CN113891899A

CN113891899A - 壳聚糖化合物及光学异构体用分离剂

Info

Publication number: CN113891899A
Application number: CN202080039773.4A
Authority: CN
Inventors: 张丽丽; 邓鸿中; 武学鹏; 沈军; 冈本佳男
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 2019-05-30
Filing date: 2020-05-27
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2040-05-27
Also published as: CN112010995A; US20250320314A1; WO2020241678A1; EP3978460B1; CN113891899B; JP7428706B2; EP3978460A4; US20220220226A1; JPWO2020241678A1; EP3978460A1

Abstract

本发明提供式(I)表示的新型壳聚糖化合物及光学异构体用分离剂，式(I)中，R独立地为式(II)所示的基团或式(III)表示的基团，R^a为碳原子数1～5的烷基或具有支链的碳原子数3～5的烷基，n为5以上的整数，式(II)和(III)中，R^b独立地为未取代的苯基、具有取代基的苯基、未取代的环己基、或具有取代基的环己基，该取代基独立地为碳原子数1～5的烷基或卤素。

Description

壳聚糖化合物及光学异构体用分离剂

技术领域

本公开文本涉及壳聚糖化合物、及包含该壳聚糖化合物和载体的光学异构体用分离剂，所述壳聚糖化合物具有壳聚糖的2位氨基被硫脲基取代而得到的结构。

背景技术

光学异构体用作药物、其原料。在这种作用于生物体的用途中，光学异构体通常仅使用一种光学异构体，要求非常高的光学纯度。作为这种需要高光学纯度的光学异构体的制造方法，已知有：在液相色谱、模拟移动床色谱、以及超临界流体色谱等色谱法中，使用填充有具有手性拆分能力的光学异构体用分离剂的柱，由此从外消旋体这样的光学异构体的混合物中分离出一种光学异构体的方法。

对于光学异构体用分离剂，可以使用具有光学活性部位的高分子。这种光学异构体用分离剂通常由硅胶等载体和负载在其表面上的所述高分子构成，并且填充在柱管中用于手性拆分。

作为具有光学活性部位的高分子，以往已知有多糖、及该多糖的羟基被经烷基取代的苯基氨基甲酸酯取代而成的多糖衍生物，作为该多糖，除纤维素、直链淀粉外，还已知有使用了壳聚糖的那些(专利文献1、非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭63-178101号公报

非专利文献

非专利文献1：J.Chromatogr.A 1365(2014)86-93

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1和非专利文献1所记载的光学异构体用分离剂中，使用了壳聚糖的3位、6位的羟基被氨基甲酸酯基取代并且2位的氨基被脲基取代而得到的壳聚糖化合物，但并未对除氨基甲酸酯和脲基以外的取代基进行研究。

本公开文本的课题在于提供一种具有新型壳聚糖化合物的光学异构体用分离剂，所述新型壳聚糖化合物中，壳聚糖的2位氨基被硫脲基取代。

用于解决课题的手段

本申请的发明人为了解决上述课题而反复进行深入研究，结果发现，目前未知的、具有壳聚糖的2位氨基被硫脲基取代而得到的壳聚糖化合物的光学异构体用分离剂对于特定的外消旋体具有优异的手性拆分能力，从而完成了本发明。

即，本公开文本涉及以下的方案。

[1]式(I)表示的壳聚糖化合物，

[化学式1]

式(I)中，R独立地为式(II)所示的基团或式(III)所示的基团，R^a为碳原子数1～5的直链烷基或具有支链的碳原子数3～5的烷基，n为5以上的整数，

[化学式2]

式(II)和(III)中，R^b独立地为未取代的苯基、具有取代基的苯基、未取代的环己基、或具有取代基的环己基，该取代基独立地为碳原子数1～5的烷基或卤素。

[2]根据[1]所述的壳聚糖化合物，其中，所述R为式(II)表示的基团，式(II)中，R^b为未取代的苯基或具有取代基的苯基，该取代基为碳原子数1～5的烷基或卤素。

