JPS5829801A - Ｎ−アシル化キトサンの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｎ−アシルキトサンの製造方法、特にキトサ
ンに種々の官能基をもつアシル化剤を反応させることに
より、反応性のあるキトサン誘導体を製造する方法に関
するものである。

キトサンは、えび、かになどの甲殻類の外皮の構成成分
であるキチンを濃度３０〜５０％のアルカリ水溶液、例
えば水酸化ナトリウム水溶液と共に６０℃以上の温度に
加熱する処理を繰り返すことによって得られる物質であ
り、Ｄ−グルコサミンを基本単位としたβ−（１−４）
結合の多糖類である。

このものは、セルロースと類似した化学構造を有してい
るが、セルロースが基本単位の２位の炭素原子に水酸基
をもつのに対し、アミノ基をもっている点で異なってい
る。ところで、このキトサンの２位の炭素原子に結合し
ているアミン基は１．３位及び６位の炭素原子に結合し
ている水酸基と比較してアシル化剤に対する反応性が大
きく、優先的にアシル化されてアミド結合を形成するの
で、これを利用して種々の誘導体を得ることができるこ
とが分った。

本発明者らは、このキトサンのアミン基の反応性を利用
して各種のＮ−アンル化誘導体を得る方法を開発するた
めに鋭意研究を重ねた結果、キトサンを粉粒状、繊維状
又はフィルム状に成形後、これを不活性溶剤中に分散さ
せ、アシル化剤と反応させることによりＮ−アシル化物
が得られること、この際官能基をもつアシル化剤を用い
れば任意の官能基を導入しうることを見出し、このよう
にして形成されたアミド結合は化学的安定性が優れてい
るので、この知見に基づいて本発明をなすに至った。

すなわち、本発明に従えば、キトサンを酸に溶解し、次
いで得ら程だ溶液をアルカリ溶液と接触させて粉粒状、
繊維状又はフィルム状に凝固させ、この凝固物を不活性
溶剤中に分散させたのち、アシル化剤を反応させること
により、Ｎ−アシル化キトサンを製造することができる
。

この際、アシル化剤として官能基例えばノ・ロゲン原子
、カルボキシル基、カルボニル基、不飽和基などをもつ
ものを用いれば、反応性のＮ−アシル化キトサンが得ら
れる。

本発明で用いるキトサンは、前記したように、キチンを
濃アルカリと加熱して脱アセチル化した物質であるが、
ポリビニル硫酸カリウム水溶液を用いるコロイド滴定法
によって測定したアミン基の値が、４．３７〜６．２０
　（ミリ当量／キ、トサン乾燥重量２）の範囲内にある
ものが好適である。

本発明の方法においては、キトサンを例えば酢酸、塩酸
、リン酸などの酸の水溶液にまず溶解する。この酸性水
溶液の酸度は特に重要ではなく、キトサンの溶液を形成
すればよい。通常は、例えば０．５〜１５．０重量％の
酢酸水溶液、０．４〜７．２重量％の塩酸水溶液、０．
４〜１０．０重量％のリン酸水溶液程度の酸性水溶液が
用いられる。キトサンの溶ｇは、そのまま次のアルカリ
接触処理に用いてもよいが、非イオン性界面活性剤を添
加し、分散乳化させて用いるのが有利である。

キトサンの酸性水溶液又は乳化液は、次いで、例えば０
，１〜５重量重量子ルカリ水溶液と接触させてキトサン
を析出させ、粉粒状又は繊維状に凝固させる。この場合
、キトサン液は、はげしくかきまぜながら、アルカリ水
溶液中に注加することが望ましい。また、キトサンのフ
ィルム状の凝固は、キトサン溶液をガラスなどの平板上
に塗布し、乾燥させたものをアルカリ水溶液中に浸せき
して容易に得ることができる。

