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活性酸素種の消去方法及びそのための製剤
説明

活性酸素種の消去方法及びそのための製剤

【課題】タバコの煙のごとく気相中に存在する生体にとって有害な活性酸素種を消去するための方法および活性酸素種の消去用製剤を提供する。
【解決手段】環状ニトロキシルラジカルの固定された固形物と気相中に存在する活性酸素種とを接触させるステップを含む気相中における活性酸素種の消去方法による。また、環状ニトリキシルラジカルの固定された固形物を有効成分として含む気相中に存在する活性酸素種の消去用製剤を使用する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、気相における活性酸素種の消去方法及び該活性酸素種の消去用製剤に関する。より具体的には、かような方法または製剤において、環状ニトロキシルラジカルの固定された固形物が使用される。
【背景技術】
【0002】
近年、タバコの煙による酸化ストレス増大が動脈硬化病変の形成や発癌に重要な役割を果たしていることが示唆されている。喫煙によって摂取されるタバコの煙には、一酸化炭素や一酸化窒素のような有毒ガスのみならず、各種活性酸素やパーオキシナイトライト(ONOO−)、その他のフリーラジカルや酸化物など数多くの活性酸素種(reactive oxygen species:ROS)が含まれており、それらROSの複合効果による酸化ストレスの増大が、肺がんや動脈硬化形成に促進的に働いていると考えられている(例えば、非特許文献1参照)。実際、喫煙によってLDL中の過酸化脂質は優位に上昇し、血管内皮細胞機能障害や血管平滑筋Rho−kinaseの活性化等、各種酸化ストレスマーカーが上昇することが報告されている(例えば、非特許文献2参照)。その他、活性酸素は日常の生体活動の中で発生する他、紫外線や大気汚染など様々な条件下でも発生することが知れている。
【0003】
また、喫煙に関する市場規模は、日本ではやや減少傾向にあるものの、現在急激な発展を遂げている中国においては、年間120万人が喫煙による肺がんなどにより死亡している。
【0004】
他方、ラジカルスカベンジャーと作用することが推測されている高分子化環状ニトロキシルラジカル化合物により、生体内で生じた活性酸素またはフリーラジカルの関与する広範な疾患または症状を予防または治療できる可能性が示唆されている(特許文献1)。また、環状ニトロキルラジカル部分を担持する反復単位を含んでなるポリマーで処理した表面が、血液と接触した際に生じ得るROSを消去もしくは吸収できることも知られている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】WO2009/133647
【特許文献2】特開2011−78706号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】Se−Ran Yang et al.,Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 291:L46-L57,2006
【非特許文献2】Miki Shizu et al.,JOURNAL OF INTERFERON & CYTOKINE RESEARCH 28:509-522.2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、従来技術では、高分子化環状ニトロキシルラジカル化合物が生体内または体液、組織、器官の存在下で発生し、存在し得るラジカルまたはROSのスカベンジャーまたは消去剤として安定に作用し得ることが知られているものの、上述したタバコの煙
のごとく気相において発生し、存在するROSを効果的に除去乃至不活化することは知られておらず、後者ごとく作用する手段についてのニーズは未だ存在するであろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記の課題を解決するために、本発明者等は、空気中で安定に存在するものの、フリーラジカルや活性酸素種(ROS)には極めて鋭敏に反応し、消去する(Quenching)化合物を探索すべく、各種化合物について、タバコの煙(すなわち、気相)中に存在する活性酸素種またはラジカル消去能の検討を行ってきた。具体的には、ROS検出試薬を用いて、各種化合物との接触によるタバコの主流煙のラジカル量の変動を電子スピン共鳴(ESR)法により評価したところ、環状ニトロキシルラジカルの一種である2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(TEMPO)を固定したポリマー(Nitroxide radical−containing polymer;NRP)の固形物を通過させたタバコの主流煙中のROS量が有意に減少することが明らかとなった。また、このような作用は、類似の環状ニトロキシルラジカルを固定した多種多様な固形物も程度に若干の差があるものの、同様の結果をもたらすことが確認された。
【0009】
したがって、本発明は、環状ニトロキシルラジカルの固定された固形物と気相中に存在する活性酸素種を接触させるステップを含んでなる気相における活性酸素種の消去方法、また別の態様の発明として、環状ニトロキシルラジカルの固定された固形物を有効成分として含んでなる気相中に存在する活性酸素種の消去用製剤を提供する。
【0010】
本発明によれば、気相中に存在するROS量を有意に減少し得るので、限定されるものではないが、タバコの煙または工場ないしは自動車排気ガス等の大気中に存在し得る活性酸素種を除去するため方法、並びに、当該除去のための、例えば、フィルター材料を提供できる。このような材料は、例えば、喫煙により引き起こされることが示唆されている各種臓器、組織障害リスクを回避するための革新的タバコのフィルター材料として利用できるであろう。