[3]根据[2]所述的壳聚糖化合物，其中，所述R^b独立地为2-取代苯基、3-取代苯基、4-取代苯基、或3,5-取代苯基。

[4]根据[2]所述的壳聚糖化合物，其中，所述R^b为以下的式(a)～(e)所示基团中的任意基团，

[化学式3]

[5]根据[2]所述的壳聚糖化合物，其中，所述R^b为以下的式(a)、(c)、(d)、及(e)所示基团中的任意基团，

[化学式4]

[6]根据[1]～[5]中任一项所述的壳聚糖化合物，其中，所述R^a是具有支链的碳原子数3～5的烷基。

[7]光学异构体用分离剂，其具有[1]～[6]中任一项所述的壳聚糖化合物和载体。

[8]根据[7]所述的光学异构体用分离剂，其中，所述载体是硅胶。

[9]壳聚糖化合物的制造方法，其包括：

使经过了脱乙酰化的壳聚糖与式(IV)所示的化合物进行反应，在所述壳聚糖的2位导入硫脲基的工序；和

使导入了硫脲基的所述壳聚糖与包含R^b的异氰酸酯、羧酸、酯、酰卤化物、酰胺化合物、或醛进行反应，将式(II)所示的基团或式(III)所示的基团导入至壳聚糖的3位和6位的工序，

[化学式5]

S＝C＝N-R^a (IV)

式(II)和(III)中，R^b独立地为未取代的苯基、具有取代基的苯基、未取代的环己基、或具有取代基的环己基，该取代基独立地为碳原子数1～5的烷基或卤素，

式(IV)中，R^a为碳原子数1～5的直链烷基或具有支链的碳原子数3～5的烷基。

[10]根据[9]所述的壳聚糖化合物的制造方法，其中，导入至壳聚糖的3位和6位的基团为式(II)所示的基团，式(II)中，R^b为未取代的苯基或具有取代基的苯基，该取代基为碳原子数1～5的烷基或卤素。

[11]根据[10]所述的壳聚糖化合物的制造方法，其中，所述R^b为2-取代苯基、3-取代苯基、4-取代苯基、或3,5-取代苯基。

[12]根据[10]所述的壳聚糖化合物的制造方法，其中，所述R^b为以下的式(a)～(e)所示基团中的任意基团，

[化学式6]

[13]根据[10]所述的壳聚糖化合物的制造方法，其中，所述R^b为以下的式(a)、(c)、(d)及(e)所示基团中的任意基团，

[化学式7]

[14]根据[9]～[13]中任一项所述的壳聚糖化合物的制造方法，其中，所述R^a为具有支链的碳原子数3～5的烷基。

发明的效果

根据本公开文本，能够提供新型壳聚糖化合物、和对于特定的外消旋体具有良好的分离能力的光学异构体用分离剂。

附图说明

[图1]为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲衍生物1在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图2]为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二苯基氨基甲酸酯衍生物2a在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图]3为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二(2-甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物2b在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图4]为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二(3-甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物2c在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图5]为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二(4-甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物2d在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图6]为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物2e在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图7]为表示壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二(环己基氨基甲酸酯)衍生物2f在80℃、DMSO-d₆中的¹H-NMR谱的图。

[图8]为表示使用壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)衍生物2e制得光学异构体用分离剂，并使用所述分离剂来分离特定的外消旋体(Rac-2)而得到的色谱的图。

具体实施方式

以下的各实施方式中的各构成及它们的组合等为一个例子，可以在不超出本发明主旨的范围内适当进行构成的追加、省略、替换及其他变更。本公开文本不被实施方式所限定，仅由权利要求的范围限定。

<壳聚糖化合物>

本公开文本的壳聚糖化合物具有下式(I)表示的结构，其中，硫脲基被导入至壳聚糖的2位。

[化学式8]

式(I)中，R独立地为式(II)所示的基团或式(III)所示的基团，R^a为碳原子数1～5的直链烷基或具有支链的碳原子数3～5的烷基，n为5以上的整数。

[化学式9]

