(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカゲルのシラノール基に化学修飾剤を化学結合させた後に、不活性ガス雰囲気下の密閉容器中における１９５〜２４０℃の気相で、密閉時には減圧下または常圧下にあり、少なくとも一部錯体化合物を形成する少なくとも２種の末端付加剤をシリカゲルと反応させ、該シリカゲルの残存シラノール基に不活性化基を化学結合するクロマトグラフィー用充填剤の製造法。
【請求項２】
シリカゲルのシラノール基に化学修飾剤を化学結合させた後に、不活性ガス雰囲気下の密閉容器中における２００〜２４０℃の液相で、容器内を攪拌しながら、少なくとも一部錯体化合物を形成する少なくとも２種の末端付加剤をシリカゲルと反応させ、該シリカゲルの残存シラノール基に不活性化基を化学結合するクロマトグラフィー用充填剤の製造法。
【請求項３】
一方の末端付加剤は、シラザン化合物，ジシラザン化合物，シロキサン化合物，ポリシロキサン化合物から少なくとも１種選択する請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
他方の末端付加剤は、ハロゲノシラン化合物，アルキルカルボニルオキシシラン化合物，アルキルスルホニルオキシシラン化合物，アルキルボラン化合物，アルキル亜鉛化合物，アルキルアルミニウム化合物，アルキルチタン化合物，アルキルスズ化合物から少なくとも１種選択する請求項１または２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリカゲルの残存シラノール基を効果的に不活性化するクロマトグラフィー用充填剤の製造法に関し、未反応シラノール基の減少によって定量的な分析に使用可能なクロマトグラフィー用充填剤を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存の高速液体クロマトグラフィー用充填剤において、シリカゲルに各種の有機シラン化合物を化学結合した充填剤は最も汎用的であり、代表的な有機シラン化合物としてオクタデシルクロロシラン化合物，オクチルクロロシラン化合物，ブチルクロロシラン化合物，シアノプロピルクロロシラン化合物，フェニルクロロシラン化合物などが存在する。この内で、オクタデシルシリカゲル充填剤（ＯＤＳ）が最も広範に使用されており、この充填剤は分析上で多くの利点がある反面、内包する問題点も決して少なくない。
【０００３】
一般に、前記のような化学結合型シリカゲル充填剤は、基材であるシリカゲルの表面にかなりの未反応シラノール基が残存している。この未反応シラノール基は、極性物質特に塩基性物質と強く作用して該塩基性物質を吸着したり、ピークのテーリング現象を起こすことにより、クロマトグラムの忠実な再現性を得ることが困難であった，
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような残存シラノール基を不活性化する方法として、下記のような手段が存在する。
▲１▼  化学結合型シリカゲル充填剤を、トリメチルクロロシラン，ヘキサメチルジシラザンのようなトリメチルシリル化剤とともにトルエンなどの溶媒中で加熱還流する。
▲２▼  前記▲１▼の反応を高圧高温下で行う（Chromatograpy, Vol.17, 39, 1996年）。
▲３▼  化学結合型シリカゲル充填剤を、ヘキサメチルジシラザン，トリメチルメトキシシラン，ヘキサメチルシクロトリシロキサンのような単独のシリル化剤と
ともに気相中で２５０℃以上の温度で反応させる。
【０００５】
これらの方法で処理された充填剤は、前記▲１▼および▲２▼については依然として未反応シラノール基が相当量残存する。また、前記▲３▼の方法では、不活性化がかなり改善される反面、既に化学結合された化学修飾基の熱脱離が発生するため、充填剤としての性質が変化するという根本的な欠陥がある。
【０００６】
本発明者らは、化学結合型シリカゲル充填剤における前記の問題を種々検討するとともに数多くの実験を行った。その結果として、錯体化合物を形成する少なくとも２種の末端付加剤を化学結合型シリカゲルと反応させると、気相中または液相中にかかわらず、残存シラノール基が十分に不活性化された充填剤を合成できることを見い出した。
【０００７】
