(57)【要約】【課題】超音波発生器、遠心分離装置等を必要とせず、混合物から目的物質を分離する方法および装置を提供する。【解決手段】第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を１相に相互溶解する温度域に保持し、カラムの下流部分を２相分離する温度域に保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法および装置を用いる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を１相に相互溶解する温度域に保持し、カラムの下流部分を２相分離する温度域に保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法。
【請求項２】
カラムの上流部分を２相分離する温度域に保持する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を上昇させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を相互溶解温度から５℃低い温度以上に保持し、カラムの下流部分を相互溶解温度から５℃低い温度未満に保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法。
【請求項４】
カラムの上流部分を相互溶解温度から５℃低い温度未満に保持する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を降下させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を相互溶解温度から５℃高い温度以下に保持し、カラムの下流部分を相互溶解温度から５℃高い温度より高く保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法。
【請求項６】
カラムの上流部分を相互溶解温度から５℃高い温度より高く保持する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入した後、第１の溶媒と第２の溶媒がカラムの中央部分で相互溶解して１相となる、請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
第１の溶媒に分離促進物質が溶解または分散している、請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
分離促進物質が、キラル分子および／またはアルキル若しくはアルケニルアミンである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
キラル分子がアミノ酸誘導体および／または糖誘導体である、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
アルキルアミンがオクタデシルアミンである、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
複数のカラムを直列して用いる、請求項１ないし１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
第１の溶媒が低極性溶媒である、請求項１ないし１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
低極性溶媒が、飽和炭化水素、環状飽和炭化水素、不飽和炭化水素、環状不飽和炭化水素、芳香族化合物、鎖状若しくは環状の飽和若しくは不飽和炭化水素基を有する化合物から成る群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
第１の溶媒が、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリンから成る群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１ないし１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
第２の溶媒が高極性溶媒である、請求項１ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
高極性溶媒が、水、ニトロアルカン、ニトリル、アルコール、ハロゲン化アルキル、アミド化合物、イミダゾリジノン化合物、カーボネート、エーテル、尿素、カルバメート、カルボジイミド、エステル、カルボン酸、アルデヒド、ケトン、スルフォキサイドから成る群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１ないし１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
