JP2006077149A - Polyglucuronic acid and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明における課題は、生体適合性、生分解性等の安全性に優れ、かつ機能性材料としての物性にも優れ、さらに、食品、医療品、医薬品、化粧品、電子部材等、各種機能材料の合成原料としても有用な、金属含有量が少なく高い水溶性を有するポリグルクロン酸またはその水溶液を提供することにある。さらには、グリセリンやエチレングリコールなどの有機溶剤にも溶解することができ、取扱い性、加工適性、塗工性が良く、反応基材として非常に有用となるポリグルクロン酸を提供するものである。また、これらのポリグルクロン酸、またはその水溶液の簡便でかつ安全な製造方法を提供することにある。
【課題手段】 本発明は、金属イオン含有量が全体の重量に対して３％以下であることを特徴とするポリグルクロン酸を提供する。
【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: The subject in the present invention is excellent in safety such as biocompatibility, biodegradability and the like, and excellent in physical properties as a functional material. An object of the present invention is to provide polyglucuronic acid or an aqueous solution thereof having a low metal content and high water solubility, which is also useful as a raw material for synthesizing functional materials. Furthermore, the present invention provides polyglucuronic acid that can be dissolved in an organic solvent such as glycerin or ethylene glycol, has good handleability, processability, and coatability and is very useful as a reaction base material. Another object of the present invention is to provide a simple and safe method for producing these polyglucuronic acids or their aqueous solutions.
The present invention provides a polyglucuronic acid characterized in that the metal ion content is 3% or less based on the total weight.
[Selection figure] None
Description
本発明は、多糖類由来の均一な構造を有するポリグルクロン酸に関するものである。ナトリウムなどの金属イオンが少なく、高い水溶性と有機溶剤への溶解性を示すポリグルクロン酸は、反応基材として非常に有用であり、また金属イオンが材料として重要な影響を与えてしまう分野、例えば、電子基材や生体材料などとして非常に有用である。 The present invention relates to polyglucuronic acid having a uniform structure derived from a polysaccharide. Polyglucuronic acid, which has few metal ions such as sodium, and exhibits high water solubility and solubility in organic solvents, is very useful as a reaction substrate, and is a field where metal ions have an important influence as a material. For example, it is very useful as an electronic substrate or biomaterial.
天然に存在するウロン酸としては、グルクロン酸、マンヌロン酸、ガラクツロン酸が主であり、ペクチンやアルギン酸等として植物の構造多糖類として存在したり、また動物の体内にも存在し生理的な重要な機能も果たしている。前記したペクチンは、主にα−Ｄ−ガラクツロン酸からなるポリグルクロン酸であり、アルギン酸はβ−（１、４）−Ｄ−マンヌロン酸とα−（１、４）−Ｌ−グルクロン酸からなるポリグルクロン酸である。これらは、食品添加物、増粘剤、安定剤等として工業的に利用されている。 Naturally occurring uronic acids are mainly glucuronic acid, mannuronic acid, and galacturonic acid, and exist as plant structural polysaccharides such as pectin and alginic acid, and also exist in the body of animals and are physiologically important. It also plays a function. The aforementioned pectin is polyglucuronic acid mainly composed of α-D-galacturonic acid, and alginic acid is composed of β- (1,4) -D-mannuronic acid and α- (1,4) -L-glucuronic acid. Polyglucuronic acid. These are used industrially as food additives, thickeners, stabilizers and the like.
最近では、ポリグルクロン酸の安全性、生分解性、生体適合性、およびその生理的な機能などを生かし、さらに、化学的・物理的修飾、誘導体化、他材料との複合化等、二次修飾することにより、高機能な新規材料を開発しようという検討も行われている。しかし、前記した天然に存在するポリグルクロン酸類は、ほとんどがヘテロ多糖類であり、不均一な構造ゆえに、機能に影響する化学構造の解析や、材料設計および材料物性の制御が困難であり、このような検討原料としては好ましくない。また、天然のアルギン酸やヒアルロン酸は、その構造中のカルボキシル基がナトリウム塩などを形成していることがなく、ＣＯＯＨの構造で存在している場合（ＣＯＯＨ型）、水に溶解せず、均一系での水系反応などの改質を行うことは容易ではない。 Recently, taking advantage of the safety, biodegradability, biocompatibility, and physiological functions of polyglucuronic acid, it is also possible to use chemical and physical modifications, derivatization, and complexation with other materials. Studies are also underway to develop new high-performance materials by modification. However, most of the naturally occurring polyglucuronic acids described above are heteropolysaccharides, and because of their heterogeneous structure, it is difficult to analyze the chemical structure that affects the function, and to control the material design and physical properties. Such a raw material is not preferable. In addition, natural alginic acid and hyaluronic acid do not dissolve in water when the carboxyl group in the structure does not form a sodium salt or the like and exists in the structure of COOH (COOH type). It is not easy to perform reforming such as aqueous reaction in the system.
一方、グルクロン酸は植物や動物や微生物の多糖の構成単糖として広く存在している。動物に異物や薬物を投与した際に、それらは直接あるいは誘導体に変化した後に、Ｄ−グルクロン酸と結合した形で体外に排泄される。また、グルクロン酸の生体内代謝については、ウリジン二リン酸（ＵＤＰ）−Ｄ−グルクロン酸という糖ヌクレオチドが細菌、植物、動物に広く存在し、このＵＤＰ−Ｄ−グルクロン酸はＵＤＰ−Ｄ−グルクロン酸デカルボキシラーゼとニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（ＮＡＤ）により脱炭酸され、ＵＤＰ−Ｄ−キシロースとＣＯ２になり、最終的にはＣＯ２と水に分解されることが知られている。しかし、このＤ−グルクロン酸を構成単糖とする天然ホモ多糖類は、現在のところその存在が確認されていない。ポリグルクロン酸が効率良く製造することができれば、これまでのポリグルクロン酸の用途のみにとどまらず、新たな分野での利用が期待できる。 On the other hand, glucuronic acid is widely present as a constituent monosaccharide of polysaccharides of plants, animals and microorganisms. When a foreign substance or drug is administered to an animal, they are excreted outside the body in a form linked to D-glucuronic acid after being changed directly or into a derivative. Regarding the in vivo metabolism of glucuronic acid, a sugar nucleotide called uridine diphosphate (UDP) -D-glucuronic acid is widely present in bacteria, plants and animals, and this UDP-D-glucuronic acid is UDP-D-glucuronid. It is known that it is decarboxylated by acid decarboxylase and nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) to become UDP-D-xylose and CO 2 and finally decomposed into CO 2 and water. However, the presence of this natural homopolysaccharide having D-glucuronic acid as a constituent monosaccharide has not been confirmed at present. If polyglucuronic acid can be produced efficiently, it can be expected to be used not only for polyglucuronic acid so far but also in new fields.
また、安価なでんぷんやセルロース等の多糖類を酸化してポリグルクロン酸類を得る試みもなされている。ピラノース環のＣ６位の一級水酸基のみを選択的に酸化する手法は少なく、現在提案されている有効な酸化手法としては、二酸化窒素による酸化、および２、２、６、６−テトラメチル−１−ピペリジン−Ｎ−オキシル（以下、ＴＥＭＰＯと称する）等のＮ−オキシル化合物触媒による酸化が挙げられる。しかし、二酸化窒素を用いた酸化方法では、若干のカルボキシル基の導入にのみとどまるか、高度に酸化させて全ての６位一級水酸基の酸化を行おうとすると、２位、３位の酸化や、分子量の低下などの副反応が著しく、完全水溶性のポリグルクロン酸を得ることはできない。 Attempts have also been made to obtain polyglucuronic acids by oxidizing inexpensive polysaccharides such as starch and cellulose. There are few techniques for selectively oxidizing only the primary hydroxyl group at the C6 position of the pyranose ring, and effective oxidation techniques currently proposed include oxidation with nitrogen dioxide and 2,2,6,6-tetramethyl-1- Examples thereof include oxidation by an N-oxyl compound catalyst such as piperidine-N-oxyl (hereinafter referred to as TEMPO). However, in the oxidation method using nitrogen dioxide, only the introduction of a few carboxyl groups is carried out, or if it is highly oxidized to oxidize all 6-position primary hydroxyl groups, the oxidation at the 2nd and 3rd positions, the molecular weight Side reactions such as lowering of the concentration are remarkable, and it is impossible to obtain completely water-soluble polyglucuronic acid.