本発明は、化学結合型シリカゲル充填剤における残存シラノール基に関する問題点を改善するために提案されたものであり、気相中または液相中において、該シリカゲルの残存シラノール基を効果的に不活性化できるクロマトグラフィー用充填剤の製造法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、未反応シラノール基の十分な減少によって定量分析に使用できるクロマトグラフィー用充填剤の製造法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るクロマトグラフィー用充填剤の製造法では、まずシリカゲルのシラノール基に化学修飾剤を化学結合させる。その後に、気相または液相において、少なくとも一部錯体化合物を形成する少なくとも２種の末端付加剤をシリカゲルと反応させる。この際に、気相の条件は不活性ガス雰囲気下の密閉容器中において１８０〜２４０℃に加熱し、液相の条件は不活性ガス雰囲気下の密閉容器中において１８０〜２４０℃に加熱する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明方法で用いるシリカゲルは、特に制限しないけれども、通常、粒径１〜１０００μｍで好ましくは３〜１００μｍ、細孔径１０〜５０００Åで好ましくは５０〜２０００Å、比表面積１〜１０００ｍ2／ｇで好ましくは１０〜５００ｍ2／ｇである。
【００１０】
本発明方法では、化学修飾剤として公知の有機シラン化合物を使用できる。例えば、クロロシランまたはアルコキシシランにおいて、化学修飾基としてトリアコンチル基、エイコシル基、オクタデシル基，オクチル基，ｎ−ブチル基などの炭素数１〜３０のアルキル基、フェニル基などの炭素数６〜１６のアリール基、または炭素数１〜１８のアルキル基における１または２以上のシアノ基，水酸基，カルボキシル基，アミノ基，酸アミド基である。前記アルコキシシランのアルコキシ基として、メトキシ基，エトキシ基などが適している。また、前記の化学修飾基を２〜８個有するシクロシロキサンおよびポリシロキサンも使用できる。
【００１１】
つまり、この化学修飾剤は、モノクロロシラン化合物，ジクロロシラン化合物，トリクロロシラン化合物，モノアルコキシシラン化合物，ジアルコキシシラン化合物，トリアルコキシシラン化合物，シクロシロキサン化合物，ポリシロキサン化合物であり、この内から少なくとも１種選択すればよい。具体的な化学修飾剤として、ジメチルオクタデシルクロロシラン，ジメチルオクタデシルメトキシシラン，オクタデシルトリクロロシラン，オクタデシルトリメトキシシラン，ジメチルオクチルクロロシラン，オクチルトリクロロシラン，ｎ−ブチルジメチルクロロシラン，ジ−ｎ−ブチルジクロロシラン，ｎ−ブチル−トリクロロシラン，ジメチルフェニルクロロシラン，ジフェニルジクロロシラン，フェニルトリクロロシラン，３−シアノプロピルジメチルクロロシラン，３−シアノプロピルトリクロロシラン，ヘキサメチルシクロトリシロキサンなどが例示できる。
【００１２】
シリカゲルと化学修飾剤の反応は、公知の方法と条件で行うことができ、一般的にはシリカゲルと化学修飾剤を溶媒中で反応させる。この溶媒として、トルエン，キシレンなどのように、化学修飾剤と反応せず且つ反応温度下で熱的に安定な溶媒を使用すればよい。反応温度は通常３０〜３５０℃で、反応時間は３０分から２４時間の範囲であり、反応環境はオープン式または窒素などの不活性ガス雰囲気下の密閉式であればよい。
【００１３】
化学修飾シリカゲルと反応させる末端付加剤は、錯体化合物を形成する少なくとも２種の反応剤からなり、その一方の末端付加剤は、シラザン化合物，ジシラザン化合物，シロキサン化合物またはポリシロキサン化合物である。また、他方の末端付加剤は、ハロゲノシラン化合物，アルキルカルボニルオキシシラン化合物，アルキルスルホニルオキシシラン化合物，アルキルボラン化合物，アルキル亜鉛化合物，アルキルアルミニウム化合物，アルキルチタン化合物またはアルキルスズ化合物からなる。それぞれの末端付加剤は、１種または３種まで混合して使用してもよい。
【００１４】
具体的には、一方の末端付加剤は、Ｎ−（トリメチルシリル）モルホリン，Ｎ−（トリメチルシリル）イミダゾール，ヘキサメチルジシラザン，トリメチルシリルアセトアミド，ペンタメチルジシロキサン，ヘキサメチルジシロキサンなどである。また、他方の末端付加剤は、トリメチルブロモシラン，トリメチルクロロシラン，トリメチルヨードシラン，トリメチルシリルアセテート，トリメチルシリルトリフルオロアセテート，トリメチルシリルトリフルオロメタンスルホナート，トリメチルシリルメタンスルホナート，トリエチルボラン，ジエチルメトキシボラン，ジメチル亜鉛，ジエチル亜鉛，トリメチルアルミニウム，トリエチルアルミニウム，ジエチルアルミニウムクロリド，チタンｎ−ブトキシドまたはジ−ｎ−ブチル−ｎ−ブトキシスズなどである。
【００１５】
