クエリ: エチレングリコールとテレフタル酸の脱水縮合によって作られる、飲み物の容器などに用いられている合成高分子は何でしょう?
文章: テレフタル酸 テレフタル酸(テレフタルさん、terephthalic acid)は、芳香族ジカルボン酸の一種。ベンゼン環のパラ位に2個のカルボキシル基が結合した形を持つ。TPAと略す。また高純度のものを PTA (purified terephthalic acid) と略すことがある。 酸性や中性の水、アルコールやジエチルエーテル等にはほとんど溶けないが、アルカリ性の水や熱濃硫酸、DMFには可溶である。異性体にフタル酸、イソフタル酸があり、これらの異性化あるいは p-キシレンの酸化によって作ることが可能。下式のようにエチレングリコールと縮合重合して生成されるポリエステルはポリエチレンテレフタラート (PET) と呼ばれ、ペットボトルや衣料の原料として工業的に重要である。テレフタル酸の2008年度日本国内生産量は 1,015,009t、消費量は 160,184t である。
文章: テルロフェン しかし、F2では、ハロゲンのPTに対する高い反応性のため、かなりの分解産物が見られた。フッ素は水に対して高い反応性を持ち、フッ化水素酸に変化するため、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンの代わりに水をハロゲントラップとして用いることで、この分解は回避できる。 文章: ジエチルエーテル ジエチルエーテルは酸を触媒としてエタノールの脱水縮合で合成できる。エタノールを硫酸のような強酸と混ぜると、酸が解離してヒドロニウムイオンが生じる。 これがエタノールの酸素原子をプロトン化することで、エタノール分子は正電荷を持つ。 そこでプロトン化されていないエタノールの求核性の酸素原子が、プロトン化したエタノール分子の水と置換して、ジエチルエーテルが生じる。 この反応は可逆性であり、エーテルの収率を高めるためには、反応系からエーテルを留出させる必要がある。また温度が高いとエタノールが脱水してエチレンを生じるので、この反応は150 °C以下で行う必要がある。 文章: 縮合剤 縮合剤または 脱水縮合剤とは付加脱離反応により、エステル・アミドなどのカルボン酸誘導体をワンポット合成するための反応試剤である。特にペプチド合成には温和な条件下で付加脱離反応を進行させる必要があり、その合成法開発の過程で多様な縮合剤が開発された。カップリング剤の範疇に含まれる。 縮合剤には、カルボン酸無水物、酸アジド、活性エステルなど反応系中で活性カルボン酸誘導体を生成するものがほとんどであるが、向山試薬のように酸化還元反応により形式的に水を除去するものも存在する。光延試薬などもこの一種である。 文章: ポリエチレングリコール PEG はエチレングリコールを重合した物で、色々な製品に用いられる。材料としての PEG は、軍用防護服や、糖尿病患者の血糖値を監視するための採血器に代わるタトゥー風の方法などへの応用も開発されつつある。PEG により、ポリウレタンエラストマーにゴム状の性質を与えることができ、これはポリウレタンフォームやスパンデックス繊維へ応用されている。 PEG を他の疎水性分子に結合すれば、非イオン界面活性剤(PEG部分はポリオキシエチレン[POE]鎖と呼ばれる)が得られ、化粧品の乳化剤などに用いられている。 分子量3500 - 4000 (79≦n≦91)のポリエチレングリコールは、慢性便秘の瀉下薬として用いられる(日本での製品名はモビコールとして2018年上市された)。 文章: 生体高分子 PLA、自然起源のゼイン(英語版)、ポリヒドロキシ酪酸などの一部の生体高分子は、ポリスチレンまたはポリエチレンをベースにしたプラスチックの代わりに使用することができる。 プラスチックの中には「分解性」、「酸素分解性」、または「紫外線分解性」と呼ばれるものがある。これは、光や空気に触れると分解されることを意味するものの、これらのプラスチックは依然として主に(98%も)石油をベースとしており、現在、包装および包装廃棄物に関する欧州連合の指令(94/62/EC)の下で「生分解性」と認定されていない。これに対し、生体高分子は分解され、そして家庭でのコンポスト化に適したものもある。 生体高分子(再生可能高分子とも呼ばれる)は、バイオマスから製造され、包装業界で使用される。