(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格相と、
前記骨格相により形成され三次元網目状に連続した細孔と、
前記骨格相の表面に存在し、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トル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2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートと１分子中に２個以上のアミノ基をもつアミン化合物からの付加重合体から構成され、芳香族化合物を構成する炭素原子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。
【請求項２】
この分離媒体からなる高速液体クロマトグラフィー用分離カラムはカラム長さ１メートル当たり５００００段以上の理論段数を有する請求項１に記載のモノリス分離媒体。
【請求項３】
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に記載のモノリス分離媒体。
【請求項４】
請求項１に記載のモノリス分離媒体を製造する方法において、
（Ａ）エポキシ化合物としての2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートと１分子中に２個以上のアミノ基をもつ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、
（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、及び
（Ｃ）その後、乾燥する工程。
【請求項５】
前記アミン化合物は、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミ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キサン、ポリメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ポリエーテルジアミン等の脂肪族アミン類、イソホロンジアミン、メンタンジアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、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）メタンもしくはこれらの変性品等の脂環式ポリアミン類、又はポリアミン類とダイマー酸からなる脂肪族ポリアミドアミン類である請求項４に記載のモノリス分離媒体の製造方法。
【請求項６】
前記エポキシ化合物及び前記アミン化合物としてともに光学活性体を用いる請求項４又は５に記載のモノリス分離媒体の製造方法。
【請求項７】
前記ポロゲンはメチルセロソルブ、エチルセロソルブなどのセロソルブ類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、又はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類である請求項４から６のいずれかに記載のモノリス分離媒体の製造方法。
【請求項８】
前記ポロゲンはポリエチレングリコールである請求項７に記載のモノリス分離媒体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物質に富む骨格相と三次元網目状に連続した細孔とからなる共連続構造をもつクロマトグラフィー用のモノリス分離媒体及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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フィー用の分離媒体として用いた場合、広い流路と細い骨格に基づいて高いカラム性能が得られたり、低い圧力損失に基づく高流速下においても性能の低下が抑えられたりと、従来の粒子充てん型のカラムには見られない優位性が発現することが報告されている（N. Ishizuka, H. Kobayashi, H. Minakuchi, K. Nakanishi, K. Hirao, K. Hosoya, T. Ikegami, and N. Tanaka, J. Chromatogr. A, 960, 85 (2002)参照。）
主にシリカゲルを用いたモノリスが微細な構造制御に基づいて高い性能を実現しており、一部は市販もされている。【０００３】
有機高分子を基にしたポリマーモノリスも存在するが、後述するように、従来のポリマーモノリスは、通常のラジカル重合の不均質性に由来して、二相系の相分離過程の過渡的な状態であるスピノーダル分解の構造を凍結できず、したがって、より相分離の進んだ粒子凝集型になることが一般的である。そのことから、貫通細孔は形成されるものの、構造の均一性が低く、粒子凝集型となって、シリカゲルを基にしたモノリスのような高性能化は実現されていない。【０００４】
従来のポリマーモノリスの調製は、Svec らの特許例（米国特許第５,４５３,１８５号公報参照。）に代表されるように、基本的にはスチレン／ジビニルベンゼンのような疎水性モノマー成分に、例えば、モノマーには貧溶媒となるベンジルアルコールなどのポロゲンを組み合わせて行われてきた。このような溶液系では基本的に成長するポリマー鎖の立体障害よりもポリマー鎖間のvan der Walls 力が大きくなり、ポリマー鎖は凝集する。そのため、ポリマー鎖のからみあいによる核生成とポリマー鎖凝集によるミクロゲル粒子の成長、系の急激な表面エネルギー上昇がおこり、さらにミクロゲル粒子は凝集して、ゲルは相似的な成長（フラクタル）を続けて粗大化する。