残存シラノール基に不活性化基を化学結合する方法は、化学修飾シリカゲルと少なくとも２種の末端付加剤を密閉容器に入れ、窒素などの不活性ガス雰囲気下または減圧下で、１８０〜２４０℃の温度、好ましくは２００〜２３０℃の温度で、気相において３０分から４８時間、好ましくは１時間から２４時間反応させる。気相での反応は、好ましくは窒素，アルゴン，ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気下で行われるが、不活性ガスで置換後に反応系内をアスピレータなどで吸引減圧した状態で行うことも可能である。
【００１６】
この化学結合方法は、液相つまり溶媒中で行ってもよいが、不活性ガス雰囲気下の密閉容器中で反応させなければならない。この場合には、好適な溶媒として、トルエン，キシレンなどの芳香族炭化水素、ジフェニルエーテル，ｏ−ジクロロベンゼンなどの置換芳香族化合物を用いればよい。
【００１７】
本発明方法では、少なくとも２種の末端付加剤を混合し、その混合物の一部が錯体化合物を形成することにより、それぞれ単独の末端付加剤よりも未反応シラノール基のトリメチルシリル化をいっそう効果的に促進し、シリカゲルの残存シラノール基に不活性化基を化学結合する。この錯体化合物の形成は、気相中でも液相中でも可能であり、密閉容器中において比較的低温でシリカゲルの残存シラノール基を十分に不活性化できる。
【００１８】
本発明方法は、反応温度が１８０〜２４０℃という低い温度でも十分に不活性化を達成でき、このような低温反応であることにより、既に化学結合した化学修飾基の熱脱離が発生することが殆どない。したがって、単独の末端付加剤を添加するよりも、シリカゲルの残存シラノール基をより多く不活性化でき、充填剤としての性質が変化するという欠陥も発生しない。
【００１９】
本発明方法の前段階として、シリカゲルへ化学修飾基を導入する製造例を開示する。
【００２０】
製造例１
粒径５μｍ，細孔径１２０Åの多孔性シリカゲル５０ｇを希塩酸水溶液中で加熱還流した後に吸引濾別し、濾取した固形物を順次水，メタノールによって吸引濾過して洗浄する。さらに吸引減圧によって溶媒を除去してから、１１０℃で５時間シリカゲル粒子を乾燥する。乾燥したシリカゲル粒子５０ｇを１リットルフラスコに入れ、乾燥トルエン５００ｍｌ，ジメチルオクタデシルクロロシラン４６.９ｇ（１５０ｍモル），ピリジン１５ｍｌを加える。この混合物を撹拌しながら６時間加熱還流した後、室温まで冷却し、固形物を吸引濾別する。この固形物を順次トルエン，５０％メタノール，メタノールによって吸引濾過して洗浄し、次に６０℃で１０時間減圧乾燥して、ジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル５３ｇを得る。このシリカゲルの炭素含有率は、元素分析から１６.３％であった。
【００２１】
製造例２
製造例１と同様に希塩酸処理したシリカゲル粒子５０ｇを１リットルガラス製オートクレーブに入れ、乾燥ｏ−ジクロロベンゼン３５０ｍｌ，ジメチルオクタデシルクロロシラン４６.９ｇ（１５０ｍモル），ピリジン１５ｍｌを加え、オートクレーブ内を窒素置換してから密閉する。この混合物を撹拌しながら１８０℃で８時間加熱した後、室温まで冷却し、固形物を吸引濾別する。この固形物を製造例１と同様に洗浄・減圧乾燥して、ジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル５２ｇを得る。このシリカゲルの炭素含有率は、元素分析から１６.５％であった。
【００２２】
製造例３〜１２
製造例１におけるジメチルオクタデシルクロロシランの代わりに、下記の表１に示す化学修飾剤１５０ｍモルを用い、製造例１と同様の操作を行ったところ、表１に示す化学修飾シリカゲルを得る。
【００２３】
【表１】
0003790303.tif 000002
【００２４】
【実施例】
本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。各実施例において、化学修飾シリカゲルの残存シラノール基に不活性化基を化学結合する工程を開示する。
【００２５】
実施例１
製造例１で得たジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル１０ｇと、ヘキサメチルジシロキサン１.６２ｇ（１０ｍモル）と、トリメチルヨードシラン２.０ｇ（１０ｍモル）とをガラス製密閉容器（５０ｃｃ）に入れ、該容器内を窒素置換した後に減圧して密閉する。この容器を恒温槽中で２２０℃，８時間加熱した後に放冷し、内容物をトルエン２００ｍｌ中に懸濁させてから吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水（１：１），メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（I）９.８ｇを得る。
