JPS635011B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明はポルフイリン金属錯体を埋め込もだ
疎水性高分子粒子からなる酸素吸脱着剤に関す
る。 ヘモグロビンやミオグロビンの鉄（）ポルフ
イリン錯体は酸素分子を可逆的に吸脱着する。こ
のような天然のポルフイリン鉄体（）錯体と類
似の酸素吸脱着機能を持つ錯体を合成するため
に、従来、多くの研究が発表されている。その例
としては、J.P.Collman，Accounts of
Chemical Research 10 265（1977）；F.
Basolo，B.M.HoffmanおよびJ.A，Ibers，
ibid.，８ 384（1975）；土田英俊、「錯体化学か
らみた生体系とそのモデル」（学会出版センター）
（1978）などである。 しかし、これら錯体は少量でも水が共存する
と、直ぐに酸化されるため、酸素錯体を生成でき
なくなる。このため室温で、水が共存していても
酸素錯体を与える鉄（）ポルフイリン錯体の開
発が継続して推進されているのである。 ところで、酸素運搬体の医用、薬用目的を考え
た場合には、ポルフイリン錯体の生体内での安全
代謝が不可欠である。生体内での代謝可能な鉄
（）―ポルフイリン錯体の構造としては、ポル
フイリン環のメソ位に水素を有することが必要と
言われている（K.M.Smith編，Porphyrins and
Metalloporphyrins，Elsevier Pue.1975など）。
この条件を満足し、かつ有機溶媒中ではあるが、
室温条件下で酸素錯体が生成できると報告されて
いる鉄（）ポルフイリン錯体としては、コフエ
イシヤル（対面型）ジポルフイリン（C.K.Chang
他，J.Am.Chem.Soc.1981，103，5236−5238参
照）がある。しかしながら、この対面型ジポルフ
イリンも水系中では安定な錯体を形成しない。 したがつて、この発明の目的は室温下の水相あ
るいは水系媒質中で安定な酸素錯体を形成すると
ともに、酸素分圧差によつて酸素を可逆的に吸脱
着できる代謝可能にポルフイリン鉄（）錯体系
を提供することにある。 この発明によれば、上記の目的は、式 （ここで、Ｍは銅または亜鉛、Ｒは水素または
置換基、R₁，R₂，R₃およびR₄はそれぞれ水素ま
たは置換基）で示される、軸配位子を有する対面
型ジポルフイリン金属錯体を疎水性高分子粒子に
埋め込んで、これを水系媒質に分散させることに
よつて達成される。 本発明者らは式(1)で示される対面型ジポルフイ
リン金属錯体を工夫された疎水場に置くことによ
つて水が共存した系でも安定な酸素錯体を形成さ
せ得ると考えた。水に難溶性のポルフイリンを配
位子とした鉄錯体を水中において疎水場に置く方
法として、各種の合成界面活性剤などのミセル形
成剤を用いることも考えられるが、本発明者らは
式(1)の錯体を疎水性高分子粒子に埋め込むことに
よつて安定な酸素錯体を形成できることを見い出
し、本発明を完成するに至つた。 この発明で使用する式(1)で表わされる対面型ジ
ポルフイリン金属錯体において、鉄（）ポルフ
イリン（ポルフイリンジアミノ体）と対面するポ
ルフイリンジカルボキシル体の中心金属Ｍとして
は銅および亜鉛が適している。その他の金属、た
とえばコバルトや鉄では対面する鉄（）ポルフ
イリンに結合した酸素と反応を起こし、可逆的な
酸素吸脱着が実現しない。銅または亜鉛を中心金
属Ｍとするものは可逆的な酸素吸脱着が可能とな
る。Ｍが亜鉛の場合は、酸素錯体の寿命は比較的
短かいものの、代謝、毒性に問題はなく、一方Ｍ
