JP2010254995A - 多孔質多糖誘導体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クロマトグラフィー用の光学異性体用分離剤として使用可能な、多孔質多糖誘導体を提供する。
【解決手段】多孔質多糖誘導体の製造方法であって、珪質の材料と多糖誘導体との複合材料から多糖誘導体の性質を維持したまま、温和な条件で珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子のみを除去する。
【選択図】なし

Description

本発明は、温和な条件下で多孔質多糖誘導体を製造する方法に関する。

多孔質材料、とりわけ貫通孔を持つ材料は、流体を透過する性質、広い表面積を持つ性質などにより、ろ過や吸収、吸着など、様々な目的に利用することができる。このような構造を作るためによく用いられる方法として、例えば高分子溶液が、非溶媒に接触して固化する際に起きる相分離を利用する方法があり（例えば、非特許文献１参照）、分離用の膜の製造に良く用いられる。しかし、この方法では、粒子サイズ、孔径及び形状、またそれらの分布をコントロールできる範囲に限りがある。そこで、あらかじめ粒子サイズ及び孔径を調整した固体粒子とポリマーの複合物を作り、得られた複合物から固体粒子を除去する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

除去して孔を形成するための粒子として珪質物質を用いることには、常温で安定であること、値段が安く入手しやすいこと、様々な微細構造を持ったものが入手できることなど多くの利点が期待される。珪質物質を除去する方法としては、古くからフッ化水素酸や、水酸化ナトリウムなどの強塩基が良く知られている。

しかし、フッ化水素酸は、皮膚との接触により重篤な薬傷を引き起こし、その蒸気は人体に対して極めて有毒であるなど、取り扱いに危険を伴うという欠点を有する。また、強い酸性であるため、用いるポリマーの種類によってはポリマーの分解を引き起こす可能性がある。また水酸化ナトリウムに代表されるアルカリ溶液も同様に、腐食性が強く、取り扱いには注意を要する。更に、特に生体関連高分子は、酸、アルカリのいずれによっても分解を受けるものが多く、これらの溶液が使用できないという問題があった。

一方、生体関連高分子として、多糖及びその誘導体が知られている。特に多糖誘導体は、高い光学分割能を示すことが知られており、多糖誘導体をシリカゲル等の担体に担持させた光学異性体用分離剤として用いられている（例えば、特許文献３参照）。更に、無機担体を使用せず、多糖誘導体のみからなる光学異性体用分離剤も開発されている（例えば、特許文献４、５参照）。しかし、孔径を制御することは困難であった。

特表２００５−５１３２５０号公報 特表２００９−５１８５０１号公報 特公平８−１３８４４号公報 特許第３１８１３４９号公報 国際公開第２００４／０８６０２９Ａ１パンフレット

川上浩良「相転換法による膜構造制御」 膜 ２６（３）, ｐ１１０−１１５（２００１）

本発明は、孔径が制御された多孔質多糖誘導体を、多糖誘導体の性質を維持したまま温和な条件下で製造する方法を提供する。

本発明者らは、これらの問題を解決すべく鋭意検討を行った結果、フッ化水素アンモニウムを用いることにより、上記の諸問題を解決し、様々な特性を持った多孔質多糖誘導体を製造できることを見出した。

すなわち本発明は、珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料を製造する工程と、前記複合材料から、前記珪質の材料をフッ化水素アンモニウムを用いて除去する工程とを含むことを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法を提供する。

また本発明は、前記珪質の材料が珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子であることを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法を提供する。

また本発明は、前記珪質の材料が、珪質の多孔質成形体であることを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法を提供する。

また本発明は、前記多糖誘導体が、多糖のエステル誘導体又はカルバメート誘導体であることを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法を提供する。

また本発明は、前記多糖が、セルロース又はアミロースであることを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法を提供する。

また本発明は、前記多糖誘導体同士を化学結合する工程をさらに含むことを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法を提供する。

本発明の多孔質多糖誘導体の製造方法によれば、多糖誘導体の性質を維持したまま、均一な中空部を有する多孔質多糖誘導体を製造することができる。

実施例１で得られた多孔質多糖誘導体の珪質成分除去前のＳＥＭ写真である。 実施例１で得られた多孔質多糖誘導体の珪質成分除去後のＳＥＭ写真である。

本発明の多孔質多糖誘導体は、珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料を製造製造する工程と、前記複合材料から、前記珪質の材料をフッ化水素アンモニウムを用いて除去する工程とを含む。