バイオマスは、テンサイ、ジャガイモ、小麦などの作物に由来する。生体高分子の生産に使用される場合、これらは非食用作物として分類される。これらは次のような経路で変換される。 文章: ポルフォビリノーゲンシンターゼ ポルフォビリノーゲンシンターゼ(アミノレブリン酸脱水酵素)は、アミノレブリン酸2分子が不斉縮合することによりポルフォビリノーゲンを合成する。ヘム、クロロフィル、ビタミンB12を含む自然界すべてのテトラピロール類は、ポルフォビリノーゲンを共通の中間体としている。 ポルフォビリノーゲンシンターゼは、ポルフィリン生合成の2番目の反応に関わっている。 文章: 生体高分子 組織工学のためのキトサン複合体: キトサンとアルギン酸を配合したものを併用して機能的な創傷被覆材を構成している。これらの包帯は、治癒プロセスを助ける湿った環境を作り出す。この創傷被覆材はまた、生体適合性と生分解性に優れており、多孔質の構造を持っているため、細胞が被覆材の中で成長することができる。 食品:生体高分子は、食品業界において、包装、食用カプセル化フィルム、食品のコーティングなどに使用されている。ポリ乳酸(PLA)は、澄んだ色と耐水性があるため、食品業界では非常に一般的な素材である。しかし、ほとんどの高分子は親水性の性質であり、水分に触れると劣化が始まる。また、生体高分子は、食品を包む可食フィルムとしても利用されている。これらのフィルムは、抗酸化物質、酵素、プロバイオティクス、ミネラル、ビタミンなどを運ぶことができる。生体高分子フィルムに包まれた食品を摂取することで、これらを体内に供給することができる。 パッケージング: パッケージングで使用される最も一般的な生体高分子は、ポリヒドロキシアルカン酸(英語版)(PHA)、ポリ乳酸(PLA)、およびデンプンである。デンプンとPLAは市販され、生分解性があるため、一般的なパッケージの選択肢となっている。ただし、その遮断性や熱的特性は理想的なものではない。親水性高分子は耐水性がなく、水がパッケージを通り抜けて、パッケージの内容物に影響を与える可能性がある。ポリグリコール酸(PGA)は優れた遮断性を持った生体高分子で、PLAやデンプンによるバリア障害を直すために使用されるようになった。 文章: 高分子医薬品 1964年にBanghamはレシチン(卵黄ホスファジルコリン)の懸濁液を電子顕微鏡で観察し、ラメラ構造の二分子膜からなる小胞の形成を見出した。後にその小胞はリポソームと呼ばれるようになった。脂質分子は極性基と疎水性基からなる両親媒性物質で、水中では安定な二重膜構造をとりリポソームを形成する。リポソームは脂溶性薬物を膜内の疎水性部分に、水溶性薬物を内水相に包含できるためDDSキャリアとして有用である。リポソームは小さな一枚膜リポソーム(SUV)、大きな一枚膜リポソーム(LUV)、巨大な一枚膜リポソーム(GUV)多重層リポソーム(MLV)が知られている。調整法や調整に用いる脂質を選択することで粒子径、表面荷電、硬さなどを調節することができ、安定性や臓器への分布を制御することができる。リポソームの改善法としてステルス化(PEGリポゾーム)、トランスフェリンや糖鎖の修飾などが知られている。リポソーム製剤としては抗真菌薬のアムビゾーム(リポソームアムホテリシンB)やカポジ肉腫治療薬のドキシルなどが知られている。アムホテリシンBをデオキシコール酸で懸濁させた注射薬のファンギゾンが、深在性真菌症治療薬として使用されてきたが副作用のため十分な投与量、投与期間が確保できなかった。アムビゾームはアムホテリシンBとコレステロール複合体がリポソーム膜に組み込まれた構造をしており、その平均粒子径が100nmと小さいため網内系細胞に取り込まれにくい。血中でリポソーム構造を維持したまま安定に存在し、正常組織においては血管から漏出しにくいのに対して、感染部位においては血管透過性の亢進によりリポソームが漏出し存在する真菌に特異的に作用し抗真菌活性を示す。2017年現在はがんのターゲティングに好適な100nm程度の粒径ならばリポソームでも作成することができるがそれよりも小さな粒径の場合は高分子ミセルでなければ作成することができない。 高カロリー輸液に用いられる脂肪乳剤は精製大豆油を高度精製卵黄レシチンで乳化した脂肪微粒子(Lipid microsphere、リピッドマイクロスフェア)から成り立っている。