For example, arsenic is used as medicines, insecticides, rodenticides, preservatives, high-tech industrial materials and the like. Therefore, the heavy metal may be dissolved in the stratum, ocean, river, well water, etc., but it is known that even a trace amount thereof causes environmental pollution. Therefore, a method for efficiently recovering and removing the heavy metal from soil, seawater, industrial waste liquid, mine drainage, etc. contaminated with the heavy metal is desired.
特許文献1には、セルロース系基材表面にグラフト鎖を導入し、導入されたグラフト鎖にキレート形成基又はイオン交換基を結合させてなるセルロース系吸着材は、水になじみ易く、ホウ素、ゲルマニウム、ヒ素等の半金属又は重金属の吸着力に優れることが記載されている。そして、グラフト鎖の導入率によって、金属の吸着力を発揮するキレート形成基又はイオン交換基の結合量が左右され、グラフト鎖の導入率が低いと、前記金属の吸着に有効に作用するキレート形成基又はイオン交換基の結合量を十分に確保することができないことが記載されている。しかし、セルロース系基材は有機溶媒に対する溶解性が低いことから、効率よくグラフト鎖を導入することは非常に困難であり、放射線グラフト法等の高価な装置を用いる方法によってしか、グラフト鎖の導入率を向上することができず、コストが嵩むことが問題であった。
In
従って、本発明の目的は、安価に製造することができ、金属を選択的に吸着し、回収することができる新規のセルロース誘導体、及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、安価に製造することができ、金属を選択的に吸着し、回収することができる金属除去材を提供することにある。
本発明の他の目的は、安価に、且つ金属を選択的に吸着し、回収する方法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a novel cellulose derivative which can be produced at low cost and which can selectively adsorb and recover a metal, and a production method thereof.
Another object of the present invention is to provide a metal removing material that can be manufactured at low cost and that can selectively adsorb and recover metals.
Another object of the present invention is to provide a method for inexpensively and selectively adsorbing and recovering a metal.
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、アシル化セルロースは有機溶媒に対する溶解性に優れ、ジチオカルバメート基を効率よく且つ安価に導入することができること、ジチオカルバメート基とアシル基とを備えたセルロース誘導体は、金属の吸着力に優れ、金属除去材として有用であることを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。 The present inventors have conducted extensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, acylated cellulose has excellent solubility in an organic solvent, can efficiently and inexpensively introduce a dithiocarbamate group, and has a dithiocarbamate group and an acyl group. It has been found that the cellulose derivative provided with is excellent in metal adsorption power and is useful as a metal removing material. The present invention has been completed based on these findings.
すなわち、本発明は、下記式(1)で表される繰り返し単位を有する、セルロース誘導体を提供する。
本発明は、また、式(a)で表される基と式(b)で表される基のモル比(前者/後者)が1/99〜99/1である、前記のセルロース誘導体を提供する。 The present invention also provides the above cellulose derivative, wherein the molar ratio (former/latter) of the group represented by formula (a) and the group represented by formula (b) is 1/99 to 99/1. To do.
本発明は、また、式(a)で表される基が、下記式(a-1)で表される基である、前記のセルロース誘導体を提供する。
本発明は、また、式(b)で表される基がアセチル基である、前記のセルロース誘導体を提供する。 The present invention also provides the above cellulose derivative, wherein the group represented by formula (b) is an acetyl group.
本発明は、また、式(a)で表される基の総平均置換度が0.2〜2.1であり、式(b)で表される基の総平均置換度が0.9〜2.8である、前記のセルロース誘導体を提供する。 In the present invention, the total average substitution degree of the group represented by the formula (a) is 0.2 to 2.1, and the total average substitution degree of the group represented by the formula (b) is 0.9 to. The above cellulose derivative is provided which is 2.8.
本発明は、また、下記工程を経て、前記のセルロース誘導体を得る、セルロース誘導体の製造方法を提供する。
[1] アシル化セルロース(アシル基の総平均置換度:0.9〜2.8)のヒドロキシル基に、アミノ基が保護されたアミノ酸を反応させ、その後、アミノ基の保護基を外す
[2] 硫黄化合物の存在下、脱保護したアミノ基に第4級アンモニウム塩(N+(R3)4X-;R3は、同一又は異なって炭素数1〜10のアルキル基を示し、X-はカウンターアニオンを示す)を反応させる
The present invention also provides a method for producing a cellulose derivative, which obtains the above cellulose derivative through the following steps.
[1] An amino acid having an amino group protected is reacted with a hydroxyl group of acylated cellulose (total average degree of substitution of acyl groups: 0.9 to 2.8), and then the amino group protecting group is removed [2 ] In the presence of a sulfur compound, a deprotected amino group has a quaternary ammonium salt (N + (R 3 ) 4 X − ; R 3 is the same or different and represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X − Represents a counter anion)
本発明は、また、前記のセルロース誘導体を含む金属吸着材を提供する。 The present invention also provides a metal adsorbent containing the above cellulose derivative.
本発明は、また、前記のセルロース誘導体を用いた金属除去方法を提供する。 The present invention also provides a metal removal method using the above cellulose derivative.
本発明のセルロース誘導体は、安価に製造することができ、金属(例えば、ヒ素、カドミウム、鉛等の重金属)を選択的に吸着し、回収することができる。また、本発明のセルロース誘導体は、耐薬品性、耐熱性、及び耐水性に優れる。そのため、本発明のセルロース誘導体は、金属除去材として極めて有用であり、金属で汚染された土壌や海水、その他、前記金属を含む工業廃水、鉱山廃水、温泉水等を浄化する用途に好適に使用することができる。 The cellulose derivative of the present invention can be produced at low cost, and can selectively adsorb and recover metals (for example, heavy metals such as arsenic, cadmium and lead). Moreover, the cellulose derivative of the present invention is excellent in chemical resistance, heat resistance, and water resistance. Therefore, the cellulose derivative of the present invention is extremely useful as a metal removing material, and is preferably used for purification of metal-contaminated soil or seawater, industrial wastewater containing the metal, mine wastewater, hot spring water, etc. can do.
[セルロース誘導体]
本発明のセルロース誘導体は、下記式(1)で表される繰り返し単位(グルコース単位)を有する。
The cellulose derivative of the present invention has a repeating unit (glucose unit) represented by the following formula (1).
R1における炭素数1〜10のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、メチルメチレン基、ジメチルメチレン基、エチレン基、2−メチルエチレン基、1,2−ジメチルエチレン基、プロピレン基、トリメチレン基、2−メチル−トリメチレン基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基を挙げることができる。 Examples of the alkylene group having 1 to 10 carbon atoms in R 1 include methylene group, methylmethylene group, dimethylmethylene group, ethylene group, 2-methylethylene group, 1,2-dimethylethylene group, propylene group, trimethylene group, A linear or branched alkylene group such as a 2-methyl-trimethylene group may be mentioned.