キトサンの析出、凝固に用いるアルカリ性水溶液は、例
えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液又
はアンモニア水などが好都合に用いられる。

アルカリ水溶液によって凝固した粉粒状又は繊維状のキ
トサンはこれを分離し、通常水洗、乾燥したのち、不活
性溶剤中に分散さ・せる。その場合凝固したキトサンを
分離し、乾燥することなく、よく水洗してアルカリを除
去し、アルコールなどの水溶性溶剤で洗浄して水を置換
したのち、分散剤 させようとする不活性溶剤で洗浄するか、該ｒに浸せき
して溶剤置換し、このキトサンを不活性溶剤に分散させ
てもよい。不活性溶剤は、次工程のアシル化反応におい
て、アシル化剤や反応生成物に対して全く活性を示さず
、アシル化反応に何ら影響を与えない溶剤であって、一
般、に非プロトン性のアミド化合物、脂肪族エーテル化
合物、芳香族炭化水素化合物及び脂肪族塩素化合物など
が包含され、代表的なものとして、例えばジメチルホル
ムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリド
ン、ベンゼン、トルエン、キシレン。

ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジｎ−ブ
チルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフラン、クロ
ロホルム、四塩化炭素を挙げることができる。これらの
溶剤類は単独でも２種以上を混合して使用することもで
き、さらにアルコール類を併用してもよい。それらのア
ルコール類。好ましいものとしては、例えばメタノール
、エタノール、ｎ−プロパツール及ヒインプロパノ−／
Ｌ４どが挙げられる。不活性溶剤中に低級アルコール類
を存在させると、上記キトサンのアルカリ水溶液による
析出、凝固処理後、粉粒状あるいは繊維状物を水洗した
のちアルコールで置換してそｏ２ま不活性溶剤中に投入
分散させることができるので甚だ好都合であるばかりで
なく、キトサジ＼の水酸基のアシル化を抑制する効果が
ある。

次に、不活性溶剤中に分散させたキトサンは所定のアシ
ル化剤によりアシル化処理される。本発明の方法妊おい
ては、アシル化剤は、カルボン酸無水物又はカルボン酸
塩化物が有利に用いられ、それらの代表的なものとして
は、例えば無水酢酸。

無水モノクロル酢酸、無水ジクロル酢酸、無水プロピオ
ン酸、無水酪酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸、
無水安息香酸、塩化アセチル、塩化アクロイル、塩化メ
タクリロイルなどを挙げることができる。

粉粒状、繊維状又はテープ状ないしフィルム状のキトサ
ンの不活性溶剤分散液は、かきまぜに支障がなく、かつ
円滑なアシル化反応が可能である限り、分散質濃度には
特に制限はない。アシル化反応は、このキトサン分散液
にアシル化剤を加え好ましくは、緩和された温度条件下
でかきまぜながら行われる。アシル化剤の使用量は、所
望アシル化度に応じて異なるが、アミン基を対象とする
反応では、キトサンの構成要素であるＤ−グルコサミン
単位モルに対し、０５〜１５倍モル程度が使用される。

２種以上のアシル化剤を用いる場合には、その合計量が
上記モル比範囲にあればよく、その場合、２種以上を混
合して反応に供してもよいし、１成分を添加し反応完結
後、他のアシル化成分を添加反応させ、所望特定成分の
アシル化度をコントロールすることができる。

反応は加温下で行わせることもできるが、例えば３０℃
以下の穏やかな温度条件で、１０〜数１０時間反応させ
るのが有利である。

キトサンにアシル化剤を作用させてアシル化キトサンを
得る場合には、通常アシル化剤はキトサン中のアミン基
及び水酸基と反応し、それぞれアミド結合及びエステル
結合してアシル化物が形成されるが、不活性溶剤として
非プロトン性のアミド系化合物を用い、あるいは該化合
物と他の不活性溶剤との混合溶剤を用いると、キトサン
の水酸基のアシル化を抑制し、選択的にＮ−アシル化物
を得ることができる。