第２の溶媒がジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドからなる群より選ばれる少なくとも１種である、請求項１ないし１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入した後、さらに混合物を溶解しない第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入する、請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
混合物を溶解しない第２の溶媒が、第１の溶媒により飽和されている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
混合物を溶解しない第２の溶媒の温度が、カラム上流の温度と同一となるようにあらかじめ調整する、請求項１９または２０に記載の方法。
【請求項２２】
第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する装置であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、
前記装置は、
第１の溶媒を含むカラム、
前記カラムの上流部分および中央部分の温度を調節する第１の温度調節部、
前記カラムの下流部分の温度を調節する第２の温度調節部、
混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流部分から投入する投入部、
カラムの下流部分で２相に分離した第２の溶媒相を取り出す採取部、
を有する分離装置。
【請求項２３】
カラムの上流部分に第２の溶媒を送液する送液部をさらに有する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
請求項２２または２３に記載の装置の複数を直列につなげた、分離装置。
【請求項２５】
カラムの上流部分および中央部分の温度を調節する第１の温度調節部に換えて、カラムの中央部分に第１の温度調節部およびカラム上流部分に第３の温度調節部を有する、請求項２２ないし２４のいずれかに記載の装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置において、第３の温度調節部を２相分離する温度域に設定し、第２の溶媒相を取り出す採取部から第２の溶媒を逆流させ、カラムの上流部分から第１の溶媒相を取り出すことを特徴とする、カラムの再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の物質を含む混合物から目的とする物質を分離および／または精製するための方法および装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、１の溶媒を固定相、他の溶媒を移動相として用い、２種類の溶媒の相互溶解現象を利用することにより、高い効率で容易に目的物質を分離することができる新しいクロマトグラフィーの概念を用いた、物質の分離方法および分離装置を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
複数の物質を溶解した溶媒から、目的とする物質を分離する方法として現在多用されているものに、液体クロマトグラフィーがある。これは、粒子サイズの揃った微細な担体の隙間に試料溶液を通過させ、各々の物質と担体との親和性の違いにより、物質を分離するものである。そして、物質の分離速度を上げるためには高圧ポンプを用いて送液する必要があるが、工業規模で用いる高圧ポンプは非常に高価となるという問題がある。ここで、ポンプの負荷を下げるためには、担体の粒子サイズを大きくすることが考えられるが、これにより分離能が落ちてしまうという原理的な問題点が存在する。一方、近年ナノスケールでの合成反応にマイクロチャンネルを用いることも研究されてきているが、固相担体を用いるクロマトグラフィーをナノフローシステムに応用することには、大きな困難を伴う。
【０００３】
また、目的物質を分離する他の方法としては、２つの溶媒による２相系を用いたものがある。これには、超音波を用いるものと、遠心分離を用いるものとが主として知られている。
【０００４】
超音波を用いるものは、２つの溶媒に超音波を照射して２つの相を分散させて２相間の接触面積を増やし、これにより分離能を高めるものである。しかし、超音波を用いた場合は、目的とする物質が分解する恐れがあり、また、工業規模での超音波発生装置の使用は容易ではなく、さらに、超音波を用いた場合でも分散する溶媒の直径の下限が２μｍ程度と大きく、このため、分離能を向上させることにも限界があった。
【０００５】
また、遠心分離を用いるものは、遠心クロマトグラフィーとして知られているが、必要とする遠心分離装置が大きく複雑なものであるため、コストが高く、また、工業規模にスケールアップすることおよびマイクロスケール、ナノスケール等の小さい規模にすることが不可能であるという問題がある。
【０００６】