式(I)中，R优选为式(II)所示的基团，式(II)中，R^b优选独立地为未取代的苯基或具有取代基的苯基，该取代基优选为碳原子数1～5的烷基。式(II)和(III)中，卤素可举出氯、氟或溴。

式(II)所示的基团和式(III)所示的基团中，优选式(II)所示的基团。

此外，式(II)中，R^b优选为具有取代基的苯基，该取代基的取代位置优选为下述中的任意情况：2位；3位；4位；或者3位和5位双方。具体而言，式(II)中，R^b优选为2-取代苯基、3-取代苯基、4-取代苯基、或3,5-取代苯基。此时的取代基为碳原子数1～5的烷基或卤素，优选甲基或乙基，特别优选甲基。

式(II)中，R^b优选为以下的式(a)～(e)所示基团中的任意基团，更优选为式(a)、(c)、(d)及(e)所示基团中的任意基团。

式(I)中，R^a优选为甲基、乙基、正丙基、或异丙基，更优选为异丙基。式(I)中，n优选为10以上，另一方面，n优选为1000以下，更优选为500以下。

[化学式10]

<壳聚糖化合物的制造方法>

本公开文本中使用的壳聚糖通常可以通过下述方式制备：利用碱处理或酶处理等，使来自螃蟹和虾等甲壳类动物的壳多糖(聚-β1,4-N-乙酰基葡糖胺)脱乙酰化。需要说明的是，本公开文本涉及的壳聚糖不限于天然来源的壳聚糖，也可以是化学合成的。用作本公开文本涉及的壳聚糖化合物的原料的壳聚糖中，构成壳多糖分子的葡糖胺单元中的经脱乙酰化的分子的比例、即脱乙酰化度优选为80～100％的范围，更优选为90～100％的范围，最优选脱乙酰化度约为100％。需要说明的是，脱乙酰化度可以基于已知的技术(例如胶体滴定法)来定量。作为已知技术的一例，可举出NMR。

另外，可以通过水解将由大量的糖残基构成的大分子量的天然来源的壳聚糖分子加工成任意分子量的壳聚糖分子。

本公开文本中使用的壳聚糖的数均聚合度优选为5以上，更优选为10以上，没有特别的上限，从容易处理的观点出发，优选为1000以下，更优选为5～1000，进一步优选为10～1000，特别优选为10～500。

在上述壳聚糖化合物中，壳聚糖的羟基或氨基可以是未反应的，并且，只要不损害本发明的效果，可以被其他的取代基所取代。作为其比例，可举出在所有羟基或氨基中大致为20％以下的实施方式。

作为将硫脲基导入至壳聚糖的2位的方法，优选首先使经过了脱乙酰化的壳聚糖在二甲基亚砜(DMSO)等溶剂中溶胀。作为溶胀时的混合物的温度，通常可举出70～85℃，优选可举出75～83℃。

接着，在降低该混合物的温度后(通常为25℃)，加入氯化锂并进行搅拌。搅拌时间通常为3～5小时左右，优选为4小时左右。

然后，将式(IV)所示的异硫氰酸酯添加至上述混合物中。此时的异硫氰酸酯的添加量可举出相当于壳聚糖的氨基的2～2.5当量(优选2.1～2.4当量)的量。

[化学式11]

S＝C＝N-R^a (IV)

式(IV)中，R^a为碳原子数1～5的烷基或具有支链的碳原子数3～5的烷基。R^a优选为具有支链的碳原子数3～5的烷基。R^a优选为甲基、乙基、正丙基、或异丙基，更优选为异丙基。

在添加异硫氰酸酯后，通常将混合物于95～105℃、优选100℃继续搅拌24～36小时。由此，获得在壳聚糖的2位导入了具有R^a的硫脲基的壳聚糖化合物。

接下来，将下式(II)所示的基团或式(III)所示的基团导入至已导入有硫脲基的壳聚糖化合物的3位和6位上。为了导入式(II)所示的基团，可举出下述方式：使含有R^b的异氰酸酯与导入了硫脲基的壳聚糖化合物进行反应。

