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Title:
MONOLITH SEPARATION MEDIUM FOR CHROMATOGRAPHIC USE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/050801
Kind Code:
A1
Abstract:
A monolith separation medium comprising a skeletal phase and continuous pores forming a three-dimensional network structure, which has a functional group enabling the introduction of a new functional group on the surface of the skeletal phase. The skeletal phase has an average diameter of a submicron to micrometer size and is in a co-continuous structure of the non-particle-aggregation type. It is composed of an addition polymer of 1,3-bis(N,N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane as an epoxy compound with a bifunctional or higher amine compound, is rich in organic matters and is free from any aromatic-origin carbon atom. Thus, it is an organic polymer monolith separation medium of the non-particle-aggregation type.

Inventors:
HOSOYA KEN (JP)
SAKAMOTO MARI (JP)
HORIIKE SHIGEYOSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2007/070284
Publication Date:
April 23, 2009
Filing Date:
October 17, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SHIMADZU CORP (JP)
HOSOYA KEN (JP)
SAKAMOTO MARI (JP)
HORIIKE SHIGEYOSHI (JP)
International Classes:
G01N30/88; B01J20/26; C08G59/28
Domestic Patent References:
WO2007083348A12007-07-26
WO2004070378A12004-08-19
Other References:
VLAKH E. ET AL: "Solid Phase Peptide Synthesis on Epoxy-Bearing Methacrylate Monoliths", JOURNAL OF PEPTIDE SCIENCE, vol. 10, 2004, pages 719 - 730, XP002997960
HOSOYA K. ET AL: "Yuki Kobunshi o Moto to shita Atarashii Monolith- gata Bunri Baitai", CHROMATOGRAPHY, vol. 27, no. SUPPL.2, 31 October 2006 (2006-10-31), pages 55 - 56, XP003027179
KUBO T. ET AL: "Polymer Kizai Monolith Capillary Column no Saigensei", CHROMATOGRAPHY, vol. 28, no. SUPPL. 1, 1 May 2007 (2007-05-01), pages 45 - 46, XP003027180
Attorney, Agent or Firm:
NOGUCHI, Shigeo (Rapport Nanba Bldg. 9F 8-1, Motomachi 2-chome, Naniwa-ku, Osaka-sh, Osaka 16, JP)
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Claims:
 骨格相と、
 前記骨格相により形成された三次元網目状に連続した細孔と、
 前記骨格相に存在して新たな官能基の導入が可能な官能基と、を備え、
 前記骨格相はサブミクロンからマイクロメーターサイズの平均直径を有し、粒子凝集型でない共連続構造をもち、エポキシ化合物としての1,3-ビス(N,N'-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンと二官能性以上のアミン化合物との付加重合体から構成され、有機物質に富み、かつ芳香族由来の炭素原子又は複素環を含まないものである有機高分子ゲル状クロマトグラフィー用モノリス分離媒体。
 前記アミン化合物は脂肪族アミン類、脂環式ポリアミン類又は脂肪族ポリアミドアミン類であって、1級アミンを2つ以上含むポリアミン類である請求項1に記載のモノリス分離媒体。
 前記アミン化合物は脂環式ポリアミンのビス(4-アミノシクロヘキシル)メタンである請求項2に記載のモノリス分離媒体。
 前記エポキシ化合物及び前記アミン化合物はともに光学活性体であり、この分離媒体は光学対掌体に対して分離能をもつ請求項1から3のいずれか一項に記載のモノリス分離媒体。
請求項1に記載のモノリス分離媒体を製造する方法であって、以下の工程(A)及び(B)を備えている製造方法。
 (A)エポキシ化合物としての1,3-ビス(N,N'-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンと二官能性以上のアミン化合物をポロゲン中で60℃から200℃の範囲で加熱して重合させてゲル状体を得る工程、及び
 (B)その後、当該ゲル状体を溶媒で洗浄してポロゲンを除去して骨格相を残す工程。
 前記アミン化合物は脂肪族アミン類、脂環式ポリアミン類又は脂肪族ポリアミドアミン類である請求項5に記載の製造方法。
 前記アミン化合物は脂環式ポリアミンのビス(4-アミノシクロヘキシル)メタンである請求項6に記載の製造方法。
 前記ポロゲンはセロソルブ類、エステル類又はグリコール類である請求項5から7のいずれか一項に記載の製造方法。
前記ポロゲンはポリエチレングリコールである請求項8に記載の製造方法。
Description:
クロマトグラフィー用モノリス 離媒体及びその製造方法

