電解法によるＤ−グルコサミン酸の製造方法
【課題】
種々アミノ酸の不斉合成の出発物質であり、白金イオンのキレート剤になりうることから抗がん剤としての用途も期待されているD-グルコサミン酸の製造方法には化学法および微生物を用いる生化学法がある。しかし、化学法には、収率の低さ、工程の煩雑さなどの問題、また、生化学法には、条件制御、大量生産の難しさなど解決すべき課題が多い。
【解決手法】
本発明で、上記課題解決のために、金属固体電極を用い、その金属固体電極の電位制御により、従来法の粉末状の金属触媒または微生物などを用いることなく、安全で安価にD-グルコサミンからD-グルコサミン酸を副生成物なく高収率で容易に製造する方法を提案する。
種々アミノ酸の不斉合成の出発物質であり、白金イオンのキレート剤になりうることから抗がん剤としての用途も期待されているD-グルコサミン酸の製造方法には化学法および微生物を用いる生化学法がある。しかし、化学法には、収率の低さ、工程の煩雑さなどの問題、また、生化学法には、条件制御、大量生産の難しさなど解決すべき課題が多い。
【解決手法】
本発明で、上記課題解決のために、金属固体電極を用い、その金属固体電極の電位制御により、従来法の粉末状の金属触媒または微生物などを用いることなく、安全で安価にD-グルコサミンからD-グルコサミン酸を副生成物なく高収率で容易に製造する方法を提案する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はD−グルコサミン酸の製造法に関する。さらに詳しくは金原子を表面に有する電極を用い、定電位電解法によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を製造する方法に関する。D−グルコサミン酸は体内吸収に優れたキレート型亜鉛サプリメントに有用な物質として用いられている。またアミノ酸分析の内部標準物質に用いられているほか、代謝拮抗剤および酵素阻害剤としても貴重な物質である。さらには、種々のアミノ酸の不斉合成の出発物質として用いられるほか、白金イオンのキレート剤に成り得ることから抗ガン剤としての用途も期待されている。
【背景技術】
【０００２】
現在のD−グルコサミン酸製造方法の概要は次のとおりである。カーボン粉末にパラジウム系触媒を担持させたものを、D−グルコサミンと溶液中において接触させることにより化学的にD−グルコサミン酸を得る。その後得られたD−グルコサミン酸を触媒と分離精製させる（例えば、非特許文献２，３，４参照）。
【０００３】
また、その他の製造方法として、生化学的な製造法がある。例えばアシネトバクター（Acinetobacter）属やエアロモナス（Aeromonas）属に属する微生物によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を生産する方法がある（例えば、特許文献１、非特許文献５参照）。また、その他グルコースオキシダーゼ（GOD）を用いた製造方法がある（例えば、非特許文献６参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１１１８８, 特開昭５９−１４７８７
【非特許文献１】O. Varela, A. P. Nin, R. M. Lederkremer, Tetrahedron Lett. 1994年, 35巻, pp.93599362.
【非特許文献２】E. Hardegger, F. Lohse, Helvetica Chimica Acta 1957年, 40巻, pp.2382-2389
【非特許文献３】G. Wen-Xiu, X. Wen-Shi, Journal of Carbohydrate Chemistry, 2006年, 25巻, pp.297-301.
【非特許文献４】滝口泰之 日本農芸化学会誌, 2003年, 77巻, No. 6, pp.576-578.
