JPS6144081B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、可溶性キチン誘導体であるカルボキ
シアルキルキチンもしくはカルボキシアルキルキ
チン塩の脱Ｎ−アセチル化物を不溶化又はアシル
化処理する方法に関する。更に詳しくは、カルボ
キシメチルキチンもしくはカルボキシメチルキチ
ン塩の脱Ｎ−アセチル化物などを有機酸の無水物
などで処理することから成る不溶性キチン誘導体
の製造方法に関する。 自然界に存在する多糖類の繊維成分は、高等動
物におけるコラーゲン、節足動物や下等植物にお
けるキチン、高等植物におけるセルロースに大別
され、それぞれにアパタイト、炭酸カルシユウ
ム、リグニン等が沈積することにより形体を作つ
ている。この中で、キチンは、Ｎ−アセチル−Ｄ
−グルコサミンの１，４−β結合よりなる高分子
物質であり、セルロースに匹敵する量が存在す
る。しかしながら、該キチンは極めて高結晶性で
あり且つそのアミノアセチル基の結合が強固であ
る為、セルロースにおけるアルカリの如く良好に
溶解、分散或いは膨潤させる経済的な溶剤がみつ
かつていない。この為、キチンはセルロースやそ
の他の多糖に比べその利用面での開発が遅れてい
る。 その中にあつて、特公昭48−19213号は、キチ
ンの脱Ｎ−アセチル化物であるキトサンが希酸に
溶解する性質を利用して、キトサンフイルムを作
り、該キトサンフイルムを固相アセチル化するこ
とにより、キチンフイルムを得る方法を開示して
いる。この方法はキトサンフイルムを水に膨潤さ
せた後エタノール、アセトン、ピリジン等の溶媒
に浸漬し、ジシクロヘキシルカルボイミド等のア
ミド基形成用の脱水縮合剤を用いてＮ−アセチル
化し、キチンフイルム化することから成るが、こ
の方法では、後記の実施例に見られる如く、アセ
チル化に要する時間が極めて長い。 キトサンのＮ−アセチル化方法としては、上記
方法以外に、キトサンをピリジン溶媒中に無に酢
酸と反応させる方法又はキトサンをトルエン媒体
中で無水酢酸−過塩素酸と反応させる方法などが
報告されている。しかしながら、これらの方法に
おいても、そのＮ−アシル化時間は長く、特にキ
トサンが水を含んだ状態では極端に反応速度が遅
くなる欠点がみられる。 なお、前述した方法はいずれもキチンのフイル
ム状物を得ることを目的としており、且つそのフ
イルム状物の用途も音響振動板への適用を示唆し
ているにすぎず、キチン及びキチン誘導体の性質
を活かした真の用途開発と云う点で不満を残すも
のである。 本発明者は、上述した現状に鑑み、キチン及び
キチン誘導体の性質を充分発揮し得る用途、並び
にその用途に適用可能な形体の工業的な製造法等
について鋭意研究の結果、可溶性キチン誘導体例
えばカルボキシメチルキチンもしくはその塩の脱
Ｎ−アセチル化物を有機酸の無水物等と反応させ
ると驚くべきことに瞬時にアシル化反応を起こし
て水、酸、アルカリ或いは有機溶剤に不溶性のア
シル化物が得られ、該反応を利用して得られる可
溶性キチン誘導体の少なくとも一部をアシル化処
理して成る成形材が、分離材、透析材、固定化酵
素の基材、吸着材としての機能を有することの知
見を得て、本発明に到達したものである。 上記知見に基づく本発明は、カルボキシメチル
キチンもしくはカルボキシメチルキチン塩の脱Ｎ
−アセチル化物などの可溶性キチン誘導体と有機
酸の無水物の単独或いは該有機酸の無水物と有機
酸との混合物とを反応させることから成り、水、
酸、アルカリ、或いは有機溶剤に不溶な変成キチ
ン（以下、可溶性キチン誘導体のアシル化物と云
う）を提供するものである。 本発明に係る可溶性キチン誘導体とは、本発明