本発明の方法によシ製造されるＮ−アシル化を含むアシ
ル化キトサンのアシル基の置換度は、元素分析して炭素
元素に対する窒素元素の組成比（Ｎ１０値）を求めるこ
とによシ容易に算出できる。例えば、クロルアセチル化
キトサンについてのその置換度、すなわちアセチル化度
（ＤＳ）は、次式によシ算出される。

ＤＳ＝　　（０，５８３，１／（Ｎ／Ｃり　　）　−３
（式中の数字０．５８３１は、アシル化剤の種類により
決定される。） また、アシル化キトサンは、赤外線吸収スペクトルによ
りそのアシル化を確認することができる。

アシル化により、アミン基から誘導されるアミド基に基
づ（１６３０〜１６７０ｍ−’の領域（アミド１）及び
１５３０〜１５５５ｃｒｎ−’の領域（アミド■）の吸
収帯、水酸基がアシル化されて形成されるエステル結合
のカルボニル（〉Ｃ−０）に基づ＜　１７２０〜１７５
０Ｃｒｎ−’領域の吸収帯が認められ、これ己吸収帯の
強度は、それぞれのアミノ基及び水酸基のアシル化度の
増大に比例して増大する。このことはキトサンのアシル
化は、キトサンの構成要素であるグルコサミン単位の２
位のアミン基がアシル化されてアミド基を形成す免反応
と６位の水酸基及び３位の水酸基がアシル化されてエス
テル結合を形成する反応が、通常同時に生起することを
示しているが、アミン基のアシル化度に対する水酸基の
アシル化度の割合は、アミド■の吸収強度１）＋６７０
に対するエステルカルボニル基の吸収強度Ｄ１７５゜の
比（ＤＩ７５０／Ｄ１６７０　）の値から推定すること
ができる。

本発明の方法によれば、キトサンに反応性の基、例エバ
クロルアセチル基、アクリロイル基、メタクリロイル基
などを所望に応じて導入することができ、それぞれの反
応性基の特性を利用して、例えばイオン交換樹脂、キレ
ート樹脂、触媒担持用樹脂などの中間体として、あるい
は酵素固定用樹脂やクロマトグラフィー用ゲルとして廟
用な物質を得ることができる。

以下実施例により、本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ アミン基値５．９２ミリ当量／１゜ヤト−，−７６，２
８１を５％酢酸水溶液１０１に溶かし、この溶液に界面
活性剤スパン−６０（ソルビタン−モノステアレー）　
）　１．０％ベンゼン溶液３０ｍ１を加えて乳化液を調
製した。この乳化液を激しくかきまぜながら２．５％水
酸化ナトリウム水溶液２００ｍ１中に一度に加え、４０
分間、さらにかきまぜ続けた後、１時間静置してから、
濾過し、不溶分を捕集した。

不溶性沈殿物は、アルコールで洗うことによって含有す
る活性剤（スパン−６０）を除き、中性になるまで水洗
を繰返しだ。次いで沈殿物はメタノールで洗ってから、
ジメチルアセトアミドで洗い、余分の溶剤をν過して除
いた。キトサンビーズは、ジメチルアセトアミドで湿潤
した沈殿物として４．５ｆ得られた。

ジメチルアセトアミドＩｏｎｌに、溶剤で湿潤したキト
サンビーズ２．２Ｌｉ−を加えて分散液をつくり、該分
散液をかきまぜながら無水モノクロル酢酸０．９１　、
％を加え、室温で２６時間反応を行った。生成物は濾過
して溶剤から分離し、メタノールで洗い、続いて水洗を
中性になるまで繰返したのち、メタノールに置換し、次
いでベンゼンに置換シて、凍結乾燥を行った。生成物の
乾燥重量は０．１５８　％であった。クロルアセチル化
度は１．１７、塩素含量は１５．４％、吸光度比Ｄ１７
５０　／ＤＩ　６７０は０．２１であった。またジメチ
ルアセトアミドの代りにジメチルホルムアミドを用い、
その１０ｍ１中にキトサンビーズを分散し、無水モノク
ロル酢酸を４７時間反応させて、モノクロルアセチル化
度１．２２、塩素含量１５・５％、吸光度比Ｄ１７５０
／Ｄ１５７０カ０．４゜の反応生成物を得た。