为了导入式(III)所示的基团，可举出下述方式：使含有R^b的羧酸、酯、酰卤化物、酰胺化合物或醛与导入了硫脲基的壳聚糖化合物进行反应。

对于在导入了硫脲基的壳聚糖化合物的3和6位导入下式(II)所示的基团时的反应条件而言，可举出下述条件：将溶解有导入了硫脲基的壳聚糖化合物和氯化锂的DMSO通常加热至75～85℃左右(优选78～83℃)，向其中加入上述含有R^b的异氰酸酯，并继续搅拌12～24小时。

在已导入了硫脲基的壳聚糖化合物的3和6位导入下式(III)所示的基团的情况下，也可以使用遵照式(II)所示的基团的情况的反应条件。

经过上述反应，得到在壳聚糖的2位导入了硫脲基、且在3位和6位导入了式(II)所示的基团或式(III)所示的基团的壳聚糖化合物。可以适当地进行将所得产物洗涤或纯化的工序。

[化学式12]

式(II)和(III)中，R^b优选独立地为未取代的苯基或具有取代基的苯基，该取代基优选为碳原子数1～5的烷基。式(II)和(III)中，卤素可列举氯、氟或溴。

优选将式(II)所示的基团导入至已导入了硫脲基的壳聚糖化合物中。

此外，式(II)中，R^b优选为具有取代基的苯基，该取代基的取代位置优选为下述中的任意情况：2位；3位；4位；或者3位和5位双方。具体而言，式(II)中，R^b优选为2-取代苯基、3-取代苯基、4-取代苯基、或3,5-取代苯基。

此时的取代基为碳原子数1～5的烷基或卤素，优选甲基或乙基，特别优选甲基。

式(II)中，R^b的优选具体例可举出在上述壳聚糖化合物的说明中举出的上述式(a)～(e)，进一步优选的例子为上述式(a)、(c)、(d)或(e)所示的基团。

<光学异构体用分离剂>

本公开文本的光学异构体用分离剂含有上述壳聚糖化合物和载体。作为用于负载壳聚糖化合物的载体，可举出多孔有机载体或多孔无机载体，优选可举出多孔无机载体。适合作为多孔有机载体的物质为选自聚苯乙烯、聚(甲基)丙烯酰胺、聚(甲基)丙烯酸酯等中的高分子物质，适合作为多孔无机载体的实例为硅胶、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化镁、玻璃、高岭土、氧化钛、硅酸盐、及羟基磷灰石等。优选的载体是硅胶、氧化铝、或玻璃。

另外，作为硅胶，也可以使用具有核壳结构的硅胶。

通过对上述载体进行表面处理，从而能够抑制分离对象物质向载体本身的过量吸附。作为表面处理剂，可举出：氨基丙基硅烷这样的硅烷偶联剂、钛酸酯系〃铝酸酯系偶联剂。

本公开文本中可使用的载体的平均粒径通常为0.1μm～1000μm，优选为1μm～50μm。载体的平均孔径通常为

优选为

另外，载体的比表面积通常为5～1000m²/g，优选为10～500m²/g。

本公开文本的光学异构体用分离剂的平均粒径可以通过使用显微镜图像进行测定的装置、例如Malvern公司制造的Mastersizer 2000E来测定。

作为在载体上负载壳聚糖化合物的方法，可应用下述方法：壳聚糖化合物与载体之间的物理吸附、壳聚糖化合物与载体之间的化学键合、壳聚糖化合物彼此的化学键合、第三成分的化学键合、对壳聚糖化合物的光照射、自由基反应等等(例如参见日本特开平6-93002公报)。作为进行物理吸附的方法，还包括下述方法：将壳聚糖化合物溶解在可溶性的溶剂中，与载体充分混合，在减压或加热下通过气流而蒸馏除去溶剂的方法；使壳聚糖化合物溶解于可溶性的溶剂中，与载体充分混合后，分散在不溶解壳聚糖的溶剂中，由此使可溶性溶剂扩散的方法。由此得到的分离剂还可以通过进行加热、溶剂的添加、洗涤等适当的处理来改善其分离能力。