者が本願と同日出願した特開昭55−90505号公報
に開示する可溶性（水溶性）のカルボキシアルキ
ルキチンもしくはカルボキシアルキルキチン塩の
脱Ｎ−アセチル化物を意味し、例えば、キチンを
高濃度のアルカリ水溶液に浸漬し、キチン浸漬ア
ルカリ水溶液を凍結処理し、次いで凍結したアル
カリ含有キチンを式Ｘ（CH₂）nCOOH（式中、
ＸはBr又はClを示し、ｎは１，２または３の整
数を示す）で表わされるエーテル化剤を含有する
有機溶媒中で反応させることにより得られたカル
ボキシアルキルキチンにアルカリ水溶液を添加し
て脱Ｎ−アセチル化することで製造し得る。 本発明方法の効果の１つは、アシル化反応に要
する時間が水の存在下においても極めて短時間で
あることである。しかしながら、未だこの理論的
な根拠は明らかでなく、おそらくカルボキシメチ
ルキチンもしくはカルボキシメチルキチン塩の脱
Ｎ−アセチル化物自身のカルボキシル基が触媒の
役目としているものと推察される。この効果によ
つて、球状、繊維状、フイルム状等任意の形態ま
たは必要に応じてそれらの中空状の形態の成形材
が極めて容易に且つ短時間に製造されることが出
来る。 本発明方法を利用して得られる可溶性キチン誘
導体の少なくとも一部分をアシル化処理して成る
キチン系成形材の物質透過性或いは膨潤性の度合
は、可溶性キチン誘導体の濃度を変える事により
任意に調節され得る。本発明方法によれば、可溶
性キチン誘導体溶液の表面から不溶化が起こる為
に、最初に生成する不溶性膜により前記成形材の
透過性はある程度限定される。本発明方法を利用
して得られるキチン系成形材は、可溶性キチン誘
導体の少なくとも一部をアシル化処理（不溶化処
理）して成るものであるので、生体的、化学的に
安定且つ安全でしかも物質透過性、吸着性、生体
適合性にすぐれるのでカプセル化材、分離材、吸
着材、重金属捕集材、薬剤の徐放化材、固定化酵
素の基材、限外過材、生体機能性材、イオン交
換体材等々広範な用途に応用され得る。 以下、本発明を詳述する。 本発明の可溶性キチン誘導体の原料は、カニ、
エビ等の節足動物の甲殻等から常法によつて分離
精製して得られる一般式（）で示されるキチン
である。 キチンをモノクロル酢酸等と反応させることに
より、カルボキシメチル化し一般式（）で示さ
れる構造単位を含むカルボキシメチルキチンまた
はその塩となる。 或いは 或いは （式中、Ｍは水素、アルカリ金属、アルカリ土
類金属、アンモニウム基を示す） 本発明方法に用いられるカルボキシアルキルキ
チンまたはその塩は単位構造であるＮ−アセチル
グルコサミン１単位当りカルボキシアルキル基を
0.1〜1.0、好ましくは0.3〜1.0有する。これを水
酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ水
溶液中で加熱すれば、脱Ｎ−アセチル化し、カル
ボキシアルキルキチンもしくはその塩の脱Ｎ−ア
セチル化物、即ち本発明の可溶性キチン誘導体が
得られる。本発明の可溶性キチン誘導体の脱Ｎ−
アセチル化度は10〜100％、好ましくは20〜60％
である。該脱アセチル化度が60％以上となると不
溶化が遅くなる傾向を示す。しかし、反応温度を
高める等の反応条件を選択することにより所期の
目的を達成することが出来る。 本発明における該可溶性キチン誘導体の不溶化
（アシル化）は、極めて簡単である。即ち、該可
溶性キチン誘導体の水溶液と、有機酸無水物また
は有機酸無水物と有機酸の混合物とを接触させる
だけで、既述の如く極めて短時間でアシル化反応
が起こり、不溶性キチン誘導体が生成される。前
記有機酸無水物または前記混合物は、例えば溶液
