(57)【要約】【課題】本発明は、新規なイオン交換体を提供することを目的とする。【解決手段】本発明のイオン交換体は、Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉで表される化合物を含むものである。ここで、Ｓｕｂは、有機高分子化合物または無機化合物からなる基材である。Ｃｏｍは結合部分である。Ａｍｉは、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３を有するアンモニウムである。Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは、１以上のアンモニウムを有する化合物であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０）である。１以上のアンモニウムを有する化合物は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０）を有している。Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の一般式で表される化合物を含むイオン交換体。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、下記の化学式（化１）からなる。
【化１】
2007144346.tif 000021
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは下記の化学式（化２）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
【化２】
2007144346.tif 000022
Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【請求項２】
下記の一般式で表される化合物を含むイオン交換体。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、下記の化学式（化３）からなる。
【化３】
2007144346.tif 000023
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは下記の化学式（化４）であり、その他は別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
【化４】
2007144346.tif 000024
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【請求項３】
下記の一般式で表される化合物を含むイオン交換体。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、下記の化学式（化５）からなる。
【化５】
2007144346.tif 000025
ｗは、１〜３である。
Ａｍｉは、下記の化学式（化６）からなる。
【化６】
2007144346.tif 000026
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【請求項４】
下記の一般式で表される化合物を含むイオン交換体。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、下記の化学式（化７）からなる。
【化７】
2007144346.tif 000027
ｗは、１〜３である。
Ａｍｉは、下記の化学式（化８）からなる。
【化８】
2007144346.tif 000028
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは下記の化学式（化９）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
【化９】
2007144346.tif 000029
Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規なイオン交換体に関する。
【背景技術】
【０００２】
イオン交換体（樹脂、膜など）は、一般に荷電基を高分子などの基材に化学的に修飾して合成、調整される。その際、荷電基の構造がイオン交換分離選択性に大きな影響を持つことが知られている。たとえば、陽イオン分離では、スルホ基、カルボキシル基が荷電基として用いられており、陰イオン交換では種々のアンモニウムイオンが多用されている（化１０参照）。後者の例では、アンモニウムイオンに結合するアルキル基（Ｒ１〜Ｒ３）の長さを変えることで多少の選択性の変化が見られることが知られている。
【０００３】
【化１０】
2007144346.tif 000002
【０００４】
しかし、これらのイオン交換体は、基本的には共通の分離特性を示すことが多く、種々のアプリケーションにおいてこの基本的な選択性の根本的な打破が要求されている。一般的には次の特徴を示すイオン交換体が多い。（１）対イオン（陽イオン交換では陽イオン、陰イオン交換では陰イオン）の分離において、価数の大きな対イオンを強く取り込む。（２）電荷が同じ場合にはサイズの大きな（水和の弱い）イオンを強く取り込む傾向がある。
【０００５】
たとえば、無機陰イオンのイオン交換で比較すると、Ｃｌ−、Ｂｒ−等に比べて、ＳＯ４２−は強く陰イオン交換体に取り込まれる。また、１価イオンで比較すると、Ｃｌ−、Ｂｒ−、Ｉ−、ＣｌＯ４−の順に強く陰イオン交換体に吸着する。
【０００６】
イオンの水和とイオン交換選択性についてはつぎのような関係が知られている。横軸にイオンの水和エネルギーを縦軸にイオン交換選択係数の対数をプロットすると、一連のイオンについて直線関係が得られており、電荷と水和の壁を破ることの困難さがよくわかる。このような分離選択性は、イオン交換基の構造変化によって多少変えることが可能であるが、陰イオン交換の場合、イオン交換基のアンモニウムイオンの構造を変化させる程度では、直線の傾きが変わる程度で、本質的な変化は期待できない。
【０００７】
一方、一つのイオン交換基に正電荷と負電荷を同時にもつ両性イオン性イオン交換体も知られている。典型的なものとして次のようなスルホベタイン、カルボキシベタイン型のイオン交換体（化１１）が開発されている（例えば、特許文献１、非特許文献１〜３参照。）。
【０００８】
【化１１】
2007144346.tif 000003
【０００９】
このイオン交換体では正電荷と負電荷との電荷のつり合いが重要であるとされており、そのための合成法が詳細に検討されている。このイオン交換体を用いると陽イオンと陰イオンが同時に分離されるとされているが、基本的には陰イオンを識別する能力が高い。
【００１０】
【特許文献１】特表2002-529714
【非特許文献１】W.Jiang, K.Irgum, Anal.Chem., 71(1999)333.