【発明の詳細な記述】
【0011】
本発明に関して使用する各種用語または語句および発明それ自体について説明するが、特記しない限り、使用する用語または語句は当該技術分野で通常使用されている意味を有するものと理解されている。
【0012】
固形物は、有機物または無機物に由来する、無定形物、粒子、微粒子、繊維状物、またはそれらが組み合わさった形状物であることができ、このような形状物は本発明にいう支持体としても使用できる。環状ニトロキシルラジカルの機能的(operable)に固定された固形物は、限定されるものではないが、環状ニトロキシルラジカルを分子中に含有するポリマーそれ自体の成形物、並びに、該ポリマーまたはその成形物を固定した活性炭粒子、ゼオライト粒子、イオン交換樹脂、多孔質合成ポリマーゲル粒子、天然もしくは合成ポリマー由来の繊維であることができ、また、これらのうち存在するなら、クロマトグラフィー用の充填材等として市販されている各種成形品に該ポリマーを固定したものであることもできる。
【0013】
機能的にとは、本発明の目的上、環状ニトロキシラジカルが気相中に存在する活性酸素種を消去し得る状態にあることを意味する。
【0014】
環状ニトロキシルラジカルは、5員または6員環を形成し、N−O・が立体的に拘束を受けることにより対応する非環状化合物に比べて安定化している化合物を意味し、限定されるものでないが、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−カ
ルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−(2−クロロアセトアミド)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−イソチオシアネート−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−マレイミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、3−ヒドロキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−アミノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−シアノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−(2−クロロアセトアミド)−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−イソチオシアネート−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−マレイミド−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−アミノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、および2−アミノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル等を包含する。またこれらニトロキシル化合物の大部分は、シグマ−アルドリッチ、東京化成株式会社、和光純薬、関東化学など様々な会社から購入することができ、購入できないものも市販品と同様に製造し利用できる。
【0015】
このような環状ニトロキシルラジカルは、必要により、それらのヒドロキシ、アミノ基、シアノ基、イソチオシアネート基、マレイミド基またはクロロアセトアミド基と環状ニトロキシルラジカル部分を、当該官能基を介してまたは介することなく、それぞれ、例えば、−O−(CH−、−OCO−(CH、−NHCO−(CH−(ここで、a、bおよびcは独立して1〜8の整数である)の基を連結基として有するように修飾されていてもよい(以下、このように修飾された化合物を「修飾体」とも称することもある)。上記の環状ニトロキシルラジカルまたは修飾物は、それらのヒドロキシ基、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、イソチオシアネート基、マレイミド基またはクロロアセトアミド基を介して上記の支持体にイオン結合するか、共有結合するか、または吸着されることにより固定することができる。こうして本願発明にいう、環状ニトロキシルラジカルまたは修飾体の固定された固形物を提供できる。
【0016】
このような固形物は、物理的な安定性または加工容易性の観点から、ペンダント基を形成するように複数の環状ニトロキシドラジカルまたはその修飾物と単一のポリマー分子がその主鎖に前者のヒドロキシ、アミノまたはカルボキシル基等を介して共有結合したポリマーそれ自体およびその成形物であることができる。また、前記固形物は、このようなポリマー誘導体がさらに固形支持体としての活性炭粒子、ゼオライト粒子、イオン交換樹脂、多孔質合成ポリマーゲル粒子、天然もしくは合成ポリマー由来の繊維、無機微粒子、有機微粒子に、疎水性結合、双極子−双極子相互作用、イオン結合、共有結合または接着、分子同士の絡み合い等によりポリマー誘導体が固形支持体に固定された組成物であることもできる。
【0017】
前記ポリマー誘導体である、環状ニトロキシルラジカルに由来する基がペンダント基として合成ポリマー主鎖に共有結合しているポリマーの殆どは、前記特許文献2にも記載されているが、下記式(a)〜(p)で表される反復単位を、少なくとも、ポリマー主鎖の反復単位の30%、好ましくは50%以上をランダムもしくはブロックを形成するように含むコポリマーであるか、または全ての反復単位がそれらのいずれかの1種であるホモポリマーであることができる。固形物単位表面積当りの固定された環状ニトロキシルラジカルの密度を高めるためには、前記ホモポリマーであることが好ましい。
【0018】
【化1】

