JP7281212B2 - 汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物 - Google Patents

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Description

本発明は、土壌や水質に存在する重金属及びホルムアルデヒドを除去し、汚染された土壌又は水質を復元するための化合物に関するものである。
今日、都市化、産業化、無分別な資源開発によって排出される様々な有害物質は、大気汚染、土壌汚染、水質汚染などを起こし、人体と環境に悪影響を及ぼしている。
環境省が主催して実施した2012年の産業団地土壌汚染調査によると、全国5つの産業団地693か所のうち、5%に当たる34か所の敷地で土壌及び地下水の汚染が確認され、そのうちの13か所が銅、鉛、ヒ素、水銀、カドミウム、クロムなどの重金属に汚染されていると調査された。また、一連の報告書によると、これらの産業団地、工業団地地域、都市廃棄物処理地域及び廃鉱/炭鉱周辺の場合、土壌に含まれる重金属の濃度は、一般的な地域の自然状態の土壌に比べて数百倍高いものと報告されている。
最近では、学校の運動場に設置されたウレタン人工芝で基準値以上の重金属が過剰検出されていることが分かり、その深刻さを増している。
このような土壌中の重金属は、雨水などにより水質に流入され、水俣病、イタイイタイ病、癌などの致命的な疾病を誘発するため、重金属汚染への事前予防だけでなく、すでに汚染された土壌の復元は非常に重要である。
一方、揮発性有機化合物であるホルムアルデヒドは大気だけではなく、その水溶液であるホルマリンは、腐敗を防止するための防腐剤、防腐剤注入木材、木材品の接着剤、絹織物など、産業に多く使われているが、このようなホルマリンが製造工場から不注意により土壌の中にいったん浸透すると、その処理が非常に難しく、土壌だけでなく、深刻な地下水汚染を誘発する。2000年、在韓米軍が漢江にホルマリンを無断放流した漢江毒物放流事件は、その深刻さを示す事例である。
今、土壌汚染、水質汚染は、生態系の自然浄化能力の範囲を超えた実情なので、土壌と水質に含まれる重金属、ホルムアルデヒドを効率的に除去するための努力が求められる。
F.W.Sunderman et al.、Toxicol.Appl.Pharmacol.38、177(1976) JM Walshe、Prog.Clin.Biol.Res.34、271(1979) R.H.Haslam et al.、Dev.Pharmacol.Ther.1、318(1980)
本発明は、前記のような問題を解決するためのものであり、土壌又は水質に含まれている各種重金属及びホルムアルデヒドを効果的に除去することができる、汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物を提供することに、その目的がある。
本発明は、前記の目的を解決するために、下記化学式1のトリエンチンまたはトリエンチン誘導体、下記化学式2のサイクレンまたはサイクレン誘導体、下記化学式3のサイクラムまたはサイクラム誘導体のうちから選択された1種以上を有効成分とする、重金属及びホルムアルデヒド除去能を有する汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物を提供する。
Figure 0007281212000001
Figure 0007281212000002
Figure 0007281212000003
(前記式らで、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立的に水素、-R-COOH又はこれらの塩であり、RはC~Cの脂肪族、置き換えされるか、または置き換えされない芳香族環、または複素環6員環又は5員環である。)
前記の重金属及びホルムアルデヒド除去の有効成分は、望ましくは、下記化学式1aのトリエンチン、化学式2aのサイクレン、化学式3aのサイクラム、又はこれらの塩のうちから選択される。
Figure 0007281212000004
Figure 0007281212000005
Figure 0007281212000006
前記トリエンチン誘導体は、望ましくは、下記化学式1b乃至1dの化合物、またはこれらの塩のうちから選択される。
Figure 0007281212000007
Figure 0007281212000008
Figure 0007281212000009
(前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素、またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)または窒素(N)である。)
前記サイクレン誘導体は、望ましくは、下記化学式2b乃至2dの化合物またはこれらの塩のうちから選択される。
Figure 0007281212000010
Figure 0007281212000011
Figure 0007281212000012
(前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素、またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)または窒素(N)である。)
前記サイクラム誘導体は、望ましくは、下記化学式3b、3c、3dの化合物、またはこれらの塩のうちから選択される。
Figure 0007281212000013
Figure 0007281212000014
Figure 0007281212000015
(前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素、またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)、または窒素(N)である。)
本発明に係る汚染土壌または汚染水質の復元用化合物は、少量でも強力な重金属除去能とホルムアルデヒド除去能を有する一方、人体の皮膚刺激または毒性がないか、非常に低いため、汚染土壌または汚染水質の復元用化合物として有用に利用することができる。
本発明者らは、汚染土壌に存在する重金属を効果的に除去することができる、汚染土壌の復元用化合物を開発するために、重金属と配位結合することができるキレート剤について様々な研究を進めた。