【非特許文献２】W.Jiang, K.Irgum, Anal.Chem., 73(2001)1993.
【非特許文献３】W.Jiang, K.Irgum, Anal.Chem., 74(2002)4682.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、その分離選択性は通常のアンモニウムイオン型の陰イオン交換体と同じである。また、電荷が均衡しているためにイオンの吸着能力が低い。このような従来型の選択性が打破できないことに起因する以下のような問題点がある。
【００１２】
水処理、特定イオンの吸着を目的とする場合
水和が弱く、価数の小さなイオン（陰イオンの場合、Ｉ−、ＣｌＯ４−など）の除去や濃縮を行おうとすると、共存する多価のイオン（ＳＯ４２−など）が妨害する。たとえば、現在米国において問題になっているＣｌＯ４−によって汚染された地下水の処理で、通常のイオン交換体を用いると多量に共存するＳＯ４２−による妨害が想定される。
【００１３】
イオンの分析を目的とする場合
分析目的の場合、できるだけ多数のイオンを一定条件において同時に分離できることが望ましい。しかし、価数による選別が強く働く従来分離法では、価数の異なるイオンを同時に分離することが困難である。価数の異なるイオンを同時に分離できる条件では、同じ価数のもの同士を分離することが困難になる。
【００１４】
タンパク質など価数の極端に大きな分子の分離
価数による選別が強く働く従来法では、タンパク質などの高分子でかつ大きな電荷を持つ分子をきわめて強く吸着してしまうため、その脱着、分離が困難である。
【００１５】
上述の従来法の問題点を解決すべく、従来のイオン交換分離とは異なる分離選択性を発現する、新規なイオン交換体の開発が望まれている。従来法は、イオンの電荷と水和という２つの観点からイオンを識別しており、しばしば２つの分離選択性発現機構が対立するものであった。このいずれかを強調（あるいは弱める）ことができれば、従来の分離選択性とは異なる分離が可能であると考えられる。
【００１６】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、新規なイオン交換体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明のイオン交換体は、下記の一般式で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、化学式（化１２）からなる。
化１２において、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは化学式（化１３）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
化１３において、Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【００１８】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、化学式（化１４）からなる。
化１４において、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは化学式（化１５）であり、その他は別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
化１５において、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【００１９】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、化学式（化１６）からなる。
化１６において、ｗは１〜３である。
Ａｍｉは、化学式（化１７）からなる。
化１７において、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【００２０】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、化学式（化１８）からなる。
化１８において、ｗは１〜３である。
Ａｍｉは、化学式（化１９）からなる。
化１９において、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは化学式（化２０）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
化２０において、Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２２】
本発明は、下記の一般式で表される化合物を含むものであるので、新規なイオン交換体を提供することができる。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、化学式（化１２）からなる。
化１２において、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは化学式（化１３）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
化１３において、Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【００２３】
本発明は、下記の一般式で表される化合物を含むものであるので、新規なイオン交換体を提供することができる。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、化学式（化１４）からなる。
化１４において、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは化学式（化１５）であり、その他は別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
