JPH02229832A - スルホン基を有する粒状多孔質キトサン誘導体の製造方法 - 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】

（産業上の利用分野】 本発明はスルホン基を有する粒状多孔質キトサン誘導体
の製造方法に関し、イオン交換樹脂．クロ７１・グラフ
ィー用担体等に好適な粒状多孔質キトサン誘導体を提供
するものである。 Ｋ従来の技術Ｘ キ１・サンのスルホン化法については従来から多くの文
献等に記載があり、例えばエム・エル・ウオルフロム（
Ｈ．Ｌ，Ｗｏｌｆｏｒｎ）等の方法（　Ｊ．　ＡＩＮ．
　Ｃｈｅｒａ．Ｓｏｃ．，８１，ｔ７６４（１９５８）
）では、フレーク状のキトサンをビリジン中クロルスル
ホン酸で反応さゼるか、もしくはＮ，Ｎ’−ジメチルホ
ルムアミド中Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド一三酸化
イオウ襖合体による反応により、Ｎ，０−スルホン化物
を得ている。又、ナガサワ等（　Ｃｈｅｎ．　Ｐｈａｒ
ｎ．　Ｂｕ　ｌ　Ｉ．　，　２０，　１５７（１９７２
）　）はａ硫酸によるＮ−スルホン化を、特開昭６０−
２０３１３２号は硫酸及びクＯルスルホン酸との混合吻
によりβ−Ｄ−（１→４）一グルコサミンサブユニット
のＣ−６位の水酸基への０−スルホン化物を得ることを
開示している。また粒状多孔質キトサン誘導体について
は、特開昭６３−　２７４４５７号でヘキサメチレンジ
イソシアネート等で架橋後ピリジン中クロルスルホン酸
でＮ，０−スルホン化することが開示されている。しか
し、かかる従来方法によると、フレーク状或いは粉末キ
トサンにスルホン化を行なうと親水性が増大するため，
水に可溶性となり指体としての使用は不適当である。ま
た特開昭６３−　２７４４５７号の粒状多孔質キトサン
誘導体のスルボン化物においては架橋を行っているが、
スルホン基導入昂の増加に伴う担体の劣化が起り、所望
の高強度を有し、しかも高スルホン基導入吊を持つ、性
能の良い担体を得る事ができなかった。 κ発明が解決しようとする課題】 キ１・サンは！ｌｉｌｉ酸，酢酸，ジクロル酢酸等の水
溶液に対して可溶性であるため、低ＯＨ域では担体とし
て使用できず、安定に使用できる範囲は狭いものとなっ
ている。又、フレーク状或いは粉末キトサンをスルホン
化すると親水性が増大するため、導入するスルホン基の
吊を極度に少なくしなければ担体として利用しうる水不
溶性のスルホン化物を得る事ができなかった。 特開昭６３−　２７４４５７号で開示した粒状多孔質キ
トサン誘導体のスルホン化においては、架橋剤のへキサ
メチレンジイソシアネー１・等により架橋しているため
全ＯＨ領域における安定性を得る事はできたが、スルホ
ン基導入吊の増加に伴う水溶性の増加とこれによる強度
の劣化が起り、スルホン基が高導入吊となると共にキ１
・サン誘導体が水にｊ影ｉ＋ｆｆｉ溶解し、粒状を維持
するのが困難となる欠点があった。また、該方法で用い
られているスルホン化剤であるクロルスルホン酸は反応
性が高いため、所望のスルホン基導入吊を有する担体を
得る事が甚だ難しく、同時に再現性にも乏しい欠点があ
った。更に、スルホン基導入条件として比較的高温下（
１００℃）で長時間反応させるため担体が劣化し゛易く
、そしてキトサン中のアミノ基がスルホン基導入後にお
いてもかなりの割合で残存するため、隅イオン交換体と
して用いる場合には非特異吸着を生ずる等の問題があっ
た。 本発明は上述の欠点を解決し、全ｐＨ領域において安定
であり、強度が高く、所望のスルボン基を有するイオン