一方、ＴＥＭＰＯ触媒による酸化では、かなり高い選択性で多糖類のＣ６位の一級水酸基をほとんど全て酸化することができる（非特許文献１参照）。最も一般的な多糖類のＴＥＭＰＯ酸化は、ＴＥＭＰＯと臭化ナトリウムの存在下、次亜塩素酸ナトリウムを共酸化剤として用いる酸化方法であるが、酸化反応はアルカリ性側で進行するため、得られる生成物のポリグルクロン酸は通常ナトリウム塩となっている。 On the other hand, oxidation with a TEMPO catalyst can oxidize almost all the primary hydroxyl groups at the C6 position of a polysaccharide with considerably high selectivity (see Non-Patent Document 1). The most common TEMPO oxidation of polysaccharides is an oxidation method using sodium hypochlorite as a co-oxidant in the presence of TEMPO and sodium bromide, but the oxidation reaction proceeds on the alkaline side, resulting in the resulting product The polyglucuronic acid is usually a sodium salt.
さらに前述したように、水溶性ポリグルクロン酸類を化学修飾して、高機能な新規材料を合成しようとするとき、原料のポリグルクロン酸は解析と材料設計のために化学構造が明確かつ均一であることが重要であるとともに、これらのポリグルクロン酸のカルボキシル基がナトリウム塩などを形成していると、これらの塩は安定であり反応の進行を妨げる場合も多い。そのため、ナトリウム塩を形成していないカルボキシル基をより多く有しているポリグルクロン酸が求められている。 Furthermore, as described above, when chemically modifying water-soluble polyglucuronic acids to synthesize highly functional new materials, the raw polyglucuronic acid has a clear and uniform chemical structure for analysis and material design. In addition, when the carboxyl group of these polyglucuronic acids forms a sodium salt or the like, these salts are stable and often prevent the reaction from proceeding. Therefore, polyglucuronic acid having more carboxyl groups that do not form sodium salt is desired.
また、ポリグルクロン酸の水溶液はガスバリア性コーティング剤としても利用できる（特許文献１参照）。このような利用の際に、ポリグルクロン酸の更なる機能化が検討されるだろう。この場合も、ナトリウム塩を形成していない反応性の高いカルボキシル基を数多く有し、かつ水溶性が高いと改質が行いやすい。
また、これらのポリグルクロン酸ナトリウム塩は水には非常に高い溶解性を示すが、一般的な有機溶剤にはほとんど溶解しないため、溶媒選択の余地がないという問題があった。
An aqueous solution of polyglucuronic acid can also be used as a gas barrier coating agent (see Patent Document 1). In such use, further functionalization of polyglucuronic acid will be considered. Also in this case, the modification is easy to carry out if there are many highly reactive carboxyl groups not forming a sodium salt and the water solubility is high.
In addition, these polyglucuronic acid sodium salts have a very high solubility in water, but are hardly soluble in general organic solvents, so there is a problem that there is no room for solvent selection.
さらに材料に含まれる金属イオンが機能材料に重要な影響を与えてしまうことが懸念される用途へは、金属イオン含有量の少ないポリグルクロン酸は非常に有用な材料となりうる。例えば、電子材料、生体材料はもちろん、包装材料分野などのあらゆる分野において活用できる。
そこで、本発明の課題は、生体適合性、生分解性等の安全性に優れ、かつ機能性材料としての物性にも優れ、さらに、食品、医療品、医薬品、化粧品、電子部材等、各種機能材料の合成原料としても有用な、金属含有量が少なく高い水溶性を有するポリグルクロン酸またはその水溶液を提供することにある。さらには、グリセリンやエチレングリコールなどの有機溶剤にも溶解することができ、取扱い性、加工適性、塗工性が良く、反応基材として非常に有用となるポリグルクロン酸を提供するものである。また、これらのポリグルクロン酸、またはその水溶液の簡便でかつ安全な製造方法を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is excellent in safety such as biocompatibility and biodegradability, and excellent in physical properties as a functional material. Further, various functions such as food, medical products, pharmaceuticals, cosmetics, and electronic members are provided. An object of the present invention is to provide polyglucuronic acid or an aqueous solution thereof having a low metal content and high water solubility, which is also useful as a raw material for synthesizing materials. Furthermore, the present invention provides polyglucuronic acid that can be dissolved in an organic solvent such as glycerin or ethylene glycol, has good handleability, processability, and coatability and is very useful as a reaction base material. Another object of the present invention is to provide a simple and safe method for producing these polyglucuronic acids or their aqueous solutions.
請求項１に記載の発明は、下記化学式（１）または（２）で表される構造を有し、金属イオン含有量が全体の重量に対して３％以下であることを特徴とするポリグルクロン酸である。 The invention according to claim 1 has a structure represented by the following chemical formula (1) or (2), and has a metal ion content of 3% or less based on the total weight. It is an acid.
（ｎ、ｍ、ｎ’、ｍ’は２以上の整数である。） (N, m, n ′, m ′ are integers of 2 or more.)
請求項２に記載の発明は、カルボキシル基含有量が３．５ｍｍｏｌ／ｇ以上であることを特徴とする請求項１に記載のポリグルクロン酸である。 Invention of Claim 2 is polyglucuronic acid of Claim 1 whose carboxyl group content is 3.5 mmol / g or more.
請求項３に記載の発明は、水に対する溶解性が１０重量％以上であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のポリグルクロン酸である。 The invention according to claim 3 is the polyglucuronic acid according to claim 1, wherein the solubility in water is 10% by weight or more.
請求項４に記載の発明は、有機溶剤に対する溶解性が１０重量％以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のポリグルクロン酸である。 Invention of Claim 4 is the polyglucuronic acid in any one of Claim 1 to 3 whose solubility with respect to an organic solvent is 10 weight% or more.
請求項５に記載の発明は、少なくとも、多糖類の一級水酸基を選択的に酸化する工程、得られた酸性多糖類のナトリウム塩を水溶液とする工程、該水溶液に脱塩処理を施す工程よりなり、金属イオン含有量が全体の重量に対して３％以下であるポリグルクロン酸を得ることを特徴とするポリグルクロン酸の製造方法である。 The invention according to claim 5 comprises at least a step of selectively oxidizing the primary hydroxyl group of the polysaccharide, a step of making the sodium salt of the obtained acidic polysaccharide an aqueous solution, and a step of subjecting the aqueous solution to a desalting treatment. A method for producing polyglucuronic acid, comprising obtaining polyglucuronic acid having a metal ion content of 3% or less based on the total weight.
請求項６に記載の発明は、前記多糖類の一級水酸基を選択的に酸化する工程が、アルカリを添加しながら反応水溶液のｐＨを１０から１１の間に維持し、Ｎ−オキシル化合物と酸化剤とを用いる水系の反応よりなることを特徴とする請求項５に記載のポリグルクロン酸の製造方法である。 In the invention according to claim 6, the step of selectively oxidizing the primary hydroxyl group of the polysaccharide maintains the pH of the reaction aqueous solution between 10 and 11 while adding alkali, and the N-oxyl compound and the oxidizing agent The method for producing polyglucuronic acid according to claim 5, comprising an aqueous reaction using
請求項７に記載の発明は、前記多糖類が、でんぷんまたはセルロースであることを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載のポリグルクロン酸の製造方法である。 The invention according to claim 7 is the method for producing polyglucuronic acid according to claim 5 or 6, wherein the polysaccharide is starch or cellulose.
請求項８に記載の発明は、前記脱塩処理を施す工程が、酸処理またはイオン交換樹脂で処理する工程よりなることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のポリグルクロン酸の製造方法である。 The invention according to claim 8 is characterized in that the step of performing the desalting treatment comprises a step of treating with an acid treatment or an ion exchange resin. It is a manufacturing method.
請求項９に記載の発明は、前記酸処理が、酸性多糖類のナトリウム塩の水溶液をｐＨ２以下に調製する工程よりなることを特徴とする請求項５から８のいずれかに記載のポリグルクロン酸の製造方法である。 The invention according to claim 9 is the polyglucuronic acid according to any one of claims 5 to 8, wherein the acid treatment comprises a step of preparing an aqueous solution of a sodium salt of an acidic polysaccharide at a pH of 2 or less. It is a manufacturing method.