本発明に至り、トリエンチン(Trientine)、サイクレン(Cyclen)、サイクラム(Cyclam)と、これらの誘導体化合物が、土壌や水質に存在する重金属イオンの除去に非常に卓越しながらも、人体に刺激や毒性が低いことを確認し、汚染土壌、汚染水質の復元用化合物として有効に利用できることが確認された。また、追加的な実験で、これらのトリエンチン、サイクレン、サイクラムとこれらの誘導体化合物が、環境ホルモンでありながら猛毒性物質であるホルムアルデヒド(ホルマリン)の除去にも非常に効果的であることが確認された。また、本発明に至り、前記化合物から誘導された下記の新規化合物を合成し実験した結果、カルボキシ基の導入により重金属除去能を向上させる一方、アミン位置に芳香族や複素環に置き換えた場合、人体刺激又は毒性が著しく改善されることが確認された。
一方、本発明は、下記化学式1の新規トリエンチン誘導体、下記化学式2の新規サイクレン誘導体、下記化学式3の新規サイクラム誘導体を提供する。
Figure 0007281212000016
Figure 0007281212000017
Figure 0007281212000018
(前記式らで、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立的に水素、-R-COOH又はこれらの塩であり、RはC~Cの脂肪族、置き換えされるか、または置き換えされない芳香族環、または複素環6員環又は5員環である。)
本発明は、下記化学式1のトリエンチン又はトリエンチン誘導体、下記化学式2のサイクレン又はサイクレン誘導体、下記化学式3のサイクラム又はサイクラム誘導体のうちから選択された1種以上を有効成分とする、汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物を提供する。
Figure 0007281212000019
Figure 0007281212000020
Figure 0007281212000021
(前記式らで、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立的に水素、-R-COOH又はこれらの塩であり、RはC~Cの脂肪族、置き換えされるか、または置き換えされない芳香族環、または複素環6員環又は5員環である。)
下記化学式1aのトリエンチン(trientine)はTriethylenetetramine(TETA)の一般名である。
Figure 0007281212000022
トリエンチン重塩酸塩(Triethylenetetramine dihydrochloride)は、マウス実験で銅(copper)の代謝に関与するのが明かされた(F.W.Sunderman et al.、Toxicol.Appl.Pharmacol.38、177(1976))。トリエンチン重塩酸塩は薬理的には銅に対するキレート剤で作用してウィルソン病(Wilson’s disease)治療剤としてよく知られている(JM Walshe、Prog.Clin.Biol.Res.34、271(1979); R.H.Haslam et al.、Dev.Pharmacol.Ther.1、318(1980))。
下記化学式2aのサイクレン(Cyclen)は1、4、7、10-tetraazacyclododecaneの一般名である。この化合物はガドリニウム(Gd)と配位結合を通じてキレートを形成して核医学造影剤などに利用される。
Figure 0007281212000023
下記化学式3aのサイクラム(Cyclam)は1、4、8、11-tetraazacyclotetradecaneの一般名で、核医学造影剤などに利用される。
Figure 0007281212000024
前記トリエンチン、サイクレン、サイクラムは、経口または血管投与方法を通じて体内で銅を排出し、または造影剤の材料に使われるなどの医薬的な用途はよく知られているが、汚染された土壌、水質を復元するための用途への研究は報告されていない。
本発明に至り、トリエンチン、サイクレン、サイクラム化合物の汚染土壌、汚染水質での重金属除去能と人体への刺激、毒性についての結果が開示される。トリエンチン、サイクレン、サイクラム化合物は、従来、人体の皮膚に有害なものと知られていたが、本発明の実験の結果、皮膚上の重金属除去に効果的な量を使用すると、皮膚刺激又は毒性がないか、許容される程度の低いものであると確認された。
本発明の土壌、水質復元用化合物は、重金属除去の有効成分として、トリエンチン、サイクレン、サイクラム又はこれらの塩を含むことを特徴とする。
一方、本発明は、前記トリエンチン、サイクレン、サイクラム化合物のアミン位置にカルボキシ基を導入し、重金属配位結合度を向上させる一方、芳香族又は複素環基を導入する場合、人体皮膚刺激が著しく低減することが確認された。
本発明に係るトリエンチン誘導体、サイクレン誘導体、サイクラム誘導体は、下記化学式1b乃至3dの化合物から選択されるのが望ましい。
Figure 0007281212000025
Figure 0007281212000026
Figure 0007281212000027
Figure 0007281212000028
Figure 0007281212000029
Figure 0007281212000030
Figure 0007281212000031
Figure 0007281212000032
Figure 0007281212000033
(前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)または窒素(N)である。)
本発明のトリエンチンまたはトリエンチン誘導体、サイクレンまたはサイクレン誘導体、サイクラムまたはサイクラム誘導体化合物は制限されないが、0.01~5.0重量%、望ましくは0.5~2.0重量%の水溶液で土壌復元に利用することができる。
本発明のトリエンチンまたはトリエンチン誘導体、サイクレンまたはサイクレン誘導体、サイクラムまたはサイクラム誘導体化合物は、水溶性塩の形態で利用することができる。本発明の前記化合物は塩酸塩、ナトリウム塩、カリウム塩の形態を含む。前記塩の製造は公知の方法によって遂行することができる。
本発明の汚染土壌、汚染水質の復元用化合物は、水銀、鉛、カドミウム、ヒ素、クロム、銅、ニッケル、亜鉛、マンガン、コバルト、スズ、セシウム-137、ウラン-234、ラジウム-226、イリジウム-192、プルトニウム-238のような重金属の除去に利用することができる。
また、本発明の汚染土壌、汚染水質の復元用化合物は、土壌または水質に含まれるホルムアルデヒド(ホルマリン)の除去に有用に利用することができる。