交換樹脂，クロマトグラフィー用担体に好適な粒状多孔
質キトサン誘導体を容易に得ることを目的としてなされ
た。 κ課題を解決するための千段】 本発明は、低分子量キトサンを酸性水溶液に溶解し、該
溶液を塩基性溶液中に落下，凝固させた粒状多孔質キｌ
−サンを、無水酢酸によりアセチル化後、ジＪボキシで
架橋し、次いでＮ，Ｎ”−ジメチルホルムアミド中にお
いてＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド一三酸化イオウ複
合体によりスルホン化することを特徴とするスルホン基
を有する粒状多孔質キ１・サン誘導体を製造する方法で
ある。 本発明の粒状多孔質キトサンは、平均分子吊ｉｏ，ｏｏ
ｏ〜２３０，０００の低分子化キトサンを用いる。 この低分子化キトサンを酢酸，ジクロル酢ｓ．ｔｉ酸等
の単独或いは混合物に溶解して２〜１０％の水溶液とな
るように調整する。該キトサン水溶液を水酸化ナトリウ
ム，水酸化カリウム，炭酸ナトリウム，炭酸カリウム，
アンモニア，エチレンジアミン等のアルカリ性物質を含
む塩基性水溶液中に０．１５ｍφ孔径のノズルより圧力
下で落下させると凝固，再生し粒状となる。得られた粒
状体を充分水洗し粒状多孔質キ１・サンを得る。尚、塩
基性水溶液中にメタノール，エタノール等のアルコール
類を併用する事も可能である。 上記のようにして得た粒状多孔質キｌ・サンをアセチル
化するため、これを無水酢酸と反応させて脱アセチル化
度を１０％以下、好ましくは５％以下とする。アセチル
化を行う際の有機溶媒は無水酢酸や反応生成物に対して
不活性であり、アセチル化の反応に対し何ら影響を与え
ない不活性溶媒であればよく、例えばＮ，Ｎ’−ジメチ
ルホルムアミド，ジメチルアセ１・アミド，ベンゼン，
１，４−ジオキサン，メタノール，エタノール，ｎ−ブ
タノール等を単独又は混合して使用できる。尚、この時
の脱アセチル化度が１０％を越えると遊離のアミノ基が
スルホン化後も多く残存してしまうため、陽イオン交換
樹脂として用いる場合には、非特異吸清の問題を生じる
ので、脱アセチル化度は１０％以下、好ましくは５％以
下である事が望ましい。 このようにして得られた脱アセチル化度が１０％以下の
粒状多孔質キトサンに架橋剤としてエビクロルヒドリン
，エチレングリコールジグリシジルエーテル，ボリエチ
レングリコールジグリシジルエーテルなどのジエボキシ
を用い、脱アセチル化した粒状多孔質キｉ〜サンの水酸
基と反応させる方法がとられる。その他にもヘキサメチ
レンジイソシアネート，ジフエニルメタン−４，４゛−
ジイソシアネ−１・，ジカルボン酸ハロゲン化物等を使
用する方法があるが、エーデル結合により架橋されるた
め化学的に非常に安定である点，架橋後非常に高強度の
担体が得られる点，架橋方法が簡便である点からＪピク
ロルヒドリ〉，エチレングリコールジグリシジルエーテ
ル，ボリエチレングリコールジグリシジルエーテル等の
ジエボキシを用いるのが最適である。一方スルホン化剤
としてはＮ，Ｎ’一ジメチルホルムアミド中に三酸化イ
オウを滴下して得られるＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミ
ド一三酸化イオウ複合体を用いる。その他にごリジン中
クロルスルホン酸を使用する方法，ジクロルエタン中ク
ロルスルホン酸を使用する方法，　Ｎ，Ｎ’−ジメチル
アニリンー無水硫酸複合体を使用する方法，無水亜硫酸
と無水ｆｌｉＩｉ酸の混合物を使用する方法，硫酸とク
ロルスルホン酸の混合物召使用する方法等が考えられる
が、スルボン化剤が長期間安定に保存できる点，スルホ