したがって、このようなモノマーと貧溶媒系の特徴は、ゲルは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おこり、マクロポーラスなポアの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、従来のポリマーモノリスには、骨格構造がなく、スルーポア（貫通細孔）の迷路係数が大きい、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してしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の従来の有機ポリマーモノリスカラムの課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、分離媒体である非粒子凝集型の有機ポリマーモノリス、及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、このような課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の分子構造をもつエポキシ化合物をポロゲンに溶解し、そこに二官能性以上のアミン化合物を加えて加熱重合することで重合物とポロゲンをスピノーダル分解させ、相分離の成長によって粒子凝集構造に移行する前に安定的に架橋することで粒子凝集型ではない共連続構造を凍結し、ついでポロゲンを除去することで骨格構造の極めて均一な多孔体が得られることを見いだした。また、得られた多孔体がその骨格の均一性に由来して極めて高い理論段数を発現する分離媒体となりうることを見いだし、本発明を完成させるに至った。【０００７】
すなわち本発明の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は、骨格相と、その骨格相により形成され三次元網目状に連続した細孔と、骨格相の表面に存在し、新たな官能基の導入が可能な官能基とを備えており、その骨格相は、サブミクロンからマイクロメートル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、二官能性以上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミン化合物から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を含まないものである。
骨格相の表面に存在して新たな官能基の導入が可能な官能基とは、エポキシ基とアミノ基との反応により生じた水酸基のほか、反応せずに残存したアミノ基やエポキシ基を含む。【０００８】
エポキシ化合物の好ましい例は、2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレート（2,2,2-tri- (2,3-epoxypropyl)-isocyanurate）である。2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートは光学対掌体をもつキラルな化合物であり、本発明ではラセミ体と光学活性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使用することができ、アミン化合物としてもラセミ体と光学活性体のいずれも使用することができる。
この分離媒体からなる高速液体クロマトグラフィー用分離カラムはカラム長さ１メートル当たり５００００段以上の理論段数を有するものである。【０００９】
液体クロマトグラフィーによって光学対掌体のＳ体とＲ体を分離することを目的とした光学分割用の分離媒体は、エポキシ化合物及びアミン化合物にともに光学活性体を使用してモノリス分離媒体としたものである。
従来からも光学活性なポリマーによって光学分割がなされているが、主鎖に光学活性点をもつのは天然物である「糖」由来のものであり、一方で合成高分子は光学活性点を主鎖に含みえず、ペンダント状に主鎖からぶら下がった構造となっている。それに対し、エポキシ化合物及びアミン化合物にともに光学活性体を使用した本発明のポリマーは、合成高分子でありながら主鎖に光学活性点を含んでおり、極めて希な分離媒体となっている。しかも、エポキシ化合物とアミン化合物の双方のモノマー単位に光学活性点をもたせることが可能であるので、バリエーションが豊富である。【００１０】
また、本発明の製造方法は、本発明のモノリス分離媒体を製造するための方法であって、次の工程（Ａ）から（Ｃ）を含んでいる。
（Ａ）二官能性以上のエポキシ化合物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、
（Ｂ）その後、当該ゲル状体を水などの溶媒で洗浄してポロゲンを除去して骨格相を残す工程、及び
（Ｃ）その後、乾燥する工程。
ポロゲン中での重合温度はエポキシ化合物及びアミン化合物がそれぞれポロゲン中で溶解して重合反応を行なうための適当な温度あり、エポキシ化合物、アミン化合物及びポロゲンの種類に応じて適当に設定すればよい。【００１１】
製造工程で用いるエポキシ化合物の好ましい例は、2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートである。このエポキシ化合物はラセミ体であっても光学活性体であってもよい。【００１２】
アミン化合物は硬化剤として使用されるものであり、ラセミ体であっても光学活性であってもよく、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミ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キサン、ポリメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ポリエーテルジアミン等の脂肪族アミン類、イソホロンジアミン、メンタンジアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、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の脂環式ポリアミン類、その他ポリアミン類とダイマー酸からなる脂肪族ポリアミドアミン類などが挙げられる。好ましくは、分子内に一級アミンを二つ以上有する脂環族アミン化合物であり、特に好ましくは、ビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン、ビス（４−アミノー３−メチルシクロヘキシル）メタンなどが挙げられる。【００１３】