状又は気体状であつてよい。この反応のメカニズ
ムについては未だ明らかでないが、反応は該可溶
性キチン誘導体の水溶液が有機酸無水物に接触す
ると瞬時的に起こり、該水溶液の表面から進行す
ることからみて、まず該水溶液表面にアシル化に
よる不溶性キチン誘導体からなる皮膜が形成さ
れ、該水溶液の形態を維持し、次いでやや遅れて
有機酸無水物が最初に形成された不溶性キチン誘
導体皮膜を通じて内部に拡散するに従い、逐次内
部に反応が進行し、内部での不溶化を進めるもの
と推察される。 この際の反応生成物は、カルボキシメチルキチ
ンの脱Ｎ−アセチル化物のＮ−アシル化によるＮ
−アシル化カルボキシメチルキトサン（一般式
）、更に脱カルボキシメチル化したＮ−アシル
化キトサン（一般式）及びＮ−・Ｏ−アシル化
キトサン（一般式）の構造単位が主体である。 ：C₆H₈O₃（OCH₂COOH）・NHCOR ：C₆H₈O₃（OH）NHCOR ：C₆H₈O₃（OCOR）・NHCOR （式中、ＲはCH₃（CH₂）_nであり、ｍは０〜４
を示す） ただし、不溶化物中における一般式（）の割
合は通常10％以下であり、残部を一般式（）及
び（）が占めているため酸やアルカリに不溶と
なる。 また、後述の如き、用途によつては、Ｄ−グリ
コサミンの構造単位を残すことが好ましい場合も
あるが、この場合でも不溶性を有する。 なお、本発明で用いる該可溶性キチン誘導体の
水溶液濃度は、濃い方がより強固で緻密な不溶性
キチン誘導体を生成するが、通常１〜10wt％で
良い。しかし、これは本発明の成形材の用途及び
性質により適宜調節されるべきものであつて、必
ずしもこの範囲に限定されるものでない。 本発明方法で用いる有機酸及び有機酸無水物
は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸等及びそ
の無水物（以下有機酸無水物と称する）が好適で
ある。これらを単独もしくは２種以上の混合物と
して使用し得る。該有機酸無水物は希釈せずその
まま用いても良く、また反応速度を調節したり、
反応物の処理を容易にする目的等から、有機酸或
いは有機酸無水物と反応しない有機溶剤で希釈し
ても良い。アシル化反応温度は５〜80℃、好まし
くは５〜60℃であるが、前述の如く脱アセチル化
度60％以上の可溶性キチン誘導体を用いる場合は
より高温度が望ましい。また該有機酸無水物のガ
スと反応させる場合には、更に高温度であつても
良い。 次に可溶性キチン誘導体の水溶液と有機酸無水
物とを接触させ態様であるが、これは本発明のキ
チン系成形材の用途、形態に応じて適宜選ぶこと
が出来る。 例えば、１つの接触態様として、可溶性キチン
誘導体の水溶液を、有機酸無水物中に撹拌しなが
ら滴下分散させる方法を例示し得る。この態様に
おいては、該水溶液滴の表面から瞬時に反応して
不溶化し、更に時間とともに内部迄反応する事に
より、可溶性キチン誘導体のアシル化物、即ち本
発明の不溶性キチン誘導体を形成し、球形状の成
形材が得られる。所定時間反応後、分離、水洗に
より未反応の有機酸無水物を除去すれば、キチン
系成形材からなる球状体が得られる。得られる球
状体は滴下する液滴の大きさを調節することによ
り、約10〜10000μに及ぶ広範囲の直径のものと
なり得る。表面被膜としての不溶性キチン又は不
溶性変性キチンの膜厚及び緻密度或いは中空状と
するには、用いる可溶性キチン誘導体の水溶液濃
度、反応時間、反応温度等を変えることにより調
節可能であり、厚みとしては通常１〜1000μ、緻
密度は分子量500〜400000にわたる透過限界を有
するものが得られる。又、該可溶性キチン誘導体
の水溶液を有機酸無水物の気相中にスプレーする