脂肪乳剤は臨床においてはイントラリポス、イントラファット等の名で使用され、安全性や安定性は十分に確立されている。脂肪性の薬物をこの脂肪微粒子に溶解させ、これをキャリアとして薬物の安定化や病巣へのターゲティングを狙ったものをリポ剤とよぶ。リポ剤の例としては関節リウマチ治療薬のデキサメサゾンパルミコート(リメタゾン)、NSAIDsのフルルビプロフェンアキセチル(ロピオン、リップフェン)、慢性動脈閉塞症の治療薬のアルプロスタジル(パルクス、リプル)、静脈麻酔薬のプロポフォール(ディプリバン)などが知られている。 高分子ミセルは高分子から成るミセル構造のことである。高分子ミセルを薬物キャリアとしての研究は1980年代に始まったものでリポゾームなどの他のキャリアに比べると新しい部類になる。代表的な構成は親水性の鎖(A鎖)と疎水性の鎖(B鎖)からなるブロックコポリマーが、B鎖の部分を内核として数十~数百個の高分子が会合して形成する構造で内核に疎水性の薬物を内包する。B鎖としては疎水性鎖以外にも、鎖間に相互作用を生じる種類の高分子を用いることも可能である。例えば、イオン相互作用を生じる荷電性高分子鎖である。水溶性のA鎖としてはポリエチレングリコール(PEG)が用いられることが多い。最も標準的な構造は疎水性の低分子薬物を内包する球状ミセルである。リポソームでは水相に親水性の低分子薬物を内包することができるが標準的な高分子ミセルでは親水性薬物の封入が困難であるなど高分子ミセルとリポソームではいくつかの違いがある。高分子ミセルは疎水性薬物に対して大きな内包量をもつこと、10~100nmの小さな粒径が得られること、薬物放出速度の広い範囲での制御が可能なことなどはリポソームと比べて遊離な点である。しかし親水性薬物の封入が困難なこと、薬物封入法が未発達なこと、比較的に高度な高分子設計・合成が必要なことなどはリポソームより不利な点である。 文章: ヒドロキシエチルセルロース ヒドロキシエチルセルロース(英: Hydroxyethyl cellulose)は、セルロースにエチレンオキシドを付加させることにより水溶性を持たせた高分子化合物である。HECと略される。 文章: テルロフェン 金属触媒によるクロスカップリング反応やエニンの環化等、テルロフェン合成の様々な方法が開発されてきた。いくつかの例を下に示す。2008年、Zeniらは、銅触媒によるカルコゲノエニンの環化により3-置換カルコゲノフェンが得られ、さらにボロン酸を用いたパラジウム触媒の鈴木・宮浦カップリングにより官能基化されると報告した。2016年、Taylorらは、右田・小杉・スティルカップリングによるパーフルオロアリール置換テルロフェンの合成経路を報告した。この化合物は、この後、ヨウ素化とそれに続く薗頭カップリングにより、塩化物イオンや臭化物イオン等のアニオンの受容体が生成される。しかし、3-置換テルロフェンを合成する金属触媒のクロスカップリング反応は、合成が複雑な3-ブロモまたは3-ヨードテルロフェンを必要とするため、面倒であるとされる。 文章: 無細胞タンパク質合成系 理化学研究所の横山茂之らは大腸菌由来のCECF法の無細胞タンパク質合成系を用いて膜タンパク質を合成する方法を2009年に開発した。この方法は透析膜(半透膜)の内側に合成に必要な抽出液や鋳型となるDNAとともに、脂質と界面活性剤を混ぜてできた混合ミセル(脂質分子を界面活性剤で溶かした状態)を混入する。透析が進むと徐々に界面活性剤が透析膜の内側から除去されることで脂質分子が脂質二重膜を形成しリポソームを形成する。合成された膜タンパク質はリポソームに挿入され活性体の状態で生成した。リポソームに界面活性剤を加えることで可溶化することができた。その後の検討で、透析膜の内側に配置された混合ミセルは時間がたつと脂質と界面活性剤が再配置することが明らかになった。脂質は脂質二重膜の構造をとった膜断片を形成していき、その過程で膜断片にタンパク質が組み込まれる。 文章: ポリグリコール酸 PGAの合成法は出発物質の違いにより、いくつかの異なる合成法がある。 グリコール酸の縮合重合はPGAを合成するのにもっとも単純な方法であるが、低分子のオリゴマーが生成物となり効果的ではない。以下に手短に反応を説明する。 グリコール酸を常圧で175185°Cほどに加熱し、発生する水を留去する。その後150 mmHgに減圧し、その温度で2時間保つと低分子のPGAが得られる。 