が銅の場合は、酸素運搬能が著しくすぐれてい
る。Ｒは錯体の性能上水素その他任意の置換であ
つてよいが、合成上エチル、ペンチルなどのアル
キル基が都合がよい。 対面型ジポルフイリン金属錯体は単独では酸素
を配位により吸脱着する作用はほとんどなく、こ
の目的を達成するためには軸位に塩基性配位子を
１個配位させる必要がある。この発明では、この
軸配位子として前記式(1)に示すように、式 で示されるイミダゾール化合物を用いている。こ
こで、R₁は水素またはメチル基、エチル基およ
びプロピル基（ｎ―プロピル基およびイソプロピ
ル基を含む）等の置換基である。R₂，R₃および
R₄はそれぞれ水素たは任意の置換基（例えば、
アルキル基）である。特にR₂は疎水性基である
ことが性能上好ましい。このような疎水性基の例
を挙げると、C₅〜C₃₀アルキル基またはトリチル
基もしくは置換トリチル基あるいはカルボン酸ア
ルキルエステル基 （

【式】ｎ＝１〜30） である。 なお、対面型ジポルフイリン金属錯体は例えば
次の経過を経て合成することができる。 上記金属錯体を埋め込む疎水性高分子の例を挙
げると、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリ―α―メチルスチレン、Ｏ―アルキ
ル（例えばメチル）デキストラン、ポリグルタミ
ン酸の長鎖アルキル（例えばｎ―ラウリル）エス
テル、ポリフエニルアラニン等である。なお、ポ
リアミド、ポリウレタン、飽和ポリエステル等も
使用できる。このような疎水性高分子に上記ポリ
フイリン金属錯体を埋め込むには、例えば、不活
性雰囲気（例えば、窒素ガス）中で、対面型ジポ
ルフイリン金属錯体過剰量のイミダゾール化合物
および疎水性高分子（例えば、対面型ジポルフイ
リン金属錯体の10倍重量以上）を適当な溶媒例え
ばベンゼンに溶解し、亜ニチオン酸ナトリウム等
の還元剤で対面型ジポルフイリン金属錯体の中心
鉄を二価に還元する。ついで、溶媒層を分取し、
これを脱水した後、凍結乾燥処理することによつ
て式(1)の錯体を埋め込んだ疎水性高分子粒子が得
られる。この粒子の大きさに特に制限はないが、
径が0.2mm以下（普通0.01μ以上）のものが上記手
法によつて作れる。 こうして得られた疎水性高分子粒子を水に分散
（例えば水１当り200グラム以下）させると本発
明の酸素吸脱着剤が得られるのである。好ましく
は、該粒子を安定に水中に分散させるために、表
面濡れ性向上剤および（または）増粘剤を加える
とよい場合がある。表面濡れ性向上剤としては各
種界面活性剤があり、これは、イオン系のもので
も、また非イオン系のものでもよい。界面活性剤
の例を挙げると、ドデシル硫酸ナトリウム、ドデ
シルスルホン酸ナトリウム、ドデシル―Ｎ―サル
コシン酸ナトリウムおよびＮ―ラウリルグルタミ
ン酸二ナトリウムのようなアニオン系界面活性
済、セチルトリメチルアンモニウムブロミド、テ
トラデシルアンモニウムブロミドおよびドデシル
ピリミジニウムクロリドのようなカチオン系界面
活性剤、並びにパルミトイルリゾレシチン、ドデ
シル―Ｎ―ベタイン、ポリオキシエチレンアンコ
ール、ポリオキシエチレンイソアルコール、ポリ
オキシエチレンｐ―ｔ―オクチルフエノール、ポ
リオキシエチレンノニルフエノール、脂肪函酸の
ポリオキシエチレンエステル、ポリオキシエチレ
ンソルビツトエステルおよびポリオキシエチレン
ノニルフエノールエーテルのような非イオン系界
面活性剤である。これらはいずれも市販されてい
る。用いる界面活性剤の量に特に制限はない。一
般に、疎水性高分子粒子重量の１〜100％で充分