化１５において、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【００２４】
本発明は、下記の一般式で表される化合物を含むものであるので、新規なイオン交換体を提供することができる。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、化学式（化１６）からなる。
化１６において、ｗは１〜３である。
Ａｍｉは、化学式（化１７）からなる。
化１７において、Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【００２５】
本発明は、下記の一般式で表される化合物を含むものであるので、新規なイオン交換体を提供することができる。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、化学式（化１８）からなる。
化１８において、ｗは１〜３である。
Ａｍｉは、化学式（化１９）からなる。
化１９において、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは化学式（化２０）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
化２０において、Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、イオン交換体にかかる発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００２７】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式（１）で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ      （１）
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、下記の化学式（化１２）からなる。
【００２８】
【化１２】
2007144346.tif 000004
【００２９】
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは下記の化学式（化１３）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
【００３０】
【化１３】
2007144346.tif 000005
【００３１】
Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【００３２】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式（２）で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ      （２）
ここで、
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｍｉは、下記の化学式（化１４）からなる。
【００３３】
【化１４】
2007144346.tif 000006
【００３４】
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは下記の化学式（化１５）であり、その他は別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
【００３５】
【化１５】
2007144346.tif 000007
【００３６】
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【００３７】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式（３）で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ      （３）
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、下記の化学式（化１６）からなる。
【００３８】
【化１６】
2007144346.tif 000008
【００３９】
ｗは、１〜３である。
Ａｍｉは、下記の化学式（化１７）からなる。
【００４０】
【化１７】
2007144346.tif 000009
【００４１】
Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は、別個独立に、水素、または炭素数１〜２０のアルキル基である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
【００４２】
本発明のイオン交換体は、下記の一般式（４）で表される化合物を含むものである。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｃｉｐ−（ＣＨ２）ｍ−Ａｍｉ      （４）
ここで、
ｍは、１〜１０である。
Ｓｕｂは、ポリスチレン、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリメタクリレート、またはポリビニルアルコールからなる有機高分子化合物、または、シリカゲル、ジルコニア、またはチタニアからなる無機化合物である。
Ｃｏｍは、−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）、−［（ＣＨ２）ｎ−Ｏ−］ｍ（ＣＨ２）ｌ−（ここで、ｎ，ｍ，ｌは別個独立に１〜１０）、−ＣＯＮＨ−、または−（ＣＨ２）ｎ−（ここで、ｎは１〜１０）の一部のＨがＯＨに置換したものである。
Ａｃｉｐは、下記の化学式（化１８）からなる。
【００４３】
【化１８】
2007144346.tif 000010
【００４４】
ｗは、１〜３である。
Ａｍｉは、下記の化学式（化１９）からなる。
【００４５】
【化１９】
2007144346.tif 000011