一方、第１の溶媒と第２の溶媒が温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化する現象は、古くから知られており、例えば、水とフェノールとの組み合わせや、水とジプロピルアミンとの組み合わせなどが有名である（非特許文献１）。しかし、非特許文献１には、これらの溶媒を用いて物質を分離する方法については記載されていない。
【０００７】
また、第１の溶媒と第２の溶媒により化学反応を行うための溶媒システムであって、第１の溶媒と第２の溶媒が温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化する溶媒システムについては、本発明者らにより報告されている（特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６２４４８号公報
【非特許文献１】相律と状態図、共立出版、ｐ３８−４１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、超音波発生器、遠心分離装置等を必要とせず、混合物から目的物質を分離および／または精製する方法および装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、第１の溶媒と第２の溶媒が温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化する現象を液体クロマトグラフィーに応用することにより、上記課題を解決することを見出し、本発明を完成させた。
【００１１】
即ち、本発明は、第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を１相に相互溶解する温度域に保持し、カラムの下流部分を２相分離する温度域に保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法である。
【００１２】
また、本発明は、第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を上昇させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を相互溶解温度から５℃低い温度以上に保持し、カラムの下流部分を相互溶解温度から５℃低い温度未満に保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法である。
【００１３】
さらに、本発明は、第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する方法であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を降下させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を相互溶解温度から５℃高い温度以下に保持し、カラムの下流部分を相互溶解温度から５℃高い温度より高く保持し、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入し、その後カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相を取り出すことにより、目的物質を分離する方法である。
【００１４】
さらに、本発明は、第１の溶媒と第２の溶媒を用いて混合物から目的物質を分離する装置であって、第１の溶媒と第２の溶媒は温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化し、
前記装置は、
第１の溶媒を含むカラム、
前記カラムの上流部分および中央部分の温度を調節する第１の温度調節部、
前記カラムの下流部分の温度を調節する第２の温度調節部、
混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流部分から投入する投入部、
カラムの下流部分で２相に分離した第２の溶媒相を取り出す採取部、
を有する分離装置である。
【００１５】
また、本発明は、上記の装置において、カラムの上流部分および中央部分の温度を調節する第１の温度調節部に換えて、カラムの中央部分に第１の温度調節部およびカラム上流部分に第３の温度調節部を有する分離装置である。
【００１６】
また、本発明は、上記の装置において、第３の温度調節部を２相分離する温度域に設定し、第２の溶媒相を取り出す採取部から第２の溶媒を逆流させ、カラムの上流部分から第１の溶媒相を取り出すことを特徴とする、カラムの再生方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明に用いられる第１の溶媒は、従来の液体クロマトグラフィーにおける固定相に相当するものであり、また、第２の溶媒は、移動相に相当するものである。そして、分離すべき目的物質の性質に応じて、これら第１の溶媒と第２の溶媒を適宜選択することがでる。従って、ある特定の目的物質に対して、第１の溶媒（固定相）となるものであっても、他の目的物質に対しては、第２の溶媒（移動相）となるものもある。