ポロゲンとは、エポキシ化合物及び硬化剤を溶かすことができ、かつ、これらが重合した後、反応誘起相分離を生じさせることが可能な溶剤をいう。ポロゲンとしては、例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブなどのセロソルブ類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどのエステル類、又はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のグリコール類などが挙げられる。中でも分子量６００以下のポリエチレングリコールが好ましく、特に分子量３００以下のポリエチレングリコール等が好ましい。【００１４】
本発明の製造方法において、エポキシ化合物として2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートを使用した場合、エポキシ化合物に対するアミンの原料組成は、モル比で表わして、エポキシ化合物：アミン＝１：１〜１：３の範囲が適当である。
また、ポロゲンの添加量は、エポキシ化合物、アミン及びポロゲンの合計重量に対して１〜９９重量％が適当である。
【発明の効果】
【００１５】
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ートル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、二官能性以上のエポキシ化合物と二官能性以上のアミン化合物から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を含まないものであることによって、従来に全く見られない高性能を与える液体クロマトグラフィー用固定相として有用である。そして、キャピラリーカラムから汎用サイズのカラムまで使用可能である。【００１６】
この分離媒体からなる分離用カラムはカラム長さ１メートル当たり５００００段以上の理論段数を有するものとすることができる。
エポキシ化合物及びアミン化合物にともに光学活性体を使用してモノリス分離媒体とした場合には、この分離媒体によって光学対掌体のＳ体とＲ体を互い分離することができるようになる。【００１７】
本発明の製造方法は、エポキシ化合物とアミン化合物をポロゲン中で加熱して重合させる極めて簡便な手法であるため、キャピラリーカラムから、比較的大きさ直径を持つカラムにまで有効に利用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
非粒子凝集型で高性能なポリマーモノリスを形成してなる本発明の分離媒体は、原料に用いるエポキシ化合物と硬化剤との特定の組合わせによって形成される。具体的には、エポキシ化合物が二官能性以上の非芳香族エポキシ化合物であり、硬化剤が非芳香族アミン化合物であることが好ましい。【００１９】
これらの組合わせの中でも、非芳香族エポキシ化合物としては2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレート（例えば、TEPIC：日産化学社の商品名）が好ましく、これにアミン化合物としては二官能性以上のものを組み合わせた場合には、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て好適である。
以下に、本発明で用いうるエポキシ化合物及び硬化剤について例示する。
例示するエポキシ化合物は2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレートであるが、これはラセミ体であっても光学活性体であってもよい。
【実施例】
【００２０】
次に、分離媒体の実施例とその分離媒体を効率良く製造するのに適した製造方法の実施例について説明する。【００２１】
（実施例１）
［試薬及び溶媒］
エポキシ化合物としては光学活性体であるＳＳＳ体の2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレート（ＴＥＰＩＣ−Ｓ）、アミン化合物としてはビス（４−アミノシクロヘキシル）メタン（bis(4-aminocyclohexyl)methane：ＢＡＣＭ）、ポロゲンとしては分子量が２００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ２００：ナカライテクス社の商品名)を使用した。
ＴＥＰＩＣとＢＡＣＭの化学構造式は以下に示すものである。
0004609493.tif 000002
【００２２】
［ポリマーモノリスの作製］
１.６ｇのＴＥＰＩＣ−Ｓに対し、ＢＡＣＭが０.３７ｇ、ＰＥＧ２００が７.００ｇとなるように調合して、ホットスターラーで加熱、攪拌して溶解した状態とした後、溶融石英キャピラリーに充填し、８０℃の乾燥機で２０時間加熱し重合させた。
その後、水とメタノールで洗浄した後、真空乾燥した。【００２３】
製造条件
ＴＥＰＩＣ−Ｓ  ……  １.６ｇ
ＢＡＣＭ        ……  ０.３７ｇ
ＰＥＧ２００    ……  ７.００ｇ
温度            ……  ８０℃
上記の重合によって製造された有機ポリマーモノリスキャピラリーカラムの走査型電子顕微鏡写真を図１に示す。このモノリスの骨格相がサブミクロン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。【００２４】
上記で製造された本発明の有機ポリマーモノリスキャピラリーカラム（内径１００μｍ、長さ２１.５ｃｍ）を用いて行なったウラシルとアルキルベンゼンの分離クロマトグラムを図２に示す。アルキルベンゼンは置換基の炭素数が０のベンゼンから６のヘキシルベンゼンまでを含んでいる。移動相は６０％のアセトニトリル水溶液（２０ｍＭリン酸緩衝液によりｐＨ７.０）、カラム温度は室温で、検出は２１０ｎｍでの紫外線吸収により行なった。