以下の実施例により、本発明の汚染土壌、汚染水質の復元用化合物を詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明の一例に過ぎず、下記の実施例で本発明の請求範囲が制限されるものではない。
トリエンチン誘導体の合成
3、6、9、12-tetrakis(carboxymethyl)-3、6、9、12-tetraazatetradecanedioic acid(化学式1e)の製造
Figure 0007281212000034
Triethylenetetramine(10.0g)をアセトニトリル(ACN)(400ml)を投入・攪拌し、KCO(66.1g)とEthyl bromoacetate(78.8g)を投入して昇温して48時間還流攪拌した。反応終了後、反応物を常温に冷却して濾過した。反応物の固体は廃棄して余液は真空濃縮した。濃縮液にメチレンクロライド(MC)(200ml)、精製水(300ml)投入後30分間撹拌後定置をして層分離した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールでコラム精製してDiethyl3、6、9、12-tetrakis(2-ethoxy-2-oxoethyl)-3、6、9、12-tetraazatetradecanedioate(29.6g)を得た(収率:64.8%)。
H NMR(CDCl):4.16(q、8H)、4.14(q、4H)、3.57(s、8H)、3.44(s、4H)、2.85(t、4H)、2.78(t、4H)、2.74(s、4H)、1.27(t、12H)、1.26(t、6H)
前記製造されたDiethyl3、6、9、12-tetrakis(2-ethoxy-2-oxoethyl)-3、6、9、12-tetraazatetradecanedioate(29.6g)とNaOH(12.33g)、メタノール(180ml)、精製水(120ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌した。反応終了後、40℃で冷却して真空濃縮して溶媒を除去した。10%HCl水溶液でpHを5~6に合わせて30分間撹拌して、MC(400ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(15.9g)を得た(収率:72.3%)。
H NMR (DMSO):4.57(s、8H)、4.55(s、4H)、4.22(s、12H)
4、4’、4’’、4’’’-(((ethane-1、2-diylbis((4-carboxyphenyl)azanediyl))bis(ethane-2、1-diyl))bis(azanetriyl))tetrabenzoic acid(化学式1f)の製造
Figure 0007281212000035
トリエチレンテトラミン(10.0g)、ethyl4-bromobenzoate(108.1g)、t-BuONa(46.0g)及びトルエン(600ml)を投入撹拌した後、35℃に昇温した。50% (t-Bu)Pトルエン溶液(2.8g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した。Pd(dba)(Bis(dibenzylideneacetone)palladium)(2.0g)を投入して昇温して還流攪拌した。反応終了後、反応物を常温で冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置して有機層を層分離した。水層は廃棄された。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してtetraethyl 4、4’、4’’、4’’’-(((ethane-1、2-diylbis((4-(ethoxycarbonyl)phenyl)azanediyl)) bis(ethane-2、1-diyl)) bis(azanetriyl))tetrabenzoate(22.9g)を得た(収率:32.4%)。
H NMR(CDCl):7.82(m、4H)、7.71(m、8H)、7.25(m、8H)、6.95(m、4H)、4.15(q、8H)、4.11(q、4H)、3.45~3.18(m、12H)、1.27(t、12H)、1.26(t、6H)
Tetraethyl4、4’、4’’、4’’’-(((ethane-1、2-diylbis((4-(ethoxycarbonyl)phenyl)azanediyl)) bis(ethane-2、1-diyl))bis(azanetriyl))tetrabenzoate(22.9g)とNaOH(6.1g)、メタノール(180ml)、精製水(140ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6に合わせて30分間撹拌した。MC(200ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(17.0g)を得た(収率:89.0%)。
H NMR (DMSO):7.80(m、4H)、7.68(m、8H)、7.15(m、8H)、6.94(m、4H)、3.41~3.28(m、12H)
5、5’-((2-((5-carboxypyridin-3-yl)(2-((5-carboxypyridin-3-yl)(2-((5-carboxypyridin-3-yl)(2-carboxypyridin-4-yl)amino)ethyl)amino)ethyl)amino)ethyl)azanediyl)dinicotinicacid(化学式1g)の製造
Figure 0007281212000036
Triethylenetetramine(10.0g)、ethyl 5-bromonicotinate(108、5g)、t-BuONa(46.0g)とXylene(600ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.8g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(2.0g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置して層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してdiethyl 5、5’-((2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-(ethoxycarbonyl)pyridin-4-yl)amino)ethyl)amino)ethyl)amino)ethyl)azanediyl)dinicotinateを得た(収率:27.8%)。