である。 増粘剤は、分散液の粘度を増加させ比重の軽い
疎水性高分子粒子を分散液系中に保持する作用を
なす。この増粘剤としては水溶性高分子であれば
どのようなものであつてもよく、具体例を挙げれ
ば、カルボキシメチルセルロースのナトリウム
塩、デキストラン、ヒドロキシエチルスターチ、
ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルピロリドン、ヒアルロン酸、ポリ
ガラクシツロン酸、ムコ多糖類などである。 この発明に従つて疎水性高分子粒子内に埋め込
まれた式(1)の錯体は可逆的酸素吸脱着剤機能を安
定に発揮し、室温下、水の共存下でも容易に酸素
錯体を形成する。すなち、この発明の酸素吸脱着
剤は室温下、水の共存下でも動作し得る優れた酸
素運搬作用を示す。 合成例 １ 対面型鉄（）ポルフイリン錯体（式(1)のＭ＝
銅、Ｒ＝エチル）の合成 (A) ポルフイリンジヒドラジド体の合成 メソポルフイリン―ジメチルエステル（この
合成は、J.P.Collman他、J.Am.Chem.Soc.1980，
102，6027−6036に従つた）20ｇを蒸留ピリジン
４に加熱溶解後、無水ヒドラジン400mlを加え、
窒素下暗所で36時間沸点還流した。この溶液を冷
蔵庫に一夜静置し、析出結晶を集、ピリジン臭
がなくなるまでメタノールで洗浄した後、室温で
真空乾燥して、赤褐色微細晶を得た。 収量17ｇ。収率85％。赤外スペクトル：ν_c=0
1650cm^-1。 (B) ポルフイリンジアミノ体の合成 上記(A)で得たポルフイリンジヒドラジド体17ｇ
を酢酸９に溶解し、3N塩酸900mlを加え、飽和
亜硝酸ナトリウム水溶液300mlを氷冷下で滴下し
て10分間撹拌した後、飽和酢酸ナトリウム水溶液
400mlを加え、アジド化物をジクロロメタンで抽
出した。油層を氷水で洗浄し、次いで、氷冷した
飽和炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸ソ
ーダで乾燥後、室温で減圧乾固した。このアジド
化物を脱水蒸留したトルエン10に溶解し、窒素
下暗所で２時間沸点還流した。これに3N塩酸10
を加え、激しく撹拌しながら窒素下暗所でさら
に３時間沸点還流した。室温まで放冷後、緑色の
水層を分離し、トルエンで洗浄して減圧乾固し
た。このアミン塩酸塩をメタノールに溶解し、ア
ンモニア水を加えて溶液を塩基性とした後、ジア
ミノ化物をジクロロメタンで抽出した。このジク
ロロメタン溶液を炭酸カリウムで乾燥、濃縮後、
クロロホルム：メタノール：トリエチルアミン＝
95：５：0.5を展開溶媒としてシリカゲルカラム
精製を行なつた。第２流分を集めて、アンモニア
を含むクロロホルム―メタノール溶媒で再結晶を
行ない、集後水洗し、２日間室温で真空乾燥し
て褐色微細晶を得た。 収量10ｇ。収率64％。薄層クロマトグラフイ
ー：R_f＝0.1（CHCl₃／MeOH＝96／４）。λ_nax
403nm（CHCl₃中）。NMR（CDCl₃）−3.73（2H，
NH）、1.87（6H，CH₂CH₃）、3.65（12H，CH₃）、
4.10（4H，CH₂CH₃）、5.25（4H，CH₂NH₂）、
10.12ppm（4H，メソＨ） (C) 銅ポルフイリンジ（ｐ―ニトロフエニルエス
テル）体の合成 メソポルフイリン―ジメチルエステル20ｇを
ジメチルホルムアミド５に加熱溶解し、塩化第
２銅20ｇを加え、100℃で５分間撹拌後、減圧乾
固した。これをジクロロメタンに溶解し、水洗を
３回行なつた。ジクロロメタン溶液を濃縮して、
メタノールを加え再結晶、集し、メタノールで