図２中のＮは理論段数であり、上からウラシル、ベンゼンとアルキルベンゼンであり、下段のものほどアルキルベンゼンの置換基の炭素数が多くなっている。【００２５】
理論段数は半値幅法により次の式により計算した。
Ｎ＝５.５４（ｔr／Ｗ0.5h）2
ここで、ｔrは保持時間、Ｗ0.5hは半値幅である。
この結果によれば、すべての溶質に対して、２１.５ｃｍのカラムで３００００段以上の理論段数（Ｎ）が得られていることがわかる。つまりメートル当たりに換算して，約１４万段となる。【００２６】
（実施例２）
エポキシ化合物とアミン化合物としてともに光学活性体を使用することにより、キラルな有機ポリマーモノリスキャピラリーカラムを製造した。
エポキシ化合物として光学活性体であるＳＳＳ体の2,2,2-tri-(2,3-エポキシプロピル)-イソシアヌレート（ＴＥＰＩＣ−Ｓ）を０.４０ｇ、アミン化合物としてこれも光学活性体である(1S、2S)-(+)-1,2-シクロへキサンジアミン（(1S、2S)-(+)-1、2-cyclohexanediamine）を０.６３ｇ、それに分子量３００のポリエチレングリコール（ＰＥＧ３００）１０ｇを調合し、加熱し攪拌して溶解した状態とした後、溶融石英キャピラリーに充填し、１２０℃のオーブンにて４時間加熱重合した。
その後、水とメタノールで洗浄した後、真空乾燥した。【００２７】
製造条件
ＴＥＰＩＣ−Ｓ                        ……  ０.４０ｇ
(1S、2S)-(+)-1、2-cyclohexanediamine  ……  ０.６３ｇ
ＰＥＧ３００                          ……  １２.６４ｇ
温度                                  ……  １２０℃
上記の重合によって製造された実施例２の有機ポリマーモノリスも実施例１と同様な骨格相であった。【００２８】
上記で製造された本発明の有機ポリマーモノリスキャピラリーカラム（内径１００μｍ、長さ１７.５ｃｍ）を用いて行なった光学対掌体（Ｒ,Ｓ）−１,１'−ビス−２−ナフトールの分離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リン酸緩衝液によりｐＨ７.０）、カラム温度は２８℃、移動相の流量は０.６μＬ／分（Ｌはリットル）、線速度は０.８６ｍｍ／秒、圧力は１１２ｋｇ／ｃｍ2、試料は濃度１ｍｇ／ｍＬにして１μＬを注入し、検出はカラムから９ｃｍ離れた位置で２１０ｎｍでの紫外線吸収により行なった。
図３の結果によれば、−１,１'−ビス−２−ナフトールのＲ体とＳ体が分離されていることがわかる。【００２９】
（比較例）
エポキシ化合物としては芳香族化合物である2-[(4-{1-メチル-1-[4-(2オキシラニルメトキシ)フェニル]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}phenoxy)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してＢＡＣＭ、ポロゲンとしてＰＥＧ２００を使用した。【００３０】
０.５２ｇのＢＡＣＭを７.２０ｇのＰＥＧ２００に加熱溶解し、その後２.３３ｇのＢＡＤＥを加えて混合し攪拌した。その溶液を溶融石英キャピラリーに充填し、１２０℃のオーブンにて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、真空乾燥した。【００３１】
製造条件
ＢＡＤＥ                        ……  ２.３３ｇ
ＢＡＣＭ                        ……  ０.５２ｇ
ＰＥＧ２００                    ……  ７.２０ｇ
温度                            ……  １２０℃【００３２】
上記で製造された比較例の有機ポリマーモノリスキャピラリーカラム（内径１００μｍ、長さ２０ｃｍ）を用いて行なったウラシルとベンゼンの分離クロマトグラムを図４に示す。移動相は６０％のアセトニトリル水溶液（２０ｍＭリン酸緩衝液により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／ｃｍ2、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での紫外線吸収により行なった。【００３３】
図４で、前のピークはウラシル、後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３７８となり、実施例１の本発明のものと比べると１／１０以下である。
これは、エポキシ化合物として芳香族化合物を用いたために、形成される骨格相が芳香族由来の炭素原子を含んでいるためであると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明のモノリス分離媒体は、液体クロマトグラフィー用固定相としてキャピラリーカラムから汎用サイズのカラムにまで利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】一実施例により製造された有機ポリマーモノリスキャピラリーカラムの走査型電子顕微像を示す図である。
【図２】同実施例のキャピラリーカラムによるウラシルとアルキルベンゼンの分離クロマトグラムである。
【図３】他の実施例により製造された有機ポリマーモノリスキャピラリーカラムによる光学対掌体の分離クロマトグラムである。
【図４】比較例により製造された有機ポリマーモノリスキャピラリーカラムによるウラシルとベンゼンの分離クロマトグラムである。
【図２】
0004609493.tif 000003
【図３】
0004609493.tif 000004
【図４】
0004609493.tif 000005
【図１】
0004609493.tif 000006