H NMR(CDCl):8.92(d、4H)、8.85(d、2H)、8.45(d、4H)、8.43(d、2H)、7.89(d、4H)、7.76(d、2H)、4.23(q、8H)、4.15(q、4H)、3.42~3.11(m、12H)、1.27(t、12H)、1.26(t、6H)。
Diethyl 5、5’-((2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin3-yl)(2-((5-(ethoxycarbonyl)pyridin-3-yl)(2-(ethoxycarbonyl)pyridin-4-yl)amino)ethyl)amino)ethyl)amino)ethyl)azanediyl)dinicotinate(19.8g)とNaOH(5.3g)、メタノール(160ml)、精製水(120ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(160ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(13.0g)を得た(収率:78.4%)。
H NMR (DMSO):8.95(d、4H)、8.87(d、2H)、8.46(d、4H)、8.44(d、2H)、7.89(d、4H)、7.75(d、2H)、3.41~3.11(m、12H)
5、5’、5’’、5’’’-(((ethane-1、2-diylbis((5-carboxyfuran-2-yl)azanediyl))bis(ethane-2、1-diyl))bis(azanetriyl))tetrakis(furan-2-carboxylicacid)(化学式1h)の製造
Figure 0007281212000037
Triethylenetetramine(10.0g)、ethyl 5-bromofuran-2-carboxylate(103.3g)、t-BuONa(46.0g)とtoluene(600ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.8g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(2.0g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置をして層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してtetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(((ethane-1、2-diylbis((5-(ethoxycarbonyl)furan-2-yl)azanediyl))bis(ethane-2、1-diyl))bis(azanetriyl))tetrakis(furan-2-carboxylate)(25.3g)を得た(収率:37.9%)。
H NMR(CDCl):7.42(m、12H)、4.31(q、8H)、4.28(q、4H)、3.65~3.15(m、12H)、1.27(t、12H)、1.25(t、6H)
Tetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(((ethane-1、2-diylbis((5-(ethoxycarbonyl)furan-2-yl)azanediyl))bis(ethane-2、1-diyl))bis(azanetriyl))tetrakis(furan-2-carboxylate) (25.3g)とNaOH(7.2g)、メタノール(200ml)、精製水(150ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6に合わせて30分間撹拌した。MC(200ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(15.0g)を得た(収率:71.8%)。
H NMR (DMSO):7.41(m、12H)、3.67~3.15(m、12H)
サイクレン誘導体の合成
2、2’、2’’、2’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetraacetic acid(化学式2e)の製造
Figure 0007281212000038
Cyclen(10.0g)とacetonitrile(400ml)を投入撹拌してKCO(40.1g)とEthyl bromoacetate(42.7g)を投入して昇温して40時間還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して濾過して固体は廃棄して余液は真空濃縮した。濃縮液にMC(200ml)、精製水(300ml)投入後30分間撹拌後定置して層分離した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールにコラム精製してtetraethyl 2、2’、2’’、2’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetraacetate(15.7g)を得た(収率:52.3%)。
H NMR(CDCl):4.19(q、8H)、3.19(s、8H)、2.48(s、16H)、1.27(t、12H)
Tetraethyl2、2’、2’’、2’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetraacetate(15.7g)とNaOH(5.6g)、メタノール(95ml)、精製水(60ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(200ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(9.9g)を得た(収率:80.5%)。
H NMR (DMSO):3.88(s、8H)、3.23(s、16H)
4、4’、4’’、4’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetrabenzoic acid(化学式2f)の製造
Figure 0007281212000039