【００４６】
Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のうち少なくとも一つは下記の化学式（化２０）であり、その他は別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
【００４７】
【化２０】
2007144346.tif 000012
【００４８】
Ｒ１およびＲ２は、別個独立に、水素、炭素数１〜２０のアルキル基、または−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
Ｐ４は、−（ＣＨ２）ｎ−Ａｃｉ（ここで、ｎは１〜１０、Ａｃｉは後に定義する化合物）である。
ａ、ｂ、およびｃは、別個独立に、１〜１０である。
Ａｃｉは、−ＳＯ３−、−ＳＯ３Ｈ、−ＣＯＯ−、または−ＣＯＯＨである。
【００４９】
つぎに、イオン交換体の製造方法について説明する。
【００５０】
イオン交換体（一般式（１））は、次の方法により合成することができる。
Ｓｕｂ−Ｃｏｍ−Ａｍｉ      （１）
クロロメチル化したポリスチレンまたはポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体を適当なアミンと反応させることによって得られる。この他、基材にエポキシ基を導入した後、適当なアミンと反応させることによって得られる。また、基材に水酸基を導入し、これとハロゲン化したアミンまたはアンモニウムを反応させることによって得られる。
【００５１】
イオン交換体（一般式（１））の具体例として、イオン交換体I（実施例１）を挙げることができる。イオン交換体Iは次の方法により合成できる。
【００５２】
ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体高分子粒子を有機溶媒に浸漬し膨潤させる。塩化スズ（ＩＶ）の溶液を加え還流することにより、共重合体に含まれるベンゼン環をクロロメチル化する。これを１，４−ジオキサン中で、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンと共に還流する。生成物をプロパンスルトンと共にアセトン中で還流する。生成物をろ過し有機溶媒で洗浄することにより、イオン交換体Iを得る。
【００５３】
イオン交換体Iの合成方法は、上記の方法に限定されない。このほか、基材にエポキシ基を導入した後、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンと反応させることによって得られる。
イオン交換体（一般式（２））の具体例として、イオン交換体II（実施例２）を挙げることができる。イオン交換体IIは次の方法により合成できる。
【００５４】
ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体高分子粒子を有機溶媒に浸漬し膨潤させる。塩化スズ（ＩＶ）の溶液を加え還流することにより、共重合体に含まれるベンゼン環をクロロメチル化する。これを１，４−ジオキサン中で、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンと共に還流する。生成物をエタノール中に分散し、ヨウ化メチルを加えて撹拌する。生成物をろ過し有機溶媒で洗浄することにより、イオン交換体IIを得る。
【００５５】
イオン交換体IIの合成方法は、上記の方法に限定されない。このほか、上述のイオン交換体（一般式（１））をアルキル化することなどを採用することができる。
【００５６】
通常のイオン交換体は、イオンの電荷の大きさとイオンのサイズ（または水和状態）を識別する。その結果、電荷の大きなイオンに対する選択性が大きく、また電荷が同じときには大きなイオン（水和の弱いイオン）に対する選択性が大きい。それに対して、本発明では、イオン交換基の中に正電荷と負電荷の両方を持つ分子を用いることで、電荷を強く認識せず、水和を強く認識するイオン交換体を開発した。これまでにもこのような両性イオン性のイオン交換体は存在したが、正電荷と負電荷の数がつり合ったものであった。正電荷と負電荷のいずれか一方の数が多い分子を用いることでこのような分離が可能になることを明らかにした。
【００５７】
本発明のイオン交換体は、イオンおよびイオン性物質の分離および分析を目的としたクロマトグラフィー用固定相として用いることができる。また、製塩、水処理、廃水処理などにおいて、特定のイオンを除去する目的に用いることができる。
【００５８】
なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【実施例】
【００５９】
つぎに、本発明にかかる実施例について具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではないことはもちろんである。
最初に、本実施例で用いたイオン交換体の製造方法について説明する。
【００６０】
実施例１
ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体高分子粒子（Ａ、粒径１０μｍ）１０ｇを２００ｍｌのメチルクロロメチルエーテルに浸漬し、膨潤させた。５０ｍｌのメチルクロロメチルエーテルに溶解した１０ｇの塩化スズ（ＩＶ）の溶液を加え、１時間還流することにより、ポリスチレン−ジビニルベンゼン共重合体に含まれるベンゼン環をクロロメチル化してＢを得た。
【００６１】
【化２１】
2007144346.tif 000013
【００６２】
Ｂをろ過し、１，４−ジオキサンで繰り返し洗浄した。
５ｇのＢを１，４−ジオキサン中で、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン（Ｃ）１０ｇと共に６時間還流して、Ｄを得た。Ｄをろ過し、ジオキサンで繰り返し洗浄した。
【００６３】
【化２２】
2007144346.tif 000014