【0019】
【化2】

【0020】
【化3】

【0021】
【化4】

【0022】
上式中、Rは環状ニトロキシルラジカル部分を表し、
nは、5〜10,000、好ましくは、5〜5,000、より好ましくは5〜2,500の整数を表す。また、これらのポリマー分子のαおよびω末端は、上記反復単位の性質に応じて、水素、ヒドロキシ、ヒドロキシの保護基C1−6アルキルカルボニル基であることができる。
【0023】
上記反復単位が、ポリマー主鎖の反復単位の100%を占めない場合、存在し得る残りの反復単位は、上記環状ニトロキシルラジカルまたは修飾体部分を表す、Rが水素原子であるか、または他の官能基を形成し得る基を有するランダムに存在するかもしくはブロックを形成するように存在する反復単位である。ポリハロメチルスチレン(a)において、他の官能基を形成し得る基は−(CH)−ORまたは−(CH)−NHRの−ORおよび−NHRが水素またはハロゲン原子、例えば、フッ素、塩素もしくは臭素原子、であることができる。このような基は、高分子化環状ニトロキシルラジカルまたはその修飾体を、これらの基と反応し得る、例えば、カルボキシル基、アミノ基、マレイミド基、チオール基、ハロゲン化アルキル基、ヒドロキシル基等を表面に有する固体支持体に共有結合を介して固定するのに使用できる。
【0024】
これらの反復単位のうち、ポリハロメチルスチレンから誘導できる反復単位(a):
【0025】
【化5】

【0026】
を好ましいものとして挙げることができる。このような反復単位を含むポリマーは、一般的に、これらの反復単位に起因して疎水性を示す。そのため、上記の支持体材料が疎水性表面を有する場合には、当該表面へ、例えば、疎水性−疎水性相互作用によりポリマーを容易に固定することができる。
【0027】
Rの環状ニトロキシラジカルまたは修飾体部分は、必要により、上述の、ヒドロキシ、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、クロロアセトアミド基、イソチオシアネート基、マレイミド基を介して結合し得る、それぞれ、例えば、−O−(CH−NH、−O−(CH−COOH、−O−(CH−CN、−O−(CH−CH2Cl、−O−(CH−NCS、−O−(CH−maleimide、−OCO−(CH−NH、−OCO−(CH−COOH、−OCO−(CH−CN、−OCO−(CH−CH2Cl、−OCO−(CH−NCS、−OCO−(CH−maleimideまたは−NHCO−(CH−NH、−NHCO−(CH−COOH、−NHCO−(CH−CN、−NHCO−(CH−CH2Cl、−NHCO−(CH−NCS、−NHCO−(CH−maleimide(ここで、a、bおよびcは独立して1〜8の整数である)に由来する基を連結基とし、また、−CHCHO−、−CHCHS−、−COCHCHO−、−COCHCHS−、−(CH−O−、−(CH−S−、−CO(CH−O−、−(CH−O−等連結基として結合していてもよい、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル−4−イル、2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル−3−イル、2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル−2−イル、および2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシ−2−イル等から選ぶことができる。より具体的には、次式
【0028】
【化6】