 本発明は、三次元的な網目構造を有する 機ポリマーの骨格相と連通した細孔をもつ ロマトグラフィー用のモノリス分離媒体及 その製造方法に関するものである。

 貫通流路と骨格が一体となった多孔質体( モノリスと呼称)は、高速液体クロマトグラ ィー用の分離媒体として用いた場合、広い 路と細い骨格に基づいて高いカラム性能が られたり、低い圧力損失に基づく高流速下 おいても性能の低下が抑えられたりと、従 の粒子充てん型のカラムには見られない優 性が発現することが知られている。主にシ カゲルを用いたモノリスが微細な構造制御 基づいて高い性能を実現しており、一部は 販もされている。

 有機高分子を基にしたポリマーモノリス 存在する。従来の有機ポリマーモノリスは 水性モノマー成分に貧溶媒である多孔性化 媒(ポロゲン)が組み合わせられてきた。こ 溶液系では成長するポリマー鎖の立体障害 りもポリマー鎖間のファンデルワールス力 大きくなり、ポリマー鎖は凝集する。その め、ポリマー鎖のからみあいによる核形成 ポリマー鎖凝集によるミクロゲル粒子の成 、系の急激な表面エネルギーの上昇が起こ 、さらにミクロゲル粒子は凝集してゲルは 似的成長(フラクタル化)を続けて粗大化する 。このようなモノマーと溶液系の特徴は、ゲ ルが粒子凝集の形態をとり成長するとともに 、相分離がゲル化と競合して極めて早く起こ り、比表面積が小さいモノリス形態が固定化 されて粒子凝集型モノリスとなることである 。そのため、従来の有機ポリマーモノリスに は、骨格構造がなく、貫通細孔の迷路係数が 大きい。したがって、高流速での背圧上昇、 モノリス圧縮性による形態変化などの問題が 本質的に存在する。

 また、従来の有機ポリマーモノリスは内 1mm以上の空カラム管内に直接形成すると、 機ポリマーモノリス自身の収縮性によって カラムから有機ポリマーモノリスが剥離す 問題があり、空カラム管への有機ポリマー ノリスの直接形成は実現困難であった。

 本発明者らは、このような課題を解決する めに鋭意検討した結果、骨格相が二官能性 上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミ 化合物からの付加重合体から構成され、新 な官能基の導入が可能な官能基をもつモノ ス分離媒体を作成した(特許文献1参照。)。
 他の有機ポリマーモノリスとしては、骨格 がGMA(glycidyl methacrylate)とEDMA(ethylene dimethacry late)との共重合体からなり、その骨格相の表 に存在するエポキシ基にエチレンジアミン 反応させて官能基としてアミノ基を導入し ものが知られている(非特許文献1,2参照。)

WO2007/083348 A1 Journal of Peptide Science, Vol. 10, p.719-730, 2004 Journal of Combinational Chemistry, Vol. 4, no. 1, p.33-37, 2002

 本発明は、骨格相が二官能性以上のエポ シ化合物と二官能性以上のアミン化合物か の付加重合体から構成されているモノリス 離媒体であって、新たな材料の組合せによ て同様の骨格相をもつモノリス分離媒体を 供することを目的とするものである。