高分子ポリマーが得られる代表的な方法は、グリコール酸の環状ジエステルであるグリコリドの、開環重合である。当のグリコリドは低分子PGAを減圧で加熱するとジエステル体(グリコリド)は留出するので、これを捕集する。グリコリドの開環重合にはさまざまな触媒があり、アンチモン化合物系触媒には三酸化アンチモンやアンチモントリハライドがあり、亜鉛化合物系触媒として乳酸亜鉛、スズ化合物系触媒として2-エチルヘキサン酸スズ(II)やスズアルコキシドがある。中でもFDAが食品安定化剤として認可している2-エチルヘキサン酸スズ(II)が重合開始剤として広く使用されている。特許開示されている他の触媒としてはアルミニウムイソプロポキシドやカルシウムアセチルアセトナートやいくつかのランタノイドアルコキシド(例、イットリウムイソプロポキシド)があげられる。手短に開環重合反応の概略を示す。 触媒量の重合開始剤を、窒素雰囲気下に195°Cでグリコリドに加える。重合反応は二時間ほどで進行し、次いで温度を230°Cに上昇させ、30分ほど保持する。固化させると高分子ポリマーが得られる。 文章: エノール エンジオールは、C=C結合の両端に、それぞれヒドロキシ基がついた構造体(-C(OH)=C(OH)-)の事である。エンジオールはロブリー・ド・ブリュイン=ファン・エッケンシュタイン転位の反応中間体である。以下の図のように、ケトースは エンジオールを介してアルドースと平衡状態となる(ケト-エノール互変異性)。レダクトンは、エンジオール構造の隣にカルボニル基が結合した形状の構造体の事である。エンジオール構造は、隣接するカルボニルとの互変異性に起因する共鳴により安定化される。そのため、化学平衡はケト構造よりエンジオール構造に偏る。レダクトンは、強力な還元剤のため、酸化防止剤として利用される。またかなり強い強酸である。 文章: 相田卓三 (9) カテナン構造が高密度に配列した弾性有機金属結晶 (10) 水を超高速で通すにもかかわらず塩を通さない、大環状化合物からなる高密度フッ素化ナノチューブ 力学的に堅牢でありながら室温で自己修復するポリマーガラス「ポリエーテルチオ尿素」は、ポリマー材料において力学的堅牢さと自己修復能力は相容れないという長年の先入観を払拭した材料として注目を集めている。ポリエーテルチオ尿素は、その構成分子の分子量が比較的小さい(Mn = ~10,000 (g/mol))にもかかわらず、チオ尿素基間に形成される高密度で非線形な水素結合ネットワークにより、優れた力学的堅牢さ(ヤング率E = 1.4 GPa)を有する。このコンセプトを持続可能な材料の有望な例として世界経済フォーラム(World Economic Forum, Davos, 2019)で発表した。 文章: 向山光昭 シリルエノールエーテルとカルボニル化合物をルイス酸触媒(四塩化チタンなど)下で作用させるとアルドール反応が進行することを発見。この反応は世界的に向山アルドール反応と呼ばれるほどで、今日、有機合成化学者で知らない者はいないほど有名である。それ以外にも脱水縮合反応を中心とした研究を行っている。大環状化合物合成に有用な向山縮合試薬や、フッ化糖類を用いる新規グリコシル化反応なども開発した。脱水反応はライフワークともいうべきもので、その手法は大員環ラクトンの合成法である向山-Corey法、糖類の立体選択的アノマー構築など数多くの素反応へと展開された。弟子に当たる光延旺洋がこれを継承し、発展させたものが高名な光延反応である。 東京理科大学時代、これまで有機素反応開発で名を馳せた向山は、パクリタキセル(タキソール)の全合成に取り組み、わずか5年で達成した。その合成ルートはアルドール反応をうまく組み合わせ各置換基の立体が制御された非環形化合物をヨウ化サマリウムを用いた環化反応により八員環(B環)を始めに構築するという非常に特徴的なものであった。これはタキソール全合成5例目に当たる。さらに新規触媒的酸化反応(向山酸化反応)、アルケンの水和反応(向山水和反応)なども開発、幅広く独創的な研究を展開した。近年では、光延反応を改良した有用な反応系(向山酸化還元縮合反応)も開発している。 東京理科大学退職後、北里研究所に異動し、その後も塩化スルフィンイミドイルを用いるアルコールの酸化反応や、晩年はキノン - ホスフィンの酸化-還元系を用いる酸化還元縮合反応なども手がけ、精力的に研究を続けた。