WO2017022695A1 - 超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a chromatography technique. More specifically, the present invention relates to a stationary phase used for supercritical fluid chromatography.
- Chromatography is the most effective means for analyzing the components of the mixture and their contents, and for separating and purifying them. This is also understood as a distribution ratio (adsorption equilibrium) inherent to a substance between a porous solid (stationary phase) spatially fixed in a tube called a column or capillary and a fluid (mobile phase) moving through the gap. ) To separate different substances. Typical examples are gas chromatography and liquid chromatography. The former uses gas as the mobile phase.
- liquid chromatography uses a liquid as a mobile phase, and can be applied to most substances if an appropriate mobile phase is selected.
- viscosity of the liquid is generally high, there is a limit due to an increase in the viscous resistance even if it is attempted to ensure good separation with a long column or capillary.
- Supercritical fluid chromatography was invented as a technology that can overcome both disadvantages. This utilizes the characteristics that a fluid in a supercritical or subcritical state dissolves other compounds far better than a gas, and has a lower viscosity and a higher diffusion rate than a liquid. SFC using carbon dioxide as a supercritical fluid is generally adopted for safety and equipment reasons, and its use is gradually expanding. In addition, there are chromatography using electric attractive force, paper, and so-called thin layer chromatography (modified liquid chromatography) in which powder is consolidated into a thin layer, but the application range is very wide. Absent.
- supercritical fluid chromatography is said to be similar in characteristics to normal phase chromatography.
- SFC supercritical fluid chromatography
- a stationary phase used in SFC for example, as introduced in Non-Patent Document 1, silica gel or its surface is modified with various atomic groups.
- Modification groups include saturated alkyl chains of various chain lengths, or one or two benzene rings or condensed polycyclic aromatic hydrocarbon groups connected by alkyl chains or alkyl chains including amide bonds or ether bonds. , Characterized by halogen-substituted benzene rings, linked by halogenated alkyl groups, linked by polar groups such as 2,3-dihydroxypropyl group, CN group, NH 2 group, crosslinked polystyrene as polymer modifying group , Polyvinyl alcohol, polyethylene glycol and the like. Carbon with a graphite structure is also a characteristic stationary phase.
- a compound often used in SFC is a basic compound called (2-ethylpyridine) having a (2-pyridyl) ethyl group bonded and tailing in a normal stationary phase to give a broad peak. Not only elutes as a sharp peak, but also an acidic compound can be suitably retained, and is therefore preferably used.
- Non-Patent Document 2 the retention tendency for various compounds is similar, and there are not a few stationary phases with no difference in characteristics. Under such circumstances, the present inventors have recognized that it is one of the required requirements to be able to identify molecules having similar structures, and have eagerly developed a stationary phase that can be used for SFC. Has advanced.
- Patent Document 1 uses, as a stationary phase, a polymer having an aromatic ring and a dipolar atomic group in the repeating unit of the main chain, and is not only effective for the separation of various compounds but also has good molecular shape recognizability. It is known. However, unlike the above-mentioned 2-ethylpyridine column, there is a problem that tailing occurs when analyzing a basic substance to give a broad peak.
- These stationary phases are prepared by supporting the above polymer on a particulate or monolithic carrier. For this reason, when a solvent that can essentially dissolve the solvent or a mixed solvent containing the solvent is used as a developing solvent, a part or all of the solvent is dissolved, and the function as a column may be impaired.
- polyvinylpyrrolidone is used for chromatography
- PVP poly (1-vinyl-2-pyrrolidone) particles that have been made insoluble in a solvent by crosslinking are packed in a column and used as a chromatography stationary phase
- silica gel is used as the stationary phase in the separation of proteins and microorganisms, the properties of the target product may change due to so-called denaturation, and the recovery rate may be significantly reduced.
- Non-Patent Document 3 There are also several attempts for methods of bonding PVP. For example, it has been reported that PVP is coated on silica gel and then crosslinked by ⁇ -rays (Non-patent Document 2). Another report discloses a method in which a silane coupling agent having a vinyl group or a methacryloxy group is bonded to silica gel, and then a vinylpyrrolidone monomer is copolymerized therewith (Non-patent Document 4). However, these are generally not used much in HPLC because the peaks are broad.
- the present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a stationary phase for supercritical fluid chromatography having good molecular discrimination ability.
- the present inventors have found that a stationary phase composed of a carrier on which a polymer having a pyrrolidone skeleton in the repeating unit of the main chain is supported in supercritical fluid chromatography.
- the inventors have found that good molecular discrimination ability is expressed, and have completed the present invention.
- a stationary phase for supercritical fluid chromatography composed of a carrier on which a polymer containing a pyrrolidone skeleton in the repeating unit of the main chain is supported.
- the stationary phase for supercritical fluid chromatography according to [1] which has a structure represented by the following formula (II).
- W ′ is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may have a single bond or a branched chain
- X is an amide group, an ester group, or an N-alkylamide having 1 to 3 carbon atoms.
- a method for separating a target substance comprising a step of separating the target substance using the stationary phase according to any one of [1] to [5] and a mobile phase containing a supercritical fluid.
- a method for producing a stationary phase for supercritical fluid chromatography comprising a step of copolymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone and a carrier having a polymerizable functional group bonded thereto.
- W is a vinyl group, an allyl group, an isopropenyl group, or an alkenyl group having 4 to 12 carbon atoms having a double bond at the ⁇ position
- X is an amide group, an ester group, or a carbon number.
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms
- Z is 1 to 3 carbon atoms 30 is an alkylene group
- each R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- Z is a leaving group capable of forming a bond between the silicon atom in formula (I) and the carrier.
- N is an integer from 1 to 3.
- W is a vinyl group
- X is an amide group or an N-alkylamide group having 1 to 3 carbon atoms
- Y is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms
- R is independently a methyl group.
- An ethyl group or a propyl group, and Z is an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, halogen, an alkyl mercaptoyl group having 1 to 20 carbon atoms, a dimethylamino group, a diethylamino group, a pyrrolidino group, an imidazolyl group, an allyl group, or 2
- a step of radically polymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone in the presence of a chain transfer agent having a reactive silyl group at the terminal to obtain a polymer, and a step of silane coupling the obtained polymer on the surface of the carrier A process for producing a stationary phase for supercritical fluid chromatography, comprising: [12] The method for producing a stationary phase for supercritical fluid chromatography according to [11], wherein the chain transfer agent having a reactive silyl group at the terminal is a compound represented by the following formula (III).
- each R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and Z is a leaving group capable of forming a bond between the silicon atom in the formula (III) and the carrier.
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, T is a chain transfer functional group, and n is an integer of 1 to 3.
- the stationary phase for supercritical fluid chromatography of the present invention includes a carrier on which a polymer containing a pyrrolidone skeleton in the repeating unit of the main chain is supported.
- the stationary phase in the present invention refers to a separation target substance that is fixed inside an analytical tool (column or capillary) in a chromatographic method and distributes the substance to be separated between the fluid that moves while in contact therewith.
- a material if it is a particle, it may refer to an aggregate formed by the particle being filled, or it may refer to its individual particles.
- a 2-pyrrolidone skeleton in the repeating unit of the main chain means that a 2-pyrrolidone skeleton represented by the following formula is bonded to the main chain of the polymer molecule.