Cyclen(10.0g)、ethyl4-bromobenzoate(58.5g)、t-BuONa(27.9g)とtoluene(400ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.4g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(1.7g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置して層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してtetraethyl4、4’、4’’、4’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetrabenzoate(15.8g)を得た(収率:35.6%)。
H NMR(CDCl):7.81(d、8H)、6.98(d、8H)、4、15(q、8H)、3.48(s、16H)、1、25(t、12H)
Tetraethyl4、4’、4’’、4’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetrabenzoate(15.8g)とNaOH(3.8g)、メタノール(130ml)、精製水(100ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(130ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(11.5g)を得た(収率:85.2%)。
H NMR (DMSO):7.82(d、8H)、6.97(d、8H)、3.45(s、16H)
5、5’、5’’、5’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetranicotinic acid(化学式2g)の製造
Figure 0007281212000040
Cyclen(10.0g)、ethyl 5-bromonicotinate(58.7g)、t-BuONa(27.9g)とxylene(400ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.4g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(1.7g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置をして層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してTetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetranicotinate(17.9g)を得た(収率:40.1%)。
H NMR(CDCl):8.95(d、4H)、8.46(d、4H)、7.83(d、4H)、4.21(q、8H)、3.38(s、16H)、1.24(t、12H)
Tetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetranicotinate(17.9g)とNaOH(4.3g)、メタノール(150ml)、精製水(110ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6に合わせて30分間撹拌した。MC(160ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(11.6g)を得た(収率:75.6%)。
H NMR (DMSO):8.96(d、4H)、8.44(d、4H)、7.84(d、4H)、3.36(s、16H)
5、5’、5’’、5’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylicacid)(化学式2h)の製造
Figure 0007281212000041
Cyclen(10.0g)、ethyl 5-bromofuran-2-carboxylate(56.0g)、t-BuONa(27.9g)とtoluene(400ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.4g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(1.7g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置をして層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してtetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate)(12.6g)を得た(収率:30.0%)。
H NMR(CDCl):7.39(d、8H)、4.35(q、8H)、3.28(s、16H)、1.35(t、12H)
Tetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、7、10-tetraazacyclododecane-1、4、7、10-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate)(12.6g)とNaOH(3.2g)、メタノール(100ml)、精製水(75ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(100ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(7.9g)を得た(収率:73.9%)。
H NMR (DMSO):7.40(d、8H)、3.29(s、16H)
サイクラム誘導体の合成
2、2’、2’’、2’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetraacetic acid(化学式3e)の製造
Figure 0007281212000042