【0029】
(式中、R’はメチル基である。)
のいずれかで表される環状ニトロキシルラジカル化合物の残基であることができる。
【0030】
上記のポリマーは、例えば、下記の反復単位を含むそれ自体公知のポリマーに上記の環状ニトロキシルラジカル部分を導入することにより製造できる。
式:
【0031】
【化7】

【0032】
(ここで、pは1または2を表し、Rは非結合末端において1個のフェニル基もしくはベンズヒドリル基により置換されていてもよいC−C12アルキル基を表し、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリアミノ酸エステル鎖セグメント(i)。
式:
【0033】
【化8】

【0034】
(ここで、Rは非結合末端において1個のフェニル基もしくはベンズヒドリル基により置換されていてもよいC−C12アルキル基を表し、Rは水素原子またはC1−5アルキル基を表し、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリ((メタ)アクリル酸エステル)鎖セグメント(ii)。
式:
【0035】
【化9】

【0036】
(ここで、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるスチレン−無水マレイン酸共重合体鎖セグメント(iii)。
式:
【0037】
【化10】

【0038】
(ここで、Rは非結合末端において1個のフェニル基もしくはベンズヒドリル基により置換されていてもよいC−C12アルキル基を表し、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリリンゴ酸エステル鎖セグメント(iv)。
式:
【0039】
【化11】

【0040】
(ここで、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリアミック酸鎖セグメント(v)。
式:
【0041】
【化12】

【0042】
(ここで、Lは塩素、臭素またはヨウ素原子を表し、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリ(ハロメチルスチレン)鎖セグメント(vi)。
式:
【0043】
【化13】

【0044】
(ここで、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリ(グリシジル メタクリレート)鎖セグメント(vii)。
式:
【0045】
【化14】

【0046】
(ここで、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)鎖セグメント(viii)。
式:
【0047】
【化15】

【0048】
(ここで、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリエピクロロヒドリン鎖セグメント(ix)。
式:
【0049】
【化16】

【0050】
(ここで、nは3〜1,000の整数を表す。)で表されるポリ−3,3−ビスクロロメチルオキセタン鎖セグメント(x)。
【0051】
典型的には、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−カルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−(2−クロロアセトアミド)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−イソチオシアネート−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−マレイミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、3−ヒドロキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−アミノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−シアノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−(2−クロロアセトアミド)−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−イソチオシアネート−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−マレイミド−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−アミノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、および2−アミノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシルならびに、それらのヒドロキシ、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、クロロアセトアミド基、イソチオシアネート基、マレイミド基とラジカル消去剤の間に、例えば−O−(CH−、−OCO−(CH−、−NHCO−(CH−(ここで、a、bおよびcは独立して1〜8の整数である)のいずれかの基を有するように修飾されていてもよい修飾体の上記反復単位を含むポリマーへの導入は、例えば、前者のラジカル以外の官能基と上記反復単位における反応性基(ハロゲン原子、カルボキシル基、エステル基、酸無水物基、マレイミド基またはエポキシド基)を介して、それ自体公知の縮合または不可反応等を実施することにより達成できる。この導入は、反復単位の重合前または重合後に実施できる。具体的には、このようなポリマーは、上記環状ニトロキシルラジカルまたは修飾物を上記の反復単位の骨格部を構成し得る重合性モノマーに共有結合せしめて重合させるか、環状ニトロキシルラジカルまたは修飾物をそれらが有する上記官能基を介して、側鎖基として当該官能基と反応し得る官能基を有する反復単位を
有するポリマーにペンダント基として導入して形成することにより得られるいずれのポリマーであってもよい。前記の反応し得る官能基は、対応する官能基が定まれば当業者には周知であろう。
【0052】
こうして、本発明で使用できるポリマーが環状ニトロキシルラジカル部分を担持する反復単位((a)〜(p))以外の反復単位を有するコポリマーである場合、該コポリマーは、上記(a)〜(p)で表される反復単位のRが水素原子を表す反復単位、上記(i)〜(x)、あるいはまた、より具体的には、下記式(nは3〜1,000の整数を表し、pは3〜5,000の整数を表す。)で表される反復単位よりなる群から選ばれる反復単位であることができる。環状ニトロキシルラジカル部分を担持する反復単位((a)〜(p))のいずれかと、それ以外の反復単位は、ランダムに存在するかもしくはブロックを形成して存在することができるが、これらの存在するときは、好ましくはランダムに存在することができる。
【0053】
【化17】