- the proportion of units derived from 1-vinyl-2-pyrrolidone in the polymer molecule is preferably 80 mol% or more from the viewpoint of securing performance as a stationary phase. (In the formula, an asterisk indicates a position to be bonded to the main chain of the polymer.)
- a polymer is supported on a carrier from the viewpoint of stability and separation performance, and it is a more preferable embodiment to form a chemical bond with the polymer.
- the following production methods can be exemplified.
- a chemical bond (covalent bond) is generated between the polymer and the carrier.
- the polymer does not elute from the surface of the carrier due to the presence of the crosslinked polymers on the surface of the carrier.
- the polymer may be eluted by a solvent, which is preferable. It's not a method.
- a production method comprising a step of radical copolymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone and a carrier having a polymerizable functional group bonded thereto.
- a covalent bond that becomes a dormant species is introduced on the surface of the carrier, and living radical polymerization is performed from the surface of the carrier using 1-vinyl-2-pyrrolidone, whereby the 2-pyrrolidone skeleton is a repeating unit of the main chain on the surface of the carrier.
- the manufacturing method including the process of introduce
- a production method comprising a step of copolymerizing a silane coupling agent having a polymerizable double bond and 1-vinyl-2-pyrrolidone, and a step of silane coupling the resulting polymer on the surface of the carrier.
- a production method comprising a step of radically polymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone by introducing a chain transfer functional group onto the surface of a carrier.
- An anionic initiator having a reactive silyl group at the start end and 1-vinyl-2-pyrrolidone are anionically polymerized to obtain a polymer, and a step of silane coupling the obtained polymer on the surface of the carrier Production method.
- Manufacturing method including.
- a production method comprising a step of mixing a composition containing 1-vinyl-2-pyrrolidone, a crosslinking agent, an initiator, and a carrier to cause a crosslinking reaction.
- a production method comprising a step of coating poly (vinyl pyrrolidone) obtained by polymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone on the surface of a carrier and causing a crosslinking reaction by irradiation with ⁇ rays or electron beams.
- the stereoregularity of the produced polymer can be controlled by adjusting the polymerization temperature, polymerization solvent, additives, and the like during polymerization.
- the carrier to which the polymerizable functional group used in the production method (1) of the stationary phase of the present invention is bonded can be produced by the following method.
- the polymerizable functional group bonded to the carrier include a radical polymerizable functional group, such as a vinyl group, an allyl group, an isopropenyl group, or a C 4-12 carbon atom having a double bond at the ⁇ -position. Mention may be made of alkenyl groups. Among these, a vinyl group, an allyl group, or an isopropenyl group is preferable.
- the carrier include a porous organic carrier and a porous inorganic carrier, and preferably a porous inorganic carrier.
- Suitable as the porous organic carrier is a polymer substance selected from polystyrene, poly (meth) acrylamide, poly (meth) acrylate, etc., and suitable as the porous inorganic carrier is silica gel, alumina, zirconia, Examples include titania, magnesia, glass, kaolin, titanium oxide, silicate, and hydroxyapatite.
- Preferred carriers are silica gel, alumina, or glass. When silica gel is used as the carrier, the polymerizable functional group is chemically bonded to the carrier via the silanol group of the silica gel.
- the surface treatment agent include silane coupling agents such as aminopropylsilane and titanate / aluminate coupling agents.
- the carrier to which the polymerizable functional group is bonded as described above can be obtained, for example, by silane coupling a compound represented by the following formula (I) and silica gel.
- W is a vinyl group, an allyl group, an isopropenyl group, or an alkenyl group having 4 to 12 carbon atoms having a double bond at the ⁇ position
- X is an amide group, ester group, carbon
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms
- R is independently C is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms
- Z is a leaving group capable of forming a bond between the silicon atom and the support in formula (I), and n is an integer of 1 to 3.
- W is preferably a vinyl group, an allyl group, or an isopropenyl group.
- X is a part of a linker between W and the terminal Z group, and is preferably an amide group, an N-alkylamide group having 1 to 3 carbon atoms, an ester group, or a phenylene group.
- Y in the above formula (I) is preferably alkylene having 1 to 5 carbon atoms, more preferably any one of a methylene group, an ethylene group and a trimethylene group.
- R in the above formula (I) is preferably a methyl group or an ethyl group.
- Y is bonded to nitrogen in the structure of —CO—NH—, and in the case of “N-alkylamide group”, —CO—NR— (R is In the structure of an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, an embodiment in which Y is bonded to nitrogen is preferable.
- Z in the formula (I) is a leaving group, and any group can be used as long as a bond can be formed between the silicon atom in the formula (I) and an atom such as oxygen constituting the carrier. It may be an atomic group. Since the balance between the ease of handling and the reactivity is good, those generally used include an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, particularly preferably a methoxy group or an ethoxy group, and halogen (chlorine, bromine).
- a nitrogen-containing group such as an alkylmercaptyl group having 1 to 20 carbon atoms, a dimethylamino group, a diethylamino group, a pyrrolidino group, an imidazolyl group, an allyl group, or a 2-methyl-2-propenyl group.
- Reaction conditions can be adjusted depending on the type of leaving group.
- the compound represented by the above formula (I) includes a compound having the structure represented by W in the above formula (I), a compound having the structure of —Y—SiR 3-n Z n in the above formula (I), and Can be obtained by reacting. The reaction between these compounds produces “—X—” in the above formula (I).
- Examples of the compound having a structure represented by W include ⁇ -alkylacrylic acid in which the hydrogen bonded to the 1-position of the vinyl group may be substituted with an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, Mention may be made, for example, of ⁇ -alkylacrylic acid halides in which the hydrogen bonded to the 1-position may be substituted with an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms.
- the compound having the structure of —Y—SiR 3-n Z n of the above formula (I) has the group which is the precursor of X described above, and an alkoxy having 1 to 5 carbon atoms as a leaving group.
- a silane coupling agent having a group can be mentioned. Specific examples include aminoalkylalkoxysilanes and hydroxyalkylalkoxysilanes.
- the carrier to which the polymerizable functional group used in the present invention is bonded is preferably a surface-modified silica gel obtained by silane coupling the compound represented by the above formula (I) and silica gel.
- a compound having the structure of —Y—SiR 3-n Z n of the above formula (I) for example, aminoalkylalkoxysilane or hydroxyalkylalkoxy.
- Silane and silica gel as a carrier, and then a compound having a structure represented by W (for example, ⁇ - (alkyl) acrylic acid in which carbon hydrogen bonded to a vinyl group may be substituted with alkyl) can also be used to cause the reaction.
- W for example, ⁇ - (alkyl) acrylic acid in which carbon hydrogen bonded to a vinyl group may be substituted with alkyl
- the stationary phase of the present invention is obtained by copolymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone and a carrier to which a polymerizable functional group is bonded, when manufactured by the manufacturing method of (1) described above. It is.
- copolymerization of both the vinyl group of 1-vinyl-2-pyrrolidone and the polymerizable functional group can be mentioned, and a known method can be used for the reaction conditions at that time. it can.