【００１８】
本発明に用いられる第１の溶媒と第２の溶媒の組み合わせは、温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化するものであれば特に制限はないが、極性の異なる溶媒の組み合わせが好ましい。ここで、他方の溶媒に比べ極性の低い方の溶媒を低極性溶媒、極性の高い方の溶媒を高極性溶媒と呼ぶ。従って、ある特定の溶媒の組み合わせにおいて、低極性溶媒として作用するものであっても、他の溶媒との組み合わせでは高極性溶媒として作用する場合もある。
【００１９】
低極性溶媒としては、例えば、飽和炭化水素、環状飽和炭化水素、不飽和炭化水素、環状不飽和炭化水素、芳香族化合物、鎖状若しくは環状の飽和若しくは不飽和炭化水素基を有する化合物を挙げることができ、これらの中で炭素原子数が４から２４０のものが好ましい。低極性溶媒としてより具体的には、シクロアルカンが好ましく、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリンがより好ましく、シクロヘキサンがさらに好ましい。なお、低極性溶媒としては、上記のものを単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができ、さらに種々の溶質を溶解させたものでもよい。
【００２０】
高極性溶媒としては、例えば、水、ニトロアルカン、ニトリル、アルコール、ハロゲン化アルキル、アミド化合物、イミダゾリジノン化合物、カーボネート、エーテル、尿素、カルバメート、カルボジイミド、エステル、カルボン酸、アルデヒド、ケトン、スルフォキサイド等を挙げることができ、これらの中で炭素原子を有するものについては、その数が３から４０のものが好ましい。これらの中で、高極性溶媒としては、アミド化合物、イミダゾリン化合物が好ましい。高極性溶媒としてより具体的には、ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドがより好ましい。なお、高極性溶媒としては、上記のものを単独でまたは２種以上を組み合わせて用いることができ、さらに種々の溶質を溶解させたものでもよい。
【００２１】
本発明において、上記の低極性溶媒と高極性溶媒は、分離する目的物質の性質に応じて適宜選択することができ、また、低極性溶媒を第１の溶媒および高極性溶媒を第２の溶媒として組み合わせて用いることのほか、高極性溶媒を第１の溶媒および低極性溶媒を第２の溶媒として組み合わせて用いることもできる。好ましくは、第１の溶媒が低極性溶媒、第２の溶媒が高極性溶媒である。
【００２２】
第１の溶媒と第２の溶媒が温度を変化させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化するかどうかは、溶解相図を作成することにより容易に調べることができる。即ち、第１の溶媒と第２の溶媒との種々の濃度の液を調製し、その温度を変化させて、例えば目視により２相となるか１相となるかを観察することにより調べることができる。なお、本発明において、２相と１相との境界の温度を、相互溶解温度と呼ぶ。例として、第１の溶媒としてシクロヘキサン（ＣＨ）、第２の溶媒としてジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）を用いた場合の溶解相図を図１に示す。
【００２３】
なお、第１の溶媒と第２の溶媒との組み合わせによって、温度を上昇させたときに２相から１相に変化する系と、温度を降下させたときに２相から１相に変化する系とが存在する。また、系によっては、温度を上昇させると、１相から２相に変化し、さらに温度を上昇させることにより再び１相に変化する系も存在する。これらのいずれの溶媒の組み合わせを用いるかは、分離する目的物質の性質によって選択することができる。
【００２４】
例えば、第１の溶媒としてシクロヘキサン、第２の溶媒としてジメチルイミダゾリジノンを用いた場合は、図１に示すように温度を上昇させることにより２相から１相に可逆的に相変化する。そして、例えばシクロヘキサン：ジメチルイミダゾリジノン＝１：１の体積比においては、その相互溶解温度は、約３３℃である。
【００２５】
また、図５に第１の溶媒としてシクロヘキサン、第２の溶媒としてジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）およびＤＭＩを用いた場合の溶解相図を、図６に第１の溶媒としてシクロヘキサン、第２の溶媒としてＤＭＩおよびジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）を用いた場合の溶解相図を、図７に第１の溶媒としてメチルシクロヘキサン、第２の溶媒としてＤＭＦおよびＤＭＩを用いた場合の溶解相図を、図８に第１の溶媒としてメチルシクロヘキサン、第２の溶媒としてＤＭＦおよびＤＭＡを用いた場合の溶解相図を、図９に第１の溶媒としてデカリン、第２の溶媒としてＤＭＦおよびＤＭＩを用いた場合の溶解相図を、それぞれ示す。この場合、第１の溶媒と第２の溶媒の体積比を１：１に固定し、第２の溶媒を構成する２つ溶媒の体積比を変化させている。これらの図より、第２の溶媒を構成する２つの溶媒の組成を変化させることにより、容易に所望の相互溶解温度が得られることがわかる。