R1としては、なかでも、セルロース主鎖骨格とジチオカルバメート基間の炭素鎖がより長いほうが金属吸着力が向上する傾向がある。 Among them, as R 1 , the longer the carbon chain between the cellulose main chain skeleton and the dithiocarbamate group, the more the metal adsorbing power tends to be improved.
R2、R3、R4における炭素数1〜10のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基等の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基を挙げることができる。 Examples of the alkyl group having 1 to 10 carbon atoms in R 2 , R 3 and R 4 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a s-butyl group, a t-butyl group, A straight chain or branched chain alkyl group such as a pentyl group may be mentioned.
R2としては、なかでも水素原子が好ましい。また、R3、R4としては、なかでも炭素数1〜3のアルキル基が好ましい。 Among them, R 2 is preferably a hydrogen atom. Further, as R 3 and R 4 , an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferable.
式(a)で表される基としては、なかでも下記式(a-1)で表される基(式中、nは1〜3の整数を示し、R5は、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す。R3は前記に同じ)が好ましく、とりわけ好ましくは下記式(a-1)で表される基のうち、式中のnが2の基である。
式(a)で表される基として、より好ましくは下記式(a-1')で表される基(式中、nは1〜3の整数を示し、R5は、同一又は異なって、水素原子又は炭素数1〜3のアルキル基を示す)であり、とりわけ好ましくは下記式(a-1')で表される基のうち、式中のnが2の基である。
式(a)で表される基として、特に好ましくは下記式(a-1-1)、又は(a-1-2)で表される基であり、とりわけ好ましくは下記式(a-1-2)で表される基である。尚、下記式中のR3は前記に同じ。
式(a)で表される基として、最も好ましくは下記式(a-1'-1)、又は(a-1'-2)で表される基であり、とりわけ好ましくは下記式(a-1'-2)で表される基である。
式(b)で表される基としては、なかでもアセチル基が好ましい。 Among them, the acetyl group is preferable as the group represented by the formula (b).
式(a)で表される基(好ましくは式(a-1)で表される基、より好ましくは式(a-1')で表される基、更に好ましくは式(a-1-1)で表される基及び(a-1-2)で表される基、最も好ましくは式(a-1'-1)で表される基及び(a-1'-2)で表される基)の総平均置換度(セルロースを構成するグルコース単位の2,3および6位に置換する前記基の総平均置換度)としては、例えば0.2〜2.1、好ましくは0.2〜1.8、特に好ましくは0.5〜1.5である。セルロース誘導体が式(a)で表される基を上記範囲で含有すると、優れた金属吸着力を発揮することができる点で好ましい。 The group represented by the formula (a) (preferably the group represented by the formula (a-1), more preferably the group represented by the formula (a-1′), and further preferably the group represented by the formula (a-1-1) ) And a group represented by (a-1-2), most preferably a group represented by the formula (a-1'-1) and a group represented by (a-1'-2) The total average degree of substitution of (group) (the total average degree of substitution of the groups substituting the 2, 3 and 6-positions of glucose units constituting cellulose) is, for example, 0.2 to 2.1, preferably 0.2 to 1.8, particularly preferably 0.5 to 1.5. When the cellulose derivative contains the group represented by the formula (a) in the above range, it is preferable because it can exhibit an excellent metal adsorption force.
式(b)で表される基(特に好ましくはアセチル基)の総平均置換度(セルロースを構成するグルコース単位の2,3および6位に置換する前記基の総平均置換度)としては、例えば0.9〜2.8、好ましくは1.2〜2.8、特に好ましくは1.5〜2.5、最も好ましくは1.8〜2.5である。 Examples of the total average degree of substitution of the group represented by formula (b) (particularly preferably acetyl group) (the total average degree of substitution of the groups substituting the 2, 3 and 6-positions of glucose units constituting cellulose) include It is 0.9 to 2.8, preferably 1.2 to 2.8, particularly preferably 1.5 to 2.5, and most preferably 1.8 to 2.5.
本発明のセルロース誘導体は、優れた金属吸着力(金属の吸着量は、例えば0.1μmol/g以上、好ましくは0.3μmol/g以上、特に好ましくは0.5μmol/g以上)を有する。特に、As(III)、Cd(II)、Pb(II)等の重金属に対して優れた吸着能を有する。As(III)の吸着量は、例えば0.1μmol/g以上、Cd(II)の吸着量は、例えば0.5μmol/g以上、Pb(II)の吸着量は、例えば0.6μmol/g以上である。 The cellulose derivative of the present invention has an excellent metal adsorption force (the metal adsorption amount is, for example, 0.1 μmol/g or more, preferably 0.3 μmol/g or more, and particularly preferably 0.5 μmol/g or more). In particular, it has an excellent adsorption ability for heavy metals such as As(III), Cd(II) and Pb(II). The As(III) adsorption amount is, for example, 0.1 μmol/g or more, the Cd(II) adsorption amount is, for example, 0.5 μmol/g or more, and the Pb(II) adsorption amount is, for example, 0.6 μmol/g or more. Is.
本発明のセルロース誘導体の形状としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限されるものではなく、例えば、シート状、球状(真球状、略真球状、楕円球状など)、多面体状、棒状(円柱状、角柱状など)、りん片状、不定形状等が挙げられる。 The shape of the cellulose derivative of the present invention is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, and examples thereof include a sheet shape, a spherical shape (a true spherical shape, a substantially true spherical shape, an elliptic spherical shape, etc.), a polyhedral shape, and a rod shape ( (Cylindrical shape, prismatic shape, etc.), scaly shape, irregular shape and the like.
本発明のセルロース誘導体は、上記の通り優れた金属吸着力を有する為、例えば、金属吸着材として好適に使用することができる。 Since the cellulose derivative of the present invention has an excellent metal adsorbing power as described above, it can be suitably used, for example, as a metal adsorbent.
本発明のセルロース誘導体を含む金属吸着材(若しくは、本発明のセルロース誘導体からなる金属吸着材)は、例えば、金属(特に、As(III)、Cd(II)、Pb(II)等の重金属)で汚染された土壌や海水、その他、前記金属を含む工業廃水、鉱山廃水、温泉水等を浄化する用途に好適に使用することができる。 The metal adsorbent containing the cellulose derivative of the present invention (or the metal adsorbent composed of the cellulose derivative of the present invention) is, for example, a metal (especially a heavy metal such as As(III), Cd(II), Pb(II)). It can be suitably used for the purpose of purifying soil and seawater contaminated with, industrial wastewater containing the metals, mining wastewater, hot spring water, and the like.