本発明のポリグルクロン酸は、構造が明確であり、また、ナトリウムなどの金属イオン含有量が少なく反応性の高いカルボキシル基を数多く有していることから、高い水溶性を示す。この高い水溶性の特徴を生かし、水系の反応原料として、また、水系のコーティング材料など様々な材料として好ましく用いることができる。さらには、金属イオン含有量が影響を及ぼす分野、電子材料や生体材料、包装材料、食品、医療品、医薬品、化粧品等、様々な機能性材料としての応用も期待できる。 The polyglucuronic acid of the present invention has a clear structure and a high water solubility because it contains a large number of highly reactive carboxyl groups with a low content of metal ions such as sodium. Taking advantage of this high water-soluble characteristic, it can be preferably used as an aqueous reaction raw material and as various materials such as an aqueous coating material. Furthermore, application as various functional materials such as fields affected by the metal ion content, electronic materials, biomaterials, packaging materials, foods, medical products, pharmaceuticals, and cosmetics can be expected.
本発明におけるポリグルクロン酸は、化学式（１）または（２）に示す構造からなるもので、Ｄ−グルクロン酸が、多数αまたはβ−（１、４）結合したもので、化学構造が明確かつ均一であり、金属イオン含有量が少なく、反応性の高いカルボキシル基を数多く有するため、二次修飾する場合の合成原料として特に好ましい。また、カルボキシル基は塩を形成していると非常に安定な構造とされており、そのために反応の進行を阻害する恐れがある。従って、ナトリウムなどの金属イオンがポリグルクロン酸の全量に対し３％以下であると反応が速やかに進行する場合が多く、金属イオン含有量が１％以下であるとさらに好ましい。また、電子材料、生体材料としての利用など、材料に含まれる金属イオンが影響を及ぼす恐れのある分野においては、金属イオン含有量の少ないポリグルクロン酸が材料として有用である。 The polyglucuronic acid in the present invention has a structure represented by the chemical formula (1) or (2), and D-glucuronic acid is a combination of a number of α or β- (1, 4) bonds. Since it is uniform, has a low metal ion content, and has many highly reactive carboxyl groups, it is particularly preferable as a synthetic raw material in the case of secondary modification. Moreover, if the carboxyl group forms a salt, it has a very stable structure, which may hinder the progress of the reaction. Accordingly, when the metal ion such as sodium is 3% or less with respect to the total amount of polyglucuronic acid, the reaction often proceeds rapidly, and the metal ion content is more preferably 1% or less. In fields where metal ions contained in the material may be affected, such as use as an electronic material or a biomaterial, polyglucuronic acid having a low metal ion content is useful as the material.
さらに本発明の水溶性ポリグルクロン酸は、例えばα−（１、４）−Ｄ−グルコースを主鎖とする多糖類を原料として、Ｎ−オキシル化合物触媒による酸化手法を用いることにより得ることができるが、本発明の特徴である明確かつ均一な構造を有しており、かつ高分子量のポリグルクロン酸を得るためには、穏やかな反応条件下で、選択的な反応の進行に必要な薬剤が必要量だけ随時供給され、かつできるだけ短時間で酸化することが重要となる。つまり、Ｎ−オキシル化合物触媒の存在下、臭化アルカリ金属と酸化剤を用いて、５℃以下の低温条件下、水系でｐＨを１０−１１の範囲で一定に保ちながら酸化することにより、本発明のポリグルクロン酸が得られる。ここで、Ｎ−オキシル化合物としては、２、２、６、６−テトラメチル−１−ピペリジン−Ｎ−オキシル（ＴＥＭＰＯ）が、臭化アルカリ金属としては臭化ナトリウムが、酸化剤としては次亜塩素酸ナトリウムが特に好ましい。 Furthermore, the water-soluble polyglucuronic acid of the present invention can be obtained by using, for example, a polysaccharide having α- (1,4) -D-glucose as a main chain and using an oxidation method using an N-oxyl compound catalyst. However, in order to obtain a polyglucuronic acid having a clear and uniform structure, which is a feature of the present invention, a drug necessary for the progress of the selective reaction under mild reaction conditions. It is important that the required amount is supplied at any time and the oxidation is performed in the shortest possible time. In other words, in the presence of an N-oxyl compound catalyst, oxidation is performed using an alkali metal bromide and an oxidizing agent under a low temperature condition of 5 ° C. or lower while keeping the pH constant in the range of 10-11 in an aqueous system. The inventive polyglucuronic acid is obtained. Here, as the N-oxyl compound, 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (TEMPO) is used, sodium bromide is used as the alkali metal bromide, and hypoxia is used as the oxidizing agent. Sodium chlorate is particularly preferred.
ここで上記酸化手法の一例を挙げると、水に原料を溶解あるいは均一に分散させて、ＴＥＭＰＯと臭化ナトリウムを溶解した水溶液を加えて、系内を５℃以下に冷却し、ｐＨを１０に調整する。ここに先ず少量の次亜塩素酸ナトリウム溶液を加えると、一時的にｐＨが上昇するが、攪拌を続けると系内のｐＨは徐々に低下してくるので、水酸化ナトリウム水溶液を滴下して系内のｐＨを１０〜１１の範囲で一定に保つ。さらに酸化剤である次亜塩素酸ナトリウム溶液を反応の進行具合に応じて調整しながら滴下することで、余剰の酸化剤が系内に存在し、副反応に作用することを抑える。また、反応中は系内の温度を５℃以下に維持する。反応の進行に伴い、系内は均一な溶液となる。この反応条件においては、添加される水酸化ナトリウムの量は、ほぼ酸化により導入されたカルボキシル基の量に対応しており、原料のグルコース残基量と当モルの添加量に達した時点で、エタノールを添加して過剰の酸化剤を失活させ、過剰量のエタノール中で再沈させるとよい。生成物はアセトンと水の混合溶液を用いて十分洗浄後、アセトンで脱水してから減圧乾燥することにより、本発明のポリグルクロン酸のナトリウム塩が得られる。 As an example of the oxidation method, the raw material is dissolved or uniformly dispersed in water, an aqueous solution in which TEMPO and sodium bromide are dissolved is added, the system is cooled to 5 ° C. or lower, and the pH is adjusted to 10. adjust. When a small amount of sodium hypochlorite solution is added here, the pH temporarily rises. However, if stirring is continued, the pH in the system gradually decreases. The pH is kept constant in the range of 10-11. Further, by dropping the sodium hypochlorite solution, which is an oxidizing agent, while adjusting according to the progress of the reaction, it is possible to suppress the presence of excess oxidizing agent in the system and acting on the side reaction. During the reaction, the temperature in the system is maintained at 5 ° C. or lower. As the reaction proceeds, the system becomes a homogeneous solution. Under these reaction conditions, the amount of sodium hydroxide added corresponds approximately to the amount of carboxyl groups introduced by oxidation, and when the amount of glucose residues in the raw material and the amount added in an equimolar amount are reached, It is advisable to add ethanol to deactivate excess oxidant and reprecipitate in an excess amount of ethanol. The product is sufficiently washed with a mixed solution of acetone and water, dehydrated with acetone, and then dried under reduced pressure to obtain the sodium salt of polyglucuronic acid of the present invention.
この酸化反応の原料としては、α−（１、４）−Ｄ−グルコースからなるでんぷん、またはβ−（１、４）−Ｄ−グルコースからなるセルロースが好ましく用いられる。でんぷんには様々な種類があり、化学構造的にアミロース、アミロペクチンからなるとされ、その配合比は原料資源によるが、本発明のポリグルクロン酸の原料としては特に限定されるものではなく、さまざまな天然資源から得ることができる。
また、原料に用いるセルロースは特に限定するものではないが、一旦溶解再生処理を施したセルロースを用いると、副反応を抑えることができ、高分子量の完全水溶性ポリグルクロン酸を得ることができる。
As a raw material for this oxidation reaction, starch composed of α- (1,4) -D-glucose or cellulose composed of β- (1,4) -D-glucose is preferably used. There are various types of starch, and it is chemically structurally composed of amylose and amylopectin, and the mixing ratio depends on the raw material resources, but the raw material for the polyglucuronic acid of the present invention is not particularly limited, and various natural substances are used. It can be obtained from resources.