【００２６】
本発明の第１の態様においては、第１の溶媒をカラムに充填し、カラムの上流部分および中央部分を１相に相互溶解する温度域に保持し、カラムの下流部分を２相分離する温度域に保持する。そして、目的物質および他の成分を含む混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入する。混合物を溶解した第２の溶媒がカラムの上流部分および中央部分に達すると、第１の溶媒と第２の溶媒は、相互溶解し１液相となる。ここでは、混合物に含まれる目的物質および他の成分が第１の溶媒と分子レベルで相互作用することができ、例えば、他の成分が第１の溶媒に対して高い親和性を有する場合は、他の成分は第１の溶媒にとどまることとなる。そして、第２の溶媒がカラムの下流部分に達すると、系の温度が変化するため２相に分離する。ここで分離した第２の溶媒相では他の成分が実質的に取り除かれており、目的物質のみを含む第２の溶媒相を取り出すことができる。これにより、目的物質および他の成分を含む混合物から、目的物質を分離することが可能となる。
【００２７】
また、混合物を溶解した第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入した後、さらに混合物を含まない第２の溶媒をカラムの上流からカラムに投入することもできる。これにより、混合物を含まない第２の溶媒は、液体クロマトグラフィーにおける移動相として機能し、目的物質の溶出を早めることができる。また、この場合、他の成分が第１の溶媒に完全にとどまることを必要とせず、目的物質と他の成分との第１の溶媒に対する親和性が異なることを利用して、目的物質を効率的に分離することができるようになる。即ち、例えば、他の成分が目的物質に比べて第１の溶媒に対して高い親和性を有する場合、混合物を溶解した第２の溶媒がカラムの上流部分および中央部分で１液相となり、ここでは、他の成分の方が目的物質に比べて第１の溶媒との相互作用が強く、１液相部分に他の成分が長くとどまることとなる。そして、カラムの下流部分には、実質的に目的物質のみを溶解した第２の溶媒が先に溶出することとなる。そして、その後に他の成分を含む第２の溶媒が溶出する。従って、カラムへの各物質のとどまる時間（保持時間）の違いを利用して、目的物質を効率的に分離することができる。混合物を含まない第２の溶媒の投入量は、目的物質、他の成分、第１の溶媒、第２の溶媒、温度等を勘案して適宜決定することができるが、安定した分離のためには、例えば、定流量ポンプ等を用いて一定速度で送液することが好ましい。この場合、投入した第２の溶媒量に応じて、カラムの下流部分から分離した第２の溶媒を取り出すことが好ましい。
なお、下流部分に分離した第２の溶媒には、少量であるが第１の溶媒が溶解しており、第２の溶媒の採取に伴いカラムから第１の溶媒が徐々に減少することとなる。これを補うために、混合物を含まない第２の溶媒は、あらかじめ第１の溶媒で飽和させておくことが好ましい。これにより、安定した分離操作を連続的に行うことができるようになる。さらに、混合物を含まない第２の溶媒は、あらかじめカラムの上流の温度と同一の温度に調整しておくことが好ましい。なお、相互溶解温度は、第１の溶媒と第２の溶媒の組成比により変化するが、カラム内に存在する第１の溶媒と第２の溶媒が一定となるようにあらかじめ送液の速度を決めておくことにより、第１の溶媒と第２の溶媒の組成比を一定に保つことができ、相互溶解温度を一定に保つことができる。
【００２８】
本発明の第２の態様においては、温度を上昇させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化する第１の溶媒と第２の溶媒を用いる。そして、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を相互溶解温度から５℃低い温度以上に保持し、カラムの下流部分を相互溶解温度から５℃低い温度未満に保持する。従って、カラムの上流部分および中央部分の温度を相互溶解温度未満に設定した場合は、本発明の第１の態様とは異なり、２相分離したままの状態となる。しかし、この温度域では、第１の溶媒相と第２の溶媒相は界面張力が低下しており、お互いに容易に分散できる状態となる。このため、第２の溶媒に溶解した目的物質および他の成分が容易に第１の溶媒と相互作用することが可能となり、完全に相互溶解した１相としなくても、目的物質を分離することができることとなる。カラムの上流部分および中央部分の温度は、相互溶解温度から５℃低い温度以上であり、好ましくは３℃低い温度以上、より好ましくは１℃低い温度以上である。なお、カラムの上流部分および中央部分の温度を、相互溶解温度以上に設定した場合には、上記本発明の第１の態様と同一の態様となる。この第２の態様において、上記の他は第１の態様と同様に実施することができるので、説明を省略する。