ことにより、瞬時に表面層をアシル化して不溶性
皮膜を形成し、それを有機酸無水物中に投入し、
微小の球体を得ることが出来る。 別の接触態様として、可溶性キチン誘導体の水
溶液を、ノズルを通して有機酸無水物を含む液中
に紡糸することを例示し得る。この態様において
は、表面層から一部不溶性となつた糸が得られ、
これを水洗することによりキチン系成形材より成
る繊維を得ることが出来る。また、上記ノズルと
してスリツト状のものを用いれば、キチン系成形
材よりなるフイルムを得ることも出来る。繊維
状、フイルム状のいずれの場合においても、内部
を中空にしたり膜厚、緻密度を必要に応じて調節
可能なことは球状物の場合と同様である。 上記した接触態様に限らず、その他種々の接触
態様をとり得ることは当然である。 以上の説明で明らかな如く、本発明方法を利用
すれば、球状、繊維状、フイルム状等の任意の形
体として、更に必要に応じ中空体のキチン系成形
材を容易に製造することが可能であり、しかも該
キチン系成形材は、物質透過性を有する化学的、
生体的に安定、且つ安全な可溶性キチン誘導体の
アシル化物で構成されているため、前述の用途以
外にも広範な用途に適用可能である。 用途の一部を例示すれば、膜の透過性を利用し
て球状成形材を混合物試料溶液に入れることによ
り、一定分子量以下の物質のみを該成形材内に拡
散させることが出来る。 また中空繊維、或いはフイルムを用いて従来の
透析材と同様に使用することも可能である。更
に、物質透過性を調節可能であること及びイオン
性基を有することを利用してイオン交換体として
利用し得る。その他、生体に対して極めて安定且
つ安全であるので、生体関連分野での使用が可能
であり、例えば血液潅流用或いは服用して胃腸内
の毒素を吸着除去する吸着剤又は吸着剤等の被覆
材としても利用出来る。また、酵素を可溶性キチ
ン誘導体に分散させることにより、包括された固
定化酵素が出来る。 なお、血液と接触させる用途に用いる場合は、
アシル化反応を調整し、若干アミノ基を残してお
き、該アミノ基とヘパリン、キトサン硫酸エステ
ル、キチン硫酸エステル等の抗血栓物質とポリイ
オンを作つておくと更に好ましいものとなる。 また、各種のイオン交換樹脂を本発明の成形材
内にとじ込めれば、キチン質の膜が覆われた特定
の分子量以下の物質のみに対してイオン交換能を
有する新規なイオン交換体となり、活性炭等の吸
着剤を本発明の成形体で被覆すれば、従来にない
新規性能を有する吸着剤になり得るものである。 以下、本発明は従来、利用が限られていた資源
であつたキチンを有効利用可能にした画期的なも
のであり、しかも用途面に関しても無数の展開が
考えられるものである。 以下実施例により本発明をさらに具体的に説明
する。 実施例 １ カルボキシメチルキチンの脱Ｎ−アセチル化物
（カルボキシメチル化度1.0、脱アセチル化度50
％）50ｇを、５％の濃度になる様に水950計に溶
解させた後、５の無水酢酸と１の酢酸の混合
液中に滴下、撹拌分散させた。 反応温度は25℃、反応時間10分で不溶物が得ら
れ、それを過水洗して直径20〜100μの球状物
を得た。更にこれを徐々にエタノールで置換し、
最後にアセトンで置換後、乾燥した。 収量 48ｇ 乾燥物10ｇをとり、粉砕後、５％水酸化ナトリ
ウム水溶液100c.c.に投入し撹拌した。 これを中和後、過して不溶物は水で洗滌し、
更にエタノールで洗滌して乾燥した。 液はエバポレータで濃縮した後、凍結乾燥し
たが、残渣物はなかつた。 乾燥物の元素分析を行つた結果は、第１表のと
おりであり、なお参考のため、キチン及び用いた
カルボキシメチルキチンの脱アセチル物の元素分
析値を併示した。