 本発明者らは、上記の課題を解決するた 、特定の分子構造を持つエポキシ化合物を ロゲンに溶解し、そこに二官能性以上のア ン化合物を加えて加熱重合することで重合 とポロゲンをスピノーダル分解させ、相分 の成長によって粒子凝集構造に移行する前 安定的に架橋することで粒子凝集型ではな 共連続構造を凍結し、次いでポロゲンを除 することで骨格構造の極めて均一な多孔体 得られることを見いだした。特定の分子構 をもつエポキシ化合物とは、1,3-ビス(N,N'-ジ グリシジルアミノメチル)シクロヘキサン(1,3- bis(N,N'-diglycidylaminomethyl)cyclohexane)である。1,3- ス(N,N'-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘ キサンは4個のエポキシ基を有するエポキシ 合物であり、液体であって室温で重合する となく高温で重合反応するエポキシ化合物 ある。

 このようにして得られた本発明の有機ポ マーモノリスによる分離媒体は、骨格相と の骨格相により形成された三次元網目状に 続した細孔と、骨格相上に存在する新たな 能基が導入可能な官能基を備えており、そ 骨格相はサブミクロンからマイクロメート サイズの平均直径を有し、粒子凝集型でな 共連続構造をもち、エポキシ化合物として 1,3-ビス(N,N'-ジグリシジルアミノメチル)シ ロヘキサンと二官能性以上のアミン化合物 らの付加重合体から構成され、有機物質に み、かつ芳香族由来の炭素原子や複素環を まないものである。

 骨格相に存在して新たな官能基の導入が 能な官能基とは、エポキシ基とアミノ基と 反応により生じた水酸基の他、反応せずに 存したアミノ基やエポキシ基を含む。

 本発明の製造方法は、本発明の有機ポリマ モノリスによる分離媒体を製造するための 法であって、次の工程(A)と(B)を含んでいる
 (A)エポキシ化合物としての1,3-ビス(N,N'-ジグ リシジルアミノメチル)シクロヘキサンと二 能性以上のアミン化合物をポロゲン中で60℃ から200℃の範囲で加熱して重合させてゲル状 体を得る工程、及び
 (B)その後、ゲル状体を水などの溶媒で洗浄 てポロゲンを除去して骨格相を残す工程。

 ポロゲン中での重合温度はエポキシ化合 及びアミン化合物がそれぞれポロゲン中で 解して重合反応を行なうための適当な温度 り、エポキシ化合物、アミン化合物及びポ ゲンの種類に応じて適当に設定すればよい

 アミン化合物は硬化剤として使用される のであり、脂肪族アミン類、脂環式ポリア ン類又は脂肪族ポリアミドアミン類であっ 、1級アミンを二つ以上含むポリアミン類を 用いることができる。

 脂肪族アミン類としては、エチレンジア ン、ジエチレントリアミン、トリエチレン トラミン、テトラエチレンペンタミン、イ ノビスプロピルアミン、ビス(ヘキサメチレ ン)トリアミン、1,3,6-トリスアミノメチルヘ サン、ポリメチレンジアミン、トリメチル キサメチレンジアミン、ポリエーテルジア ン等を用いることができる。

 脂環式ポリアミン類としては、イソホロ ジアミン、メンタンジアミン、N-アミノエ ルピペラジン、3,9-ビス(3-アミノプロピル)2,4 ,8,10-テトラオキサスピロン、ビス(4-アミノシ クロヘキシル)メタンやこれらの変性品等を いることができる。

 脂肪族ポリアミドアミン類としてはポリ ミン類とダイマー酸からなるものを用いる とができる。

 アミン化合物として特に好ましいのは、 ス(4-アミノシクロヘキシル)メタン及びビス (4-アミノー3-メチルシクロヘキシル)メタンで ある。

 ポロゲンとは、エポキシ化合物及び硬化 を溶かすことができ、かつ、これらが重合 た後、反応誘起相分離を生じさせることが 能な溶剤をいう。ポロゲンとしてはセロソ ブ類、エステル類又はグリコール類を用い ことができる。