【００２９】
本発明の第３の態様においては、温度を降下させることにより２相に分離した状態から１相に相互溶解した状態に可逆的に相変化する第１の溶媒と第２の溶媒を用いる。そして、第１の溶媒を含むカラムの上流部分および中央部分を相互溶解温度から５℃高い温度以下に保持し、カラムの下流部分を相互溶解温度から５℃高い温度より高く保持する。従って、カラムの上流部分および中央部分の温度を相互溶解温度より高く設定した場合は、本発明の第１の態様とは異なり、２相分離したままの状態となる。しかし、この温度域では、第１の溶媒相と第２の溶媒相は界面張力が低下しており、お互いに容易に分散できる状態となる。このため、第２の溶媒に溶解した他の成分および目的物質が容易に第１の溶媒と相互作用することが可能となり、完全に相互溶解した１相としなくても、目的物質を分離することができることとなる。カラムの上流部分および中央部分の温度は、相互溶解温度から５℃高い温度以下であり、好ましくは３℃高い温度以下、より好ましくは１℃高い温度以下である。なお、カラムの上流部分および中央部分の温度を、相互溶解温度以下に設定した場合には、上記本発明の第１の態様と同一の態様となる。この第３の態様において、上記の他は第１の態様と同様に実施することができるので、説明を省略する。
【００３０】
本発明において、第１の溶媒に分離促進物質を溶解または分散させることができる。ここで分離促進物質とは、混合物中に含まれる目的物質および他の成分それぞれに対する親和性が異なる物質であり、第１の溶媒に溶解または分散させることにより、目的物質の分離を促進する働きを有するものをいう。分離促進物質としては、例えば、無機塩類、有機塩類、無機塩基、無機酸、有機塩基、有機酸、ルイス酸、ルイス塩基、両イオン性物質、イオン性光増感剤（メチレンブルー）、電解質、有機金属化合物、アルコール、フェノール、芳香族化合物、カルボン酸、アミン、アルデヒド、ケトン、エーテル、アミド、ニトロ化物、ハロゲン化物、チオール、スルフォン、スルフォキサイド、イソニトリル、酸無水物、エステル類、水、極性高分子、アミノ酸およびその誘導体、ペプチドおよびその誘導体、タンパク質およびその誘導体、核酸およびその誘導体、糖類およびその誘導体、テルペンおよびその誘導体、脂質およびその誘導体、シリカ、などを挙げることができる。分離促進物質としては、この中で、炭素原子数が１から３０のアルキルアミン、特にオクタデシルアミンを好適な例として挙げることができる。また、ラセミ体から光学活性体を分離する場合には、分離促進剤として、特にキラル分子を用いることが好ましい。キラル分子としては、光学活性なアミノ酸およびその誘導体、糖およびその誘導体、テルペンおよびその誘導体、核酸およびその誘導体、有機酸およびその誘導体、その他の光学活性物質などを挙げることができる。
【００３１】
本発明に用いられるカラムの形状としては、特に制限はなく、円筒形、Ｕ字形、コイル状等、いずれの形状でもよい。温度の制御のしやすさという観点からは、円筒形状のものが好ましい。
【００３２】
また、本発明に用いられるカラムの大きさは、特に制限はなく、工業規模のものから、ナノスケールのものまで、その目的に応じ適宜用いることができる。種々の大きさで装置を設計することができるのは、カラム内は液相のみであり、固相が存在しないために、送液に要する圧力を顕著に下げることができることに起因する。
【００３３】
本発明に用いるカラムは、その上流部分および中央部分に第１の温度調節部を、下流部分に第２の温度調節部を設置することが好ましい。温度調節部としては、カラムの温度を調節できるものであれば特に制限はないが、例えば、カラム外側を覆うジャケットに温度を調節した液体を流すものや、カラム内部に設置したコイル内に温度調節した液体を流すもの、またカラム外側からヒーターやクーラーで温度を調節するもの、などを挙げることができる。さらに、室温に保持する場合には、室内の空気に暴露させることにより温度調節部とすることもできる。
【００３４】
また、カラムの上流部分および中央部分の温度を調節する第１の温度調節部に換えて、カラムの中央部分に第１の温度調節部およびカラム上流部分に第３の温度調節部を有することがさらに好ましい。この場合、カラムの上流部分の温度は、中央部分の温度と同一とするか、あるいは、上記の第１の態様であれば２相分離する温度域に、第２の態様であれば相互溶解温度から５℃、好ましくは３℃、さらに好ましくは１℃低い温度未満に、第３の態様であれば相互溶解温度から５℃、好ましくは３℃、さらに好ましくは１℃高い温度より高く、それぞれ調節することが好ましい。
【００３５】