Moreover, the cellulose used for the raw material is not particularly limited, but if the cellulose once dissolved and regenerated is used, side reactions can be suppressed, and a high molecular weight completely water-soluble polyglucuronic acid can be obtained.
また、本発明のポリグルクロン酸の脱塩工程は、上記のような酸化方法により得られたポリグルクロン酸のナトリウム塩（ＣＯＯＮ ａ型）を水溶液とし、酸処理を行った後、過剰量のエタノールで再沈させ、洗浄、乾燥の操作を行うか、透析により不純物を除去することで、ＣＯＯＨ型の脱塩したポリグルクロン酸を得ることができる。また、ポリグルクロン酸のナトリウム塩を水溶液とした後、イオン交換樹脂で処理することによっても脱塩したポリグルクロン酸を得ることができる。 In addition, the polyglucuronic acid desalting step of the present invention is carried out by treating the sodium salt of polyglucuronic acid (COON a type) obtained by the oxidation method as described above with an aqueous solution, followed by acid treatment, and then an excessive amount of ethanol. COOH-type desalted polyglucuronic acid can be obtained by performing reprecipitation, washing and drying, or removing impurities by dialysis. Also, desalted polyglucuronic acid can be obtained by making sodium salt of polyglucuronic acid into an aqueous solution and then treating with an ion exchange resin.
ここで、本発明における酸処理とは、例えば以下に示すような操作により行われる。
はじめに、ポリグルクロン酸の塩、例えばナトリウム塩の水溶液を調整する。このときの固形分濃度は１〜３０％、好ましくは５〜１０％にする。この水溶液に酸を滴下、あるいは酸にポリグルクロン酸水溶液を滴下することで脱塩を行う。ここで用いる酸は、例えば塩酸、酢酸、硝酸、乳酸などが挙げられる。また、水溶液に酸を滴下する場合は、ｐＨは２以下、より好ましくはｐＨ１．３以下に調製する。ｐＨが２以上であると、ナトリウムなどの金属塩の十分な脱塩を行うことができない。
Here, the acid treatment in the present invention is performed by the following operation, for example.
First, an aqueous solution of a polyglucuronic acid salt such as a sodium salt is prepared. The solid concentration at this time is 1 to 30%, preferably 5 to 10%. Desalting is performed by dropping an acid into the aqueous solution or dropping a polyglucuronic acid aqueous solution into the acid. Examples of the acid used here include hydrochloric acid, acetic acid, nitric acid, and lactic acid. Moreover, when acid is dripped at aqueous solution, pH is adjusted to 2 or less, More preferably, it is adjusted to pH 1.3 or less. When the pH is 2 or more, sufficient desalting of a metal salt such as sodium cannot be performed.
また、本発明におけるイオン交換樹脂による処理においては、陽イオン交換樹脂であれば、様々な市販のイオン交換樹脂を用いることができる。例えば、オルガノ（株）製のＩＲ１２０やＣＴ２００などを用いることができる。これらの樹脂を所定の再生方法にてＨ型に再生した後、ポリグルクロン酸の水溶液を処理する。処理の方法は、バッチ式、カラム式とあり、どちらでも処理することができるが、カラム式を用いる方が十分に脱塩することができ、好ましい。
イオン交換樹脂で処理する際のポリグルクロン酸水溶液の固形分濃度は、その後の処理
によって自由に選択することができる。得られたＣＯＯＨ型のポリグルクロン酸を乾燥させ、粉末として得たい場合や、そのまま反応液やコーティング剤として用いるなど濃厚な溶液を得たい場合に、１〜３０％の間で処理が可能であることが、本発明の大きな特徴でもある。通常、このような濃厚溶液では溶液の粘度が上昇する、交換が十分に行われないなどの問題が生じるが、本発明のポリグルクロン酸では容易にこの処理を行うことが可能である。
Moreover, in the process by the ion exchange resin in this invention, if it is a cation exchange resin, various commercially available ion exchange resins can be used. For example, IR120 or CT200 manufactured by Organo Corporation can be used. After these resins are regenerated into H-type by a predetermined regeneration method, an aqueous solution of polyglucuronic acid is treated. There are two types of treatment methods, a batch method and a column method. Either of them can be treated, but the use of the column method is preferable because it can sufficiently desalinate.
The solid content concentration of the polyglucuronic acid aqueous solution in the treatment with the ion exchange resin can be freely selected by the subsequent treatment. When the obtained COOH-type polyglucuronic acid is dried and obtained as a powder, or when a concentrated solution such as a reaction solution or a coating agent is desired as it is, treatment can be performed between 1 and 30%. This is also a major feature of the present invention. Usually, such a concentrated solution causes problems such as an increase in the viscosity of the solution and insufficient replacement, but the polyglucuronic acid of the present invention can easily perform this treatment.
本発明のポリグルクロン酸は、構造が均一なαまたはβ−（１、４）−ポリグルクロン酸であるため、重水に溶解させて１３Ｃ−ＮＭＲを測定すると、ピラノース環Ｃ６位の水酸基を持つ炭素に由来するピーク（δ＝６０−６５ｐｐｍ付近）が小さくなり、それに代わってカルボキシル基に由来するピーク（δ＝１７０−１８０ｐｐｍ付近）が現れる。さらに、Ｃ３位の２級水酸基の酸化により生じるケトンなどのピーク（δ＝２００−２１０ｐｐｍ付近）は検出されないことを特徴とする。 Since the polyglucuronic acid of the present invention is α or β- (1,4) -polyglucuronic acid having a uniform structure, when it is dissolved in heavy water and measured by 13 C-NMR, it has a hydroxyl group at the C6-position of the pyranose ring. A peak derived from carbon (around δ = 60-65 ppm) becomes smaller, and a peak derived from a carboxyl group (around δ = 170-180 ppm) appears instead. Furthermore, it is characterized in that a peak such as a ketone (around δ = 200-210 ppm) generated by oxidation of the secondary hydroxyl group at the C3 position is not detected.
また、ポリグルクロン酸に含まれる金属イオンの含有量はＩＣＰ発光分光分析法、原子吸光分析、イオンクロマト法などで調べることができるが、電子線マイクロアナライザーを用いたＥＰＭＡ法、蛍光Ｘ線分析法の元素分析によって簡便に調べることができる。 The content of metal ions contained in polyglucuronic acid can be examined by ICP emission spectroscopic analysis, atomic absorption analysis, ion chromatography, etc. EPMA method using an electron beam microanalyzer, fluorescent X-ray analysis method This can be easily examined by elemental analysis.
天然のアルギン酸やヒアルロン酸などのポリグルクロン酸はナトリウム塩やアンモニウム塩などを形成していないと水に溶解しない。また、前述のＴＥＭＰＯ酸化によりこれまで得られていたポリグルクロン酸ナトリウム塩も、非常に高い水溶性を有している。
また、このポリグルクロン酸ナトリウム塩をある程度脱塩したものが水溶性を示すことを、我々は既に確認している。しかしながら、これらのポリグルクロン酸ナトリウム塩の脱塩の程度と溶解性については、明らかになっていなかった。
本発明のポリグルクロン酸は、十分な脱塩を行うことで、有機溶媒への溶解性付与や、反応性の向上などの機能化がなされ、その後の反応原料などとしての利用が広がった。
Polyglucuronic acid such as natural alginic acid and hyaluronic acid does not dissolve in water unless a sodium salt or ammonium salt is formed. In addition, polyglucuronic acid sodium salt obtained so far by the above-described TEMPO oxidation has very high water solubility.
In addition, we have already confirmed that this sodium salt of polyglucuronic acid is water-soluble. However, the degree of desalting and solubility of these polyglucuronic acid sodium salts have not been clarified.
The polyglucuronic acid of the present invention has been functionalized such as imparting solubility in organic solvents and improving reactivity by performing sufficient desalting, and its use as a subsequent reaction raw material has expanded.