 セロソルブ類としては、メチルセロソル 及びエチルセロソルブなどを用いることが きる。

 エステル類としては、エチレングリコー モノメチルエーテルアセテート及びプロピ ングリコールモノメチルエーテルアセテー などを用いることができる。

 グリコール類としては、ポリエチレング コール及びポリプロピレングリコール等を いることができる。

 これらのポロゲンの中でも分子量600以下 ポリエチレングリコールが好ましく、特に 子量300以下のポリエチレングリコールが好 しい。

 本発明の製造方法において、エポキシ化合 に対するアミン化合物の原料組成は、モル で表わして、エポキシ化合物:アミン化合物 =1:1~1:3の範囲が適当である。
 また、ポロゲンの添加量は、エポキシ化合 、アミン化合物及びポロゲンの合計重量に して1~99重量%が適当である。

 1,3-ビス(N,N'-ジグリシジルアミノメチル) クロヘキサンは光学対掌体をもつキラルな 合物であり、本発明ではラセミ体と光学活 体のいずれも使用することができる。

 アミン化合物としてもキラルな化合物を 用することができ、アミン化合物としても セミ体と光学活性体のいずれも使用するこ ができる。

 液体クロマトグラフィーによって光学対 体のS体とR体を分離することを目的とした 学分割用の分離媒体は、エポキシ化合物及 アミン化合物にともに光学活性体を使用す ことにより実現することができる。

 本発明では、粒子凝集する前に架橋反応 るために明瞭な骨格相を有する共連続構造 有機ポリマーモノリスを実現できる。また 多官能性エポキシ化合物であるために架橋 応がしやすく、架橋反応による有機ポリマ モノリスの収縮が小さいことが期待される 特に、エポキシ化合物としての1,3-ビス(N,N'- ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン 液体であって室温での反応性が乏しいため 固体であるエポキシ化合物のように高温下 ポロゲンに溶解する必要があるエポキシ化 物と比較してカラムなどへの充填が容易で る。また、1,3-ビス(N,N'-ジグリシジルアミノ チル)シクロヘキサンは四官能性エポキシ化 合物であるので、相分離後に架橋してゲル化 する際に収縮が小さい。

 このような本発明のモノリス分離媒体は その骨格相がサブミクロンからマイクロメ トルサイズの平均直径を有し、粒子凝集型 ない共連続構造をもち、二官能性以上のエ キシ化合物と二官能性以上のアミン化合物 らの付加重合体から構成され、有機物質に み、かつ芳香族由来の炭素原子を含まない のであることによって、従来に全く見られ い高性能を与える液体クロマトグラフィー 固定相として有用である。そして、キャピ リーカラムから汎用サイズのカラムまで使 可能である。

 本発明の製造方法は、エポキシ化合物と ミン化合物をポロゲン中で加熱して重合さ る極めて簡便な手法であるため、キャピラ ーカラムから、比較的大きさ直径を持つカ ムにまで有効に利用できる。

一実施例により製造された有機ポリマ モノリスキャピラリーカラムの走査型電子 微像を示す図である。 同実施例のキャピラリーカラムによる ラシルとベンゼンの分離クロマトグラムで る。 比較例により製造された有機ポリマー ノリスキャピラリーカラムによるウラシル ベンゼンの分離クロマトグラムである。

 非粒子凝集型で高性能なポリマーモノリ を形成してなる本発明の分離媒体は、原料 用いるエポキシ化合物としての1,3-ビス(N,N'- ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン 硬化剤との特定の組合わせによって形成さ る。具体的には、エポキシ化合物の1,3-ビス( N,N'-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサ ンが四官能性の非芳香族エポキシ化合物であ り、硬化剤が二官能性以上の非芳香族アミン 化合物である。これにより、非粒子凝集型で 三次元分岐構造をもった高性能ポリマーモノ リス分離媒体が得られる。