Cyclam(10.0g)とacetonitrile(400ml)を投入撹拌してKCO(34.5g)とEthyl bromoacetate(36.7g)を投入して昇温して40時間還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して濾過して固体は廃棄して余液は真空濃縮した。濃縮液にMC(200ml)、精製水(300ml)投入の後30分間撹拌の後定置をして層分離した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールにコラム精製してTetraethyl2、2’、2’’、2’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetraacetate(15.4g)を得た(収率:56.8%)。
H NMR(CDCl):4.12(q、8H)、3.36(s、8H)、2.69~2.73(m、16H)、1.60(m、4H)、1.26(t、12H)
Tetraethyl2、2、2’’、2’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetraacetate(15.4g)とNaOH(5.2g)、メタノール(90ml)、精製水(60ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(200ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(9.3g)を得た(収率:75.9%)。
H NMR(DO):3.51(s、8H)、3.14(s、8H)、3.07(t、8H)、1.85(q、4H)
4、4’、4’’、4’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetrabenzoic acid(化学式3f)の製造
Figure 0007281212000043
Cyclam(10.0g)、ethyl4-bromobenzoate(50.3g)、t-BuONa(24.0g)とtoluene(400ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.0g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(1.5g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置をして層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してTetraethyl4、4’、4’’、4’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetrabenzoate(12.3g)を得た(収率:31.0%)。
H NMR(CDCl):7.80(d、8H)、6.94(d、8H)、4.13(q、8H)、2.65~2.71(m、16H)、1.65(m、4H)、1.26(t、12H)
Tetraethyl4、4’、4’’、4’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetrabenzoate(12.3g)とNaOH(2.6g)、メタノール(100ml)、精製水(70ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(100ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(8.6g)を得た(収率:81.2%)。
H NMR (DMSO):7.83(d、8H)、6.95(d、8H)、2.63~2.73(m、16H)、1.62(m、4H)
5、5’、5’’、5’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetranicotinic acid(化学式3g)の製造
Figure 0007281212000044
Cyclam(10.0g)、ethyl 5-bromonicotinate(50.3g)、t-BuONa(24.0g)とxylene(400ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.0g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(1.5g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置をして層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してtetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetranicotinate(11.1g)を得た(収率:27.8%)。
H NMR(CDCl):8.91(d、4H)、8.37(d、4H)、7.85(d、4H)、4.15(q、8H)、2.67~2.64(m、16H)、1.71(m、4H)、1.24(t、12H)
Tetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetranicotinate(11.1g)とNaOH(2.6g)、メタノール(90ml)、精製水(70ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(120ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(7.4g)を得た(収率:77.6%)。
H NMR (DMSO):8.93(d、4H)、8.38(d、4H)、7.85(d、4H)、2.67~2.66(m、16H)、1.72(m、4H)
5、5’、5’’、5’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylicacid)(化学式3h)の製造
Figure 0007281212000045
Cyclam(10.0g)、ethyl 5-bromofuran-2-carboxylate(48.1g)、t-BuONa(24.0g)とtoluene(400ml)を投入撹拌した。35℃に昇温して50% (t-Bu)P toluene solution(2.0g)を投入して30分間撹拌して50℃に昇温した後Pd(dba)(1.5g)を投入して昇温して還流撹拌して反応を終了した。常温に冷却して精製水(1000ml)を投入して30分間撹拌定置をして層分離して水層は廃棄した。有機層はMgSO処理して真空濃縮後MC-メタノールコラム精製してTetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate)(14.1g)を得た(収率:37.5%)。