- W ′ is a group derived from W in Formula (I) and formed by addition polymerization
- X is an amide group, an ester group, an N-alkylamide group having 1 to 3 carbon atoms, an ether Group, a sulfoxide group, a sulfone group, a sulfide group, a phenylene group, or a phosphate group
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms
- V is an ether group bonded to the support surface, or an unreacted group Z group represented by the above formula (I) or R group.
- W ′ examples include an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms which may have a single bond or a branched chain. Preferable examples include a single bond, a methylene group, an ethylene group, and a trimethylene group.
- X and Y in the formula (II) those similar to the above formula (I) can be adopted.
- p is 1 to 10
- q is about 10 to 300
- q is preferably 15 to 250, more preferably 20 to 200.
- the production method (2) is a production method including a step of radical polymerization in the presence of a chain transfer agent having a reactive silyl group at the terminal, and a step of silane coupling the obtained polymer on the surface of the carrier.
- Examples of the chain transfer agent having a reactive silyl group at the terminal used in the production method (2) include compounds represented by the following formula (III).
- the reactive silyl group in the present invention is a silyl group to which a leaving group as shown by Z in the following formula (III) is bonded, and is condensed by a metal hydroxide containing silicon. It is the property of forming bonds in the form of Si-OM.
- each R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, and Z is a leaving group capable of forming a bond between the silicon atom in the formula (III) and the carrier.
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms, T is a chain transfer functional group, and n is an integer of 1 to 3.
- R is preferably a methyl group, an ethyl group, or a propyl group.
- Z is a leaving group and may be any atomic group as long as it can form a bond between the silicon atom in formula (III) and the oxygen constituting the silica gel.
- a leaving group is an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, among which a methoxy group or an ethoxy group can be exemplified, and halogen ( Chlorine, bromine or iodine), nitrogen-containing groups such as dimethylamino, diethylamino, pyrrolidino, and imidazolyl, as well as allyl and isopropenyl groups.
- halogen Chlorine, bromine or iodine
- nitrogen-containing groups such as dimethylamino, diethylamino, pyrrolidino, and imidazolyl, as well as allyl and isopropenyl groups.
- the reaction conditions catalyst addition
- T is a chain transfer functional group.
- the chain transfer functional group is a functional group in which a chain transfer reaction involving the transfer and reactivation reaction of a growth active species actively occurs in a polymerization reaction. Due to the presence of the chain transfer functional group, the molecular weight and terminal structure of the produced polymer can be controlled to some extent.
- Specific examples of the chain transfer functional group include a halogenated alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms having a thiol at the terminal, or a disulfide group having 1 to 12 carbon atoms.
- the halogenated halogen of the alkyl group having 1 to 12 carbon atoms include chlorine, bromine and iodine.
- Examples of the alkyl group include an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
- a compound having a structure represented by the following formula (IV) can be obtained. Can do. At this time, the molecular weight can be controlled to some extent from the molar ratio of the chain transfer agent to the monomer.
- the radical generator known ones used for the polymerization reaction can be used, and specific examples thereof include azo compounds and peroxides.
- T ′ is a group derived from T in Formula (III) and formed by a chain transfer reaction.
- Y, R, and Z are the same as those in Formula (III), and q is 2 to It is an integer of 300.
- T ′ is an alkylene residue having 1 to 12 carbon atoms to which the halogen is substituted, when T is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms to which halogen is bonded to the terminal, Is a thioether when it is a C 1-12 alkyl group having a thiol at the terminal or a C 1-12 alkyl group having a disulfide group in the group.
- the carrier used in the production method (2) of the stationary phase of the present invention the same carrier as that used in the production method (1) can be used.
- a method for bonding the compound represented by the formula (IV) and the carrier by a silane coupling reaction a known silane coupling method can be used.
- T ′ is a group derived from T in Formula III and formed by a chain transfer reaction.
- Q is an integer of 2 to 300.
- V is an ether group bonded to the support surface, or unreacted.
- the structures in which the groups are replaced on the support surface by reaction are 0 to 100% and 100% to 0%, respectively.
- the manufacturing method (3) By introducing a stable covalent bond that becomes a dormant species on the surface of the carrier and conducting living radical polymerization from the surface, it is possible to introduce a polymer such as silica gel containing a pyrrolidone skeleton in the main chain repeating unit on the surface of the carrier. is there.
- a polymer containing a pyrrolidone skeleton in a repeating unit of a main chain can be introduced at a high density on a carrier surface such as silica gel, and a highly oriented brush polymer can be obtained.
- the same carrier as that used in the production methods (1) and (2) can be used in addition to silica gel.
- This production method comprises a step of copolymerizing a silane coupling agent having a polymerizable double bond and N-methyl-2-pyrrolidone, and a step of silane coupling the resulting polymer on the surface of the carrier. is there.
- Examples of the silane coupling agent having a polymerizable double bond include compounds having a structure represented by the following formula (I).
- W is a vinyl group, an allyl group, an isopropenyl group, or an alkenyl group having 4 to 12 carbon atoms having a double bond at the ⁇ position
- X is an amide group, ester group, carbon
- each R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- Z is a compound represented by the formula (I)
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms
- n is an integer of 1 to 3.
- Y in the above formula (I) is preferably an alkylene having 1 to 5 carbon atoms, more preferably a methylene group, an ethylene group or a trimethylene group.
- R is preferably a methyl group or an ethyl group.
- Z is a leaving group, and if the silicon atom in formula (I) and the carrier, for example, silica gel, can form a bond with oxygen constituting the silica gel, any atomic group can be used. There may be. Even when the carrier is not silica gel, a bond can be formed between the atoms constituting the carrier.
- a leaving group is an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, among which a methoxy group or an ethoxy group can be exemplified, and halogen ( Chlorine, bromine or iodine), nitrogen-containing groups such as dimethylamino group, diethylamino group, pyrrolidino group, imidazolyl group, and allyl group or isopropenyl group).
- the reaction conditions (catalyst Can be adjusted).
- the same carrier as that used in the production methods of (1) and (2) can be used in addition to silica gel.
- the same manufacturing method as in (1) or (2) can be used.
- the molecular weight can be controlled by using an appropriate chain transfer agent or the above-mentioned living radical polymerization method at the time of polymer synthesis.
- a method of bonding the obtained polymer and the carrier by a silane coupling reaction a known silane coupling method can be used.
- This production method is a production method including a step of radically polymerizing 1-vinyl-2-pyrrolidone by introducing a chain transfer functional group onto the surface of a carrier.
- the carrier to which the chain transfer functional group is bonded is obtained, for example, by silane coupling between a compound represented by the following formula (VI) and silica gel when silica gel is used as the carrier.
- T is a chain transfer functional group
- Y is an alkylene group having 1 to 30 carbon atoms
- R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- Z is a formula (Leaving group capable of forming a bond between the silicon atom in (VI) and the carrier
- n is an integer of 1 to 3
- R is preferably a methyl group, an ethyl group, or a propyl group.
- Z is a leaving group and is any atomic group that can form a bond between the silicon atom in formula (VI) and oxygen constituting the silica gel when the carrier is silica gel. May be. Even when the carrier is not silica gel, a bond can be formed between the atoms constituting the carrier.
- the same thing as (2) about T and the thing same as what was used by (1), (2), and (4) about R and Z can be used preferably.