【００６４】
Ｄの生成は元素分析により確認し、窒素を２．６％含んでいることを確認した。これは、乾燥樹脂１ｇ当たりエチレンジアンモニウム基を０．９ｍｍｏｌ含んでいることに相当する。
【００６５】
３ｇのＤをプロパンスルトン（Ｅ）６ｇと共にアセトン中で、６時間還流した。  固体をろ過し、アセトンおよびメタノールで繰り返し洗浄することにより目的物（イオン交換体I）を得た。
【００６６】
【化２３】
2007144346.tif 000015
【００６７】
元素分析の結果、窒素と硫黄の物質量比はほぼ２：０．９５であり、ほとんどすべての部位にプロピルスルホン酸基が導入されたことが確認された。
【００６８】
実施例２
２ｇのＤ（上記実施例１で合成したもの）をエタノール中に分散し、冷却したヨウ化メチル（Ｆ）１０ｇを加えて、１時間撹拌した後、固体をろ過し、アセトンおよびメタノールで繰り返し洗浄することにより目的物（イオン交換体II）を得た。
【００６９】
【化２４】
2007144346.tif 000016
【００７０】
つぎに、本実施例で合成したイオン交換体Iおよびイオン交換体IIについて、イオン交換特性の評価をおこなった。
【００７１】
イオン交換特性の評価方法について説明する。イオン交換体Iまたはイオン交換体II ０．５ｇをそれぞれエタノール中に分散し、内径４．６ｍｍ、長さ５０ｍｍのフッ素樹脂カラム中に３０気圧の圧力で充填した。フッ素樹脂カラムを高速液体クロマトグラフに装着した。ポンプを用いて移動相を１ｍｌ／分の流速でカラムに送り、カラム手前で高速液体クロマトグラフ用のインジェクターを用いて試料溶液を５０μｌ導入した。カラムからの溶出液は紫外吸収検出器に導入し、２１０ｎｍで検出を行った。移動相は、電解質の水溶液であり、電解質の濃度は、陰イオンの樹脂への親和性に応じて変化させた。また、移動相のｐＨを一定に保つ必要があるときには、電解質溶液に酢酸緩衝溶液を加えた。ただし、酢酸イオンの影響を最小限に抑えるために、緩衝溶液濃度は電解質濃度の１０分の１とした。
【００７２】
試料を注入してから溶出ピークが現れるまでの時間ｔｒと保持されない物質の溶出時間ｔ０の差を取り、２種類の試料についてのこの値（ｔｒ−ｔ０）の比（選択係数）を選択性評価の指標とした。
【００７３】
イオン交換体Iおよびイオン交換体IIについて、イオン交換特性の評価結果について説明する。
【００７４】
移動相としてＮａＩを、また試料としてＣｌ−、Ｂｒ−、ＳＯ４２−を用いた場合の結果は、表１，２に示すとおりである。
【００７５】
【表１】
2007144346.tif 000017
【００７６】
【表２】
2007144346.tif 000018
【００７７】
移動相濃度が増加するに従い（ｔｒ−ｔ０）は減少するが、イオン交換体II（固定相II）ではＢｒ−／Ｃｌ−はＮａＩ濃度に関わらずほぼ一定である。これに対し、イオン交換体I（固定相I）では濃度の上昇と共にＢｒ−／Ｃｌ−が増加しており、０．０４Ｍ  ＮａＩではＩイオン交換体I（固定相I）のＢｒ−／Ｃｌ−＝３であるのに対し、イオン交換体II（固定相II）のＢｒ−／Ｃｌ−＝２．２である。すなわち、高濃度の移動相濃度において水和の弱いイオン（Ｂｒ−）に対する親和性が強くなる傾向が見られる。
【００７８】
また、価数の異なるＳＯ４２−について、イオン交換体II（固定相II）に比べてイオン交換体I（固定相I）で親和性が弱い傾向が明確に現れている。０．０４Ｍ  ＮａＩではイオン交換体I（固定相I）のＳＯ４２−／Ｃｌ−＝１．３、ＳＯ４２−／Ｂｒ−＝０．４であるのに対し、イオン交換体II（固定相II）ではＳＯ４２−／Ｃｌ−＝２．１、ＳＯ４２−／Ｂｒ−＝０．９、０．００５Ｍ  ＮａＩではイオン交換体I（固定相I）のＳＯ４２−／Ｃｌ−＝３．８、ＳＯ４２−／Ｂｒ−＝１．６であるのに対し、イオン交換体II（固定相II）ではＳＯ４２−／Ｃｌ−＝１４．２、ＳＯ４２−／Ｂｒ−＝６．６である。
【００７９】
移動相としてＮａＣｌを、また試料としてＮＯ２−、Ｉ−を用いた場合の結果は、表３，４に示すとおりである。移動相濃度の増加により（ｔｒ−ｔ０）が減少する傾向はＮａＩを移動相として用いたときと同様である。イオン交換体I（固定相I）とイオン交換体II（固定相II）についてＩ−／ＮＯ２−の値を比較すると、イオン交換体II（固定相II）に対してイオン交換体I（固定相I）の水和の弱いイオンに対する親和性が高い傾向が明確に現れている。
【００８０】
【表３】
2007144346.tif 000019
【００８１】
【表４】
2007144346.tif 000020
【００８２】
上述の結果をより明確に示すために、２塩基酸であるフマル酸の保持に対するｐＨの効果を調べた。ＮａＣｌ濃度を一定に保ち、同時に添加した酢酸イオンのｐＨ緩衝能を利用して移動相のｐＨを変化させた。この結果、イオン交換体I（固定相I）とイオン交換体II（固定相II）ではフマル酸の保持に対して明らかに異なるｐＨ依存性を示した。結果は図１に示すとおりである。イオン交換体II（固定相II）では、ｐＨの増加と共にフマル酸の保持は増加し、ｐＨが６を越えるとほぼ一定になっている。これは、フマル酸の解離が進むと共に静電的にイオン交換体に取り込まれやすくなったことを示している。これに対し、イオン交換体I（固定相I）では、イオン交換体II（固定相II）での保持が強くなり始めるｐＨ領域から逆に保持が小さくなる傾向が見られている。イオン交換体I（固定相I）が電荷よりもイオンの水和状態を強く認識した結果であると考えられる。
【００８３】
なお、イオン交換体IIは、イオン交換体Iとはイオン交換特性が異なるが、イオン分離選択性を有するので、イオン交換体Iとともに、イオン交換樹脂として機能することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】２塩基酸であるフマル酸の保持に対するｐＨの効果を示す図である。
【図１】
2007144346.tif 000030