実施例２ 実施例１で調製したキトサンビーズ２．２　ｆ　（含溶
剤）をジメチルアセトアミド１　”’Ｏｒｕｌに分散さ
せた液に無水モノクロル酢酸０．０８３　ｆ加えて、室
温で２２時間反応を行った。その後、反応液に無水酢酸
０．９６９％を添加して２６時間反応させた。反応性成
物は濾過して溶剤から分離しメタノールで洗い、続いて
水洗を繰返したのち、メタノールに置換し、次いでベン
ゼンに置換して、凍結乾燥を行った。

生成物の乾燥重量は０．１３２７であり、そのクロルア
セチル基及びアセチル基の置換度は１．０８、塩素含量
は８．７％、吸光度比Ｄ１７５０／Ｄ１６７０は０．１
２であった。

同様にして、ジメチルアセトアミドに分散させたキトサ
ンビーズに無水安息香酸０．８７９−を加え２３時間反
応すると、反応生成物のベンゾイル基の置換度は０．４
８であり、赤外線吸収スペクトルには１６５０ｚ　”と
１５４０ｃｒｎ−’にアミド基に基づく強い吸収が認め
られたが、エステル結合のカルボニル基による１７．２
０　ｃｍ−１附近の吸収は極めて弱いもので、ベンゾイ
ル基は、選択的にアミノ基と結合していることが確認で
きる。

実施例３ キトサン０．２１７を５係酢酸水溶液に溶かした溶液に
２％スパン−６０のベンゼン溶液を３０ｍ１加え、振と
うして乳ｙヒ液を調製した。この乳化液を激しくかきま
ぜながら２．５％水酸化ナトリウム水溶液２００ｍ１！
に加え、さらに１時間かきまぜ続けたのち、１時間静置
した。これを沖過して沈殿物を集め、エタノールで洗っ
て活性剤を除いてから、洗浄液のｐＨが６．０になるま
で水洗を繰返した。その後回−びエタノールで洗い次い
でテトラヒドロフランで置換すると、６，８５７の湿潤
キトサンビーズが得られた。

この湿潤キトサンビーズ２．７５５４をテトラヒ　ドロ
フランに浸して溶剤置換したの、ち、テトラヒドロフラ
ン２０ｍ１に浮遊させたキトサンビーズ分散液に無水モ
ノクロル酢酸０．７９７を加え６６時間反応させた。反
応後、沈殿物を分離し、メタノールで洗い、水洗を繰返
し行ってからメタノール置換、ベンゼン置換し、凍結乾
燥を行った。得られた反応生成物の乾燥重量は０，１４
６７、クロルアセチル化度１．６７、塩素含量１７．９
％、吸光度比Ｄ１□５゜／Ｄ１６７０は０．６２であっ
た。

実施例４ 実施例３で調製した湿潤キトサンビーズの４．１０２を
ジオキサンに浸して溶剤置換したのち、ジオキサン２ｏ
ｒｎｌに浮遊させてその分散液に無水モノクロ酢酸０．
９０７を加えて６６時間反応させた。反応後、沈殿物を
メタノールで洗い、水洗を繰返したのちメタノール置換
、次いでベンゼン置換して凍結乾燥を行った。得られた
反応生物の乾燥重量は０．１７１１、クロルアセチル化
度１．４３、塩素含量１２．７％、吸光度比Ｄ１７５０
／／Ｄ１６７０ば０．６４であった。