- the carrier to which the chain transfer functional group used in the present invention is bonded is preferably a surface-modified silica gel obtained by silane coupling the compound represented by the formula (VI) and silica gel.
- This production method comprises a step of anionic polymerization of an anionic initiator having a reactive silyl group at the initiation terminal and 1-vinyl-2-pyrrolidone to obtain a polymer, and a step of silane coupling the obtained polymer on the surface of the carrier. It is a manufacturing method including.
- the anion initiator having a reactive silyl group at the starting end as described above can be obtained, for example, by silane coupling between a compound represented by the following formula (VII) and silica gel as a carrier.
- each R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- Z is a leaving group capable of forming a bond between the silicon atom in the formula (VII) and the carrier.
- Y is a branched or straight chain alkylene group having 1 to 30 carbon atoms in which any hydrogen may be substituted with a group having an aromatic ring
- M is an alkali metal or an alkaline earth metal
- n is 1. It is an integer of ⁇ 3.
- R is preferably a methyl group, an ethyl group or a propyl group
- Y and Z are preferably the same as those in formula (I)
- M is lithium, sodium, potassium, or
- a preferred example is magnesium.
- the group containing an aromatic ring optionally substituted with hydrogen for Y include an alkyl group having 4 to 20 carbon atoms having one or two phenyl groups, and more specifically, 1 , 1-diphenylhexyl group and the like.
- a polymer containing a pyrrolidone skeleton having a reactive silyl group at the terminal in the repeating unit of the main chain can be synthesized by a known method.
- a silane coupling agent directly into the start terminal due to a side reaction during polymerization
- a derivative in which the start terminal is protected by a protecting group is synthesized, deprotected after polymerization, and quantitatively the silane coupling agent It can also be obtained by converting to.
- a known silane coupling method can be used as a method of bonding the polymer thus obtained and the carrier by a silane coupling reaction.
- an anionic initiator and 1-vinyl-2-pyrrolidone are subjected to anionic polymerization, and a terminator having a reactive silyl group is allowed to act to obtain a polymer. It is a manufacturing method including the process to do.
- a silane coupling agent directly at the terminating end it can be obtained by deprotecting after the termination using a derivative protected with a protecting group and quantitatively converting to a silane coupling agent.
- a known method can be used for the polymerization using an anionic initiator.
- the terminator having a reactive silyl group include a compound represented by the following formula (VIII).
- each R is independently an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms
- Z is a leaving group capable of forming a bond between the silicon atom in formula (VIII) and the carrier.
- Y is a branched or straight chain alkylene group having 1 to 30 carbon atoms in which any hydrogen may be substituted with a group containing an aromatic ring
- Z ′ is a reaction between the end of the growing anion and a terminator
- n is an integer of 1 to 3.
- Z those exemplified as specific examples in the formula (I) can be preferably exemplified.
- Z ′ include halogen (chlorine, bromine, or iodine), an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms, preferably a methoxy group or an ethoxy group, an alkyl mercaptyl group, a dimethylamino group, a diethylamino group, pyrrolidino.
- a nitrogen-containing group such as an imidazolyl group, an allyl group or a 2-methyl-2-propenyl group. Reaction conditions (including catalyst addition) can be adjusted depending on the type of leaving group.
- Examples of the group containing an aromatic ring optionally substituted with hydrogen for Y include an alkyl group having 4 to 20 carbon atoms having one or two phenyl groups, and more specifically, 1 , 1-diphenylhexyl group and the like.
- a known silane coupling method can be used as a method of bonding the polymer thus obtained and the carrier by a silane coupling reaction.
- This production method includes a step of mixing a composition containing 1-vinyl-2-pyrrolidone, a crosslinking agent, an initiator, and a carrier to cause a crosslinking reaction.
- the monomer and a crosslinking agent are copolymerized to form an insoluble polymer.
- 1-vinyl-2-pyrrolidone and a crosslinking agent such as divinylbenzene, methylene bisacrylamide, ethylene glycol dimethacrylate, etc. in an amount of 0.01-1 equivalent to the monomer, an appropriate amount of radical initiator, Accordingly, a mixture containing a solvent can be absorbed by the carrier, and the initiator can be subjected to conditions for initiating polymerization.
- a radical initiator the well-known thing used for a general radical polymerization reaction can be used, and an azo compound and a peroxide can be mentioned as the specific example.
- Non-Patent Document 2 the carrier is dispersed in a solution in which poly (vinyl pyrrolidone) is dissolved, and the solvent is removed. After removal of the solvent, heat is applied to the support coated with poly (vinyl pyrrolidone). The temperature at that time can be about 50 ° C. to 180 ° C. By applying heat, poly (vinyl pyrrolidone) is immobilized on the carrier, and then ⁇ -rays or electron beams are irradiated to cause a crosslinking reaction to bond the carrier and poly (vinyl pyrrolidone).
- the stationary phase obtained by any of the above methods (1) to (9) has excellent performance as a stationary phase for supercritical fluid chromatography.
- the polymer having a pyrrolidone skeleton in the repeating unit of the main chain and supported on the stationary phase carrier of the present invention obtained through the above operation has a weight average molecular weight of 1,000 to 5,000,000. Is preferred.
- the weight average molecular weight of the polymer referred to in the present invention is, for example, in the structure represented by the above formulas (II) and (IV), at the site of — (CH 2 —CAB) n — which is a repeating unit of the main chain. It is.
- the above weight average molecular weight is the solubility of the polymer in the solvent, prevention of particle aggregation when the polymer is supported on the carrier, suppression of dissolution in the mobile phase solvent, maintenance of the binding amount when chemically bound to the carrier, etc. From the viewpoint of the above, the above range is preferable. The optimal point depends on the type of polymer. However, in the method (1) for producing a stationary phase of the present invention, since polymerization of 1-vinyl-2-pyrrolidone and immobilization on silica gel occur simultaneously, the weight average molecular weight is estimated from the supernatant of the polymerization solution.
- the weight average molecular weight of the polymer is measured before the polymer containing a pyrrolidone skeleton in the main chain repeating unit is bonded to the carrier.
- the weight average molecular weight can be measured by a gel permeation chromatography (GPC) method using polystyrene as a standard substance.
- stationary phases of the present invention those obtained by using the production methods (1) to (7) are inherently because a polymer containing a pyrrolidone skeleton in the main chain repeating unit is covalently bonded to the support surface. Even if a solvent capable of dissolving the polymer or a mixed solvent containing the same is used as the developing solvent, the function as the stationary phase is not impaired without dissolving.
- those obtained by using the production methods (8) and (9) can be obtained by crosslinking the polymers on the carrier, so Even if it uses the mixed solvent containing as a developing solvent, it does not melt
- the specific surface area of the stationary phase of the present invention corresponds to the specific surface area of the carrier to be used, a carrier having a desired specific surface area may be selected.
- the carrier is, for example, silica gel, it can be adjusted by selecting an appropriate product.
- the specific surface area of the stationary phase in a mode in which a polymer is supported on a support, the specific surface area does not change more than an error before and after the support, and therefore, the specific surface area of the stationary phase can be regarded as the same as the specific surface area of the support used.