さらに、本発明のポリグルクロン酸は水溶性が非常に高く、そのカルボキシル基が塩を形成していなくても高い濃度で水に溶解することが可能である。また、その水溶液の粘度は非常に低く、水中でのポリグルクロン酸の改質処理や、コーティング、キャスティングなどの成形加工も容易である。また、コーティング膜などの乾燥物にも金属イオンは存在しない。さらに、水溶液中に含まれるポリグルクロン酸の含有量が１０重量％以上であると、反応あるいは改質などの効率が良く、３０重量％以上であるとさらに好ましい。 Furthermore, the polyglucuronic acid of the present invention has a very high water solubility and can be dissolved in water at a high concentration even if the carboxyl group does not form a salt. In addition, the viscosity of the aqueous solution is very low, and it is easy to modify polyglucuronic acid in water, and to perform molding processing such as coating and casting. In addition, metal ions are not present in a dried product such as a coating film. Furthermore, when the content of polyglucuronic acid contained in the aqueous solution is 10% by weight or more, the efficiency of reaction or modification is good, and it is more preferable that the content is 30% by weight or more.
一般に、分子量が大きい物質は、膜や繊維にしたときに強度が強くなることが知られているが、分子量が大きくなると水系溶媒への溶解度は低下し、水溶液としたときの粘度が高くなり成形性が悪くなる。しかし、本発明のポリグルクロン酸は、カルボキシル基がＣＯＯＨ型であっても、高分子量であっても、３０％以上の高濃度で溶解することが可能であり、その水溶液粘度も低い。このポリグルクロン酸やその水溶液を用いて膜や繊維として用いた場合や、他の材料と複合化して用いる場合、均一性が非常に高く、強度が強く、多くのグルクロン酸ユニットを含んだものとなり、非常に好ましい。 In general, it is known that substances with a large molecular weight increase in strength when they are made into membranes or fibers. However, as the molecular weight increases, the solubility in aqueous solvents decreases and the viscosity of aqueous solutions increases. Sexuality gets worse. However, the polyglucuronic acid of the present invention can be dissolved at a high concentration of 30% or more, even if the carboxyl group is a COOH type or a high molecular weight, and its aqueous solution viscosity is also low. When this polyglucuronic acid or its aqueous solution is used as a membrane or fiber, or when used in combination with other materials, it is very uniform, strong, and contains many glucuronic acid units. Very preferred.
また、本発明のポリグルクロン酸およびその水溶液は反応基材として非常に有効である。これらを用いた反応のうち特に有効なのは、水系の均一反応である。水酸基などと比べて、反応性の高いカルボキシル基を数多く有する本発明のポリグルクロン酸は、安定な塩を形成することなく、分子量が大きくても高い濃度で水に溶解することができるため、その反応効率も良い。一般的なカルボキシル基の反応を適用することができ、反応の種類は特定されず、エポキシ、カルボジイミド、ジヒドラジド、アミンなどを有する様々な化合物との反応が可能である。また、中でもエポキシ化合物のような系内の水と反応してしまうような化合物との反応においては、ごく少量の水に高濃度に溶解させることが可能な本発明のポリグルクロン酸は非常に有効である。 The polyglucuronic acid and the aqueous solution thereof of the present invention are very effective as a reaction base material. Of the reactions using these, a water-based homogeneous reaction is particularly effective. Since the polyglucuronic acid of the present invention having a large number of highly reactive carboxyl groups compared to a hydroxyl group or the like can be dissolved in water at a high concentration even when the molecular weight is large without forming a stable salt, The reaction efficiency is also good. The reaction of a general carboxyl group can be applied, the kind of reaction is not specified, and reaction with various compounds having epoxy, carbodiimide, dihydrazide, amine and the like is possible. In particular, the polyglucuronic acid of the present invention, which can be dissolved in a very small amount of water at a high concentration, is very effective in the reaction with a compound that reacts with water in the system such as an epoxy compound. It is.
また、本発明のポリグルクロン酸は、そのカルボキシル基含有量が３．５ｍｍｏｌ／ｇ以上であることを特徴としている。カルボキシル基の量はある程度以上ないとポリグルクロン酸としての機能を保持できず、また、二次修飾時の反応サイト確保のためにも、カルボキシル基含有量は３．５ｍｍｏｌ／ｇ以上であることが好ましい。カルボキシル基量が３．５ｍｍｏｌ／ｇ以上であると、低温の水などへの溶解性が高く、また反応基材として利用するときにその反応サイトが多いため、改質が行い易いなどの利点がある。さらに好ましくは５．２ｍｍｏｌ／ｇであることが好ましい。また、さらに５．５ｍｍｏｌ／ｇ以上であると、理論上、ほぼ全ての１級水酸基がカルボキシル基に変換して、グルクロン酸のホモポリマーとなり、利用用途は格段に広がる。なお、この場合の金属イオン含有量も、前述の範囲内に入る。 The polyglucuronic acid of the present invention is characterized in that the carboxyl group content is 3.5 mmol / g or more. The function as polyglucuronic acid cannot be maintained unless the amount of the carboxyl group is more than a certain level, and the carboxyl group content may be 3.5 mmol / g or more in order to secure the reaction site during the secondary modification. preferable. When the carboxyl group amount is 3.5 mmol / g or more, it has high solubility in low-temperature water or the like, and there are many reaction sites when used as a reaction base material. is there. More preferably, it is 5.2 mmol / g. Further, when it is 5.5 mmol / g or more, theoretically, almost all primary hydroxyl groups are converted to carboxyl groups to become glucuronic acid homopolymers, and the usage is greatly expanded. In this case, the metal ion content also falls within the above-mentioned range.
ここで、ポリグルクロン酸に含まれるカルボキシル基の含有量は、電導度滴定など各種滴定、ＮＭＲ、ＩＲなどにより求めることができるが、本発明の実施例に示すように電導度滴定により簡便に調べることが可能である。 Here, the content of the carboxyl group contained in polyglucuronic acid can be determined by various titrations such as conductivity titration, NMR, IR, etc., but it is simply examined by conductivity titration as shown in the examples of the present invention. It is possible.
さらに、本発明のポリグルクロン酸は、グリセリンやエチレングリコールなどの有機溶媒への溶解性を付与したことも特徴としている。従来得られていたポリグルクロン酸のナトリウム塩は、水へは高い溶解性を有しているものの、一般的な有機溶媒にはほとんど溶解しない。従って、有機溶媒への溶解性を付与することができれば、溶媒の選択の幅が広がり、さらなる機能化反応などにおいても反応条件が多彩に選択できることとなり、非常に有効なものとなり得る。特に溶解性の高い溶媒としては、グリセリンやエチレングリコールなどの多価アルコール類やそれらの誘導体などがあげられ、ポリグルクロン酸のナトリウム塩では溶解しないのに対し、本発明のポリグルクロン酸の場合は、２５重量％以上であっても溶解し、透明な溶液となる。 Furthermore, the polyglucuronic acid of the present invention is characterized by imparting solubility in organic solvents such as glycerin and ethylene glycol. Conventionally obtained sodium salt of polyglucuronic acid has high solubility in water, but hardly dissolves in general organic solvents. Therefore, if solubility in an organic solvent can be imparted, the range of selection of the solvent can be widened, and reaction conditions can be selected in various functionalization reactions, which can be very effective. Examples of particularly highly soluble solvents include polyhydric alcohols such as glycerin and ethylene glycol, and derivatives thereof. In contrast, polyglucuronic acid of the present invention does not dissolve in sodium salt of polyglucuronic acid. Even if it is 25% by weight or more, it dissolves and becomes a transparent solution.