【0054】
【化18】

【0055】
【化19】

【0056】
【化20】

【0057】
本明細書において、「活性酸素種」の語句は、活性酸素と互換可能に使用されており、気相中に存在することができ、普通の酸素分子(O)より活性化された状態の酸素分子とその関連物質を称する。かような活性酸素種として、例えば、スーパーオキシド(・O)、ヒドロキシルラジカル(HO・)、ヒドロペルオキシルラジカル(HOO・)、一酸化窒素(NO)、等のラジカル種、一重項酸素()、ペルオキシナイトライト(ONOO)等のノンラジカル種を挙げることができる。
【0058】
活性酸素種を消去するとは、酸素分子の活性化された状態を、場合により、分解することにより失活させるか、活性を有意に減少させることをいう。
【0059】
気相における活性酸素種の消去方法は、環状ニトロキシルラジカルの固定された固形物と気相中に存在する活性酸素種が接触し得る条件下であれば、制限されることなく実施することができる。一般的には、前記固形物を支持体とし、活性酸素種を含有する気体を適度の流速で装置内を通過させる方法により固定された環状ニトロキシルラジカルと活性酸素種を接触させればよい。流速は、気体中に含まれるROSの量または種類、固定されている環状ニトロキシルラジカルの量、その固定様式により変動し得るので、例えば、後述するタバコの煙中ROSの消去能を検討方法にしたがった小実験をすることにより、決定
することができる。接触時の気体の温度は、固定された環状ニトロキシルラジカルが失活しない温度であれば制限されないが、一般的に、5℃〜300℃であることができる。
【図面の簡単な説明】
【0060】
【図1】製造例の(3)支持体へのPCMS−TEMPOの固定を確認するための未反応4−ヒドロキシ−TEMPO(a)と固定されていたPCMS−TEMPO(b)のESRスペクトル図である。
【図2】実施例1の実験を実施するための装置の略図である
【図3】実施例1の実験の結果のグラフ表示である。
【図4】本発明によるROS消去に関する概念図
【0061】
<発明の具体的な説明>
以下、本発明を、具体例を挙げて説明するが、本発明をこれらに限定することを意味しない。
【0062】
製造例:ニトロキシドラジカル含有ポリマー(PCMS−TEMPO:NRP)の製造
(1)ポリクロロメチルスチレン(PCMS)の合成
反応容器に撹拌子とAIBN(1mmol、164.2mg)を加えた。次に反応容器中を真空にした後、窒素雰囲気下とした。この操作を3回繰り返すことにより、反応容器内を窒素雰囲気にした。そこに20分間窒素バブリングを行ったジオキサン(50mL)、クロロメチルスチレン(CMS)(100mmol、14.2mg)、ガスクロマトグラフィー(GC)測定用の内部標準物質n−デカン(3mL)を加えた。スターラーで撹拌しながら65℃に熱したオイルバスに反応容器を入れ重合を開始した。GC測定のため1時間毎にサンプルを0.5mL採取し、氷浴で冷却した後GC測定を行った。18時間攪拌後、反応容器を氷浴につけ、重合反応を停止させた。生成物はメタノールを用いた再沈精製を行った。沈殿物をナスフラスコに回収し、メタノールをエバポレーターにより蒸発させた後、少量のベンゼンに溶解させ、液体窒素で凍結し、減圧下で凍結乾燥を行った。凍結乾燥後、白色の粉末状のポリマーが9.6グラム得られ、収率は63.2%となった。得られたポリマーの分子量をサイズ排除クロマトグラフィー法により評価したところ、重量平均分子量(Mw)が26,000(Mw/Mn 2.1)のホモポリマーであることが確認された。
【0063】
(2)PCMS−TEMPOは、次の反応スキームに従い製造した。
【0064】
【化21】