本発明の金属除去方法、すなわち本発明のセルロース誘導体を金属吸着材として用いて、金属(特に、As(III)、Cd(II)、Pb(II)等の重金属)で汚染された土壌や海水、その他、前記金属を含む工業廃水、鉱山廃水、温泉水等から金属を吸着・除去する方法としては特に制限されることがなく、例えば、本発明のセルロース誘導体をカラム等に充填し、そこに工業廃水等を流す方法や、工業廃水等の中に本発明のセルロース誘導体を加え、撹拌する方法等が挙げられる。特に本発明のセルロース誘導体が有機溶媒溶解性を示す場合は、均一系の金属吸着材(すなわち、工業廃水等に溶解した状態で金属を吸着・除去する作用を発現するもの)として用いることもできる。 The metal removal method of the present invention, that is, the soil or seawater contaminated with metals (in particular, heavy metals such as As(III), Cd(II), Pb(II)) using the cellulose derivative of the present invention as a metal adsorbent. Other than the above, the method for adsorbing and removing the metal from the industrial wastewater containing the metal, the mine wastewater, the hot spring water, etc. is not particularly limited, and for example, the cellulose derivative of the present invention is packed in a column or the like, and Examples thereof include a method of flowing industrial wastewater and the like, and a method of adding the cellulose derivative of the present invention to industrial wastewater and the like and stirring. In particular, when the cellulose derivative of the present invention exhibits solubility in an organic solvent, it can be used as a homogeneous metal adsorbent (that is, one that exhibits an action of adsorbing/removing metal in a state of being dissolved in industrial wastewater etc.). ..
本発明の金属除去方法においては、セルロース誘導体のpHを例えば1〜9(なかでも1〜7)に調整することが、金属の吸着力をより一層向上することができ、効率よく金属を除去することができる点で好ましい。尚、セルロース誘導体のpH調整は、周知慣用のpH調整剤(硝酸等の酸や、水酸化ナトリウム等のアルカリ)を用いて行うことができる。 In the metal removal method of the present invention, adjusting the pH of the cellulose derivative to, for example, 1 to 9 (among others, 1 to 7) can further improve the metal adsorption force and efficiently remove the metal. It is preferable because it can be obtained. The pH of the cellulose derivative can be adjusted using a well-known and commonly used pH adjusting agent (an acid such as nitric acid or an alkali such as sodium hydroxide).
また、金属を吸着したセルロース誘導体を焼成することにより容易に金属を回収することができ、回収された金属は再び有益資源として利用することができる。 Moreover, the metal can be easily recovered by baking the cellulose derivative having adsorbed the metal, and the recovered metal can be reused as a useful resource.
[セルロース誘導体の製造方法]
本発明のセルロース誘導体は、例えば、下記工程を経て製造することができる。
[1] アシル化セルロース(セルロースのヒドロキシル基の一部がアシル基[−COR4]で置換されたもの(R4は前記に同じ)、アシル基の総平均置換度:0.9〜2.8)のヒドロキシル基に、アミノ基が保護されたアミノ酸を反応させ、その後、アミノ基の保護基を外す
[2] 硫黄化合物の存在下、脱保護したアミノ基に第4級アンモニウム塩(N+(R3)4X-;R3は、同一又は異なって炭素数1〜10のアルキル基を示し、X-はカウンターアニオンを示す)を反応させる
[Method for producing cellulose derivative]
The cellulose derivative of the present invention can be produced, for example, through the following steps.
[1] Acylated cellulose (a part of the hydroxyl groups of cellulose is substituted with an acyl group [—COR 4 ] (R 4 is the same as above), the total average degree of substitution of the acyl groups: 0.9 to 2. An amino group-protected amino acid is reacted with the hydroxyl group of 8), and then the amino-group-protecting group is removed [2] In the presence of a sulfur compound, the deprotected amino group is quaternary ammonium salt (N + (R 3 ) 4 X − ; R 3 are the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X − represents a counter anion).
工程[1]で使用される、アシル基の総平均置換度が0.9〜2.8であるアシル化セルロースは、例えば、セルロースのヒドロキシル基にアシル化剤を反応させて、セルロースのヒドロキシル基を全てアシル化したトリアシル化セルロースを得、得られたトリアシル化セルロースにおけるアシル基の一部を脱アシル化することによって製造することができる(例えば、特開昭56−59801号公報参照)。 The acylated cellulose used in the step [1] and having a total average degree of substitution of acyl groups of 0.9 to 2.8 is, for example, a hydroxyl group of cellulose obtained by reacting an acylating agent with a hydroxyl group of cellulose. Can be produced by obtaining a acylated triacylated cellulose and deacylating a part of the acyl groups in the obtained triacylated cellulose (see, for example, JP-A-56-59801).
前記セルロースとしては、例えば、木材パルプ(針葉樹パルプ、広葉樹パルプ)やコットンリンターパルプ由来のセルロース等を好適に用いることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。尚、前記パルプには、ヘミセルロースなどの異成分が含まれていてもよい。セルロースは、例えば解砕処理を施す等により、細かく粉砕した状態で使用することが好ましい。 As the cellulose, for example, wood pulp (softwood pulp, hardwood pulp) or cellulose derived from cotton linter pulp can be preferably used. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The pulp may contain a different component such as hemicellulose. Cellulose is preferably used in a state of being finely pulverized by, for example, performing a crushing treatment.
アシル化セルロースにおけるアシル基の総平均置換度は0.9〜2.8であり、好ましくは1.2〜2.8、特に好ましくは1.5〜2.5、最も好ましくは1.8〜2.5である。アシル基の総平均置換度が上記範囲のアシル化セルロースを反応基質として使用すると、当該アシル基の総平均置換度が上記範囲のアシル化セルロースは、アシル基の総平均置換度が上記範囲を外れるアシル化セルロースに比べて溶媒への溶解性に優れ、有機溶媒に溶解した状態でアミノ基が保護されたアミノ酸と反応させることができるため、式(a)で表される基の導入率を向上させることができ、優れた金属吸着力を発揮するセルロース誘導体を製造することができる。 The total average degree of substitution of acyl groups in the acylated cellulose is 0.9 to 2.8, preferably 1.2 to 2.8, particularly preferably 1.5 to 2.5, and most preferably 1.8 to. It is 2.5. When an acylated cellulose having a total average degree of substitution of an acyl group in the above range is used as a reaction substrate, an acylated cellulose having a total average degree of substitution of the acyl group in the above range has a total average degree of substitution of the acyl group outside the above range. It has better solubility in solvents than acylated cellulose and can react with amino acids whose amino groups are protected in the state of being dissolved in organic solvents, thus improving the introduction rate of the group represented by formula (a). It is possible to produce a cellulose derivative that exhibits excellent metal adsorption power.
アシル化セルロースとしては、例えば、商品名「L−20」、「L−30」、「L−50」、「L−70」(以上、アセチルセルロース、(株)ダイセル製)等の市販品を好適に使用することができる。 As the acylated cellulose, for example, commercially available products such as trade names “L-20”, “L-30”, “L-50”, “L-70” (above, acetyl cellulose, manufactured by Daicel Corp.) It can be used preferably.
前記アミノ基が保護されたアミノ酸は、例えば、下記式(3)で表される。
HOOC−R1−NHY (3)
上記式(3)中のR1は、上記式(a)中のR1に対応する。Yはアミノ基を保護する保護基であり、例えば、t−ブトキシカルボニル基(Boc)、9−フルオレニルメチルオキシカルボニル基(Fmoc)等を挙げることができる。アミノ基の保護基としては、なかでも、Fmocが、温和な条件で脱保護できる点で好ましい。
The amino acid whose amino group is protected is represented by, for example, the following formula (3).