本発明のポリグルクロン酸は、一般的な機能材料としてはもちろん、電子材料、生体材料、食品、医療・医薬品、化粧品等の機能性材料として、様々な用途に応用することができる。例えば、紡糸することによって繊維状に加工したり、水溶液とし塗布することにより、機能性膜やガスバリア材や生体適合材料などに応用することができる。また、他の多糖類との複合材料の原料として容易に用いることが可能である。 The polyglucuronic acid of the present invention can be applied to various uses as a functional material such as electronic materials, biomaterials, foods, medical / pharmaceuticals, cosmetics as well as general functional materials. For example, it can be applied to a functional film, a gas barrier material, a biocompatible material, etc. by processing into a fiber by spinning or applying it as an aqueous solution. Moreover, it can be easily used as a raw material for composite materials with other polysaccharides.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
水溶性でんぷん（ＡＣＲＯＳ社製）１．０ｇを５％濃度で蒸留水に均一に分散させた。ここに、ＴＥＭＰＯ １９ｍｇ、臭化ナトリウム ０．２５ｇを溶解させた水溶液を加え、アミロースの固形分濃度が約２ｗｔ％になるように調製した。反応系を冷却し、１１％次亜塩素酸ナトリウム水溶液３．０ｇを添加し、酸化反応を開始した。反応温度は常に５℃以下に維持した。反応中は系内のｐＨが低下するが、０．５Ｎ−ＮａＯＨ水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０．８付近に調整するとともに、さらに１１％次亜塩素酸ナトリウム水溶液８．０ｇを反応の進行に応じて調整しながら滴下した。グルコース残基の全モル数に対し、１００％のモル数に対応するアルカリ添加量に近づくと、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の滴下に関係なく、アルカリの添加速度は遅くなり、系内は完全に溶解して、黄色の均一な溶液となる。アルカリ添加量が前記の１００％（１２．３４ｍｌ）に達した時点で、エタノールを添加して反応を停止させた。反応時間は２時間であった。この反応溶液を過剰量のエタノール中に投入して、生成物を再沈させた。さらに、水：アセトン＝１：７の溶液により十分洗浄した後、アセトンで脱水して、４０℃減圧乾燥し、白色粉末状のポリグルクロン酸のナトリウム塩１．２ｇを得た。得られたポリグルクロン酸のナトリウム塩１．０ｇを４０ｍｌの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、ｐＨ１になるまで２Ｎ−塩酸を添加した。溶液は透明な溶液のままであった。この溶液を過剰量のエタノール中に投入し、生成物を再沈させた。さらに、水：アセトン＝１：７の溶液により十分洗浄した後、アセトンで脱水して、４０℃で減圧乾燥し、白色粉末状の脱塩したポリグルクロン酸０．８ｇを得た。 1.0 g of water-soluble starch (manufactured by ACROS) was uniformly dispersed in distilled water at a concentration of 5%. To this, an aqueous solution in which 19 mg of TEMPO and 0.25 g of sodium bromide were dissolved was added to prepare a solid content concentration of amylose of about 2 wt%. The reaction system was cooled and 3.0 g of 11% aqueous sodium hypochlorite solution was added to initiate the oxidation reaction. The reaction temperature was always kept below 5 ° C. During the reaction, the pH in the system decreases, but 0.5N-NaOH aqueous solution is sequentially added to adjust the pH to around 10.8, and 8.0 g of 11% sodium hypochlorite aqueous solution is further added according to the progress of the reaction. It was added dropwise while adjusting. When approaching the amount of alkali added corresponding to 100% of the total number of moles of glucose residues, the rate of alkali addition becomes slow regardless of the dropping of the sodium hypochlorite aqueous solution, and the system is completely removed. Dissolves to a yellow uniform solution. When the amount of alkali added reached 100% (12.34 ml), ethanol was added to stop the reaction. The reaction time was 2 hours. The reaction solution was poured into an excess amount of ethanol to reprecipitate the product. Further, after sufficiently washing with a solution of water: acetone = 1: 7, it was dehydrated with acetone and dried under reduced pressure at 40 ° C. to obtain 1.2 g of sodium salt of polyglucuronic acid in the form of white powder. 1.0 g of the sodium salt of polyglucuronic acid obtained was dissolved in 40 ml of distilled water, and 2N hydrochloric acid was added to pH 1 while stirring. The solution remained a clear solution. This solution was poured into an excess amount of ethanol to reprecipitate the product. Further, after sufficiently washing with a solution of water: acetone = 1: 7, dehydration with acetone and drying under reduced pressure at 40 ° C. gave 0.8 g of desalted polyglucuronic acid as a white powder.
とうもろこしでんぷん（関東化学（株）製）５．０ｇを５％濃度で蒸留水に加熱溶解してから、溶液を冷却した。ここに、ＴＥＭＰＯ ９６ｍｇ、臭化ナトリウム １．２７ｇを溶解させた水溶液を加え、でんぷんの固形分濃度が約２ｗｔ％になるように調製した。反応系を冷却し、１１％次亜塩素酸ナトリウム水溶液１７ｇを添加し、酸化反応を開始した。反応温度は常に５℃以下に維持した。反応中は系内のｐＨが低下するが、０．５Ｎ−ＮａＯＨ水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０．７付近に調整するとともに、さらに１１％次亜塩素酸ナトリウム水溶液４０ｇを反応の進行に応じて調整しながら滴下した。グルコース残基の全モル数に対し、１００％のモル数に対応するアルカリ添加量に近づくと、次亜塩素酸ナトリウム水溶液の滴下に関係なく、アルカリの添加速度は遅くなった。アルカリ添加量が前記の１００％（６１．６８ｍｌ）に達した時点で、エタノールを添加して反応を停止させた。反応時間は１時間４０分であった。この反応溶液は、ろ過により不要の不純物を除いてから、過剰量のエタノール中に投入して生成物を再沈させた。さらに、水：アセトン＝１：７の溶液により十分洗浄した後、アセトンで脱水して、４０℃で減圧乾燥し、白色粉末状のポリグルクロン酸のナトリウム塩５．７ｇを得た。得られたポリグルクロン酸のナトリウム塩２．０ｇを８０ｍｌの蒸留水に溶解し、攪拌しながら、ｐＨ１になるまで２Ｎ−塩酸を添加した。溶液は透明な溶液のままであった。この溶液をセルロース透析チューブに入れ、イオン交換水により一晩透析を行い、脱塩をして、実施例２のポリグルクロン酸水溶液を得た。 After 5.0 g of corn starch (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was dissolved in distilled water at a concentration of 5%, the solution was cooled. To this, an aqueous solution in which 96 mg of TEMPO and 1.27 g of sodium bromide were dissolved was added to prepare a solid content concentration of starch of about 2 wt%. The reaction system was cooled and 17 g of an 11% aqueous sodium hypochlorite solution was added to initiate the oxidation reaction. The reaction temperature was always kept below 5 ° C. During the reaction, the pH in the system decreases, but 0.5N-NaOH aqueous solution is added successively to adjust the pH to around 10.7, and 40 g of 11% sodium hypochlorite aqueous solution is adjusted as the reaction proceeds. While dripping. When approaching the amount of alkali added corresponding to 100% of the total number of moles of glucose residues, the rate of alkali addition slowed regardless of the dropping of the aqueous sodium hypochlorite solution. When the amount of alkali added reached 100% (61.68 ml), ethanol was added to stop the reaction. The reaction time was 1 hour 40 minutes. This reaction solution was filtered to remove unnecessary impurities, and then poured into an excessive amount of ethanol to reprecipitate the product. Furthermore, after sufficiently washing with a solution of water: acetone = 1: 7, it was dehydrated with acetone and dried under reduced pressure at 40 ° C. to obtain 5.7 g of sodium salt of polyglucuronic acid in the form of white powder. 2.0 g of the obtained sodium salt of polyglucuronic acid was dissolved in 80 ml of distilled water, and 2N hydrochloric acid was added to pH 1 while stirring. The solution remained a clear solution. This solution was put into a cellulose dialysis tube, dialyzed overnight with ion-exchanged water, and desalted to obtain a polyglucuronic acid aqueous solution of Example 2.
実施例２のポリグルクロン酸水溶液を凍結乾燥し、白色粉末状の実施例３のポリグルクロン酸を得た。 The polyglucuronic acid aqueous solution of Example 2 was freeze-dried to obtain polyglucuronic acid of Example 3 in the form of a white powder.