【0065】
具体的には、4−ヒドロキシ−TEMPOと水素化ナトリウムを用いて、PCMS側鎖にTEMPOラジカルを導入した。こうして得られたポリマーのESRスペクトルを測定し、TEMPOが導入されたことを確認した。
【0066】
(3)支持体へのPCMS−TEMPOの固定
さらに得られたNRP/DMF溶液を、ガラスビーズに添加し、そのDMF溶液を減圧化で乾燥させることによりガラスビーズにコーティングした。コーティング後、NRPがガラスビーズ表面にNRPがコーティングされていることを確認するため、ソックスレー抽出液とガラスビーズ表面にコーティングされた層のESRスペクトルを測定した。測定結果を図1に示す。図1aに示すように、ソックスレー抽出液のESRスペクトルは、先鋭な3本線のシグナルを示す。通常、低分子TEMPOは、図1aに示すように、希薄溶液中において窒素核と不対電子の相互作用により3本線のスペクトルを示すことから、ソックスレー抽出により未反応4−ヒドロキシ−TEMPOが除去されたことが確認された。一方、このコーティングビーズをクロロホルムに浸し、コーティング層を抽出してESR測定を行ったところ、図1bに示すように、ブロードな1本線のESRスペクトルを示した。このコーティング層のESRスペクトルは、TEMPO間のスピン−スピン相互作用によるブロードなシグナルを示していることから、ガラスビーズ表層にはPCMS−TEMPOポリマーが固定されていることが明らかである。
【0067】
実施例1:タバコの煙中のROSの消去実験
たばこ煙中の活性酸素消去能の測定は、図2に示すように装置を組み立て、流量500mL/minでたばこ煙を装置内に吸いこみROS検出試薬をタバコ煙に暴露した。タバコ煙を暴露後、ただちにROS測定試薬のESR測定を行った。ROS検出法は、1,1−ジフェニル−2−ピクリルヒドラジル(1,1−diphenyl−2−picrylhydrazyl(DPPH))と5,5−ジメチル−1−ピロリン−N−オキシド(5,5−Dimethyl−1−pyrroline−N−oxide(DMPO))の2種類のROS検出試薬を用いてROS量の測定を行った。
【0068】
また、上記製造例(3)のポリマーコートビーズのソックスレー抽出を行った後、ビーズを減圧下で乾燥させ、NRPコートビーズ(NRP beads)を得た。このNRPコートビーズをたばこのフィルターモデルとして用いた。図2の装置(容積:約1cm)にNRPコートビーズ(5g)を加え、ROS検出試薬としてDPPHエタノール溶液(5mM,2mL)を用い、タバコの煙の暴露後(流速:500mL/min,30分間)、直ちにESR測定を行い、NRPのROS消去活性を評価した。結果を図2に示す。
【0069】
図3(a)にタバコの煙に暴露後のDPPHのESRシグナル高さを示す。DPPHは、通常溶液中で4本線のシグナルを有しているものの、活性酸素種、特にペルオキシラジカルが存在した時に、シグナルが定量的に減少する。ガラスビーズがない場合やポリマーがコーティングされていないガラスビーズにたばこ煙を暴露した場合、DPPHシグナルは著しく減少したのに対し、NRPをコートティングしたNRPビーズでは、タバコ煙暴露後においてもDPPHシグナルは、40%程度のDPPHラジカル量が残存し、NRPがたばこ煙中のROSを効果的に消去したことが理解できる。
【0070】
さらにスピントラップ剤DMPOを用いて、同様にNRPのROS消去能についての評価を行った。DMPOは、スーパーオキシドやヒドロキシルラジカルと反応し、ESRシグナル検出可能な化合物に変換されため、ROS検出試薬として使用されている。図3bにDMPOを用いて定量したROS消去活性の結果を示す。DPPHの結果と同様に、NRPコートビーズをフィルターして用いた場合、NRPは著しくROSを消去していることが明らかとなった。
【0071】
なお、本発明によるROS消去に関する概念図を図4に示す。
【産業上の利用可能性】
【0072】
本発明は、気相中に存在するROS効果的に消去できる手段を提供する。したがって、
大気汚染等、喫煙等により気相中に発生し、存在し得るROSを除去するための手段を提供する産業において利用できる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
環状ニトロキシルラジカルの機能的に固定された固形物と気相中に存在する活性酸素種を接触させるステップを含んでなる気相における活性酸素種の消去方法。
【請求項2】
環状ニトロキシルラジカルが、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−カルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−(2−クロロアセトアミド)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−イソチオシアネート−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−マレイミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、3−ヒドロキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−アミノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−シアノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−(2−クロロアセトアミド)−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−イソチオシアネート−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−マレイミド−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−アミノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、および2−アミノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシルならびに、それらのヒドロキシ、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、クロロアセトアミド基、イソチオシアネート基、マレイミド基と環状ニトロキシラジカルとの間に、連結基を有するように修飾された修飾体からなる群より選ばれる請求項1記載の方法。