- the average particle diameter of such a carrier that can be used in the present invention is usually 0.1 to 1000 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m, and the average pore diameter is usually 10 to 10,000 mm, preferably 50 to 1,000 mm.
- the specific surface area of the carrier is usually 5 to 1000 m 2 / g, preferably 10 to 500 m 2 / g.
- the average particle size of the stationary phase can be regarded as the same as the average particle size of the carrier used. it can. That is, when the stationary phase of the present invention is in the form of particles, the average particle diameter can be in the range of 0.1 ⁇ m to 1000 ⁇ m, preferably 1 to 50 ⁇ m.
- the average thickness of the supported the polymer to the carrier is usually 2/10 5 ⁇ 2/10 7 ( ⁇ m), 4/10 5 ⁇ 5/10 7 ( ⁇ m) Is preferred. If it is the said range, there exists a tendency for a peak to become sharp, and it is preferable.
- the ratio (%) of the polymer part contained in 100 parts by mass of the stationary phase is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 3%. -30% by mass, more preferably 5-20% by mass.
- the ratio (%) of the mass part of the polymer contained in 100 parts by mass of the stationary phase can be measured by elemental analysis, and the carbon content of the carrier before the polymer is supported and the obtained immobilization. Based on the measurement result of the carbon content of the phase, the ratio of the mass part of the polymer in the stationary phase is calculated on the assumption that all the carbon other than carbon contained in the carrier before the polymer is supported is derived from the polymer.
- the average particle diameter when the stationary phase of the present invention is in the form of particles indicates the diameter if it is spherical, and is expressed by the diameter of a sphere that is equal to the particle volume in the case of amorphous particles.
- the average particle diameter can be measured by a device that uses a microscope image, for example, Mastersizer 2000E manufactured by Malvern.
- the stationary phase of the present invention is used as particles, it is preferably in the form of spherical particles having an aspect ratio of 2 or less, preferably 1.5 or less. Since the closer to the true sphere, the better, the lower limit is not particularly limited to 1.
- the aspect ratio is measured as follows. Arbitrary observation of 10 or more independent primary particles (not in contact with or overlapping with any other particles) by directly observing the sample with an electron microscope or optical microscope while being randomly distributed on the observation table In this screen, for each individual primary particle in the screen, the major axis and the minor axis (the length of the longest part perpendicular to the major axis) are obtained, and the ratio of both is taken as the aspect ratio of the individual particles.
- the aspect ratio in the present invention is an arithmetic average of the aspect ratios of all the independent primary particles in the screen.
- the primary particles are particles that can clearly observe the interface between the particles. Usually, observation is carried out by appropriately dispersing so as to avoid the overlap of primary particles on the sample stage, but accidental overlap is unavoidable, and there are also bulk particles in which multiple primary particles are aggregated. Is removed from the observation.
- the stationary phase of the present invention can be used as a stationary phase for supercritical fluid chromatography (SFC).
- SFC supercritical fluid chromatography
- substances having excellent separation characteristics with respect to acidic compounds and basic compounds and difficult to separate by HPLC, such as condensed ring aromatic compounds and aromatic compounds are also excellent.
- the stationary phase of the present invention can be used by being packed in a column for supercritical fluid chromatography as described in, for example, JP-A-2006-058147.
- a fluid containing a supercritical fluid and a solvent is used as a mobile phase.
- the supercritical fluid chromatography mentioned here is a general name for chromatography using a supercritical fluid as a main mobile phase.
- the supercritical fluid is a substance that is in a state of a critical pressure or higher and a critical temperature or higher (that is, a supercritical state).
- substances used as supercritical fluids include carbon dioxide, ammonia, sulfur dioxide, hydrogen halide, nitrous oxide, hydrogen sulfide, methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, halogenated hydrocarbons, water, and the like. In terms of appropriate critical conditions, safety, cost, etc., it substantially means carbon dioxide. Moreover, it is not necessary to be strictly supercritical, and it is called “supercritical fluid chromatography” including use in a subcritical state.
- the solvent one kind or two or more kinds are selected from various known solvents according to the kind of the target substance and the kind of supercritical fluid.
- the solvent include lower alcohols such as methanol, ethanol and 2-propanol, ketones such as acetone, acetonitrile, ethyl acetate and THF.
- ketones such as acetone, acetonitrile, ethyl acetate and THF.
- a small amount of water, acid, amine base, ammonium salt or the like may be added to improve the peak shape.
- the supercritical fluid chromatography is not particularly limited as long as it uses a fluid containing the supercritical fluid and the solvent as a mobile phase.
- the supercritical fluid chromatography using the stationary phase of the present invention may be for analysis or for fractionation.
- Preparative supercritical fluid chromatography is not particularly limited as long as it includes a step of separating the mobile phase after passing through the column by a fraction collector according to the target substance separated by the column. .
- a column having a known size can be used for packing. Further, the flow rate can also be appropriately adjusted and used. For example, in the case of a column having an inner diameter of 0.46 mm, an embodiment of 0.3 to 10 ml / min can be exemplified, and an embodiment of 1 to 6 ml / min is preferred. it can.
- the column temperature may be in the range of about 0 to 50 ° C., and may be in the range of about 20 to 40 ° C.
- the back pressure can include an aspect of about 120 to 180 bar, and can include about 130 to 160 bar.
- the stationary phase of the present invention can also be used as a monolith.
- the polymerizable functional group is preliminarily formed into a monolith and is a carrier to which a polymerizable functional group is bonded or a raw material that becomes a carrier formed into a monolith.
- the stationary phase for supercritical fluid chromatography of the present invention includes acidic compounds such as phenylpropionic acid-based NSAIDS, basic compounds such as caffeine analogs, aromatic and polycyclic aromatic compounds such as triphenylene and terphenyl. Excellent separation performance for aromatic hydrocarbons and other compounds with a wide range of polarities.
- Example 1 (N-methyl-N- [3- (trimethoxysilyl) propyl] 2-propenamide treatment of silica gel)
- Preparation Example 1 Into a 300 mL three-necked flask are placed 200 mL of toluene, 3.91 g of trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, 2.74 g of triethylamine, and about 50 mg of 4-pyrrolidylpyridine. .10 g and 4 mL of toluene was added dropwise. After completion of the dropwise addition, the mixture was heated to 80 ° C.
- the obtained liquid was transferred to a 5.5 ⁇ m glass filter, washed with NMP 50 mL, methanol 50 mL, and acetone 50 mL several times, and vacuum dried (60 ° C.). Yield 2.262 g, weight increase with respect to silica gel obtained in Preparation Example 1 was 8.5%, silica gel elemental analysis values were C: 7.91, H: 1.37, N: 1.48 (each%). . It can be presumed that the obtained poly (1-vinyl-2-pyrrolidone) -bonded silica gel has the following structure.
- Example 2 Filler from 120 ⁇ silica gel A 50 ml eggplant flask A was charged with 2098 mg of silica gel having a nominal pore size of 120 ⁇ and 5 ⁇ m in vacuum dried at 160 ° C, 123 mg of trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, and 20 mL of dry toluene. Then, the temperature was gradually raised to 90 ° C. for 2 hours while rotating, and the temperature was gradually raised to 118 ° C. in 3 hours. During this time, about 4.5 g of toluene was transferred to the trap.