HOOC-R 1 -NHY (3)
R 1 in the formula (3) corresponds to R 1 in the formula (a). Y is a protecting group for protecting an amino group, and examples thereof include a t-butoxycarbonyl group (Boc) and a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl group (Fmoc). Among them, Fmoc is preferable as the amino-protecting group because it can be deprotected under mild conditions.
アミノ基を保護する前のアミノ酸は、下記式(3’)で表される。
HOOC−R1−NH2 (3’)
上記式(3’)中のR1は、上記式(a)中のR1に対応する。アミノ基を保護する前のアミノ酸(=式(3’)で表される化合物)としては、例えば、L−アラニン、β−アラニン、4−アミノ酪酸、5−アミノペンタン酸、7−アミノヘプタン酸等を挙げることができる。
The amino acid before protecting the amino group is represented by the following formula (3′).
HOOC-R 1 -NH 2 (3')
R 1 in the formula (3 ') in correspond to R 1 in the formula (a). Examples of the amino acid (=the compound represented by the formula (3′)) before protecting the amino group include L-alanine, β-alanine, 4-aminobutyric acid, 5-aminopentanoic acid, and 7-aminoheptanoic acid. Etc. can be mentioned.
前記アシル化セルロースとアミノ基が保護されたアミノ酸との反応は、触媒の存在下で行うことが好ましい。前記触媒としては、例えば、トリエチルアミン、ピリジン、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 The reaction of the acylated cellulose with the amino group-protected amino acid is preferably carried out in the presence of a catalyst. Examples of the catalyst include triethylamine, pyridine, N,N-dimethyl-4-aminopyridine (DMAP) and the like. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記触媒の使用量としては、アミノ基が保護されたアミノ酸1モルに対して、例えば0.01〜1.0モル程度である。 The amount of the catalyst used is, for example, about 0.01 to 1.0 mol with respect to 1 mol of the amino group-protected amino acid.
また、前記反応は、縮合剤の存在下で行うことが好ましい。前記縮合剤としては、例えば、1−(3−ジメチルアミノプロピル)−3−エチルカルボジイミド塩酸塩(EDC−HCl)、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド等を挙げることができる。これらは1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 Further, the reaction is preferably performed in the presence of a condensing agent. Examples of the condensing agent include 1-(3-dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride (EDC-HCl), N,N'-dicyclohexylcarbodiimide, N,N'-diisopropylcarbodiimide and the like. it can. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
前記縮合剤の使用量としては、アミノ基が保護されたアミノ酸1モルに対して、例えば0.01〜1.0モル程度である。 The amount of the condensing agent used is, for example, about 0.01 to 1.0 mol with respect to 1 mol of the amino group-protected amino acid.
前記反応は、溶媒の存在下で行うことが好ましい。前記溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等の脂肪族炭化水素;シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;クロロホルム、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素;ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル;アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル等のエステル;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール;ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらは1種を単独で、又はを2種以上を組み合わせて使用することができる。 The reaction is preferably carried out in the presence of a solvent. Examples of the solvent include aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, and octane; alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and ethylbenzene; chloroform, dichloromethane, 1,2- Halogenated hydrocarbons such as dichloroethane; ethers such as diethyl ether, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxane; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone; esters such as methyl acetate, ethyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate; N, N Examples include amides such as dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and benzonitrile; alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, butanol; and dimethyl sulfoxide. These may be used alone or in combination of two or more.
前記溶媒の使用量としては、反応基質の総量の、例えば0.5〜30重量倍程度である。溶媒の使用量が上記範囲を上回ると反応成分の濃度が低くなり、反応速度が低下する傾向がある。 The amount of the solvent used is, for example, about 0.5 to 30 times the total amount of the reaction substrate. If the amount of the solvent used exceeds the above range, the concentration of the reaction components tends to be low and the reaction rate tends to be low.
前記反応を経て、アシル化セルロース(1-1)から、アシル化セルロースにおけるヒドロキシル基(OH基)の少なくとも1部が、−OOC−R1−NHY基(Yはアミノ基の保護基であり、式(3)中のYに同じ)で置換された化合物(1-2)が得られる。 After the reaction, from the acylated cellulose (1-1), at least a part of the hydroxyl group (OH group) in the acylated cellulose is —OOC—R 1 —NHY group (Y is an amino group-protecting group, A compound (1-2) substituted with Y in formula (3) is obtained.
アミノ基の保護基を外す反応は、前記反応を経て得られた化合物(1-2)におけるアミノ基の保護基(Y)を外し、アシル化セルロースにおけるヒドロキシル基(OH基)の少なくとも1部が、−OOC−R1−NH2基で置換された化合物(1-3)を得る反応である。保護基を外す反応は、保護基の種類に応じて適宜選択することが好ましい。例えばYがFmocである場合は、ピリジン等の第2級アミンを反応させることにより保護基を速やかに外すことができる。また、YがBocである場合は、トリフルオロ酢酸等の強酸を反応させることにより保護基を速やかに外すことができる。 The reaction for removing the amino-protecting group is carried out by removing the amino-protecting group (Y) in the compound (1-2) obtained through the above reaction, and at least a part of the hydroxyl group (OH group) in the acylated cellulose is is the reaction to obtain compound substituted by -OOC-R 1 -NH 2 group of (1-3). The reaction for removing the protecting group is preferably selected appropriately according to the type of the protecting group. For example, when Y is Fmoc, the protective group can be rapidly removed by reacting with a secondary amine such as pyridine. When Y is Boc, the protecting group can be removed rapidly by reacting with a strong acid such as trifluoroacetic acid.
工程[2]は、脱保護したアミノ基、すなわち、工程[1]を経て得られた、化合物(1-3)における−OOC−R1−NH2基に、硫黄化合物の存在下、第4級アンモニウム塩(N+(R3)4X-;R3は、同一又は異なって炭素数1〜10のアルキル基を示し、X-はカウンターアニオンを示す)を反応させて、本発明のセルロース誘導体を得る工程である。 In the step [2], the deprotected amino group, that is, the —OOC—R 1 —NH 2 group in the compound (1-3) obtained through the step [1] is added to the fourth compound in the presence of a sulfur compound. Cellulose of the present invention by reacting a primary ammonium salt (N + (R 3 ) 4 X − ; R 3 are the same or different and each represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X − represents a counter anion). This is a step of obtaining a derivative.
前記第4級アンモニウム塩におけるカウンターアニオン(X-)としては、例えば、OH-、Cl-、Br-、I-、F-、SO4 2-、BH4 -、BF4 -、PF6 -等が挙げられる。 Examples of the counter anion (X − ) in the quaternary ammonium salt include OH − , Cl − , Br − , I − , F − , SO 4 2− , BH 4 − , BF 4 − , PF 6 − and the like. Are listed.