【００２６】
実施例２
製造例２で得たジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル５０ｇと、Ｎ−（トリメチルシリル）イミダゾール７.０ｇ（５０ｍモル）と、トリメチルクロロシラン５.４ｇ（５０ｍモル）とをガラス製密閉容器（３００ｃｃ）に入れ、該容器内を窒素置換した後に減圧して密閉する。この容器を恒温槽中で２３０℃，８時間加熱した後に放冷し、内容物をトルエン５００ｍｌ中に懸濁させてから吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水（１：１），メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（II）４７.５ｇを得る。
【００２７】
実施例３
製造例１におけるジメチルオクタデシルクロロシランの代わりにジメチルオクダデシルメトキシシランを用い、製造例１と同様の操作によってジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲルを得る。このシリカゲル５０ｇと、トリメチルシリルアセトアミド６.６ｇ（５０ｍモル）と、トリエチルボラン４.９ｇ（５０ｍモル）とをジフェニルエーテル２５０ｍｌに加え、これをガラス製密閉容器（５００ｃｃ）に入れ、該容器内を窒素置換した後に密閉する。この容器内を撹拌しながら、該容器を２１０℃で８時間加熱した後に放冷し、内容物を吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水（１：１），メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（III）４８.５ｇを得る。
【００２８】
実施例４〜１０
製造例１で得たジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル１０ｇと、下記の表２に示す末端付加剤の混合物各１０ｍモルとをガラス製密閉容器（５０ｃｃ）に入れ、該容器内を窒素置換した後に減圧して密閉する。この容器を恒温槽中で表２に示すような温度と時間加熱した後に放冷し、内容物をトルエン２００ｍｌ中に懸濁させてから吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水（１：１），メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（IV〜X）を得る。
【００２９】
【表２】
0003790303.tif 000003
【００３０】
実施例１１〜１７
製造例１で得たジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル１０ｇと、下記の表３に示す末端付加剤の混合物各１０ｍモルとをガラス製密閉容器（５０ｃｃ）に入れ、該容器内を窒素置換した後に密閉する。この容器を恒温槽中で表３に示すような温度と時間加熱した後に放冷し、内容物をトルエン２００ｍｌ中に懸濁させてから吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水（１：１），メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（XI〜XVII）を得る。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
実施例１８〜２４
製造例１で得たジメチルオクタデシルシリル化したシリカゲル１０ｇと、下記の表４に示す末端付加剤の混合物各１０ｍモルと、表４に示す溶媒とをガラス製密閉容器（５０ｃｃ）に入れ、該容器内を窒素置換した後に密閉する。この容器内を撹拌しながら、該容器を表４に示すような温度と時間加熱した後に放冷し、内容物を吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水（１：１），メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（XVIII〜XXIV）を得る。
【００３３】
【表４】
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【００３４】
試験例  炭素含有率の増減とピリジン−フェノール分析
実施例１〜２４で不活性化基を導入した充填剤の元素分析を行う。また、これらの充填剤によるピリジンーフェノール分析のクロマトグラムを得るため、各充填剤を内径４.６ｍｍ，長さ１５０ｍｍのステンレススティール製カラムに充填し、移動相としてアセトニトリル／水（容積比３０／７０），流速１ｍｌ／分，温度３７℃，検出波長２５４ｎｍでピリジンとフェノールの混合試料（各含有量は０.０７μｌ／ｍｌ，０.８ｍｇ／ｍｌ）７μｌを注入する。