- silica gel dispersion 212 mg of triethylamine and 114 mg of acryloyl chloride were added, and kept at 97 ° C. for 1 hour while rotating. After cooling, it was transferred to a 5.5 ⁇ m glass filter together with 10 mL of methanol, washed 3 times with 10 mL of methanol, and vacuum dried (60 ° C.).
- the weight of the obtained silica gel was 2.267 g, and the elemental analysis values were C: 2.91, H: 0.84, and N: 0.49%.
- the weight increase relative to the surface-treated silica gel was 19.0%, and the elemental analysis values were C: 10.2, H: 1.7, and N: 1.82.
- the obtained poly (1-vinyl-2-pyrrolidone) -bonded silica gel was presumed to have the same structure as in Example 1.
- Example 3 Preparation of acrylamide-bonded silica gel with bifunctional coupling agent As in Example 1, except that instead of trimethoxy [3- (methylamino) propyl] silane, 690 mg of dimethoxy [3- (methylamino) propyl] methylsilane, 786 mg of triethylamine, toluene 30 mL, 537 mg of acryloyl chloride and 5.5 mL of toluene were reacted, and this reaction solution was poured onto 4427 mg of the same silica gel as in Example 1, heated, and the resulting silica gel was filtered and washed.
- the yield was 4721 mg (6.65% weight gain), and the elemental analysis values were C: 3.52, H: 0.7, N: 0.5.
- 2081 mg of the obtained silica gel was dispersed in a solution consisting of VP 965 mg, NMP 4.0 mL, AIBN 18.9 mg and reacted in the same manner as in Example 1 to obtain 2350 mg of silica gel (12.9% weight increase).
- the elemental analysis values were C: 10.2, H: 1.7, N: 1.82.
- the obtained poly (1-vinyl-2-pyrrolidone) -bonded silica gel was presumed to have the same structure as in Example 1.
- Example 4 Preparation of mercapto group-bonded silica gel (Preparation Example 2) Pour 25 ml of toluene and 523 mg of trimethoxy (mercaptopropyl) silane into 2233 mg of silica gel (pore size 300 mm, diameter 5 ⁇ m) vacuum-dried in a 50 mL eggplant flask, connect the flask to a rotary evaporator, and rotate for 3 hours and 25 minutes. The bath temperature was increased from 105 ° C to 125 ° C. During this time, about 10 mL of liquid (mainly toluene) was transferred to the trap.
- liquid mainly toluene
- the silica gel was filtered off with a 5.5 ⁇ m glass filter, washed four times with 15 mL of methanol and twice with 15 mL of acetone, and dried in a vacuum dryer at 60 ° C. 2310 mg of mercapto group-bonded silica gel was obtained. Weight increase was 3.4%, elemental analysis values were C: 1.72, H: 0.56, N: 0%.
- the cooled powder is transferred to a 5.5 ⁇ m glass filter together with an appropriate amount of methanol, washed 3 times with 15 mL of methanol, 3 times with 15 mL of NMP, 3 times with 15 mL of methanol, and 3 times with 10 mL of acetone, and then in a vacuum dryer at 60 ° C. Dried.
- the powder after drying was 2.499 g.
- the weight gain was 11.9%, and the elemental analysis values were C: 8.18, H: 1.48, N: 1.31%.
- Example 5 Preparation of methacryloxy group-bonded silica gel (Preparation Example 3)
- a flask connected to a rotary evaporator with 2.187 g of the same silica gel used in Example 1 vacuum-dried at 160 ° C. together with 25 mL of toluene, 10 ⁇ L of trifluoroacetic acid, and 500 ⁇ L of trimethoxy (3-methacryloyloxypropyl) silane.
- the temperature was gradually raised from 105 ° C. to 120 ° C. for 30 minutes. During this time, about 10 mL of liquid transferred to the trap.
- the treated silica gel is transferred to a 5.5 ⁇ m glass filter after cooling, filtered, washed twice with 8 mL of NMP, three times with 10 mL of methanol and twice with 8 mL of acetone, vacuum dried at 60 ° C., and 2.307 g of powder. Got the body.
- the weight increase was 5.5%, and the elemental analysis values were C: 2.64, H: 0.55, N: 0.00%.
- the obtained silica gel was washed with 20 mL each of NMP, methanol, and acetone on a glass filter in the same manner as in Preparation Example 2, and vacuum dried at 60 ° C.
- the yield was 2.440 g (weight increase 16.7%).
- Supercritical fluid chromatography conditions Eluent: CO 2 / methanol (97: 3 v / v), flow rate: 4 ml / min, temperature: 40 ° C., back pressure: 150 bar. Detection was performed at UV254 nm.
- FIG. 2 is a chromatogram obtained by separating hydrocortisone and prednisolone using the same stationary phase as in separation example 1, and (a) obtained using HPLC is obtained using SFC. This is (b).
- Eluent in HPLC: CO 2 / ethanol (90: 10v / v) as eluent at SFC: CO 2 / methanol (90: 10v / v) conditions except using is the same as the separation Example 1.
- FIG. 3 is a chromatogram obtained by performing separation of acetylphenanthrene and acetylanthracene using the same stationary phase as in separation example 1, and (a) obtained by using HPLC is obtained by using SFC. What was obtained is (b). The conditions for HPLC and SFC are the same as in Separation Example 1.
- FIG. 4 shows a chromatogram (a) obtained by performing separation of acetylphenanthrene and acetylanthracene using a commercially available 2-ethylpyridine-bonded silica gel as a stationary phase, and a stationary phase used in the SFC of separation example 1. (B) obtained by using is shown. The conditions of each SFC are the same as those in separation example 1. The structure of a commercially available 2-pyridylethyl stationary phase (shown by the following formula) is shown below.
- FIG. 5 shows the chromatogram (a) obtained by using 2-ethylpyridine-bonded silica gel (Comparative Example) used in Separation Example 4 and the SFC of Separation Example 1 for separation of hydrocortisone and prednisolone by SFC.
- the conditions of each SFC are the same as those in Separation Example 1 except that the eluent: CO 2 / methanol (90:10 v / v) was used.
- FIG. 6 shows the results of separation of four kinds of pharmaceutical components called beta blockers (alprenolol, propranolol, atenolol, pindolol) using the stationary phase of Example 4 (Iniferter method) (a), Example The result (b) performed using the stationary phase of 5 (methacrylic ester copolymerization method) and the result (c) performed using the stationary phase of Example 1 are shown. In (b) and (c), each component is eluted, but in (a), it is completed only by confirming that alprenolol is eluted.
- the SFC conditions in each chromatography are the same as those in Separation Example 1 except that eluent: CO 2 / methanol (90:10 v / v) was used.
- the degree of separation (Rs) was calculated for each peak in FIGS. 1, 2 and 5 and summarized in the following table. The degree of separation was determined from the following formula. Degree of separation (Rs): 2 ⁇ (distance between both peaks of the separation object to be strongly adsorbed and weakly adsorbed) / the total bandwidth of both peaks
- the stationary phase of the present invention has good separation characteristics even for compounds that were difficult to separate by conventional HPLC. Specifically, an improvement in the number of column stages is expected. From this, the stationary phase of the present invention contributes not only to the discovery and improvement of new separation conditions for various substances that have been difficult to separate up to now, but also to the convenience of identification and analysis of separated substances. Be expected.