次に、本発明の分離装置について図２を参照して説明する。図２の例において、本発明の装置は、カラム１、送液部１０、投入部１５、採取部３０から構成されている。カラム１は、中央部分、下流部分、上流部分にそれぞれ第１〜第３の温度調節部５〜７が設置されている。送液部１０は、第２の溶媒を保持するタンク２０および送液ポンプ２５から構成されている。そして、カラム１には第１の溶媒が充填されている。この例では、カラム１の上流部分および中央部分は相互溶解する温度域に、下流部分は２相分離する温度域にそれぞれ設定されている。投入部１５から、目的物質および他の成分を含む混合物を溶解した第２の溶媒が投入される。そして、送液部１０により、第２の溶媒を保持するタンク２０からポンプ２５により第２の溶媒がカラム１に連続して送液される。混合物を溶解した第２の溶媒は、カラム上流部分および中央部分では、第１の溶媒と相互溶解して１液相となり、目的物質および他の成分が第１の溶媒と分子レベルで相互作用する。カラムの下流部分では、分離した第２の溶媒相が連続して採取部３０より採取される。そして、第１の溶媒との親和性の違いに応じ、カラムに保持される時間が異なるため、特定の保持時間において目的物質が溶出し、採取部３０から採取される。
【００３６】
本発明において、複数の上記カラムを直列につなげることにより、より高い分離能で目的物質を分離することができるようになる。図３にその例を示す。図３では、温度を上昇させることにより２相から１相に変化する場合の例を示す。図３の例では、カラムの上流部分と中央部分が相互溶解する温度域に設定されており、下流部分が２相分離する温度域に設定されている。そして、各カラムの上流部分から冷却された第２の溶媒が投入される。投入後直ちに加温されるため、上流部分の第１の溶媒と相互溶解し、均一な１液相となる。また、各カラムの下流部分は冷却されているため２相に分離し、第２の溶媒が第１の溶媒よりも比重が重い場合は、下層として第２の溶媒相が分離する。カラムの下流部分で分離した第２の溶媒相は、カラム出口から次のカラムの上流部分に移行する。これを繰り返すことにより、第２の溶媒は移動しながら第１の溶媒と相互作用を繰り返し、高い分離能で、目的物質を分離することができるようになる。また、カラムは、液体であるために、複数のカラムを直列につなげても、送液に必要とされる圧力を低く抑えることができ、工業規模での利用も容易に行えることとなる。
【００３７】
次に、図４に、カラムの中央部分を２つの溶媒が相互溶解する温度域に、またカラムの上流部分および下流部分を２つの溶媒が２相分離する温度域に、それぞれ設定して、複数のカラムを直列につなげた例を示す。ここでは、カラムへの液体の流れの方向を一定時間毎に切り替えることを行う。例えば、２分間左から右のカラム方向に液体を流し（この場合、主として第２の溶媒が右のカラムに移動する）、その後１分間右から左のカラム方向に液体を流す（この場合、主として第１の溶媒が左のカラムに移動する）。これを繰り返すことにより、第１の溶媒および第２の溶媒が互いに相互溶解状態、２相分離状態を繰り返しながら逆方向に流れることできる。これによって、一方の溶媒が徐々に減少することを防止することができ、２つの溶媒は定常状態を獲得することが可能となり、カラムを再生することができる。
【００３８】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００３９】
＜実施例１＞
カラム（内径２０ｍｍ、長さ１．５ｍの円筒形ガラス製）に第１の溶媒としてシクロヘキサンを充填し、カラムの上流部分（上端から１５０ｍｍ）および下流部分（下端から１５０ｍｍ）を５℃に冷却した。上下の冷却部分に挟まれたカラムの中央部分を５０℃に加温した。第２の溶媒としてジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）５ｍｌに、極性色素成分としてメチレンブルー、低極性色素成分としてアントラキノンを各々０．１ミリモル溶解し、カラムに投入した。続いてあらかじめ５℃においてシクロヘキサンを飽和した、溶質を含まないＤＭＩをペリスタポンプにより０．５ｍｌ／分の速度で送液した。これにより、カラムの中央部分ではシクロヘキサンおよびＤＭＩが相互溶解し、均一な１相を形成した。なお、この系における相互溶解温度は、約３３℃である。ＤＭＩ溶媒は順次下流方向に移動し、カラムの下流部分では冷却によりＤＭＩ相が分離した。
分離したＤＭＩ相を１０ｍｌごとに分画したところ、はじめにメチレンブルー画分が得られ、続いてアントラキノン画分が得られ、これらを分離できることを確認した。
【００４０】
＜実施例２＞
極性成分としてエチルマレイミド、低極性成分としてオクタデシルマレイミドを各々１ミリモル用いた以外は実施例１と同様の操作を行った。
分離したＤＭＩ相では、はじめにエチルマレイミド画分が得られ、続いてオクタデシルマレイミド画分が得られ、これらを分離できることを確認した。
【００４１】
＜実施例３＞
カラム（内径２０ｍｍ、長さ１．０ｍの円筒形ガラス製）に第１の溶媒としてシクロヘキサンを充填したものを８本直列につないだ以外は、実施例２と同様の操作を行った。
相分離したＤＭＩ相では、はじめにエチルマレイミド画分が得られ、続いてオクタデシルマレイミド画分が得られ、これらを分離できることを確認した。