【請求項3】
環状ニトロキシルラジカルの機能的に固定された固形物を有効成分として含んでなる気相中に存在する活性酸素種の消去用製剤。
【請求項4】
環状ニトロキシルラジカルが、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−カルボキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−シアノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−(2−クロロアセトアミド)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−イソチオシアネート−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−マレイミド−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、3−ヒドロキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−アミノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−カルボキシ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−シアノ−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−(2−クロロアセトアミド)−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−
1−オキシル、3−イソチオシアネート−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、3−マレイミド−2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−アミノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4,−トリメチル−1,3−チアゾリジン−3−オキシル、2−ヒドロキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、および2−アミノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−カルボキシ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−シアノ−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−(2−クロロアセトアミド)−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−イソチオシアネート−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシル、2−マレイミド−2,4,4−トリメチル−イミダゾリジン−3−オキシルならびに、それらのヒドロキシ、アミノ基、カルボキシル基、シアノ基、クロロアセトアミド基、イソチオシアネート基、マレイミド基と環状ニトロキシラジカルとの間に、連結基を有するように修飾された修飾体からなる群より選ばれる請求項3記載の製剤。
【請求項5】
請求項4記載の製剤であって、前記固形物が環状ニトロキシルラジカルに由来する基がペンダント基として合成ポリマーの主鎖に共有結合しているポリマーである、製剤。
【請求項6】
請求項5記載の製剤であって、合成ポリマーの主鎖に共有結合しているポリマーが、下記式(a)〜(p)で表される反復単位を、少なくとも、ポリマー主鎖の反復単位の50%以上をランダムもしくはブロックを形成するように含むコポリマーであるか、またはすべての反復単位がそれらのいずれかの1種であるホモポリマーである、製剤。
【化1】

【化2】

【化3】

【化4】

上式中、Rは環状ニトロキシルラジカルまたはORもしくはNHRが−O−(CH−NHR、−O−(CH−COOR、−OCO−(CH−NHR、−OCO−(CH−COORおよび−NHCO−(CH−NHR、−NHCO−(CH−COOR(ここで、Rが環状ニトロキシルラジカルであり、a、bおよびcは独立して1〜8の整数である)からなる群より選ばれる基を表し、nは、5〜10,000の整数を表し、またこれらのポリマー分子のαおよびω末端は、上記反復単位の性質に応じて、水素、ヒドロキシ、ヒドロキシの保護基C1−6アルキルカルボニル基であることができる。
【請求項7】
請求項6記載の製剤であって、合成ポリマーの主鎖に共有結合しているポリマーが、さらに固形支持体に固定されている、製剤。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2012−250160(P2012−250160A)
【公開日】平成24年12月20日(2012.12.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−123628(P2011−123628)
【出願日】平成23年6月1日(2011.6.1)
【出願人】(504171134)国立大学法人 筑波大学 (510)
【Fターム(参考)】