ン５４人吊の調節が容易に行え、所定の導入吊の担体を
再現性よく得られる点，反応条件が温和であり、常温で
反応が速やかに進行する点からＮ，Ｎ’−ジメチルホル
ムアミド一三酸化イオウ複合体を使用する方法が最も好
ましい。この詩、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド一三
酸化イオウ複合体の添加吊により、所望のスルホン基を
必要に応じて導入する事ができる反応温度は２０〜６０
℃であり、担体の劣化を抑制するためには４０℃以下で
反応させる事が好ましい。反応時間は反応温度により　
１時間〜１２時間の範囲で任意に選択する。反応が終了
しスルホン化された粒状多孔質キトザン誘導体は１Ｎ水
酸化ナトリウム溶液で中和後充分水洗を行い、スルホン
基を有する粒状多孔質キトサン誘導体を得る。

【実　施　例】

以下、本発明を実施例により詳纏に説明するが、本発明
は実論例記載の範囲に限定されるものではない。また、
スルホン基を有する粒状多孔質キトサン誘導体の陽イオ
ン交換容母（中性塩分解能），キトサン酢酸水溶液の粘
度，みかけの弾性率は下記のようにして求めた。 く陽イオン交換容量〉 予め正確に膨潤体積を測定した試料をカラムに充填し、
約１Ｎ硝酸をＳＶ５０で通液する．純水で流出液のｐＨ
が中４を示ずまでＳＶ　１００で通液し、次に約１Ｈの
塩化ナトリウム水溶液をＳＶ５０で通液する。この時流
出液はメスフラスコで正確に１℃測りとる。 このうちの５０ｄをフェノールフタレインを指示薬とし
て１／１０　１４一水酸化ナトリウムで滴定を行い、次
式から陽イオン交換容量（ＣＴＶ）を求めた。 ■ ａ：試験液５０蛇を中和するのに要した１／１０　Ｎ水
酸化ナトリウム吊（ｄ＞ ｆ　：　１／１０　Ｎ水酸化ナトリウム溶液の力価Ｖ：
試料の湿潤体槓（一） く粘　度〉 回転円筒形粘度計を用い２０℃にて測定した。 くみかけの弾性率〉 レオ′メーターＮＲｌ４−２０１０Ｊ−ＣＭ　（不動工
業株式会社製）により直径３．５１ｔＪｔ．深さ２ｆｌ
の穴に濾紙上で水を除去した試料を詰め、直径３．０８
の円柱状の棒で２ｃｍ／Ｉｌｉｎの速さで圧縮し、圧縮
応力曲線を求め、該１０％変形点での接線の傾きから求
めた。 実施例１． 脱アセチル化度７８％のキトサン６５ｇを３．２５％酢
酸水溶液９３５ｇに溶解した。この時の粘度Ｇｅｔ２．
３００ＣＩ）であった。該溶液を６％水酸化ナトリウム
，２０％エタノール，７４％の水からなる混合溶液中に
０、１５　ａφの孔径のノズルから落下し、キトサンを
粒状に凝固再生させた後、中性になるまで水洗し、平均
粒径０．　３ｒｍφの粒状多孔質キトサン０．８℃を得
た。この粒状多孔質キトサン１００ｄ（湿潤状態》をエ
タノール中１２．４ｇの無水酢酸と２４時間室温で反応
後、１トー水酸化ナトリウム水溶液で１時間処理し、脱
アセチル化度５％の粒状多孔質キトサン８（ｌｄを得た
。 こうして得られた脱アセチル化度５％の粒状多孔質キト
サン８０ｄ（８潤状態》を１，４−ジオキサンで洗浄し
、１．５ｇのエビクロルヒドリン８ｄの１Ｎ一水酸化カ
リウム水溶液を加え室温で１６時間反応させた後、更に
８０℃で１時間反応させて架橋させた。水洗後Ｎ，Ｎ’
−ジメチルホルムアミドで洗浄４１２Ｎ，Ｎ’−ジメチ
ルホルムアミド１λ中に三酸化イオウ８０ｇを加えたＮ
，Ｎ’−ジメチルホルムアミド一三酸化イオウ複合体１
８ｄを含むＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド溶液８Ｇ，
ｄを加え、室温で４時間反応させ、Ｎ，０−スルホン化