前記第4級アンモニウム塩としては、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム等が挙げられる。 Examples of the quaternary ammonium salt include tetramethylammonium hydroxide and tetraethylammonium hydroxide.
前記第4級アンモニウム塩の使用量は、前記化合物(1-3)100重量部に対して、例えば20〜500重量部程度である。 The amount of the quaternary ammonium salt used is, for example, about 20 to 500 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the compound (1-3).
前記硫黄化合物としては、例えば、二硫化炭素を挙げることができる。硫黄化合物の使用量は、前記化合物(1-3)100重量部に対して、例えば100重量部以上である。 Examples of the sulfur compound include carbon disulfide. The amount of the sulfur compound used is, for example, 100 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the compound (1-3).
工程[2]の反応は、溶媒の存在下で行うことが好ましい。前記溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素;メタノール、エタノール、2−プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール;N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、N,N−ジメチルホルムアミド等が挙げられる。これらは、1種を単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。溶媒の使用量は、反応基質の総量の、例えば0.5〜30重量倍程度である The reaction in step [2] is preferably performed in the presence of a solvent. Examples of the solvent include aromatic hydrocarbons such as toluene, xylene and ethylbenzene; alcohols such as methanol, ethanol, 2-propanol, isopropyl alcohol and butanol; N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N,N-dimethylformamide and the like. Is mentioned. These can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. The amount of the solvent used is, for example, about 0.5 to 30 times the total amount of the reaction substrate.
工程[2]の反応温度は、例えば10〜100℃程度である。反応時間は、例えば1〜24時間程度である。反応終了後、得られた反応生成物は、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、吸着、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。 The reaction temperature in step [2] is, for example, about 10 to 100°C. The reaction time is, for example, about 1 to 24 hours. After completion of the reaction, the obtained reaction product can be separated and purified by a separation means such as filtration, concentration, distillation, extraction, crystallization, adsorption, recrystallization, column chromatography, or a combination of these.
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
実施例1(セルロース誘導体(MI96)の調製)
窒素雰囲気下、二口ナスフラスコにアセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度:2.4、6%粘度:53mPa・s)(4.02g,15.3mmol)を入れ、80℃で2時間真空乾燥した。この反応容器に、Fmoc−β−alanine(3.13g,10.1mmol)、ジクロロメタン(76mL)、DMAP(1.23g,10.1mmol)を加えた後、反応系を0℃に冷却した。
さらにEDC−HCl(1.93g,10.1mmol)を添加した後、反応系を室温に戻し、一晩撹拌した。
溶媒を減圧下で留去した後に、窒素下でDMSO/ピペリジン混合溶媒(DMSO/ピペリジン=80/20(v/v),76mL)を加え,室温で2時間撹拌した。析出した固体をメタノールを加えて洗浄し、遠心分離により回収した。真空乾燥し、下記式(I)で表される化合物を白色固体として得た(3.30g,71%)。1H−NMR測定の結果から、Fmoc−β−alanineの総平均置換度は、0.47と算出された。
1H-NMR(500MHz,DMSO-d6):δ5.61-3.26 (glucose ring, CH2), 2.92-2.70 (CH2), 2.21-1.69 (Acetyl)
Example 1 (Preparation of cellulose derivative (MI96))
In a nitrogen atmosphere, put acetyl cellulose (total average degree of substitution of acetyl group: 2.4, 6% viscosity: 53 mPa·s) (4.02 g, 15.3 mmol) in a two-necked eggplant flask and vacuum at 80° C. for 2 hours. Dried. After adding Fmoc-β-alanine (3.13 g, 10.1 mmol), dichloromethane (76 mL) and DMAP (1.23 g, 10.1 mmol) to this reaction vessel, the reaction system was cooled to 0°C.
After further adding EDC-HCl (1.93 g, 10.1 mmol), the reaction system was returned to room temperature and stirred overnight.
After the solvent was distilled off under reduced pressure, a DMSO/piperidine mixed solvent (DMSO/piperidine=80/20 (v/v), 76 mL) was added under nitrogen, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Methanol was added to the precipitated solid to wash it, and the solid was collected by centrifugation. Vacuum drying was performed to obtain a compound represented by the following formula (I) as a white solid (3.30 g, 71%). From the result of 1 H-NMR measurement, the total average substitution degree of Fmoc-β-alanine was calculated to be 0.47.
1 H-NMR (500MHz, DMSO-d6): δ5.61-3.26 (glucose ring, CH 2 ), 2.92-2.70 (CH 2 ), 2.21-1.69 (Acetyl)
トルエン(320mL)、2−プロパノール(32mL)、CS2(64mL)、10%水酸化テトラメチルアンモニウム(8mL)の混合溶液に、上記式(I)で表される化合物(2.04g,6.67mmol)をDMSO(32mL)に溶解した溶液をゆっくり滴下し、遮光下、室温で2時間撹拌した。反応の進行は、IR測定により1489cm-1のC=S吸収の出現により確認した(図1参照)。析出した固体をメタノールを加えて洗浄し、遠心分離により回収した。真空乾燥し、白色固体としてMI96(2.15g,82%)を得た。元素分析(S)の結果より、MI96のジチオカルバメート基(−CS2 -)の総平均置換度は0.13と算出された。 In a mixed solution of toluene (320 mL), 2-propanol (32 mL), CS 2 (64 mL) and 10% tetramethylammonium hydroxide (8 mL), the compound represented by the above formula (I) (2.04 g, 6. A solution of 67 mmol) dissolved in DMSO (32 mL) was slowly added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours in the dark. The progress of the reaction was confirmed by the appearance of C═S absorption at 1489 cm −1 by IR measurement (see FIG. 1). Methanol was added to the precipitated solid to wash it, and the solid was collected by centrifugation. Vacuum drying gave MI96 (2.15 g, 82%) as a white solid. From the results of elemental analysis (S), the total average substitution degree of the dithiocarbamate group (-CS 2 - ) of MI96 was calculated to be 0.13.