H NMR(CDCl):7.40(d、8H)、4.23(q、8H)、2.65~2.71(m、16H)、1.66(m、4H)、1.29(t、12H)
Tetraethyl 5、5’、5’’、5’’’-(1、4、8、11-tetraazacyclotetradecane-1、4、8、11-tetrayl)tetrakis(furan-2-carboxylate)(14.1g)とNaOH(3.5g)、メタノール(110ml)、精製水(85ml)を投入して55~60℃に昇温して12時間撹拌して反応を終了した。40℃に冷却して真空濃縮して溶媒を除去して10%HCl水溶液でpHを5~6で合わせて30分間撹拌した。MC(120ml)を投入して抽出した。抽出した有機層はMgSO処理して表題化合物(9.4g)を得た(収率:78.1%)。
H NMR (DMSO):7.41(d、8H)、2、69~2.72(m、16H)、1.68(m、4H)
実験例1:汚染土壌での重金属除去能
(1)重金属汚染土壌の準備
Pb(NO 162.1mg、Cd(NO 211.2mg、Zn(NO 292.3mgそれぞれを1L蒸溜水に入れて、それぞれの重金属100ppm水溶液を準備した。
汚染されていない土壌を採取し粉砕した後、篩を利用して得た細かい粒子を前記重金属水溶液と混合して、重金属で汚染された土壌サンプルを準備した。
(2)実験
トリエンチン、サイクレン、サイクラム及び実施例1乃至12で製造された誘導体化合物 0.5g、1.0g、2.0gを100mlの蒸留水に入れて、0.5重量%、1.0重量%、2.0重量%の土壌復元用水溶液らをそれぞれ準備し、対照区としてEDTA(ethylenediaminetraaceticacid)0.5重量%の土壌復元用水溶液を準備した。
前記準備された土壌復元用水溶液3mlずつを重金属で汚染された土壌サンプルに入れて5分間混合した。
前記土壌復元用水溶液と混合した汚染土壌に蒸留水50mlを入れて20分間撹拌し、1時間定置させた後、上澄み液を検液として準備した。
前記準備された検液を誘導結合プラズマ質量分析器(ICP-MS,Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer)(XseriesTM2,Thermo Fisher Scientific社,UK)を利用して当該重金属成分を分析した。
ICP-MSでヒ素(As)の測定質量(m)は75、カドミウム(Cd)は114、ニッケル(Ni)60位置の数値を測定し、式:重金属吸着率(%)=(実施例の重金属吸着量/対照区の重金属吸着量)×100 を用いて対照区対比重金属吸着率を計算し、表1に示した。
Figure 0007281212000046
前記の表1に図示されたように、本発明の実施例による土壌復元用化合物の対照区と比較すると、ヒ素(Pb)吸着率は、約152~232%、カドミウム(Cd)吸着率は141~215%、ニッケル(Ni)吸着率は155~267%であり、有効成分の含量が増加するほど重金属吸着率が有意に増加することを確認することができる。これは、本発明による有効成分を含有する土壌復元用化合物が、対照区に比べて、著しく優秀な重金属除去効果があることを意味する。
実験例2:工場周辺の汚染土壌での重金属除去能試験
産業団地内の工場周辺の汚染土壌を採取し粉砕した後、篩を利用して得た細かい粒子の土壌サンプルを準備した。
トリエンチン、サイクレン、サイクラム及び実施例1乃至12で製造された誘導体化合物を蒸留水に入れて1.0重量%の土壌復元用水溶液らをそれぞれ準備し、対照区としてEDTA(ethylenediaminetraaceticacid)1.0重量%の土壌復元用水溶液を準備した。
前記準備された土壌復元用水溶液3mlずつを、重金属で汚染された土壌サンプルに入れて5分間混合した。
前記土壌復元用水溶液と混合した汚染土壌に、蒸留水50mlを入れて20分間撹拌した後、1時間定置させた後、総重金属検査キット(WAK-MeTM、共立理化学研究所)を利用して、汚染土壌水溶液の総重金属量(Cu、Zn、Mn、Ni、Cd)を測定した。
総重金属量の測定は、水溶液の発色を標準色と比較し、その結果を表2に図示した。
(黄色) 0ppm 0.2ppm 0.5ppm 1.0ppm 2.0ppm ≦ 5ppm(赤色)
Figure 0007281212000047
前記表2に示すように、本発明の有効成分を含有しない比較例1のフィルタには、総重金属量が2.0ppmであったが、本発明によるフィルタに含有された総重金属量はいずれも5ppm以上(≦5)であり、本発明によるフィルタの有害重金属吸着能が顕著であることを確認することができる。
実験例3:ホルムアルデヒド(ホルマリン)除去能試験
35.0%ホルムアルデヒド(ホルマリン)溶液に精製水を入れて、2.0%ホルムアルデヒド希釈液を製造した。前記希釈液に3mol当量に該当する本発明のトリエンチン、サイクレン、サイクラムとこれらの誘導体化合物をそれぞれ投入して、常温で撹拌しながらホルムアルデヒド変化量をガスクロマトグラフィー(GC)分析を実施して観察した。
ホルムアルデヒドの含量は、下記分析条件で実施され、初期、30分、180分経過後ホルムアルデヒドの含量を表3に図示した。
<GC分析条件>
-検出器:炎色イオン化検出器
-コラム:ZB-1(0.32mm×30m、3.00μm)またはこれと類似したコラム。
-ヘッドスペース条件:平衡温度60℃、平衡時間10分、移送ライン温度:65℃
-コラム温度:初めて5分間50℃に維持し、その次毎分30℃ずつ200℃まで温度をあげて200℃で10分間維持。
-検体導入部温度:140℃付近の一定温度。
-検出器温度:250℃付近の一定温度。
-運搬気体:窒素
-分割比:略1:20
-流量:2.5mL/分
-注入量:試験液5uLをマイクロシリンジでバイアルに注入後ヘッドスペース条件によって維持して蒸気上1mLをコラムに注入する。
-分析時間:20分
Figure 0007281212000048
前記表3に見えるようにGC分析結果、本発明の化合物投入30分ばかりにホルムアルデヒドは初期備え40~45%程度減り、180分後には検出されなくて完全消えることを確認した。これは本発明の化合物がホルムアルデヒドと効果的に吸い付くことを意味するもので、本発明による環境ホルモンでありながら猛毒性物質であるホルムアルデヒドの除去に有効に利用できることが分かる。
実験例4:人体皮膚刺激度試験
20~30代の男女それぞれ10人、総20人を対象でCTFA(The Cosmetic、Toiletry & Fragrance Association.Inc.Washington、D.C.、20036、1991)ガイドラインによって貼布の方法で人体皮膚1次刺激試験を実施した。