を行った。反応終了後冷却しながら１Ｎ−水酸化ナトリ
ウム水溶液で中和後充分水洗し、スルホン基を有する粒
状多孔賀キトサン誘導体４６ｄを得た。このものの陽イ
オン交換容争は８０．０μｅｑ／ｄ，　ミカＧｔノ弾性
率ハ３．２ｘｌＯ６ｄｙｎ／ｃｉであった。゜ここでス
ルホン化する際に加えるＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミ
ドー三酸化イオウ複合体量を１８ｄから２０ｄに変え、
同一操作で３つの試料を得た。３つの試料について夫々
の陽イオン交換容量を測定したところ、１０５．０μｅ
ｑ／ｄ．１００．８ｕｅＱ／ｄ，　　１０２．θｔｌｅ
Ｑ／ｄ！であり、極めて再現性のよいスルホン基を有す
る粒状多孔質キトサンが得られることが明らかであった
。得られた計４種のスルホン蟇を有する粒状多孔質キト
サンを、０．ＩＮ′ｆｌＦ酸水溶液及び０．１Ｎ水酸化
ナトリウム水溶液に懸濁しても全く溶解することがなく
、全ｐＨｉａ域で安定なスルホン基を有する粒状多孔質
キトサン誘導体であった。 実施例２． 実施例１と同様にして説アセチル化度５％の粒状多孔質
キトサンを得、その５０−《湿潤状態》を１．４−ジオ
キサンで洗浄し、１．７６９のエチレングリコールジグ
リシジルエーテル，　　５ｄの１Ｎ一水酸化カリウム溶
液を加え室温で１６時間反応させた後、更に８０℃で１
時間反応させ架橋させた。水洗後κ，Ｎ゜−ジメチル本
ルムアミドで洗浄しＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド１
λ中に三酸化イオウ８０ｇを加えたＨ，Ｎ’−ジメチル
ホルムアミド三酸化イオウ複合体１０〆を含むＮ，Ｎ’
−ジメチルホルムアミド溶液５０７１１！を加えて室温
で４時間反応させ、Ｎ，０−スルホン化を行った。反応
終了後、冷却しながら１Ｎ一水酸化ナトリウム水溶液で
中和後充分水洗し、スルホン基を有する粒状多孔質キト
サン誘導体２７一を得た。このものの陽イオン交換容最
は１２０．　５μｅＱ／ｄ．　ｌ’Ｇｔノ弾性率ハ３．
ＯｘｌＯ６ｄｙｎ／ｃｄであった。またこのスルホン基
を有する粒状多孔賀キトサンを０．１Ｎｊｌ酸水溶液及
び０．１Ｎ水酸化ナトリウム水溶液に懸濁しても溶解す
る事なく全ｐＨ領域で安定な担体であった。 また、上記のようにして得られた架橋反応後の粒状多孔
賀キトサン誘導体をスルホン化する際加えるＮ，Ｎ’−
ジメチルホルムアミド一三酸化イオウ複合体債を、４ｄ
，　　ａｒｄ，　　８ｄ，１２ｄ，１６ｄと夫々変えて
スルホン化を行ったところ、得られたスルホン基を有す
る粒状多孔質キトサン誘導体の陽イオン交換容争は、夫
々２９．２μｅＱ／ｄ．　７１．３μｅｑ／ｄ，　　１
５１．０μｅｑ／　ｄ　，　　２２８．９μｅｑ／　ｄ
　，　　３１０．０μｅｑ／ｄで、それらのみかけの弾
性率が夫々３．Ｏｘ　１０６ｄｅｎ／ｃａｌ　，　　３
．Ｏｘ　１０６ｄｙｎ／ＣＩＫ，　　２．８ｘ　１０６
ｄＶｎ／ｃｉ　，　　２．　７ｘ　１０６ｄｙｎ／ｄ　
，　　２．６ｘ　１０６ｄｙｎ／ｍ　テあった。 上記のＮ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド−ＥＭ化イオウ
複合体の添加量と得られた粒状多孔賃キトサン誘導体の
陽イオン交換容量の関係を第１図に示した。このことが
らスルホン化剤の量を変える事でスルホン基導入量を任
意に変える事ができ、加えてスルホン基が高導入量とな
った際にも担体強度があまり低下していないことが判明
した。 比較例１． 実施例１と同様にして得られた粒状多孔賀キトサン５０
ａｄ！　（湿潤状態）に２．１９のへキサメチレンジイ