【００４２】
＜実施例４＞
カラムとしてテフロン（登録商標）製のチューブ（内径１０ｍｍ、長さ３ｍ）を用い、第１の溶媒としてシクロヘキサンを充填し、チューブの上流部分（上端から１５０ｍｍ）および下流部分（下端から１５０ｍｍ）を５℃に冷却した。上下の冷却部分に挟まれたカラムの中央部分を７０℃に加温した。第２の溶媒としてジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）５ｍｌに、９−アントラセンメタノールおよび９−オクタデシロキシアントラセンメタノールを各々０．１ミリモル溶解し、チューブに投入した。続いてあらかじめ５℃においてシクロヘキサンを飽和した、溶質を含まないＤＭＦをペリスタポンプにより０．５ｍｌ／分の速度で送液した。これにより、カラムの中央部分ではシクロヘキサンおよびＤＭＦが相互溶解し、均一な１相を形成した。なお、この系における相互溶解温度は、約４５℃である。ＤＭＦ溶媒は順次下流方向に移動し、カラムの下流部分では冷却によりＤＭＦ相が分離した。
分離したＤＭＦ相を分画したところ、はじめに９−アントラセンメタノール画分が得られ、続いて９−オクタデシロキシアントラセンメタノール画分が得られ、これらを分離できることを確認した。
【００４３】
＜実施例５＞
分離促進物質としてオクタデシルアミンを用いた場合について、分離を行った。カラムとしてテフロン（登録商標）製のチューブ（内径１０ｍｍ、長さ３ｍ）を用い、シクロヘキサンにオクダデシルアミンを１Ｍの濃度で溶解したものを充填し、チューブの上流部分（上端から１５０ｍｍ）および下流部分（下端から１５０ｍｍ）を５℃に冷却した。上下の冷却部分に挟まれたカラムの中央部分を７０℃に加温した。第２の溶媒としてＤＭＦ５ｍｌに、パラニトロアニリンおよびパラニトロ安息香酸を各々０．１ミリモル溶解し、チューブに投入した。続いてあらかじめ５℃においてシクロヘキサンを飽和した、溶質を含まないＤＭＦをペリスタポンプにより０．５ｍｌ／分の速度で送液した。これにより、カラムの中央部分ではシクロヘキサンおよびＤＭＦが相互溶解し、均一な１相を形成した。なお、この系における相互溶解温度は、約４５℃である。ＤＭＦ溶媒は順次下流方向に移動し、カラムの下流部分では冷却によりＤＭＦ相が分離した。
分離したＤＭＦ相を分画したところ、はじめにパラニトロアニリン画分が得られ、続いてパラニトロ安息香酸画分が得られ、これらを分離できることを確認した。
【００４４】
＜実施例６＞
分離促進物質としてキラル分子であるオクタデカノイル−Ｌ−フェニルアラニンオクダデシルエステルを用いた以外は、実施例５と同様の操作を行った。
分離したＤＭＦ相を分画したところ、はじめにパラニトロアニリン画分が得られ、続いてパラニトロ安息香酸画分が得られ、これらを分離できることを確認した。
【００４５】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波発生器、遠心分離装置等を必要とせず、混合物から目的物質を分離および／または精製する方法および装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、シクロヘキサン（ＣＨ）とジメチルイミダゾリジノン（ＤＭＩ）との溶解相図である。
【図２】図２は、本発明の分離装置を示す図である。
【図３】図３は、複数のカラムをつなげた場合の模式図である。
【図４】図４は、複数のカラムをつなげた場合のカラムの再生を説明する図である。
【図５】図５は、第１の溶媒としてシクロヘキサン、第２の溶媒としてジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）およびＤＭＩを用いた場合の溶解相図である。
【図６】図６は、第１の溶媒としてシクロヘキサン、第２の溶媒としてＤＭＩおよびジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）を用いた場合の溶解相図である。
【図７】図７は、第１の溶媒としてメチルシクロヘキサン、第２の溶媒としてＤＭＦおよびＤＭＩを用いた場合の溶解相図である。
【図８】図８は、第１の溶媒としてメチルシクロヘキサン、第２の溶媒としてＤＭＦおよびＤＭＡを用いた場合の溶解相図である。
【図９】図９は、第１の溶媒としてデカリン、第２の溶媒としてＤＭＦおよびＤＭＩを用いた場合の溶解相図である。
【符号の説明】
１        カラム
５        中流部分の温度調節部（第１の温度調節部）
６        下流部分の温度調節部（第２の温度調節部）
７        上流部分の温度調節部（第３の温度調節部）
１０      送液部
１５      投入部
２０      第２の溶媒を保持するタンク
２５      ポンプ
３０      採取部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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