実施例５ キトサン（アミン基の値５．９２ミリ当量１５’）４．
０１をｌθ％酢酸水溶液２００ｍ／！に溶かし、２％キ
トサン溶液を調製した。

このキトサン溶液５．Ｏｒにスパン６００２％ベンゼン
溶液１５ｍ１を加え、エマルジョン化させた。

このエマルジョン溶液を激しくかきまぜながら２．５係
水酸化ナトリウム水溶液２００ｍＪ中に流し込み、３０
分間かきまぜ続けてキトサンを凝固させた。

析出した沈殿物を集めてメタノールで洗ってから、中性
になるまで水洗を繰返した。水洗を終ったキトサンビー
ズは、吸着水をメタノールで置換し、さらにベンゼン置
換を行ってから、これをベンゼン２ｏｍｌ中に分散させ
た。この分散液にアルコールを添加し、無水モノクロル
酢酸を加えて反応させ、得られた反応生成物の重量、り
ｐルアセチル化度、塩素含量及び吸光度比Ｄ１７．。／
Ｄ１６７０を検べた。アルコールの種類及び添加量を変
えて同様に反応させ、その結果を反応系の条件とともに
下掲第１表に示す。なお、アルコール類を添加せず、無
水モノクロル酢酸の使用量を大巾に変えた場合の結果も
表中にまとめて示した。

比較のために、本発明方法とは異なり２％キトサン溶液
５．０５’に２％スパン６ｏのベンゼン溶液１５ｍ１加
えて乳化し、これに５％水酸化ナトリウム水溶液を７　
、０　ｍｌ加えて、凝固析出したキトサンを含む反応混
合物に直接無水モノクロル酢酸１．７６１をベンゼン５
．ｏｍｌに溶かした溶液を加えて４時間かきまぜた後、
１日間装置してから、沈殿物を分離、洗浄処理を行い、
乾燥して０．０５５７の固形物を得たが、赤外線吸収ス
ペクトルはキトサンに近いパターンを示した。捷た、同
様の方法で無水アクリル酸のベンゼン溶液を作用させた
後、沈殿物の分離を試みたが、生成物は水媒体中で著し
く膨潤しており、キトサンのＮ−アシル化はほとんど起
っていないことが分った。

まだ、本発明の方法で析出させたキトサンの代りにキチ
ンのけん化によって得られるキトサンの粉末（粒度８０
〜１５０メツシユ、コロイド滴定によるアミン基の値５
．９２ミリ当量／７）０．０３６７をベンゼン中に分散
し、無水モノクロル酢酸１，６０ｉを２４時間作用する
と、生成物の得量は０．０４０１であった。このものの
クロルアセチル化度が０．７１、塩素含量が８．５％、
吸光度比Ｄ１７５０／Ｄ１６７ｏは０．８２であった。

したがって、この反応生成物は、本発明方法による反応
物と異なり、局部的にクロルアセチル化されたも−ので
あることが分った。

実施例６ ｉ施例５の方法で調製したキトサンビーズをジメチルア
セトアミドに浸して溶剤置換したのち、ジメチルアセト
アミド２０ｒｎｌ中に分散させ、無水アクリル酸１．１
１を加え、４８時間攪拌反応させた。生成物の得量は定
量的であり、アクリロイル基の置換度は１．３０、吸光
度比Ｄ１□２８／Ｄ工、６．は０．６７であった。