【非特許文献５】F. Pezzotti, H. Therisod, M. Therisod, Carbohydrate Research, 2005年, 340巻, No. 1, pp.139-141.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような粉末状の金属担持触媒を用いる化学的方法では一般に収率が低く、また金属触媒担持粉末とグルコサミン酸、さらには反応の際に生成する副生成物との分離精製の必要性があり、純度の高いグルコサミン酸を得るためには煩雑な工程になるなどの問題があった。
【０００６】
微生物を用いる生化学的な製造法は、細胞の培養およびD−グルコサミン酸の生成に長時間を有する他、製造過程における温度、湿度、などの条件を厳密に制御する必要がある。また、製造したD−グルコサミン酸は微生物と分離精製する必要があり、高収率で大量に製造するという点では問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は高収率でD−グルコサミン酸を提供することにある。また発明の第２の目的は、粉末状の金属触媒または微生物などの分離精製が困難であるものを用いず、容易でかつ大量にD−グルコサミン酸を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を行った。その結果、本発明者らによって金原子を表面に有する電極を用い、定電位電解を行うことでD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を高収率で容易に製造可能であることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述の課題解決のために、金属固体電極を用い、その金属固体電極の電位制御により、粉末状の金属触媒または微生物などを用いることなくかつ安全で安価にD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を高収率で容易に製造する方法を提案する。
【００１０】
ここで、前記金属固体電極は金原子を表面に有する電極を用いることが好ましい。また、前記金属固体電極が白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、銀、ビスマス、銅、ニッケル、コバルト、鉄から選択した１種または２種以上の原子の組合せからなる電極を用いることが好ましい。
【００１１】
D−グルコサミン酸の製造のための触媒電解物質としてはD−グルコサミンが好ましい。また、D−グルコサミンを誘導する原料物質が好ましい。
【００１２】
また、本発明による手法は、D−グルコサミンに限定されないアミノ糖に含まれるアルデヒド基をカルボキシル基に変換する手法として用いることが好ましい。
【００１３】
具体的には、前記金属固体電極を作用電極とし、作用電極の電位を所定の電位に制御した状態で、前記反応対象物質を作用電極と接触させて反応させることにより、アルデヒド基をカルボキシル基に触媒的に酸化する方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のD−グルコサミン酸の製造方法は、副生成物なくD−グルコサミン酸を製造可能なものであり、D−グルコサミン酸を効率よく、安全で安価に製造することが可能となる。また従来のような粉末状の金属触媒または微生物などを用いないため、分離精製の必要はなく容易な工程で製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る定電位電解の概略図であり、図２はその一部である電解セルを拡大して示したものである。
【００１６】
本実施の形態に係る定電位電解には作用極、対極、参照電極の三電極を用いる。
【００１７】
製造したD−グルコサミン酸の検出には、標準品のD−グルコサミン酸を用いた高速液体クロマトグラフィー（HPLC）により行うことができるほか、質量分析装置によっても分析可能である。
【００１８】
表面に金原子を有する電極は、金電極の他、様々な形態のものが適用でき、例えば導電性基板上に金薄膜を蒸着させた蒸着金、その他反応表面積を増大させる目的でスポンジ状の金電極なども利用可能であり、金原子が表面にありかつ導電性のものであればその形態は問わない。
【００１９】
電解質溶液には中性溶液もしくはアルカリ性溶液が適用可能である。例えばリン酸緩衝溶液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液などが利用可能である。
【００２０】
電解セルの形状は問わず、図１に示すようなバッチ式の反応セル中やフロー式の反応セル中などで電解を行うことが可能である。
【００２１】
副生成物なしに電流効率１００％の電解を行うために、反応電極に特定の電位を印加する（定電位電解法）。反応電極の電位の基準のために参照電極を用いるが、反応電極に特定の電位を印加することが可能であれば必ずしも参照電極は必要としない。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
実施例１では、定電位電解法に用いる電極の洗浄を行った。
【００２４】
金原子を表面に有する電極には表面積が約１０cm2の板状の金電極を用い、これを水素炎で加熱処理することにより、電極表面の有機物等を除去したのち、純粋でリンスした後、純粋中で１０分間ソニケーションを行うことにより電極の洗浄を行った。
【００２５】
参照電極には銀/塩化銀電極を用い、対極には板状の白金を用いた。白金は使用前に水素炎で加熱処理することにより、電極表面の有機物等を除去することで洗浄を行い、硝子フィルターを有する硝子セルに入れた。