本発明に用いる珪質の材料の成分は、フッ化水素アンモニウムによって大半が溶解できるものであれば、何であっても良い。このような珪質の材料の成分として、ガラスの粒子や繊維、珪藻土、火山灰、溶融火山灰および溶融火山岩などがある。更に、二酸化ケイ素を適当な形状、サイズ、微細構造に再生したものとして、シリカゲルも有用である。

本発明の珪質の材料は、粒子状、成形体（モノリス状）、フィルム状など、その用途や目的により適宜選択することができるが、粒子状又は成形体が好ましい。

珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子の粒径は、多孔質多糖誘導体の用途や目的によって適宜選択することができるが、リーズナブルな時間内に珪質成分を除去するためには０．１μｍ〜１ｍｍのものが好ましく、１μｍ〜１ｍｍがより好ましい、特に１μｍ〜１００μｍのものが好ましい。使用する珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子の粒径は、単一であっても複数の混合物であってもよい。また、該珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子は均質なものであっても、不均質なものであっても良い。たとえば、吸着剤として使う目的には表面積が大きいことが好ましく、そのためには多孔質粒子を用いることが好ましい。

珪質の多孔質粒子を用いる場合は、多糖誘導体との複合材料もその多孔構造を残す場合には形状、サイズなどに特段の制限はなく、珪質の多孔質粒子の除去がリーズナブルな時間で完了できるものであれば良い。また、珪質の多孔質粒子の孔径も特に制限がなく、多孔質多糖誘導体の用途に応じて適宜選択できる。例えば、吸着剤として用いる場合は、孔径は１ｎｍ〜１００μｍが好ましく、５ｎｍ〜５μｍが好ましい。

本発明の多孔質成形体としては、例えばフィルターとして使用されるガラス粒子の焼結体、軽石などが挙げられる。また、特開平６−２６５５３４号に記載されている一体型の多孔質成形体（モノリス状）も用いることができる。

本発明における多糖は、合成多糖、天然多糖及び天然物変性多糖のいずれかを問わない。また誘導体とする場合の修飾基についても、特段の制限はない。

例示すればβ−１，４−グルカン（セルロース）、α−１，４−グルカン（アミロース、アミロペクチン）、α−１，６−グルカン（デキストラン）、β−１，６−グルカン（プスツラン）、β−１，３−グルカン（例えばカードラン、シゾフィラン等）、α−１，３−グルカン、β−１，２−グルカン（Ｃｒｏｗｎ Ｇａｌｌ多糖）、β−１，４−ガラクタン、β−１，４−マンナン、α−１，６−マンナン、β−１，２−フルクタン（イヌリン）、β−２，６−フルクタン（レバン）、β−１，４−キシラン、β−１，３−キシラン、β−１，４−キトサン、α−１，４−Ｎ−アセチルキトサン（キチン）、プルラン、アガロース、アルギン酸等であり、アミロースを含有する澱粉も含まれる。

これらの中では、高純度の多糖を容易に入手できるセルロース、アミロース、β−１，４−キシラン、β−１，４−キトサン、キチン、β−１，４−マンナン、イヌリン、カードラン等が好ましく、特にセルロース、アミロースが好ましい。

多糖の数平均重合度（１分子中に含まれるピラノースあるいはフラノース環の平均数）は、好ましくは５以上、より好ましくは１０以上であり、特に上限はないが、１０００以下であることが取り扱いの容易さの点で好ましく、より好ましくは５〜１０００、更に好ましくは１０〜１０００、特に好ましくは１０〜５００である。

本発明の多糖誘導体は、最終目的となる用途に適した機能をもつものであれば何であっても良い。例えば、光学異性体分離を目的とするなら、光学活性な多糖を骨格として含み、この多糖が有する水酸基及びアミノ基の少なくとも一部が、試料中の光学異性体に作用する官能基で置換されている多糖誘導体が挙げられる。