水溶性でんぷん（ＡＣＲＯＳ社製）５．０ｇを５％濃度で蒸留水に加熱溶解してから、溶液を冷却した。ここに、ＴＥＭＰＯ ９６ｍｇ、臭化ナトリウム １．２７ｇを溶解させた水溶液を加え、でんぷんの固形分濃度が約２ｗｔ％になるように調製した。反応系を冷却し、１１％次亜塩素酸ナトリウム水溶液４５ｇを添加し、酸化反応を開始した。反応温度は常に５℃以下に維持した。反応中は系内のｐＨが低下するが、０．５Ｎ−ＮａＯＨ水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０．８付近に調整した。アルカリ添加量が、グルコース残基の全モル数に対し、８０％のモル数に対応する添加量（４９．３４ｍｌ）に達した時点で、エタノールを添加して反応を停止させた。反応時間は５０分であった。この反応溶液は、ろ過により不溶の不純物を除いてから、過剰量のエタノール中に投入して、生成物を再沈させた。さらに、水：アセトン＝１：７の溶液により十分洗浄した後、アセトンで脱水して、４０℃減圧乾燥して、白色粉末状のポリグルクロン酸ナトリウム塩５．５ｇを得た。得られたポリグルクロン酸ナトリウム塩２．０ｇを蒸留水２０ｇに溶解させ、イオン交換樹脂（アンバーライト ＩＲ１２０）で処理し、実施例４のポリグルクロン酸水溶液を得た。 After dissolving 5.0 g of water-soluble starch (manufactured by ACROS) in distilled water at a concentration of 5%, the solution was cooled. To this, an aqueous solution in which 96 mg of TEMPO and 1.27 g of sodium bromide were dissolved was added to prepare a solid content concentration of starch of about 2 wt%. The reaction system was cooled and 45 g of an 11% aqueous sodium hypochlorite solution was added to initiate the oxidation reaction. The reaction temperature was always kept below 5 ° C. During the reaction, the pH in the system was lowered, but 0.5N-NaOH aqueous solution was sequentially added to adjust the pH to around 10.8. When the alkali addition amount reached the addition amount (49.34 ml) corresponding to the number of moles of 80% with respect to the total number of moles of glucose residues, ethanol was added to stop the reaction. The reaction time was 50 minutes. The reaction solution was filtered to remove insoluble impurities, and then poured into an excess amount of ethanol to reprecipitate the product. Furthermore, after sufficiently washing with a solution of water: acetone = 1: 7, it was dehydrated with acetone and dried under reduced pressure at 40 ° C. to obtain 5.5 g of polyglucuronic acid sodium salt as a white powder. 2.0 g of the obtained polyglucuronic acid sodium salt was dissolved in 20 g of distilled water and treated with an ion exchange resin (Amberlite IR120) to obtain a polyglucuronic acid aqueous solution of Example 4.
実施例１の途中の工程で得られた脱塩前のポリグルクロン酸ナトリウム塩５．０ｇを水５０ｇに溶解させ、イオン交換樹脂（アンバーライト ＩＲ１２０）で処理した。この溶液を凍結乾燥して白色粉末状の実施例５のポリグルクロン酸を得た。 5.0 g of polyglucuronic acid sodium salt before desalting obtained in the step in the middle of Example 1 was dissolved in 50 g of water and treated with an ion exchange resin (Amberlite IR120). This solution was freeze-dried to obtain polyglucuronic acid of Example 5 in the form of a white powder.
＜比較例１＞
水溶性でんぷん（ＡＣＲＯＳ社製）５．０ｇを、５％濃度で蒸留水に加熱溶解してから、溶液を冷却した。ここに、ＴＥＭＰＯ ９６ｍｇ、臭化ナトリウム １．２７ｇを溶解させた水溶液を加え、でんぷんの固形分濃度が約２ｗｔ％になるように調製した。１１％次亜塩素酸ナトリウム水溶液５７ｇを添加し、酸化反応を開始する。反応温度は常に５℃以下に維持した。反応中は系内のｐＨが低下するが、０．５Ｎ−ＮａＯＨ水溶液を逐次添加し、ｐＨ１０．８付近に調整した。アルカリ添加量が、グルコース残基の全モル数に対し、１００％のモル数に対する添加量（６１．６８ｍｌ）に達した時点で、エタノールを添加して反応を停止させた。反応時間は４５分であった。この反応溶液は、ろ過により不溶の不純物を除いてから、過剰量のエタノール中に投入して、生成物を再沈させた。さらに水：アセトン＝１：７の溶液により十分洗浄した後、アセトンで脱水して、４０℃減圧乾燥して、比較例１の白色粉末状のポリグルクロン酸ナトリウム塩５．６ｇを得た。
<Comparative Example 1>
After dissolving 5.0 g of water-soluble starch (manufactured by ACROS) in distilled water at a concentration of 5%, the solution was cooled. To this, an aqueous solution in which 96 mg of TEMPO and 1.27 g of sodium bromide were dissolved was added to prepare a solid content concentration of starch of about 2 wt%. Add 57 g of 11% sodium hypochlorite aqueous solution and start the oxidation reaction. The reaction temperature was always kept below 5 ° C. During the reaction, the pH in the system was lowered, but 0.5N-NaOH aqueous solution was sequentially added to adjust the pH to around 10.8. When the alkali addition amount reached the addition amount (61.68 ml) relative to the total number of moles of glucose residues (100.68 ml), ethanol was added to stop the reaction. The reaction time was 45 minutes. The reaction solution was filtered to remove insoluble impurities, and then poured into an excess amount of ethanol to reprecipitate the product. Furthermore, after sufficiently washing with a solution of water: acetone = 1: 7, dehydration with acetone and drying under reduced pressure at 40 ° C., the white powdery polyglucuronic acid sodium salt of Comparative Example 1 was obtained (5.6 g).
＜比較例２＞
比較例１のポリグルクロン酸ナトリウム塩１ｇを蒸留水９ｇに溶解させ、塩酸を滴下し、ｐＨを３に調整した。この水溶液を多量のエタノールに加え、沈殿したポリウロン酸を更に水：アセトン＝１：７の溶液により十分洗浄した後、アセトンで脱水し、４０℃で減圧乾燥して白色粉末状の比較例２のポリグルクロン酸を得た。
<Comparative example 2>
1 g of polyglucuronic acid sodium salt of Comparative Example 1 was dissolved in 9 g of distilled water, and hydrochloric acid was added dropwise to adjust the pH to 3. This aqueous solution was added to a large amount of ethanol, and the precipitated polyuronic acid was further thoroughly washed with a solution of water: acetone = 1: 7, dehydrated with acetone, and dried under reduced pressure at 40 ° C. Polyglucuronic acid was obtained.
＜比較例３＞
未酸化の水溶性でんぷん（ＡＣＲＯＳ社製）を比較例３として用いた。
<Comparative Example 3>
Unoxidized water-soluble starch (manufactured by ACROS) was used as Comparative Example 3.
＜評価＞
（カルボキシル基量）
実施例１、３、４、５、および比較例１、２、３のカルボキシル基量を電導度滴定により測定した。測定方法を以下に示す。なお、実施例４については水溶液を乾燥させた粉末を試験に用いた。
それぞれのサンプルを０．０５〜０．３ｇ精秤し、水５５ｇに溶解または懸濁させる。ここに、０．０１Ｎ−ＮａＣｌ水溶液を５ｍｌ、０．１Ｎ−ＨＣｌ水溶液５ｍｌを添加する。この溶液を０．１Ｎ−ＮａＯＨ水溶液で滴定し、そのときの０．１Ｎ−ＮａＯＨ滴下量、ｐＨ、電導度をプロットし、グラフからカルボキシル基量を求めた。結果を表１に示す。
（金属イオン含有量）
実施例１、３、４、５、および比較例１、２、３の金属イオン含有量を電子線マイクロアナライザーによりＥＰＭＡ分析法、または蛍光Ｘ線分析により元素分析を行い測定した。なお、実施例４については水溶液を乾燥させた粉末を試験に用いた。結果を表１に示す。
<Evaluation>
(Carboxyl group amount)
The amounts of carboxyl groups in Examples 1, 3, 4, 5 and Comparative Examples 1, 2, 3 were measured by conductivity titration. The measuring method is shown below. In Example 4, powder obtained by drying the aqueous solution was used for the test.
Each sample is accurately weighed from 0.05 to 0.3 g and dissolved or suspended in 55 g of water. To this, 5 ml of 0.01N-NaCl aqueous solution and 5 ml of 0.1N-HCl aqueous solution are added. This solution was titrated with 0.1N-NaOH aqueous solution, 0.1N-NaOH dropping amount at that time, pH, and conductivity were plotted, and the carboxyl group amount was determined from the graph. The results are shown in Table 1.