【００２６】
（実施例２）
実施例２では、表面積が約１０cm2の板状の金電極を用い、アルカリ溶液中において定電位電解法によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸の生成を行った（図１および２）。また、電解合成の電流効率の評価および生成物の同定を行った。
【００２７】
１０ｍＭのD−グルコサミンを含む０．１M 水酸化ナトリウム水溶液を電解質溶液とし、−０．２Ｖ（ｖｓ．銀/塩化銀電極）で定電位電解を行ったところ、電流効率１００％でD−グルコサミン酸を生成した。また電解後のD−グルコサミン酸の濃度は９．６ｍＭであった。
【００２８】
生成したグルコサミン酸はＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）により検出した（図３）。ＨＰＬＣの以下の条件で使用した。
[ＨＰＬＣ条件]
カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＳＵＧＡＲ ＳＣ１０１１
移動相：０．０１Ｍ 硫酸カルシウム水溶液
流速：０．７ｍｌ／分
カラム温度：２５℃
検出：ＲＩ
【００２９】
グルコサミン酸であることの同定をさらに電子スプレーイオン化法質量分析装置で測定し、グルコサミン酸であることを同定した（図４）。
【００３０】
（実施例３）
実施例３では、表面積が約１０cm2の板状の金電極を用い、中性溶液中において定電位電解法によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸の生成を行った。また、電解合成の電流効率の評価を行った。
【００３１】
１０ｍＭのD−グルコサミンを含む０．１M リン酸緩衝水溶液を電解質溶液とし、０．４Ｖ（ｖｓ．銀/塩化銀電極）で定電位電解を行った。ＨＰＬＣから評価された電流効率は７０％であったものの中性溶液中でも高効率でD−グルコサミン酸を生成した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる実験装置の概略構成およびその条件を模式的に示した図である。作用極は直径２nmの金ナノ粒子を修飾した金電極。対極は白金板、参照極は銀/塩化銀電極、サンプル溶液は10mMのグルコサミンを含む0.1M NaOH水溶液である。
【図２】図１に示した電解セルの概略構成を詳細に記した図である。
【図３】ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）で検出された電解生成物であるグルコサミン酸のピークを示した図である。
【図４】電解生成物であるグルコサミン酸を電子スプレーイオン化法質量分析装置で同定した結果を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１ 攪拌子
２ 0.1 M NaOH水溶液
３ 窒素注入口
４ 対極
５ 参照極
６ 作用極
７ 攪拌器
８ ポテンショスタット
９ 作用極（金電極）
１０ 0.1 M NaOH水溶液
１１ 参照極（銀/銀塩化銀電極）
１２ 対極（白金板）
【技術分野】
【０００１】
本発明はD−グルコサミン酸の製造法に関する。さらに詳しくは金原子を表面に有する電極を用い、定電位電解法によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を製造する方法に関する。D−グルコサミン酸は体内吸収に優れたキレート型亜鉛サプリメントに有用な物質として用いられている。またアミノ酸分析の内部標準物質に用いられているほか、代謝拮抗剤および酵素阻害剤としても貴重な物質である。さらには、種々のアミノ酸の不斉合成の出発物質として用いられるほか、白金イオンのキレート剤に成り得ることから抗ガン剤としての用途も期待されている。
【背景技術】
【０００２】
現在のD−グルコサミン酸製造方法の概要は次のとおりである。カーボン粉末にパラジウム系触媒を担持させたものを、D−グルコサミンと溶液中において接触させることにより化学的にD−グルコサミン酸を得る。その後得られたD−グルコサミン酸を触媒と分離精製させる（例えば、非特許文献２，３，４参照）。
【０００３】
また、その他の製造方法として、生化学的な製造法がある。例えばアシネトバクター（Acinetobacter）属やエアロモナス（Aeromonas）属に属する微生物によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を生産する方法がある（例えば、特許文献１、非特許文献５参照）。また、その他グルコースオキシダーゼ（GOD）を用いた製造方法がある（例えば、非特許文献６参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１１１８８, 特開昭５９−１４７８７
【非特許文献１】O. Varela, A. P. Nin, R. M. Lederkremer, Tetrahedron Lett. 1994年, 35巻, pp.93599362.
【非特許文献２】E. Hardegger, F. Lohse, Helvetica Chimica Acta 1957年, 40巻, pp.2382-2389
【非特許文献３】G. Wen-Xiu, X. Wen-Shi, Journal of Carbohydrate Chemistry, 2006年, 25巻, pp.297-301.
【非特許文献４】滝口泰之 日本農芸化学会誌, 2003年, 77巻, No. 6, pp.576-578.