【表】 これから明らかな様に、当該不溶化物はキチン
よりなつていることが認められた。 実施例 ２ カルボキシメチルキチンの脱アセチル化物（カ
ルボキシメチル化度0.5、脱アセチル化度25％）
20ｇを、水180c.c.に溶解させた後、減圧下で脱気
処理して原料水溶液を調整した。 該原料水溶液を第１図に示す装置を用いて繊維
状キチン系成形材を得た。反応槽には20℃に保た
れた無水のプロピオン酸液を用い、原料吐出圧力
は２Kg／cm²である。 得られた繊維を実施例１と同様に分析したとこ
ろ水可溶物がなかつたことから、不溶化物よりな
る繊維である。 第２表にその元素分析値を示した。

【表】 実施例 ３ 実施例１で得られた乾燥物17ｇを蒸留水中で膨
潤させ、直径２cmのカラムに充填してゲル過試
験を行つた。このカラムに２c.c.の蒸留水に溶解し
たブルデキストラン（分子量200万）20mgとグル
コース30mgの混合試料を添加しし、蒸留水で１
c.c.／分で溶出を行つた。 ブルデキストランは30〜45c.c.の溶出液中に溶出
し、グルコースは65〜80c.c.の位置に溶出された。 明らかに、この球状物は撫離能を有し、分子量
200万の物質は球状物の内部に拡散していないこ
とが判明した。 実施例 ４ 実施例１における原料及びその濃度、アシル化
剤及び反応条件を代えて実施例１に準じて球状物
を製造した。 条件及びその結果を第３表に示す。 これらの結果から明らかなとおり、本発明方法
によるアシル化反応は極めて短時間に行なわれる
ことが判る。

【表】 【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例２で用いた紡糸装置の概略図
を示す。 １……原料の水溶性キチン誘導体水溶液槽、２
……ノズル（25穴、0.05ｍ／ｍφ）、３……反応
槽（50ｍ／ｍφ×3000ｍ／ｍＬ）、４……ローラ
ー、５……溶剤除去槽（第１）エタノール：水＝
１：１、６……溶剤除去槽（第２）水100℃、７
……まきとり装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ カルボキシアルキルキチンもしくはその塩の
   脱Ｎ−アセチル化物を有機酸の無水物の単独もし
   くは有機酸との混合物で処理することを特徴とす
   る不溶性キチン誘導体の製造方法。 ２ 前記有機酸の無水物の単独もしくは有機酸と
   の混合物が溶液もしくはガス状物であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 前記脱Ｎ−アセチル化物がカルボキシメチル
   キチンもしくはカルボキシメチルキチン塩の脱Ｎ
   −アセチル化物であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４ 前記脱Ｎ−アセチル化物の脱Ｎ−アセチル化
   度が10〜100％、好ましくは20〜60％であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項の
   いずれかに記載の方法。 ５ 前記カルボキシメチルキチンもしくはカルボ
   キシメチルキチン塩が構造単位であるＮ−アセチ
   ル−Ｄ−グルコサミン１単位当りカルボキシル基
   を0.1〜1.0、好ましくは0.3〜1.0有することを特
   徴とする特許請求の範囲第３項又は第４項に記載
   の方法。 ６ 有機酸の無水物が酢酸、プロピオン酸、酪
   酸、吉草酸の無水物の１種又はそれらの混合物で
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第５項のいずれかに記載の方法。