実施例2(セルロース誘導体(MI98)の調製)
窒素雰囲気下、二口ナスフラスコにアセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度:1.7)(2.02g,8.63mmol)を入れ、80℃で2時間真空乾燥した。この反応容器に、Fmoc−β−alanine(3.80g,12.2mmol)、ジクロロメタン(42mL)、DMAP(1.50g,12.3mmol)を加えた後、反応系を0℃に冷却した。さらにEDC−HCl(2.34g,12.2mmol)を添加した後、反応系を室温に戻し、一晩撹拌した。溶媒を減圧下で留去した後に、窒素下でDMSO/ピペリジン混合溶媒(DMSO/ピペリジン=80/20(v/v),42mL)を加え,室温で2時間撹拌した。析出した固体をメタノールを加えて洗浄し、遠心分離により回収した。真空乾燥し、下記式(II)で表される化合物を白色固体として得た(2.16g,77%)。1H−NMR測定の結果から、Fmoc−β−alanineの総平均置換度は、1.01と算出された。
1H-NMR(500MHz,DMSO-d6):δ5.45-3.18 (glucose ring, CH2), 2.86-2.59 (CH2), 2.10-1.79 (Acetyl)
Example 2 (Preparation of cellulose derivative (MI98))
Under a nitrogen atmosphere, acetylcellulose (total average degree of substitution of acetyl groups: 1.7) (2.02 g, 8.63 mmol) was placed in a two-necked eggplant flask, and vacuum dried at 80° C. for 2 hours. Fmoc-β-alanine (3.80 g, 12.2 mmol), dichloromethane (42 mL) and DMAP (1.50 g, 12.3 mmol) were added to this reaction vessel, and then the reaction system was cooled to 0°C. After further adding EDC-HCl (2.34 g, 12.2 mmol), the reaction system was returned to room temperature and stirred overnight. After the solvent was distilled off under reduced pressure, a DMSO/piperidine mixed solvent (DMSO/piperidine=80/20 (v/v), 42 mL) was added under nitrogen, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours. Methanol was added to the precipitated solid to wash it, and the solid was collected by centrifugation. Vacuum drying was performed to obtain a compound represented by the following formula (II) as a white solid (2.16 g, 77%). From the result of 1 H-NMR measurement, the total average substitution degree of Fmoc-β-alanine was calculated to be 1.01.
1 H-NMR (500MHz, DMSO-d6): δ5.45-3.18 (glucose ring, CH 2 ), 2.86-2.59 (CH 2 ), 2.10-1.79 (Acetyl)
トルエン(160mL)、2−プロパノール(16mL)、CS2(32mL)、10%水酸化テトラメチルアンモニウム(4mL)の混合溶液に、上記式(II)で表される化合物(1.0g,3.08mmol)をDMSO(15.4mL)に溶解した溶液をゆっくり滴下し、遮光下、室温で2時間撹拌した。反応の進行は、IR測定により1489cm-1のC=S吸収の出現により確認した(図2参照)。析出した固体をメタノールを加えて洗浄し、遠心分離により回収した。真空乾燥し、白色固体としてMI98(0.89g,56%)を得た。元素分析(S)の結果より、MI98のジチオカルバメート基(−CS2 -)の総平均置換度は、0.33と算出された。 In a mixed solution of toluene (160 mL), 2-propanol (16 mL), CS 2 (32 mL) and 10% tetramethylammonium hydroxide (4 mL), the compound represented by the above formula (II) (1.0 g, 3. A solution of 08 mmol) in DMSO (15.4 mL) was slowly added dropwise, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours under light shielding. The progress of the reaction was confirmed by the appearance of C=S absorption at 1489 cm -1 by IR measurement (see Fig. 2). Methanol was added to the precipitated solid to wash it, and the solid was collected by centrifugation. Vacuum drying gave MI98 (0.89 g, 56%) as a white solid. From the result of elemental analysis (S), the total average degree of substitution of the dithiocarbamate group (-CS 2 - ) of MI98 was calculated to be 0.33.
実施例3(セルロース誘導体(MI101)の調製)
アセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度:2.4、6%粘度:53mPa・s)に代えて、アセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度:2.4、6%粘度:132mPa・s)を使用した以外は実施例1と同様にして、白色固体としてMI101を得た。元素分析(S)の結果より、MI101のジチオカルバメート基(−CS2 -)の総平均置換度は、0.13と算出された。
Example 3 (Preparation of cellulose derivative (MI101))
Instead of acetyl cellulose (total average degree of substitution of acetyl groups: 2.4, 6% viscosity: 53 mPa·s), acetyl cellulose (total average degree of substitution of acetyl groups: 2.4, 6% viscosity: 132 mPa·s) MI101 was obtained as a white solid in the same manner as in Example 1 except that was used. From the result of elemental analysis (S), the total average degree of substitution of the dithiocarbamate group (—CS 2 — ) of MI101 was calculated to be 0.13.
実施例4(セルロース誘導体(MI77)の調製)
窒素雰囲気下、二口ナスフラスコにアセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度2.4)(5.02g,19.1mmol)を入れ、80℃で2時間真空乾燥した。この反応容器に、Boc−L−alanine(3.24g,17.1mmol)、DMSO(95mL)、DMAP(2.10g,17.1mmol)を加えた後、反応系を0℃に冷却した。さらにEDC−HCl(3.32g,17.3mmol)を添加した後、反応系を室温に戻し、一晩撹拌した。MeOH/H2O(80/20,v/v)混合溶媒中に再沈殿することにより析出した固体を遠心分離により回収した。60℃で真空乾燥し、下記式(III)で表される化合物を白色固体として得た(5.60g,80%)。1H−NMR測定の結果から、Boc−L−alanineの総平均置換度は、0.30と算出された。
1H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ7.23-6.59 (NH), 5.56-3.35 (glucose ring, CH), 2.14-1.75 (Acetyl), 1.47-1.35 (Boc), 1.35-1.04 (CH3)
Example 4 (Preparation of cellulose derivative (MI77))
Under a nitrogen atmosphere, acetyl cellulose (total average degree of substitution of acetyl groups: 2.4) (5.02 g, 19.1 mmol) was placed in a two-necked eggplant flask, and vacuum dried at 80° C. for 2 hours. After adding Boc-L-alanine (3.24 g, 17.1 mmol), DMSO (95 mL), and DMAP (2.10 g, 17.1 mmol) to this reaction container, the reaction system was cooled to 0°C. After further adding EDC-HCl (3.32 g, 17.3 mmol), the reaction system was returned to room temperature and stirred overnight. The solid precipitated by reprecipitation in a MeOH/H 2 O (80/20, v/v) mixed solvent was recovered by centrifugation. After vacuum drying at 60° C., a compound represented by the following formula (III) was obtained as a white solid (5.60 g, 80%). From the result of 1 H-NMR measurement, the total average substitution degree of Boc-L-alanine was calculated to be 0.30.
1 H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ7.23-6.59 (NH), 5.56-3.35 (glucose ring, CH), 2.14-1.75 (Acetyl), 1.47-1.35 (Boc), 1.35-1.04 (CH 3 )
窒素雰囲気下、二口ナスフラスコに上記式(III)で表される化合物(2.26g,6.18mmol)、ジクロロメタン(64mL)、トリフルオロ酢酸(1.48mL,19.3mmol)を入れ、室温で一晩撹拌した。ゲル化した反応系の上澄み液を除去した後、ゲルをMeOHに溶解させ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に再沈殿した。析出した固体を遠心分離により回収し、真空乾燥することにより、下記式(IV)で表される化合物を白色固体として得た(1.95g,103%)。
1H-NMR (500 MHz, DMSO-d6)δ7.22-6.53 (NH2), 5.73-3.28 (glucose ring, CH), 2.28-1.64 (Acetyl), 1.35-1.01 (CH3)
Under a nitrogen atmosphere, the compound (2.26 g, 6.18 mmol) represented by the above formula (III), dichloromethane (64 mL) and trifluoroacetic acid (1.48 mL, 19.3 mmol) were placed in a two-necked eggplant flask, and the mixture was kept at room temperature. Stir overnight. After removing the supernatant of the gelled reaction system, the gel was dissolved in MeOH and reprecipitated in a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution. The precipitated solid was collected by centrifugation and vacuum dried to obtain a compound represented by the following formula (IV) as a white solid (1.95 g, 103%).