ソシアネートを加え、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド
中室温で１時間反応．架橋させた。Ｎ，Ｎ’−ジメチル
ホルムアミドで洗浄後、無水ビリジンで洗浄した。これ
に氷冷した無水ピリジン１２０ｄ中に夫々３．４０　ｄ
．　　３．２５　１ｄ，　　４．５５−のクロルスルホ
ン酸を滴下したビリジンークロルスルホン酸複合体を含
む溶液を加え、沸ｌ！！Ｓ浴中１時間反応しＮ，０−ス
ルホン化を行った。反応終了後１Ｎ水酸化ナトリウム５
００ｍｅを加えエタノールで洗浄し、スルホン基を有す
る粒状多孔質キトサンを得た。 このものの陽イオン交換容♀は夫々２８．８μｅＱ／　
ｄ　．７２．６μｅＱ／　ｎ認，１５０μｅＱ／戴、み
かけの弾性率は夫々１．３ｘ　１０６ｄｙｎ／ｃ！！，
　　１．３ｘ　１０６ｄｙｎ／ｃｍ　，　　１０×１０
６ｄｙｎ／ｃ肩であった。即ち実施例２に示した如く本
発明の方法によるスルホン暴を有する粒状多孔質キトサ
ン誘導体は、比較例１で得られたものに較べて強度的に
２．３〜２．８倍の性能を有する事が明らかである。 比較例２． 比較例１で示したスルホン化法において無水ピリジン１
２０ｒｄ！に対して加えるクロルスルホン［ｉを３ｍ，
　　３．５１！，　　４ｄ，　　４．５ｄと変えてスル
ホン化を行ったところ、得られたものの陽イオン交換容
量は夫々２６．５μｅｑ／ｒｄ，　　ＯμｅＱ／ｍｅ，
　９２．５μｅｑ／ｒｄ！．，　９６．２μｅｃ＋／ｒ
ｄで、その結果を第２図に示した。またクロルスルホン
酸吊を５−に変えて同一操作で３つの試料を得た。この
陽イオン交換容争は夫々　１８０．Ｏａｅｑ／ｔｄ，　
６５．３μｅｑ／ｍ，　９８．２μｅｑ／ｄであり再現
性に乏しかった。この結果、比較例１のスルホン化法に
おいてはスルホン化Φを変えても所望の陽イオン交換容
示の多孔質粒状キ１・サン誘導体を得ることは容易でな
いことが明らかである。 Ｋ発明の効果】 本発明によって得られるスルホン基を有する粒状多孔質
キトサン誘導体は全ｐＨ領域においても安定であり、イ
オン交＊ｍｉ．クロマトグラフィー用担体として好適な
強い強度を持つものである。 本発明のスルホン基を有する粒状多孔質キトサン誘導体
は、実施例及び比較例の記載から明らかなように、従来
のスルホン化法で得られたものに較べて全ｐＨ域で安定
であるばかりでなく、強度的に２〜３倍の性能を有する
ものである。更に本発明方法においてはスルホン化剤の
使用量を変えることにより、スルホン基導入但を再現性
良く任意に調整でき、所望の陽イオン交換容Ｏを有する
多孔質粒状キトサン誘導体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例２におけるスルホン化剤伝と
陽イオン交換容量との関係を示すグラフ、第２図は、比
較例２におけるスルホン化剤吊ど陽イオン交換容量との
関係を示すグラフである。 特許出願人　　富士紡績株式会社 代理人　弁理士　　　大　野　克　躬 代理人　弁理士　　　大　野　令　子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、低分子量キトサンを酸性水溶液に溶解し、該溶液を
   塩基性溶液中に落下、凝固させた粒状多孔質キトサンを
   無水酢酸によりアセチル化後、ジエポキシで架橋し、次
   いでＮ，Ｎ′−ジメチルホルムアミド中でＮ，Ｎ′−ジ
   メチルホルムアミド−三酸化イオウ複合体によりスルホ
   ン化することを特徴とするスルホン基を有する粒状多孔
   質キトサン誘導体の製造方法。