本公开文本的光学异构体用分离剂中，可举出载体上负载的壳聚糖化合物的量相对于载体而言为1～100重量％的方式，优选为5～50重量％。

该负载量可以通过热重分析来求得。

本公开文本的光学异构体用分离剂可以通过已知的方法填充至具有已知尺寸的柱中，作为HPLC用柱而使用。

使用填充有本公开文本的光学异构体用分离剂的柱并利用HPLC来分离光学异构体时，可以适当地调节HPLC的流速而使用，可举出线流速为0.1mm/秒～50mm/秒左右的方式，优选为0.25mm/秒～2mm/秒。就该优选的线流速而言，在内径为0.46cm的柱的情况下，相当于流速0.25mL/分钟～2mL/分钟。

除HPLC之外，本公开文本的光学异构体用分离剂还可用作气相色谱用、超临界流体色谱用、电泳用、特别是毛细管电泳色谱用(CEC用)、CZE(毛细管区带电泳)法、MEKC(胶束电动色谱)法的毛细管柱、薄层色谱用的分离剂。

实施例

在下文中，参考实施例来具体说明本公开文本。然而，本公开文本不限于以下实施例的方式。

<实施例>

将1.0g(6.2mmol)经过了脱乙酰化的壳聚糖(Energy-Chemical(Shanghai)，聚合度为约50)在真空下干燥4小时，并在80℃的二甲基亚砜(DMSO)中溶胀24小时。

在将温度降至25℃后，将2.0g氯化锂(LiCl)添加至上述混合物中并搅拌4小时。

然后，将异硫氰酸异丙酯(壳聚糖的氨基的2～2.5当量)添加至上述混合物中，并于100℃继续搅拌24～36小时。对反应混合物进行过滤并用甲醇洗涤。干燥后，得到壳聚糖-2-异丙基硫脲衍生物1(收率80％)。

将得到的壳聚糖-2-异丙基硫脲衍生物1(0.4g)和LiCl(1.6g)溶解在80℃的DMSO(16mL)中。然后，将异氰酸苯酯(壳聚糖化合物的两个羟基的2～2.5当量)添加至上述溶液(80℃)中，并继续搅拌12～24小时。

上述步骤的概要如下所述。式中的R^a和R^b如前文所说明的。

[化学式13]

将产物分离成甲醇不溶级分或乙酸乙酯可溶级分，用乙醇洗涤。干燥后，得到壳聚糖-2-异丙基硫脲-3,6-二苯基氨基甲酸酯(壳聚糖化合物2a)。

使用表1所示的对上式的R^b进行了变更的各异氰酸酯，通过与上文相同的步骤得到壳聚糖化合物2b～2f。壳聚糖化合物2a～2f的收率为70～80％。

在图1～7中分别示出壳聚糖化合物1和壳聚糖化合物2a～2f的¹H-NMR波谱。

使用Brucker-500波谱仪(Brucker，USA)测定¹H-NMR波谱(500MHz)。将试样(20mg)溶解在DMSO-d₆(0.5mL)中。使用PE FT-IR光谱仪(Spectrum 100)，利用溴化钾压片法，进行壳聚糖化合物的IR分析。

<光学异构体用分离剂的制备和分析柱的制作>

将制得的壳聚糖化合物2a(0.2g)完全溶解于四氢呋喃(5mL)之后，涂布在预先利用具有氨基丙基的硅烷偶联剂进行了表面处理的硅胶(平均粒径7μm，平均孔径100nm)(0.8g)的表面上，得到光学异构体用分离剂1。就壳聚糖化合物相对于硅胶的重量比而言，壳聚糖化合物/硅胶为4/1。