8mm直径、10パネルを有したピンチャンバ(pin chamber)にフィルターペーパーディスクを安置させて前記実験例1による土壌復元用化合物をそれぞれ20μlずつ滴下させて、10分間自然乾燥させた後、被試験者の背中部位にScanpor tapeで固定させた。
24時間経過後ピンチャンバを除去して肉眼で皮膚変化を観察して式:刺激度 = [(±)数×1 + (+)数×2 + (++)数×3]/被試験者数 を用いて皮膚刺激度及び判定等級を計算し、その結果を下記表2に示した。
[皮膚刺激判定基準]
(-):紅斑や特異現象なし;
(±)周りよりちょっと赤くなる;
(+):周りよりめっきり赤くなる;
(++):周りよりひどく赤くなって脹れ上がる。
[皮膚刺激判定等級]
刺激度0~0.1:等級I(無刺激範囲);
刺激度0.11~0.3:等級II(軽刺激範囲);
刺激度0.31~0.5:等級III(中刺激範囲);
刺激度0.51以上:等級IV(強刺激範囲)
Figure 0007281212000049
前記表2に示されるように、本発明の実施例による重金属キレート剤化合物は、人体皮膚刺激実験で0.5重量%濃度範囲まではすべて無刺激範囲である等級Iを見せ、1.0重量%濃度範囲ではトリエンチン、サイクレン、サイクラムは等級II(軽刺激範囲)を見せた反面、これらの芳香族、複素環誘導体ではすべて等級Iを見せて皮膚刺激減少が向上することを分かる。反面、対照区1のEDTAは、1.0重量%濃度で等級III(中刺激範囲)で判定されて本発明の化合物に比べて皮膚刺激度が高いことが分かる。したがって、本発明による化合物は、人体に無害であり、汚染土壌、汚染水質の復元において環境にやさしいことが分かる。
本発明は、土壌や水質に存在する重金属及びホルムアルデヒドを除去し、汚染された土壌または水質を復元するための化合物として有用に利用することができる。

Claims (9)

  1. 下記化学式1のトリエンチンまたはトリエンチン誘導体、下記化学式2のサイクレンまたはサイクレン誘導体、下記化学式3のサイクラムまたはサイクラム誘導体のうちから選択された1種以上を有効成分とする、重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000050
    Figure 0007281212000051
    Figure 0007281212000052
    (前記式らで、R、R、R、R、R、及びRはそれぞれ独立的に水素、-R-COOH又はこれらの塩であり、RはC~Cの脂肪族、置き換えされるか、または置き換えされない芳香族環、または複素環6員環又は5員環である。)
  2. 前記有効成分は、下記化学式1aのトリエンチン、化学式2aのサイクレン、化学式3aのサイクラム又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000053
    Figure 0007281212000054
    Figure 0007281212000055
  3. 前記トリエンチン誘導体は、下記化学式1b乃至化学式1dの化合物又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000056
    Figure 0007281212000057
    Figure 0007281212000058
    (前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)または窒素(N)である。)
  4. 前記サイクレン誘導体は、下記化学式2b乃至化学式2dの化合物又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000059
    Figure 0007281212000060
    Figure 0007281212000061
    (前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)または窒素(N)である。)
  5. 前記サイクラム誘導体は、下記化学式3b乃至3dの化合物又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000062
    Figure 0007281212000063
    Figure 0007281212000064
    (前記式らで、R、Rはそれぞれ独立的に水素またはC~Cのアルキル基であり、Xは酸素(O)、硫黄(S)または窒素(N)である。)
  6. 前記トリエンチン誘導体は、下記化学式1e乃至化学式1hの化合物又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000065
    Figure 0007281212000066
    Figure 0007281212000067
    Figure 0007281212000068
  7. 前記サイクレン誘導体は、下記化学式2e乃至化学式2hの化合物又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000069
    Figure 0007281212000070
    Figure 0007281212000071
    Figure 0007281212000072
  8. 前記サイクラム誘導体は、下記化学式3e乃至化学式3hの化合物又はこれらの塩のうちから選択されるものである、
    請求項1に記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
    Figure 0007281212000073
    Figure 0007281212000074
    Figure 0007281212000075
    Figure 0007281212000076
  9. 前記重金属は、水銀、鉛、カドミウム、ヒ素、クロム、銅、ニッケル、亜鉛、マンガン、コバルト、スズ、セシウム-137、ウラン-234、ラジウム-226、イリジウム-192、プルトニウム-238からなる群から選択される、
    請求項1乃至8のいずれかに記載の重金属及びホルムアルデヒド除去用の汚染土壌又は汚染水質の復元用化合物。
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