 以下に、本発明で用いうるエポキシ化合 及び硬化剤について例示する。

(実施例1)
 分離媒体の実施例とその分離媒体を製造す のに適した製造方法の実施例について説明 る。エポキシ化合物は1,3-ビス(N,N'-ジグリシ ジルアミノメチル)シクロヘキサン(BDAC)であ 、アミノ化合物としてはビス(4-アミノシク ヘキシル)メタン(BACM)、ポロゲンとしては分 量が300のポリエチレングリコール(PEG300:ナ ライテスク社の商品名)を使用した。1,3-ビス (N,N'-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキ ンはラセミ体であっても光学活性体であっ もよい。BDACとBACMの化学構造式は以下に示す ものである。

[ポリマーモノリスの作成]
 0.93gのBDACに対し、BACMが0.47g、PEG300が3.6gとな るように調合して、室温で溶融石英キャピラ リーに充填し、150℃のオイルバスで24時間加 し重合させた。その後、メタノールと水で 浄した。

 上記の重合によって製造された有機ポリ ーモノリスのキャピラリーカラムの走査電 顕微鏡写真を図1に示す。この有機ポリマー モノリスの骨格相はマイクロメーターサイズ の平均直径を有し、粒子凝集でない共連続構 造をもっており、その骨格相により形成され た細孔が三次元網目状をしていることがわか る。

 上記で製造された本実施例の有機ポリマ モノリスのキャピラリーカラム(内径100μm、 長さ20cm)を用いて行ったウラシルとベンゼン 分離クロマトグラムを図2に示す。移動相は 60%のアセトニトリル水溶液(20mMリン酸緩衝液 よりpH7.0)、カラム温度は室温で、検出は210n mでの紫外線吸収により行った。図2で、前側 ピークがウラシル、後側のピークがベンゼ であり、Nは理論段数である。

 理論段数は半値幅法により次の式により計 した。
   N=5.54(t r /W 0.5h ) 2
ここで、t r は保持時間、W 0.5h は半値幅である。

(比較例)
 エポキシ化合物としては芳香族化合物であ 2-[(4-{1-メチル-1-[4-(2オキシラニルメトキシ) ェニル]エチル}フェノキシ)メチル]オキシラ ン(2-[(4-{1-methyl-1-[4-(2oxiranylmethoxy)phenyl]ethyl}phen oxy)methyl]oxirane:BADE)を使用し、アミン化合物と ポロゲンは実施例1と同じくアミン化合物と てBACM、ポロゲンとしては分子量が200のポリ チレングリコール(PEG200:ナカライテスク社 商品名)を使用した。

 0.52gのBACMを7.20gのPEG200に加熱溶解し、そ 後2.33gのBADEを加えて混合し攪拌した。その 液を溶融石英キャピラリーに充填し、120℃ オーブンにて1時間加熱して重合した。

 その後、水とメタノールで洗浄した後、 空乾燥した。

 上記で製造された比較例の有機ポリマーモ リスキャピラリーカラム(内径100μm、長さ20c m)を用いて行なったウラシルとベンゼンの分 クロマトグラムを図3に示す。移動相は60%の アセトニトリル水溶液(20mMリン酸緩衝液によ pH7.0)、カラム温度は室温、移動相の流量は0 .15mL/分、線速度は1.01mm/秒、圧力は50kg/cm 2 、検出はカラムから9cm離れた位置に配置され た内径50μmのキャピラリーで210nmでの紫外線 収により行なった。

 図3で、前側のピークはウラシル、後側の ピークはベンゼンである。半値幅法により求 めた理論段数はウラシルで3085、ベンゼンで37 8となり、実施例1の本発明のものと比べると っている。これは、エポキシ化合物として 香族化合物を用いたために、形成される骨 相が芳香族由来の炭素原子を含んでいるた であると考えられる。

 本発明のモノリス分離媒体は、液体クロ トグラフィー用固定相としてキャピラリー ラムから汎用サイズのカラムにまで利用す ことができる。




 
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