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Abstract
主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーが担持している担体を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相を提供する。
Description
本発明は、クロマトグラフィー技術に関する。より詳しくは超臨界流体クロマトグラフィーに用いられる固定相に関する。
混合物の成分およびその含量を分析し、また分離精製するための方法として、クロマトグラフィーはもっとも有効な手段である。これは、カラムあるいはキャピラリーと呼ばれる管の中で空間的に固定された多孔質固体(固定相)と、その隙間を移動する流体(移動相)に対する物質固有の分配比(吸着平衡とも理解される)を利用して、異なる物質を分離するものである。その代表的なものとしてガスクロマトグラフィーと液体クロマトグラフィーがある。前者は移動相として気体を用いるものである。
しかし、分離対象が気相に混じって移動するためには、一定以上の蒸気圧がなければならず、そのため分子量が低く、また電荷を持たない比較的限られた分析対象にしか応用できない。一方、液体クロマトグラフィーは移動相として液体を用いるものであり、適切な移動相を選べば、大抵の物質に適用できる。その半面、液体の粘度は一般に高いために、長いカラムやキャピラリーによって良好な分離を確保しようとしても、粘性抵抗の増加による限界がある。
この両者の欠点を克服できる技術として発明されたものが超臨界流体クロマトグラフィー(SFC)である。これは、超臨界、あるいは亜臨界状態にある流体が、気体に比べてはるかに他の化合物をよく溶解し、液体に比べて低い粘度、高い拡散速度を有するという特徴を利用したものである。超臨界流体として二酸化炭素を用いるSFCが安全性や装置上の理由から一般的に採用されており、徐々に利用が拡がりつつある。この他にも電気的な引力を利用するクロマトグラフィー、紙や、粉体を薄い層に固結した、いわゆる薄層クロマトグラフィー(液体クロマトグラフィーの変法)などがあるが、応用範囲はあまり広くない。
液体クロマトグラフィーにおいては、極性の高い固定相と低い移動相の組み合わせを用いる順相クロマトグラフィー、この逆の極性である逆相クロマトグラフィーが代表的なモードである。最近はさらに両相とも極性であるHILICといったものも注目されている。その他、金属イオンと配位子の相互作用を利用する配位子交換クロマトグラフィー、生化学的相互作用を利用するアフィニティークロマトグラフィーなど、特異的な相互作用に基づくものも知られている。概してその分離のメカニズムおよび特徴が明らかになっており、技術の進歩は分離の効率をよくするための粒子形状の改良が主になっている。
これに対して、超臨界流体クロマトグラフィー(SFC)は、その特徴が順相クロマトグラフィーに似ているといわれている。しかし、その特徴、メカニズムは未だよく解っていない点が多く、徐々に逆相系に移行することにより広い極性範囲の分離対象をカバーする考え方もある。
SFCに用いられる固定相としては、例えば非特許文献1に紹介されるように、シリカゲルあるいはその表面を様々な原子団で修飾したものである。
SFCに用いられる固定相としては、例えば非特許文献1に紹介されるように、シリカゲルあるいはその表面を様々な原子団で修飾したものである。
修飾基としては、様々な鎖長の飽和アルキル鎖を含むもの、ひとつあるいは二つのベンゼン環、縮合多環芳香族炭化水素基をアルキル鎖又は、アミド結合、エーテル結合を含むアルキル鎖でつないだもの、ハロゲン置換ベンゼン環を特徴とするもの、ハロゲン化アルキル基をつないだもの、2,3-ジヒドロキシプロピル基、CN基、NH2基などの極性基をつないだもの、高分子修飾基として架橋ポリスチレン、ポリビニルアルコール、ポリエチレングリコールなどがある。また、グラファイト構造を持った炭素も特徴ある固定相である。これらの中で、特にSFCにおいてよく用いられるものは、2-エチルピリジンと呼ばれる、(2-ピリジル)エチル基を結合したものであり、普通の固定相ではテーリングして幅広いピークを与える塩基性化合物もシャープなピークとなって溶出するだけでなく、酸性化合物も適度に保持可能であるため、好んで用いられる。
しかしながら、やはり非特許文献2に指摘されるように、様々な化合物に対する保持の傾向が相似的であり、特徴の差がない固定相も少なくない。こうした中にあって、本発明者らは、構造のよく似た分子を識別できることが、求められている要件のひとつであるとの認識に立ち、鋭意、SFCに用いることができる固定相の開発を進めてきた。
これまでにSFC用の固定相として用いられてきたものの多くは、シリカゲルあるいはその表面を様々な低分子化合物で修飾したものが大多数であった。一方で、シリカゲル表面を高分子で修飾した固定相の報告例もある。たとえば、特許文献1は、主鎖の繰り返し単位に芳香環と双極性原子団を有するポリマーを固定相としており、様々な化合物の分離に有効であるだけでなく、良好な分子形状認識性を有することが知られている。しかし、前述の2-エチルピリジンカラムと異なり、塩基性物質の分析時にテーリングし、幅広いピークを与えるといった問題点があった。
また、これらの固定相は上記ポリマーを粒子状あるいはモノリス状の担体に担持させて調製したものである。そのため、本来これを溶かしうる溶媒あるいはそれを含む混合溶媒を展開溶媒とすると、一部あるいは全部が溶解し、カラムとしての機能を損ねる場合がある。
また、これらの固定相は上記ポリマーを粒子状あるいはモノリス状の担体に担持させて調製したものである。そのため、本来これを溶かしうる溶媒あるいはそれを含む混合溶媒を展開溶媒とすると、一部あるいは全部が溶解し、カラムとしての機能を損ねる場合がある。
一方、これまでに、ポリビニルピロリドンをクロマトグラフィー用途に利用する例が知られている。
具体的には、架橋によって溶媒に溶けなくしたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)(PVP)の粒子をカラムに充填してクロマトグラフィー固定相として用いた例が存在する(例えば、非特許文献2)。
また、硬質のゲルであるシリカゲルの表面にPVPを結合することも試みられている。
例えば、タンパクや微生物の分離においてシリカゲルを固定相とすると、いわゆる変性により目的物の性質が変わったり、回収率が著しく低くなることがあるため、これを防ぐために表面を親水性のポリマーで被覆し、シリカゲルの影響を遮蔽することを意図したものがある(非特許文献3)。
また、PVPを結合する方法についてはいくつかの試みがある。例えばPVPをシリカゲル上にコーティングしたのち、γ-線によって架橋処理することが報告されている(非特許文献2)。また別の報告ではシリカゲルに、ビニル基やメタクリロキシ基を持つシランカップリング剤を結合した上で、これにビニルピロリドンモノマーを共重合させる方法が開示されている(非特許文献4)。しかし、これらは一般にピークがブロードであるためか、HPLCであまり利用されていない。
具体的には、架橋によって溶媒に溶けなくしたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)(PVP)の粒子をカラムに充填してクロマトグラフィー固定相として用いた例が存在する(例えば、非特許文献2)。
また、硬質のゲルであるシリカゲルの表面にPVPを結合することも試みられている。
例えば、タンパクや微生物の分離においてシリカゲルを固定相とすると、いわゆる変性により目的物の性質が変わったり、回収率が著しく低くなることがあるため、これを防ぐために表面を親水性のポリマーで被覆し、シリカゲルの影響を遮蔽することを意図したものがある(非特許文献3)。
また、PVPを結合する方法についてはいくつかの試みがある。例えばPVPをシリカゲル上にコーティングしたのち、γ-線によって架橋処理することが報告されている(非特許文献2)。また別の報告ではシリカゲルに、ビニル基やメタクリロキシ基を持つシランカップリング剤を結合した上で、これにビニルピロリドンモノマーを共重合させる方法が開示されている(非特許文献4)。しかし、これらは一般にピークがブロードであるためか、HPLCであまり利用されていない。
C. West 他、J. Chromatogr. A, 1203 (2008) 105
Kohler, Chromatographia, 21 (1986) 573
I. Krasilnikov 他、J. Chromatogr., 446 (1988) 211
C. R. Kou 他、, Fresenius J. Anal. Chem., 336 (1990) 409
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、良好な分子識別能を有する超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格を有するポリマーが担持されている担体から構成される固定相が、超臨界流体クロマトグラフィーにおいて良好な分子識別能が発現されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりである。
[1] 主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーが担持されている担体から構成される、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[2] 以下の式(II)で示される構造を有する、[1]記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
(式II中、W’は、単結合または分岐鎖を有してもよい炭素数1~10のアルキレン基であり、Xは、アミド基、エステル基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エーテル基、スルホキシド基、スルホン基、スルフィド基、またはリン酸エステル基であり、Yは、炭素数1~30のアルキレン基であり、Vは担体表面と結合したエーテル基、炭素数1~5のアルコキシ基または炭素数1~3のアルキル基である。pは1~10であり、qは10~300)