【非特許文献５】F. Pezzotti, H. Therisod, M. Therisod, Carbohydrate Research, 2005年, 340巻, No. 1, pp.139-141.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような粉末状の金属担持触媒を用いる化学的方法では一般に収率が低く、また金属触媒担持粉末とグルコサミン酸、さらには反応の際に生成する副生成物との分離精製の必要性があり、純度の高いグルコサミン酸を得るためには煩雑な工程になるなどの問題があった。
【０００６】
微生物を用いる生化学的な製造法は、細胞の培養およびD−グルコサミン酸の生成に長時間を有する他、製造過程における温度、湿度、などの条件を厳密に制御する必要がある。また、製造したD−グルコサミン酸は微生物と分離精製する必要があり、高収率で大量に製造するという点では問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は高収率でD−グルコサミン酸を提供することにある。また発明の第２の目的は、粉末状の金属触媒または微生物などの分離精製が困難であるものを用いず、容易でかつ大量にD−グルコサミン酸を製造する方法を提供することにある。
【０００８】
本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意研究を行った。その結果、本発明者らによって金原子を表面に有する電極を用い、定電位電解を行うことでD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を高収率で容易に製造可能であることが見出された。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述の課題解決のために、金属固体電極を用い、その金属固体電極の電位制御により、粉末状の金属触媒または微生物などを用いることなくかつ安全で安価にD−グルコサミンからD−グルコサミン酸を高収率で容易に製造する方法を提案する。
【００１０】
ここで、前記金属固体電極は金原子を表面に有する電極を用いることが好ましい。また、前記金属固体電極が白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、銀、ビスマス、銅、ニッケル、コバルト、鉄から選択した１種または２種以上の原子の組合せからなる電極を用いることが好ましい。
【００１１】
D−グルコサミン酸の製造のための触媒電解物質としてはD−グルコサミンが好ましい。また、D−グルコサミンを誘導する原料物質が好ましい。
【００１２】
また、本発明による手法は、D−グルコサミンに限定されないアミノ糖に含まれるアルデヒド基をカルボキシル基に変換する手法として用いることが好ましい。
【００１３】
具体的には、前記金属固体電極を作用電極とし、作用電極の電位を所定の電位に制御した状態で、前記反応対象物質を作用電極と接触させて反応させることにより、アルデヒド基をカルボキシル基に触媒的に酸化する方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のD−グルコサミン酸の製造方法は、副生成物なくD−グルコサミン酸を製造可能なものであり、D−グルコサミン酸を効率よく、安全で安価に製造することが可能となる。また従来のような粉末状の金属触媒または微生物などを用いないため、分離精製の必要はなく容易な工程で製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る定電位電解の概略図であり、図２はその一部である電解セルを拡大して示したものである。
【００１６】
本実施の形態に係る定電位電解には作用極、対極、参照電極の三電極を用いる。
【００１７】
製造したD−グルコサミン酸の検出には、標準品のD−グルコサミン酸を用いた高速液体クロマトグラフィー（HPLC）により行うことができるほか、質量分析装置によっても分析可能である。
【００１８】
表面に金原子を有する電極は、金電極の他、様々な形態のものが適用でき、例えば導電性基板上に金薄膜を蒸着させた蒸着金、その他反応表面積を増大させる目的でスポンジ状の金電極なども利用可能であり、金原子が表面にありかつ導電性のものであればその形態は問わない。
【００１９】
電解質溶液には中性溶液もしくはアルカリ性溶液が適用可能である。例えばリン酸緩衝溶液、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液などが利用可能である。
【００２０】
電解セルの形状は問わず、図１に示すようなバッチ式の反応セル中やフロー式の反応セル中などで電解を行うことが可能である。
【００２１】
副生成物なしに電流効率１００％の電解を行うために、反応電極に特定の電位を印加する（定電位電解法）。反応電極の電位の基準のために参照電極を用いるが、反応電極に特定の電位を印加することが可能であれば必ずしも参照電極は必要としない。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００２３】
（実施例１）
実施例１では、定電位電解法に用いる電極の洗浄を行った。
【００２４】
金原子を表面に有する電極には表面積が約１０cm2の板状の金電極を用い、これを水素炎で加熱処理することにより、電極表面の有機物等を除去したのち、純粋でリンスした後、純粋中で１０分間ソニケーションを行うことにより電極の洗浄を行った。
【００２５】
参照電極には銀/塩化銀電極を用い、対極には板状の白金を用いた。白金は使用前に水素炎で加熱処理することにより、電極表面の有機物等を除去することで洗浄を行い、硝子フィルターを有する硝子セルに入れた。