前記官能基としては、例えば、エステル結合や、ウレタン結合、エーテル結合を介して多糖と結合し、置換基を有していても良い芳香族基を含む基等が挙げられる。前記芳香族基は、複素環や縮合環を含む。前記芳香族基が有していても良い置換基としては、例えば炭素数８程度までのアルキル基、ハロゲン、アミノ基、アルコキシル基等が挙げられる。

前記官能基の置換度は特に限定されない。例えば前記官能基は、多糖が有する水酸基及びアミノ基の一部と置換されていても良いし、全てと置換されていても良い。前記官能基の置換度は、官能基の種類や多糖の種類等の種々の条件に応じて適宜選択される。具体的には、官能基の置換度は５０〜１００％であることが好ましく、８０〜１００％であることがより好ましい。前記官能基の置換度は、例えば元素分析値から計算することができる。

前記多糖誘導体は、公知の方法によって製造することができる。前記多糖誘導体は、例えば、多糖が有する水酸基又はアミノ基と反応可能な化合物であって、前記官能基を含むか又は前記水酸基又はアミノ基との反応によって前記官能基となる化合物と、多糖とを反応させることにより製造することができる。前記多糖誘導体は、光学異性体の分離を実現する観点では、多糖のカルバメート誘導体又はエステル誘導体であることが特に好ましい。

また、タンパクなどの生化学物質を分離する目的のためには、珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料を製造した後に珪質の物質を除去して多孔質多糖誘導体を得た後に、一旦置換基を取り除いて多糖そのものとし、しかる後に新たなリガンド、例えばイオン交換基などを導入することもできる。

珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料の製造方法は、珪質の材料が多糖誘導体中に分散されるものであれば特に限定されない。

例示すれば、多糖誘導体の溶液に珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子を分散させた後、フィルム状に成形し溶媒を除去する方法（キャストフィルム）が挙げられる。また、珪質の粒子又は多孔質体を多糖誘導体の溶融物に練りこみ、ノズルや金型を用いて成型することも可能である。

他の様態としては、多糖誘導体の溶液に珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子を分散させた後、多糖誘導体の非溶媒に注ぎ込み固化させた後に溶媒を除去する方法が挙げられる。

また、金型、例えばカラム、に珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子を充填した後、多糖誘導体の溶液を注ぎ込んだ後に溶媒を除去することも可能である。この際、溶媒の除去に加圧気体を用いれば、粒子間空隙から多糖誘導体溶液を排除し、貫通孔を形成することができ、さらに珪質成分除去により微細孔を形成すれば、いわゆるモノリスカラムとして分離に利用することができる。

珪質の材料として多孔質成型体を用いた場合は、多孔質成型体に多糖誘導体の溶液を吸収させた後に溶媒を蒸発させる、あるいは融液を吸収させた後に冷却することも可能である。更に、例えば、珪質の多孔質粒子と多糖誘導体の粒子を混合し、加圧、あるいは加熱焼結により得ることもできる。この場合、粒子間に適度に空孔を残すことは、珪質の多孔質粒子の除去を容易にする。珪質の多孔質粒子に、適量の多糖誘導体溶液を吸収させ、その溶媒を蒸発により除去する場合に、該珪質の多孔質粒子が有する細孔の容積と溶液に含まれる多糖誘導体の体積の量的関係如何により、相対的に後者が大きいときには全体が一体化したモノリスを得ることができ、また前者が大きいときにはもともとの珪質の多孔質物質粒子としての形状を残すことができる。

多糖誘導体の溶解に使用される溶媒（良溶媒）は、多糖誘導体を溶解することができるものであれば、通常使用されているいかなる有機溶媒を使用することもできる。

珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料を形成した後、強度維持の観点から、多糖誘導体同士を化学結合させることが好ましい。多糖誘導体同士の化学結合の方法として、例えば、多糖の水酸基又はアミノ基の一部にジイソシアナート誘導体、ジカルボン酸誘導体あるいはその酸塩化物、ジエポキシ誘導体、ジビニル誘導体等の多官能性架橋剤を有する化合物を修飾させた多糖誘導体を重合させる方法や、多糖誘導体へＵＶやγ線などの光照射などを適用することができる。また、特開平１１−１７１８００号公報に記載されている方法のように、スチレンやジビニルベンゼン等のビニル基を有する炭化水素単量体、メタクリル酸エステル、メタクリル酸アミド当のアクリル酸誘導体等に例示される重合性単量体を珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料上で共重合させることにより重合体の被覆体を形成させることもできる。