【００３５】
得たクロマトグラムを図１から図３に例示する。図１は実施例１で得た充填剤、図２は実施例７で得た充填剤、図３は実施例１６で得た充填剤によるクロマトグラムであり、他の充填剤についても実験する。得たクロマトグラムから、ピリジンとフェノールの分離度Ｒｓとピリジンのテーリングファクターを算出し、これらの結果を下記の表５にまとめる。
【００３６】
ここにおいて、分離度Ｒｓとテーリングファクターの値は下記の数１および数２のように定義する。
【００３７】
【数１】
0003790303.tif 000006
式中、ｔRは各化合物の保持時間（分）、Ｗh/2は各化合物のピーク基線からピーク高さの１／２の高さにおけるピーク幅を示す。
【００３８】
【数２】
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式中、Ｗh/20はピーク基線からピーク高さの１／２０の高さにおけるピーク幅、ａはＷh/20の中でピーク頂点からの垂線とＷh/20の支点とピークの立ち上がり点との距離を示す。
【００３９】
【表５】
0003790303.tif 000008
0003790303.tif 000009
【００４０】
表５の元素分析の結果を検討すると、充填剤VI、Ｘ、XV、XVIだけに炭素含有量の減少が見られ、それ以外の充填剤では炭素含有量が減少していない。この結果、化学修飾基（この試験はジメチルオクタデシル基）の熱脱離が少ないことが認められ、本発明方法が末端基の不活性化法として特に優れていることが判明する。
【００４１】
また、ピリジン−フェノール分析の結果から、ピリジン／フェノールの分離度Ｒｓ値は１５.３〜１７.３であり、市販の同タイプのカラムのＲｓ値８〜１４に比べて、表５における充填剤のシラノール基はほぼ完全に不活性化されていると判定できる。この理由は、残存シラノール基が少ないほど塩基性物質ピリジンの保持時間が短くなり、フェノールとの分離度Ｒｓが大きくなるためである。さらに、この理由は、ピリジンのテーリングファクターの値からも肯定できる。表５における充填剤において、ピリジンのテーリングファクター値は０.９３〜１.３２であり、市販の同タイプのカラムでは１.５以上が普通であるのに比べて不活性化が進んでいることが判る。
【００４２】
実施例２５〜３４
製造例３〜１２で得た化学修飾化したシリカゲル各１０ｇと、下記の表６に示す末端付加剤の混合物各１０ｍモルとをガラス製密閉容器に入れ、該容器内を窒素置換した後に減圧して密閉する。この容器を恒温槽中で表６に示すような温度と時間加熱した後に放冷し、内容物をトルエン２００ｍｌ中に懸濁させてから吸引濾過する。さらに順次トルエン，メタノール−水，メタノールで洗浄濾過してから吸引乾燥し、さらに６０℃で１０時間減圧乾燥することにより、不活性化基を導入した充填剤（XXV〜XXXIV）を得る。
【００４３】
【表６】
0003790303.tif 000010
【００４４】
【発明の効果】
本発明方法では、少なくとも２種の末端付加剤を混合し、その混合物の一部が錯体化合物を形成することによって未反応シラノール基の不活性化をいっそう促進する。本発明方法は、反応温度が１８０〜２４０℃という低い温度でも効果的な不活性化を達成することにより、既に化学結合した化学修飾基の熱脱離が発生しない。したがって、本発明を使用すると、残存シラノール基の不活性化の際に、従来のように充填剤としての性質が変化するという欠陥が発生せず、気相中または液相中にかかわらず、残存シラノール基が十分に不活性化された充填剤を合成できる。
【００４５】
本発明方法で製造したシリカゲル充填剤は、基材であるシリカゲルの表面における未反応シラノール基が殆ど消滅し、未反応シラノール基による塩基性物質の吸着やピークのテーリング現象を起こすことが解消する。このシリカゲル充填剤は、従来の化学結合型充填剤における分析上の利点を保持しているうえに、クロマトグラムの忠実な再現性を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１で得た充填剤によるピリジンーフェノール分析のクロマトグラムである。
【図２】  実施例７で得た充填剤によるピリジンーフェノール分析のクロマトグラムである。
【図３】  実施例１６で得た充填剤によるピリジンーフェノール分析のクロマトグラムである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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