【００２６】
（実施例２）
実施例２では、表面積が約１０cm2の板状の金電極を用い、アルカリ溶液中において定電位電解法によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸の生成を行った（図１および２）。また、電解合成の電流効率の評価および生成物の同定を行った。
【００２７】
１０ｍＭのD−グルコサミンを含む０．１M 水酸化ナトリウム水溶液を電解質溶液とし、−０．２Ｖ（ｖｓ．銀/塩化銀電極）で定電位電解を行ったところ、電流効率１００％でD−グルコサミン酸を生成した。また電解後のD−グルコサミン酸の濃度は９．６ｍＭであった。
【００２８】
生成したグルコサミン酸はＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）により検出した（図３）。ＨＰＬＣの以下の条件で使用した。
[ＨＰＬＣ条件]
カラム：Ｓｈｏｄｅｘ ＳＵＧＡＲ ＳＣ１０１１
移動相：０．０１Ｍ 硫酸カルシウム水溶液
流速：０．７ｍｌ／分
カラム温度：２５℃
検出：ＲＩ
【００２９】
グルコサミン酸であることの同定をさらに電子スプレーイオン化法質量分析装置で測定し、グルコサミン酸であることを同定した（図４）。
【００３０】
（実施例３）
実施例３では、表面積が約１０cm2の板状の金電極を用い、中性溶液中において定電位電解法によりD−グルコサミンからD−グルコサミン酸の生成を行った。また、電解合成の電流効率の評価を行った。
【００３１】
１０ｍＭのD−グルコサミンを含む０．１M リン酸緩衝水溶液を電解質溶液とし、０．４Ｖ（ｖｓ．銀/塩化銀電極）で定電位電解を行った。ＨＰＬＣから評価された電流効率は７０％であったものの中性溶液中でも高効率でD−グルコサミン酸を生成した。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施の形態に係わる実験装置の概略構成およびその条件を模式的に示した図である。作用極は直径２nmの金ナノ粒子を修飾した金電極。対極は白金板、参照極は銀/塩化銀電極、サンプル溶液は10mMのグルコサミンを含む0.1M NaOH水溶液である。
【図２】図１に示した電解セルの概略構成を詳細に記した図である。
【図３】ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）で検出された電解生成物であるグルコサミン酸のピークを示した図である。
【図４】電解生成物であるグルコサミン酸を電子スプレーイオン化法質量分析装置で同定した結果を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１ 攪拌子
２ 0.1 M NaOH水溶液
３ 窒素注入口
４ 対極
５ 参照極
６ 作用極
７ 攪拌器
８ ポテンショスタット
９ 作用極（金電極）
１０ 0.1 M NaOH水溶液
１１ 参照極（銀/銀塩化銀電極）
１２ 対極（白金板）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解法を用いることを特徴とするD−グルコサミンからのD−グルコサミン酸（２−アミノ−２−デオキシ−D−グルコサミックアシッド）の製造方法。
【請求項２】
前記電解法において、金原子を表面に有する電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電解法において、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、銀、ビスマス、銅、ニッケル、コバルト、鉄から選択した１種または２種以上の原子の組合せからなる電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電解法において、電位を制御することによりD−グルコサミン酸以外の副生成物を生成しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１】
電解法を用いることを特徴とするD−グルコサミンからのD−グルコサミン酸（２−アミノ−２−デオキシ−D−グルコサミックアシッド）の製造方法。
【請求項２】
前記電解法において、金原子を表面に有する電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記電解法において、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、銀、ビスマス、銅、ニッケル、コバルト、鉄から選択した１種または２種以上の原子の組合せからなる電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電解法において、電位を制御することによりD−グルコサミン酸以外の副生成物を生成しないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−６９３９２（Ｐ２００８−６９３９２Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４８０３３（Ｐ２００６−２４８０３３）
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（３０６０３６３５８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１３日（２００６．９．１３）
【出願人】（３０６０３６３５８）
【Ｆターム（参考）】
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