洗浄後、50℃で一夜真空乾燥して赤紫色微細晶を
得た。 これをピリジン25に溶解し、2N水酸化カリ
ウム水溶液１とインプロピルアルコール８を
加え、激しく撹拌しながら20時間沸点還流した。
これを減圧乾固して溶媒を除去し、水５に溶解
後、塩酸を加えて沈殿を集し、十分水洗したの
ち50℃で一昼夜真空乾燥した。 得られた加水分解生成物を脱水蒸留したピリジ
ン10に溶解し、パラニトロフエニルトリフルオ
ロアセテート100ｇを加え、窒素下暗所室温で２
日間撹拌した。これにｎ―ヘキサン20を加え、
冷凍庫に数時間静置し、析出結晶を集、ピリジ
ン臭がなくなるまでヘキサン洗浄後、室温で一夜
真空乾燥して、赤紫色微細晶を得た。 収量12ｇ。収率40％。質量スペクトルM⁺・
843。λ_nax400nm（CHCl₃中）。薄層クロマトグラ
フイー：R_f＝0.9（（CHCl₃／MeOH＝96／４） (D) 対面型ポルフイリンの合成 上記(C)で得た銅ポルフイリンジ（ｐ―ニトロフ
エニルエステル）1.7ｇ（2mmol）を脱水蒸留し
たピリジン10に加熱溶解し、これに上記(B)で得
たポルフイリンジアミノ体1.0ｇ（2mmol）を２
の脱水蒸留ピリジンに溶解したものを一挙に加
え、窒素下暗所70℃で８時間撹拌反応させた。反
応終了後、減圧乾固してピリジンを除去し、ジク
ロロメタンに溶解、0.5Mの水酸化ナトリウム水
溶液3000mlを加え、激しく撹拌後油層を水洗し、
炭酸カリウムで乾燥した。このジクロロメタン溶
液を濃縮後、クロロホルム：メタノール＝96：４
を展開溶媒としてシリカゲルカラム精製を行ない
未反応物を除去した。目的分画を濃縮後、クロロ
ホルム―トルエンを溶媒として再結晶し、集し
た結晶をトルエン洗浄後、室温で一夜真空乾燥し
て、濃紫色微細晶を得た。 収量1.13ｇ。収率54％。薄層クロマトグラフイ
ー：R_f＝0.3（CHCl₃／MeOH＝96／４）。λ_nax
383nm（CHCl₃中）。質量スペクトルM⁺・1045。 (E) 対面型鉄（）ポルフイリン錯体の合成 上記(D)で得た対面型ポルフイリン1.0ｇを蒸留
ジメチルホルムアミドに加熱溶解後、窒素下塩化
第１鉄10ｇを加え、80℃暗所で６時間撹拌した。
可視スペクトルで鉄導入完了を確認後、減圧乾固
し、ジクロロメタンに溶解、水洗を十分行なつた
後、濃縮して石油エーテルを加え再結晶した。析
出結晶を集後、室温で真空乾燥して黒紫色微細
晶を得た。 収量0.9ｇ。収率86％。λ_nax382nm（CHCl₃中）。
質量スペクトルM⁺・1099。 合成例 ２ 合成例１と同様にして対面型鉄（）ポルフイ
リン錯体（式(1)のＭ＝銅，Ｒ＝ヘキシル）を合成
した。 λ_nax385nm（CHCl₃中）。質量スペクトルM⁺・
1211 合成例 ３ ポルフイリンジ（ｐ―ニトロフエニルエステル
体）の成の際、塩化亜鉛を用いる以外は、合成例
１と同様にして対面型鉄（）ポルフイリン錯体
（式(1)のＭ＝亜鉛、Ｒ＝エチル）を合成した。 λ_nax384nm（CHCl₃中）。質量スペクトルM⁺・
1101 実施例 １ 合成例１の錯体２mg、１―メチルイミダゾール
0.8mgおよびポリスチレン100mgをベンゼン10mlに
溶解後、窒素雰囲気下において亜ニチオン酸水溶
液５mlを加え充分振盪後静置し、ベンゼン層を採
取した。ベンゼン溶液を凍結乾燥処理し、赤色粉
末を得た。これとは別に0.05（wt／vol）％の
Triton Ｘ−100（ポリエチレンニルフエノールエ
ーテルの商品名）と0.1（wt／vol）％のカルボキ
シメチルセルロースナトリウム塩を含む水溶液