尚、前記化学結合工程は、珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料から珪質の材料を除去した後、行っても良い。

本発明において、珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料から珪質の材料を除去するために用いるのは、フッ化水素アンモニウムである。

珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料から珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子を除去する方法としては、例えば、フッ化水素アンモニウムを水、あるいは適当な有機溶媒に溶解し、その中に複合材料を浸漬する方法が挙げられる。溶解を促進するために温度を上げる、撹拌する、超音波を照射する、加圧・減圧するなど、さまざまな補助手段を適宜用いることができる。

本発明においては、多孔質多糖誘導体物質を得ることが主目的であり、珪質の材料の一部が溶け残ることがあるが、目的とする用途に支障がなければ特に問題ではない。

本発明の多孔質多糖誘導体物質とは、多糖誘導体成分が連続体を形成するものであるが、多数の空孔を有することが特徴である。空孔は独立孔であっても連続孔であっても良いが、連続孔のほうが好ましい。

多孔質多糖誘導体物質のマクロな形状は、球状、あるいは不定形の粒子、柱状、平面状、繊維状など、使い方によって、適切な形状を選ぶことができる。更に、溶媒に溶かした多糖誘導体に珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子を混合した後に溶媒を蒸発させる場合には、体積減少に伴い、珪質成分粒子の間隙に空孔を生じ、更に珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子の除去により、二種の特性を異にする空孔を形成することも可能である。

以下、本発明の方法を実際の例によって説明するが、本発明がこの例の範囲に限定されないことは言うまでもない。
[実施例１]
セルローストリアセテート １ｇをジクロロメタン９．５ｇ、メタノール １．０ｇの混合液に溶解した。この溶液３．５４ｇをシリカゲル（ワコー純薬、クロマトグラフィー用１．２７ｇ）に混和し、ガラス板上にキャストした。得られたフィルムの一部を、フッ化水素アンモニウム０．４５ｇを水１．０ｍＬに溶かし、ここにメタノール１．０ｍＬを混和した液に、時々振り混ぜながら３時間浸漬した。得られたフィルムを取り出し、水１０ｍＬで２回洗い、更に水切り後、メタノール、エタノール、各１０ｍＬ、そしてヘキサン１０ｍＬで２回洗い、最後に風乾した。
珪質成分除去前後の元素分析値％(２回平均)は下記の通りであった。
除去前 Ｃ：８．９、Ｈ：１．５７、灰分：７４．８
除去後 Ｃ：４８．３２、Ｈ：５．４２、灰分：０．８
同じく、前後の電子顕微鏡写真を示す。
それぞれの電子顕微鏡写真から多孔質多糖誘導体物質が観察できる。

本発明によって製造された多孔質多糖誘導体は、様々な分野への応用が期待される。例えば、粒子状のものはクロマトグラフィー担体として利用できる。また、香り成分などを吸蔵させることにより、徐放剤とすることができる。円筒形の成形体をカラム内に密着させれば、モノリス吸着体として、やはりクロマトグラフィーに応用できる。平板状に成型したものは、イオン交換膜として、バイオプロダクトの濃縮回収に利用できる。

Claims (6)

1. 多孔質多糖誘導体を製造する方法であって、
   珪質の材料と多糖誘導体からなる複合材料を製造する工程と、
   前記複合材料から、前記珪質の材料をフッ化水素アンモニウムを用いて除去する工程とを含むことを特徴とする多孔質多糖誘導体の製造方法。
2. 前記珪質の材料が、珪質の非孔質粒子あるいは多孔質粒子であることを特徴とする請求項１記載の多孔質多糖誘導体の製造方法。
3. 前記珪質の材料が、珪質の多孔質成形体であることを特徴とする請求項１記載の多孔質多糖誘導体の製造方法。
4. 前記多糖誘導体が、セルロース又はアミロースの誘導体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の多孔質多糖誘導体の製造方法。
5. 前記多糖誘導体が、多糖のエステル誘導体又はカルバメート誘導体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の多孔質多糖誘導体の製造方法。
6. 前記多糖誘導体同士を化学結合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の多孔質多糖誘導体の製造方法。