利用浆料法，将光学异构体用分离剂1填充至不锈钢制的柱(25cm×0.20cm i.d.)中，得到柱1。

以苯为对象，使用己烷/2-丙醇(90/10，v/v)混合物作为洗脱液，流速设定为0.1ml/min，于25℃进行测定时，柱1的理论塔板数为1700～2300。

死时间(t₀)是1,3,5-三叔丁基苯作为非保留物质的洗脱时间。

作为HPLC装置，使用配备有UV/Vis(Jasco UV-2070)和圆二色检测器(JASCO CD-2095)的JASCO PU-2089色谱仪(常温)。

使用Intelligent sampler(JASCO AS-2055)将试样(外消旋体(2mg/mL(流动相)的溶液)注入至色谱系统中。

通过与上文相同的步骤，将壳聚糖化合物2b～2f涂布在硅胶的表面上，得到光学异构体用分离剂2～6。通过与上文相同的步骤，利用浆料法将光学异构体用分离剂2～6填充在不锈钢制的柱(25cm×0.20cm i.d.)中，得到柱2～6。

使用柱1～6，在如上所示的HPLC条件下分离具有以下结构的外消旋体1～12，将得到的结果示于表1中。需要说明的是，在使用了各柱的分析中，使用(A)己烷/2-丙醇(90/10，v/v)或(B)己烷/乙醇(90/10，v/v)作为洗脱液，并将流速设为0.1mL/分钟，将检测波长设为254nm。

另外，使用柱5分离外消旋体2，将得到的色谱图示于图8中。

[化学式14]

表中所示化合物的不对称辨别能力(分离系数α值)如下所示地根据保留系数(k1)算出。

保留系数(k1)

k1＝[(对映体的保留时间)－(死时间)]/死时间

分离系数(α)

α＝(较强地保留的对映体的保留系数)/(较弱地保留的对映体的保留系数)

[表1]

*表中，括号内表示初次洗脱得到的对映体在254nm处的旋光度的正负。洗脱液A和B的说明如上文所述。另外，表中的结构式表示R^b基团的种类。

从表1中的结果可知，柱1、3、4、5对至少8种外消旋体具有良好的分离能力。柱2对外消旋体12的分离能力高，柱3对外消旋体3的分离能力高。使用了具有被甲基取代的苯基氨基甲酸酯基的壳聚糖化合物的柱3、4、5相对于使用了具有未取代的苯基氨基甲酸酯基的壳聚糖化合物的柱1而言，对外消旋体2、4、5及11的分离能力较高。使用了具有3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯基的壳聚糖化合物的柱5对外消旋体2、4、5及11的分离能力最高。

在壳聚糖的3和6位具有苯基氨基甲酸酯基的壳聚糖化合物中，当苯基的一部分氢被作为给电子基团的甲基所取代时，对于一些外消旋体的分离显示出了良好的结果。

<参考例>

使用由专利文献1的实施例3中记载的光学异构体用分离剂所填充的柱，将得到的外消旋体的分离结果示于下表2中，在所述光学异构体用分离剂中，将壳聚糖三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)负载在利用具有氨基的硅烷偶联剂进行了表面处理的硅胶上。需要说明的是，认为表2中用*标记的“壳聚糖三(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)”的表述是壳聚糖2-(3,5-二甲基苯基脲)-3,6-二(3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯)的误记。

[表2]

将上述使用了柱1～6的分离结果与表2的结果进行比较，就柱1、3～6而言，至少三种外消旋体的分离系数的值较大。另外，就柱2而言，外消旋体6的分离结果优于表2。根据这些结果明确可知，壳聚糖的2位氨基被含硫脲基的基团取代而得到的壳聚糖化合物具有优越性。

工业实用性

根据本公开文本，提供具有壳聚糖的一部分羟基被硫脲衍生物取代而得到的结构的壳聚糖化合物，以及具有该壳聚糖化合物和载体的光学异构体用分离剂。与使用了羟基被氨基甲酸酯衍生物取代而得到的现有壳聚糖化合物的光学异构体用分离剂相比，使用本公开文本的光学异构体用分离剂时，对特定的外消旋体具有更高的分离能力。