(Metal ion content)
The metal ion contents of Examples 1, 3, 4, 5 and Comparative Examples 1, 2, and 3 were measured by EPMA analysis using an electron beam microanalyzer or elemental analysis by fluorescent X-ray analysis. In Example 4, powder obtained by drying the aqueous solution was used for the test. The results are shown in Table 1.
また、実施例３および実施例５のポリグルクロン酸２．５ｇをエチレングリコール７．５ｇに添加し、十分撹拌した。これらは室温で速やかに溶解し、透明な溶液となった。
また、比較例１のポリグルクロン酸ナトリウム塩０．５ｇをエチレングリコール９．５ｇに添加し、十分撹拌した。しかし、完全に溶解することはなく、透明な溶液とならなかった。
Further, 2.5 g of polyglucuronic acid of Example 3 and Example 5 was added to 7.5 g of ethylene glycol, and sufficiently stirred. These dissolved quickly at room temperature and became transparent solutions.
In addition, 0.5 g of polyglucuronic acid sodium salt of Comparative Example 1 was added to 9.5 g of ethylene glycol and sufficiently stirred. However, it did not completely dissolve and did not become a clear solution.
実施例１のポリグルクロン酸１ｇを蒸留水９ｇに溶解させ、実施例６のポリグルクロン酸水溶液を得た。 1 g of polyglucuronic acid of Example 1 was dissolved in 9 g of distilled water to obtain a polyglucuronic acid aqueous solution of Example 6.
実施例１のポリグルクロン酸３ｇを蒸留水７ｇに溶解させ、実施例７のポリグルクロン酸水溶液を得た。 3 g of polyglucuronic acid of Example 1 was dissolved in 7 g of distilled water to obtain a polyglucuronic acid aqueous solution of Example 7.
＜比較例４＞
比較例１のポリグルクロン酸ナトリウム塩３ｇを蒸留水７ｇに溶解させ、比較例４のポリグルクロン酸ナトリウム塩の水溶液を得た。
<Comparative example 4>
3 g of polyglucuronic acid sodium salt of Comparative Example 1 was dissolved in 7 g of distilled water to obtain an aqueous solution of polyglucuronic acid sodium salt of Comparative Example 4.
実施例６の水溶液１０ｇにポリカルボジイミド水溶液（Ｖ−２０ 日清紡製）３ｇを加え、室温で撹拌した。この水溶液を厚さ１３μｍで片面コロナ処理済みのポリエチレンテレフタレートフィルムの親水面側に、バーコーター（♯１０）でコーティング後、８０℃で３０分加熱乾燥させ、コーティングフィルムを得た。コーティングフィルムは透明な膜を形成しており、水で湿らせた綿棒で２０回擦っても、膜が崩れたりふやけたりすることはなかった。
さらに、このコーティングフィルムの酸素透過度を測定した。
（酸素透過度の測定方法）
酸素透過度測定装置（モダンコントロール社製、ＯＸＴＲＡＮ １０／４０Ａ）を用いて、３０℃７０％ＲＨ雰囲気下、および、３０℃１００％ＲＨ雰囲気下で測定した。その結果、実施例８のコーティングフィルムはどちらの湿度雰囲気下でも２．４ｃｃ／（ｍ２・ｄａｙ・ａｔｏｍ）であり、耐湿性のあるバリア膜が形成したことが分かった。
3 g of an aqueous polycarbodiimide solution (V-20 Nisshinbo) was added to 10 g of the aqueous solution of Example 6, and the mixture was stirred at room temperature. This aqueous solution was coated with a bar coater (# 10) on the hydrophilic side of a polyethylene terephthalate film having a thickness of 13 μm and subjected to corona treatment on one side, and then dried by heating at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a coating film. The coating film formed a transparent film, and even when rubbed 20 times with a cotton swab moistened with water, the film did not collapse or swell.
Furthermore, the oxygen permeability of this coating film was measured.
(Measurement method of oxygen permeability)
It measured in 30 degreeC70% RH atmosphere and 30 degreeC100% RH atmosphere using the oxygen permeability measuring apparatus (The modern control company make, OXTRAN 10 / 40A). As a result, the coating film of Example 8 was 2.4 cc / (m 2 · day · atom) in both humidity atmospheres, and it was found that a barrier film having moisture resistance was formed.
＜比較例５＞
比較例１の水溶液１０ｇにポリカルボジイミド水溶液（Ｖ−２０ 日清紡製）３ｇを加え、室温で撹拌した。この水溶液を実施例８と同様の手法でポリエチレンテレフタレートフィルム上に、バーコーター（♯１０）でコーティング後、８０℃で３０分加熱乾燥させ、コーティングフィルムを得た。このコーティングフィルムは黄色くべっとりしており、水で湿らせた綿棒で２０回擦ると、膜は溶解し崩れてしまった。
<Comparative Example 5>
To 10 g of the aqueous solution of Comparative Example 1, 3 g of an aqueous polycarbodiimide solution (V-20 manufactured by Nisshinbo) was added and stirred at room temperature. This aqueous solution was coated on a polyethylene terephthalate film by a bar coater (# 10) in the same manner as in Example 8, and then heated and dried at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a coating film. This coating film was yellow and sticky, and when it was rubbed 20 times with a cotton swab moistened with water, the film dissolved and crumbled.
実施例７のポリグルクロン酸水溶液１０ｇにデナコールＥＸ８１１（ナガセケムテック（株）製）０．３ｇを添加し、室温で撹拌混合し、固形分濃度が３０％のポリグルクロン酸水溶液を得た。６０時間後、反応溶液はゲル化し、水に溶解しないゲル状物が生成した。 0.3 g of Denacol EX811 (manufactured by Nagase Chemtech Co., Ltd.) was added to 10 g of the polyglucuronic acid aqueous solution of Example 7, and the mixture was stirred and mixed at room temperature to obtain a polyglucuronic acid aqueous solution having a solid content concentration of 30%. After 60 hours, the reaction solution had gelled, and a gel-like product that did not dissolve in water was produced.
実施例１のポリグルクロン酸０．５ｇを水９．５ｇに溶解させた水溶液にデナコールＥＸ８１１（ナガセケムテック（株）製）０．３ｇを添加し、室温で撹拌混合、固形分濃度が５％のポリグルクロン酸水溶液を得た。６０時間後、反応溶液はゲル化しなかった。さらに一週間後も、反応溶液はゲル化せず、水に入れると溶解した。 0.3 g of Denacol EX811 (manufactured by Nagase Chemtech Co., Ltd.) was added to an aqueous solution in which 0.5 g of polyglucuronic acid of Example 1 was dissolved in 9.5 g of water, and the mixture was stirred and mixed at room temperature. An aqueous polyglucuronic acid solution was obtained. After 60 hours, the reaction solution did not gel. Furthermore, even after one week, the reaction solution did not gel and dissolved when placed in water.
実施例１のポリグルクロン酸１ｇに、水８．７ｇ、グリセリン０．３ｇを添加した溶液にデナコールＥＸ８１１（ナガセケムテック（株）製）０．３ｇを添加し、室温で撹拌混合した。２４時間後、厚さ１３μｍの片面コロナ処理済みのポリエチレンテレフタレートフィルムの親水面側に、この反応溶液をバーコーター（♯１０）でコーティング後、８０℃で３０分加熱乾燥させ、コーティングフィルムを得た。コーティングフィルムは透明な膜を形成しており、水で湿らせた綿棒で２０回擦っても、膜が崩れたり、ふやけたりすることはなかった。 0.3 g of Denacol EX811 (manufactured by Nagase Chemtech Co., Ltd.) was added to a solution obtained by adding 8.7 g of water and 0.3 g of glycerin to 1 g of polyglucuronic acid of Example 1, and the mixture was stirred and mixed at room temperature. After 24 hours, this reaction solution was coated with a bar coater (# 10) on the hydrophilic surface of a polyethylene terephthalate film having a thickness of 13 μm and subjected to corona treatment on one side, and then dried by heating at 80 ° C. for 30 minutes to obtain a coating film. . The coating film formed a transparent film, and even when rubbed 20 times with a cotton swab moistened with water, the film did not collapse or swell.
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