1 H-NMR (500 MHz, DMSO-d6) δ7.22-6.53 (NH 2 ), 5.73-3.28 (glucose ring, CH), 2.28-1.64 (Acetyl), 1.35-1.01 (CH 3 ).
トルエン(160mL)、2−プロパノール(16mL)、CS2(32mL)、10%水酸化テトラメチルアンモニウム(4mL)の混合溶液に、乳鉢で細かく砕いた上記式(IV)で表される化合物(1.00g,3.27mmol)を入れ、遮光下、室温で2時間撹拌した。反応の進行は、IR測定により1489cm-1のC=S吸収の出現により確認した(図3参照)。反応系中の固体をメタノールを加えて洗浄し、遠心分離により回収した。真空乾燥し、白色固体としてMI77(1.00g,87%)を得た。 To a mixed solution of toluene (160 mL), 2-propanol (16 mL), CS 2 (32 mL), and 10% tetramethylammonium hydroxide (4 mL), a compound (1) represented by the above formula (IV) crushed finely in a mortar. (0.000 g, 3.27 mmol) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours in the dark. The progress of the reaction was confirmed by the appearance of C=S absorption at 1489 cm -1 by IR measurement (see Fig. 3). Methanol was added to wash the solid in the reaction system, and the solid was collected by centrifugation. It was dried under vacuum to give MI77 (1.00 g, 87%) as a white solid.
実施例5(セルロース誘導体(MI64)の調製)
窒素雰囲気下、二口ナスフラスコにアセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度1.7)(3.01g,12.9mmol)を入れ、80℃で2時間真空乾燥した。この反応容器に、Boc−L−alanine(4.71g,24.9mmol)、DMSO(64mL)、DMAP(3.07g,25.1mmol)を加え、反応系を0℃に冷却した。さらに、EDC−HCl(4.77g,24.9mmol)を添加した後、反応系を室温に戻し、一晩撹拌した。MeOH/H2O(70/30,v/v)混合溶媒中に再沈殿することにより析出した固体を遠心分離により回収した。60℃で昇温真空乾燥し、下記式(V)で表される化合物を白色固体として得た(4.13g,71%)。1H−NMRの結果から、Boc−L−alanineの置換度は、0.91と算出された。
1H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ7.31-6.16 (NH), 5.39-3.38 (glucose ring, CH), 2.24-1.66 (Acetyl), 1.48-1.35 (Boc), 1.34-1.07 (CH3)
Example 5 (Preparation of cellulose derivative (MI64))
Under a nitrogen atmosphere, acetyl cellulose (total average degree of substitution of acetyl groups: 1.7) (3.01 g, 12.9 mmol) was placed in a two-necked eggplant flask, and vacuum dried at 80° C. for 2 hours. Boc-L-alanine (4.71 g, 24.9 mmol), DMSO (64 mL) and DMAP (3.07 g, 25.1 mmol) were added to this reaction vessel, and the reaction system was cooled to 0°C. Furthermore, after adding EDC-HCl (4.77 g, 24.9 mmol), the reaction system was returned to room temperature and stirred overnight. The solid precipitated by reprecipitation in a MeOH/H 2 O (70/30, v/v) mixed solvent was recovered by centrifugation. After vacuum drying at a temperature of 60° C., a compound represented by the following formula (V) was obtained as a white solid (4.13 g, 71%). From the result of 1 H-NMR, the substitution degree of Boc-L-alanine was calculated to be 0.91.
1 H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ7.31-6.16 (NH), 5.39-3.38 (glucose ring, CH), 2.24-1.66 (Acetyl), 1.48-1.35 (Boc), 1.34-1.07 (CH 3 )
窒素雰囲気下、二口ナスフラスコに上記式(V)で表される化合物(2.00g,4.40mmol)、ジクロロメタン(44mL)、トリフルオロ酢酸(2.17mL,28.4mmol)を加え、室温で一晩撹拌した。ゲル化した反応系の上澄み液を除去した後、ゲルをMeOHに溶解させ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液に再沈殿した。析出した固体を遠心分離により回収し、真空乾燥することにより、下記式(VI)で表される化合物を白色固体として得た(0.593g,41%)。
1H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ7.96-7.66 (NH), 5.26-3.33 (glucose ring, CH), 2.26-1.70 (Acetyl), 1.33-1.01 (CH3)
Under a nitrogen atmosphere, the compound (2.00 g, 4.40 mmol) represented by the above formula (V), dichloromethane (44 mL) and trifluoroacetic acid (2.17 mL, 28.4 mmol) were added to a two-necked eggplant flask, and the mixture was cooled to room temperature. Stir overnight. After removing the supernatant of the gelled reaction system, the gel was dissolved in MeOH and reprecipitated in a saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution. The precipitated solid was collected by centrifugation and vacuum dried to obtain a compound represented by the following formula (VI) as a white solid (0.593 g, 41%).
1 H-NMR(500MHz,DMSO-d6)δ7.96-7.66 (NH), 5.26-3.33 (glucose ring, CH), 2.26-1.70 (Acetyl), 1.33-1.01 (CH 3 )
トルエン(64mL)、2−プロパノール(6.4mL)、CS2(12.8mL)、10%水酸化テトラメチルアンモニウム(1.60mL)の混合溶液に、乳鉢で細かく砕いた上記式(VI)で表される化合物(0.378g,1.16mmol)を入れ、遮光下、室温で2時間撹拌した。反応の進行は、IR測定により1489cm-1のC=S吸収の出現により確認した(図4参照)。反応系中の固体をメタノールを加えて洗浄し、遠心分離により回収した。真空乾燥し、白色固体としてMI64(0.350g,72%)を得た。 Toluene (64 mL), 2-propanol (6.4 mL), CS 2 (12.8 mL), 10% tetramethylammonium hydroxide (1.60 mL) in a mixed solution was crushed finely in a mortar with the above formula (VI). The compound shown (0.378 g, 1.16 mmol) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 2 hours under light shielding. The progress of the reaction was confirmed by the appearance of C═S absorption at 1489 cm −1 by IR measurement (see FIG. 4). Methanol was added to wash the solid in the reaction system, and the solid was collected by centrifugation. Vacuum drying gave MI64 (0.350 g, 72%) as a white solid.