（10ml）を繰り返し凍結脱気処理したものを、窒
素ガス雰囲気下で上記の赤色粉末に添加し、これ
を窒素雰囲気下で超音波撹拌処理を10分間行い微
粒子散水を調製した。窒素雰囲気下における上記
調製水の可視スペクトルを第１図のスペクトルａ
に示した。吸収スペクトルの形および吸収極大波
長は391nm、533nm（肩）、568nmであり目的とし
た錯体、即ち、合成例１錯体―モノ（１―メチル
イミダゾール）錯体を得た。 このように調製した微粒子分散水に室温下で酸
素ガスを吹き込み第１図のスペクトルｂを得た。
この可視スペクトルは、無水ベンゼン中における
酸素化錯体のスペクトルと一致し、鉄（）１モ
ルに対し、酸素分子が１モルの割合で結合した酸
素錯体の生成を支持する。スペクトルｂを示す水
系に窒素ガスをバブリングすると、初期のスペク
トルと同じスペクトルが得られた。この酸素、窒
素吹き込みによるスペクトルの可逆的変化は数回
以上観測された。これにより、本実施例において
調製されたポルフイリン鉄（）錯体系が可逆的
に酸素分子を吸脱着することを確認した。上記の
酸素化錯体の安定性を可視吸収スペクトルの経時
変化より追跡した所、室温下においてその半寿命
は１日以上であつた。 実施例 ２ 実施例１において、ポリ（スチレン）の代わり
にｏ―メチルデキストラン100mg、ベンゼンの代
わりにクロロホルムを用いた以外は全く同じ条
件・手法を用い、合成例１の錯体―モノ（１―メ
チルイミダゾール）のｏ―メチルデキストラン固
体の微粒子分散水を得た。この微粒子分散水を実
施例１の手法を用いて酸素錯体の生成と、可逆的
酸素吸脱着を確認した。室温における酸素錯体の
安定性は、ポリ（スチレン）系の場合よりも若干
低下するものの、相当の安定性を示した。 実施例 ３ 実施例１において、合成例１の錯体の代わりに
合成例３の錯体２mgを用いた以外は全く同じ条
件、手法を用いて合成例３錯体―モノ（１―メチ
ルイミダゾール）のポリ（スチレン）の微粒子分
散水を得た。可視吸収スペクトルの吸収極大波長
は393nm，533nm（肩），570nmであつた。この微
粒子分散水に実施例１と同様にして酸素を吹き込
むと、酸素錯体を生成した。吸収極大波長は
395nm，536nm，573nmであつた。室温における
酸素錯体の安定性は、合成例１の錯体系を用いた
場合より若干低下するものの、半寿命は５時間で
あつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の酸素吸脱着剤の酸素化状態
および脱酸素化状態を示すスペクトル図。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ここで、Ｍは銅または亜鉛、Ｒは水素または
   置換基、R₁，R₂，R₃およびR₄はそれぞれ水素ま
   たは置換基）で示される対面型ジポルフイリン金
   属錯体を埋め込んだ疎水性高分子粒子を水系媒質
   に分散させた分散液からなる酸素吸脱着剤。 ２ 疎水性高分子がポリスチレン、Ｏ―メチルデ
   キストランまたはポリ（Ｌ―グルタミン酸ｎ―ラ
   ウリルエステル）である特許請求の範囲第１項記
   載の酸素吸脱着剤。 ３ 分散液が疎水性高分子粒子の濡れ性向上剤を
   さらに含有する特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の酸素吸脱着剤。 ４ 分散液が増粘剤をさらに含有する特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の酸素
   吸脱着剤。