実施例７ キトサン４．０１を１０％酢酸水溶液２００ｍ／！に溶
かした溶液をガラス板上に塗布し、乾燥後、０．５係水
酸化ナトリウム水溶液中に浸してキトサン皮膜を凝固さ
せた。凝固した皮膜をガラス板から剥離し、水洗、次い
でメタノール浸せき及びベンゼン浸せきを行った。この
ようにして洗浄、ならびに溶剤置換したフィルム（厚さ
１９〜２４μｍ）をベンゼン２０ｍ１中に浮遊させて、
その中に無水モノクロル酢酸１．６ｙ−を加えて反応を
行うと、１６７０　ｃｍ　”と１５４５ｉ１にそれぞれ
アミドＩ、アミド■の強い吸収を示し、１７５０ｃｒｉ
１’にエステル結合のカルボニルの吸収を示すフィルム
が得られた。比較として、本発明の方法によらないで調
製されたキトサンフィルムを乾燥後、ベンゼン中に浸せ
きして１．６１の無水モノクロル酢酸を３８時間作用さ
せた場合は、１６７０　、　”、１５４５．’に弱い吸
収を示し、１７５０ｉ’に微弱な吸収のあるフィルムが
得られたのみであって、アシル化は極めて起りにくいこ
とが明らかである。

添付図面は、上記方法で得られた各フィルムの赤外線吸
収スペクトルで、ａは本発明の方法によらない無水モノ
クロル酢酸処理キトサンフィルムのものであり、対比の
ために非処理キトサンフィルムの吸収スペクトルを点線
で示しだ。ｂは本発明の方法で得られたクロルアセチル
化キトサンフィルムの吸収スペクトルである。両スペク
トルから明らかなように、ａはもとのキトサンフィルム
とほとんど吸収傾向を有するのに対し、ｂは３つのクロ
ルアセチル化に基づくシャープなピークが存在する。

実施例８ 実施例７の方法でキトサン溶液から作成したキトサンフ
ィルムをベンゼン１００ｍ１中に浮遊させて、これに無
水アクリル酸を０．５５ｊｉ’加えて４２時間反応すせ
た。反応後ベンゼンで洗い、メタノールに１０分間浸せ
きしてから水洗を繰返し行ったのち、乾燥した。生成物
は強じん、透明なフィルムであ　゛す、１６６２　ｃｒ
ｉ１’と１５５０滅１に強いアミド基の吸収が、また１
７２ｓ函’にエステル基の吸収が認められた。

無水アクリル酸の代りに無水メタクリル酸を用い、同じ
方法で処理して、同様に強じんかつ透明なフィルムが得
られた。そのフィルムは、１６６０ｚ’と１５５０　ｃ
ｉｍ　’に強いアミド基の吸収を示し、１７５０　ｃｍ
　’附近めエステル結合に基因する吸収は極めて微弱で
あった。

【図面の簡単な説明】

図ｉｄ、キトサンフィルム及びその無水モノクロ酢酸処
理フィルムの赤外線吸収スペクトルで、ａは本発明外の
方法によるもの、ｂは本発明の方法によるもの及び点線
は非処理キトサンフィルムのものである。 特許出願人　　工業技術院長　石板誠−指定代理人　　
大阪工業技術試験所長 内藤−男

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　キトサンを酸に溶解し、この溶液をアルカリ溶液と
   接触させて粉粒状、繊維状又はフィルム状に凝固させ、
   この凝−物を不活性溶剤に分散させてアシル化剤と反応
   させることを特徴トするＮ−アシル化キトサンの製造方
   法０２　アシル化剤が無水酢酸、無水モノクロル酢酸、
   無水アクリル酸及び無水メタアクリル酸から選択される
   １種又は２種以上のものである特許請求の範囲第１項記
   載の製造方法。 ３　不活性溶剤が非プロトン性のアミド系化合物、芳香
   族炭化水素化合物、脂肪族塩素化合物及び脂肪族エーテ
   ル化合物から選択される１種又は２種以上のものである
   特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 ４　非プロトン性のアミド系化合物がジメチルホルムア
   ミド、ジメチルアセトアミド又はＮ〜メチルピロリドン
   である特許請求の範囲第３項記載の製造方法。 ５　不活性溶剤がアルコール類を含有する混合溶剤であ
   る特許請求の範囲第３項又は第４項記載の製造方法。