評価
[1]セルロース誘導体の金属吸着力のpH依存性を下記方法で評価した。
1.試料溶液、及び緩衝溶液の調製
三酸化二ヒ素(As(III))(特級;和光純薬工業(株)製)、ヒ酸水素ニナトリウム七水和物(As(V))(特級;和光純薬工業(株)製)、カコジル酸ナトリウム(DMA(V))(電子顕微鏡用;ナカライテスク(株)製)を0.01MのNaOH溶液に溶解して試料溶液を調製した。また緩衝溶液については、以下の試薬を精製水に溶かして0.1M緩衝溶液を調製し、1Mの硝酸又は1MのNaOH溶液を少量加えてpHを調整した。
1. Preparation of sample solution and buffer solution Diarsenic trioxide (As(III)) (special grade; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), disodium hydrogen arsenate heptahydrate (As(V)) (special grade; A sample solution was prepared by dissolving Kako Pure Chemical Industries, Ltd.) and sodium cacodylate (DMA(V)) (for electron microscope; Nacalai Tesque, Inc.) in 0.01M NaOH solution. Regarding the buffer solution, the following reagents were dissolved in purified water to prepare a 0.1 M buffer solution, and a small amount of 1 M nitric acid or 1 M NaOH solution was added to adjust the pH.
2.固相カラムの作成と固相抽出
実施例1で得られたセルロース誘導体(MI96)約1gを乳鉢に移し、粒径が約2mm以下となるまで乳棒ですりつぶした。硬く、乳棒ですりつぶせないところはハサミで切断した。
粉砕されたセルロース誘導体(MI96)を0.050gはかり取り、内径2mm,長さ3cmのテフロン(登録商標)チューブに充填し、両端にテフロン(登録商標)ウールを詰めて、固相カラムを作製した。
得られた固相カラムに内径2mmのシリコンチューブを接続してチューブポンプ(ペリスタポンプ、アズワン(株)製)により各溶液を送液した。始めに固相カラムに0.1M緩衝溶液10mLを送液してカラム内のpHを調整後、10−5M試料溶液5mLを流速5mL/minで通液し、ヒ素の固相抽出を行った。溶出液5mLに1MのHClを1mL加えて保存した。各溶出液中の金属濃度をICP−OES(サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製、iCAP6300DUO)で定量し、固相による吸着量を求めた。結果を図5に示す。図5より、本発明のセルロース誘導体は、pH1〜7の範囲において特に優れた金属吸着力を発揮できることがわかった。
2. Preparation of solid phase column and solid phase extraction About 1 g of the cellulose derivative (MI96) obtained in Example 1 was transferred to a mortar and ground with a pestle until the particle size became about 2 mm or less. The place that was hard and could not be ground with a pestle was cut with scissors.
0.050 g of the crushed cellulose derivative (MI96) was weighed and filled in a Teflon (registered trademark) tube having an inner diameter of 2 mm and a length of 3 cm, and Teflon (registered trademark) wool was packed at both ends to prepare a solid phase column. ..
A silicon tube having an inner diameter of 2 mm was connected to the obtained solid phase column, and each solution was sent by a tube pump (Perista Pump, manufactured by As One Co., Ltd.). First, 10 mL of 0.1 M buffer solution was sent to the solid phase column to adjust the pH in the column, and then 5 mL of 10-5 M sample solution was passed at a flow rate of 5 mL/min to perform solid phase extraction of arsenic. 1 mL of 1M HCl was added to 5 mL of the eluate and the mixture was stored. The metal concentration in each eluate was quantified by ICP-OES (iCAP6300DUO manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.) to determine the amount of adsorption by the solid phase. Results are shown in FIG. From FIG. 5, it was found that the cellulose derivative of the present invention can exhibit particularly excellent metal adsorption force in the pH range of 1 to 7.
[2]各セルロース誘導体おけるヒ素吸着力を下記方法で評価した。
三酸化二ヒ素(As(III))(特級;和光純薬工業(株)製)を0.01MのNaOH溶液に溶解して試料溶液を調製した。
実施例で得られたセルロース誘導体を使用して、上記と同様の方法で固相カラムを作成し、当該固相カラムに前記試料溶液5mLを5mL/分で通液して、固相によるヒ素吸着量を求めた(但し、カラム内のpHは2.5又は3とした)。結果を図6に示す。図6より、セルロース主鎖骨格とジチオカルバメート基間の炭素鎖が長い方が、より優れたヒ素吸着力を有することがわかった。
[2] The arsenic adsorption power of each cellulose derivative was evaluated by the following method.
Diarsenic trioxide (As(III)) (special grade; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in a 0.01 M NaOH solution to prepare a sample solution.
Using the cellulose derivative obtained in the example, a solid phase column was prepared by the same method as above, and 5 mL of the sample solution was passed through the solid phase column at 5 mL/min to adsorb arsenic by the solid phase. The amount was determined (however, the pH in the column was 2.5 or 3). Results are shown in FIG. From FIG. 6, it was found that the longer the carbon chain between the cellulose main chain skeleton and the dithiocarbamate group, the better the arsenic adsorption power.
[3]セルロース誘導体の金属毎の吸着力を下記方法で評価した。
試料溶液として10-5MのAs(III),Pb(II),Cd(II)/0.1M MES緩衝溶液(pH3)を調製した。
実施例5で得られたセルロース誘導体(MI64)、アセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度1.7)(=AC(1.7))、及びアセチルセルロース(アセチル基の総平均置換度2.4)(=AC(2.4))を用いて、上記と同様の方法で固相カラムを作成し、当該固相カラムに試料溶液5mLを5mL/分で通液して、固相によるヒ素、カドミウム、及び鉛の吸着量を求めた。結果を図7に示す。図7より、アセチルセルロースに比べ、本発明のセルロース誘導体は、ヒ素、カドミウム、及び鉛に対して飛躍的に優れた吸着力を有することがわかった。
[3] The adsorption power of each metal of the cellulose derivative was evaluated by the following method.
As a sample solution, 10 −5 M As(III), Pb(II), Cd(II)/0.1 M MES buffer solution (pH 3) was prepared.
1. The cellulose derivative (MI64) obtained in Example 5, acetyl cellulose (total average degree of substitution of acetyl groups 1.7) (=AC(1.7)), and acetyl cellulose (total average degree of substitution of
Claims (8)
[1] アシル化セルロース(アシル基の総平均置換度:0.9〜2.8)のヒドロキシル基に、アミノ基が保護されたアミノ酸を反応させ、その後、アミノ基の保護基を外す
[2] 硫黄化合物の存在下、脱保護したアミノ基に第4級アンモニウム塩(N+(R3)4X-;R3は、同一又は異なって炭素数1〜10のアルキル基を示し、X-はカウンターアニオンを示す)を反応させる The manufacturing method of a cellulose derivative which obtains the cellulose derivative according to any one of claims 1 to 5 through the following steps.
[1] An amino acid having an amino group protected is reacted with a hydroxyl group of acylated cellulose (total average degree of substitution of acyl groups: 0.9 to 2.8), and then the amino group protecting group is removed [2 ] In the presence of a sulfur compound, a deprotected amino group has a quaternary ammonium salt (N + (R 3 ) 4 X − ; R 3 is the same or different and represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and X − Represents a counter anion)
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