[3] 球状粒子状であることを特徴とする、[1]または[2]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[4] 平均粒径が0.1μm~1000μmであることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[5] モノリス状であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[6] [1]~[5]のいずれかに記載の固定相と、超臨界流体を含む移動相とを用いて目的物質を分離する工程を含む、目的物質の分離方法。
[7] 1-ビニル-2-ピロリドンと、重合性官能基が結合している担体とを共重合させる工程を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[8] 前記重合性官能基が、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基である、[7]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[9] 重合性官能基が結合している担体は、下記式(I)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることにより得られる表面修飾シリカゲルである、[7]または[8]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
(式(I)中、Wは、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基であり、Xは、アミド基、エステル基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エーテル基、スルホキシド基、スルホン基、スルフィド基、またはリン酸エステル基であり、Yは、炭素数1~30のアルキレン基であり、Zは炭素数1~30のアルキレン基であり、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(I)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基である。nは1~3の整数である。)
[10] 前記Wがビニル基であり、Xがアミド基または炭素数1~3のN-アルキルアミド基であり、Yが炭素数1~5のアルキレン基であり、Rが独立してメチル基、エチル基またはプロピル基であり、Zが炭素数1~5のアルコキシ基、ハロゲン、炭素数1~20のアルキルメルカプチル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基、アリル基または2-メチル-2-プロペニル基である、[9]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[11] 1-ビニル-2-ピロリドンを、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[12] 末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤が下記式(III)で示される化合物である、[11]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
(式(III)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(III)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基である。Yは炭素数1~30のアルキレン基であり、Tは連鎖移動性官能基である。nは1~3の整数である。)
[1] 主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーが担持されている担体から構成される、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[2] 以下の式(II)で示される構造を有する、[1]記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[3] 球状粒子状であることを特徴とする、[1]または[2]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[4] 平均粒径が0.1μm~1000μmであることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[5] モノリス状であることを特徴とする、[1]~[3]のいずれかに記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
[6] [1]~[5]のいずれかに記載の固定相と、超臨界流体を含む移動相とを用いて目的物質を分離する工程を含む、目的物質の分離方法。
[7] 1-ビニル-2-ピロリドンと、重合性官能基が結合している担体とを共重合させる工程を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[8] 前記重合性官能基が、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基である、[7]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[9] 重合性官能基が結合している担体は、下記式(I)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることにより得られる表面修飾シリカゲルである、[7]または[8]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[10] 前記Wがビニル基であり、Xがアミド基または炭素数1~3のN-アルキルアミド基であり、Yが炭素数1~5のアルキレン基であり、Rが独立してメチル基、エチル基またはプロピル基であり、Zが炭素数1~5のアルコキシ基、ハロゲン、炭素数1~20のアルキルメルカプチル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基、アリル基または2-メチル-2-プロペニル基である、[9]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[11] 1-ビニル-2-ピロリドンを、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
[12] 末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤が下記式(III)で示される化合物である、[11]に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
本発明によれば、良好な分子識別能を有する、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相を提供することができる。
本発明の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相は、主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーが担持している担体を含むものである。
なお、本発明における固定相とは、クロマトグラフィー法において、分析用具(カラムまたはキャピラリー)の内部に固定され、これと接触しながら移動する流体との間で分離対象物質を分配し、分離に導く材料を意味するが、これが粒子である場合には、該粒子が充填されることによって形成された集合体を指すこともあり、またその個別の粒子を指すこともある。
なお、本発明における固定相とは、クロマトグラフィー法において、分析用具(カラムまたはキャピラリー)の内部に固定され、これと接触しながら移動する流体との間で分離対象物質を分配し、分離に導く材料を意味するが、これが粒子である場合には、該粒子が充填されることによって形成された集合体を指すこともあり、またその個別の粒子を指すこともある。
ピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に有するとは、以下の式で示される2-ピロリドン骨格がポリマー分子の主鎖に結合していることをいう。なお、本発明において、ポリマー分子中の1-ビニル-2-ピロリドンに由来する単位の割合は、80モル%以上であることが、固定相として性能を確保する観点から好ましい。
(式中、アスタリスクはポリマーの主鎖と結合する位置を示す。)
本発明の固定相では、その安定性、分離性能の見地から担体にポリマーが担持されており、ポリマーとの間に化学結合を形成させることがより好ましい態様である。具体的には、例えば以下の製造方法を例示することができる。
以下の製造方法のうち、(1)~(7)の製造方法によれば、ポリマーと担体との間に化学結合(共有結合)が生じるものである。一方、(8)と(9)の製造方法によれば、担体の表面上でポリマー同士が架橋して存在することにより、担体表面からポリマーが溶出したりすることがない。
超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相において、担体との物理的結合を利用してポリマーをコーティングすることは可能であるが、そのような場合には溶媒によってポリマーが溶出することもあるので、好ましい方法とはいえない。
(1)1-ビニル-2-ピロリドンと、重合性官能基が結合している担体とをラジカル共重合させる工程を含む製造方法。
(2)1-ビニル-2-ピロリドンを、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(3)担体表面にドーマント種となる共有結合を導入し、1-ビニル-2-ピロリドンを用いて担体表面からリビングラジカル重合を行うことにより、担体表面に2-ピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入する工程を含む製造方法。
(4)重合性二重結合を有するシランカップリング剤と、1-ビニル-2-ピロリドンとを共重合させる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(5)担体表面に連鎖移動性官能基を導入し、1-ビニル-2-ピロリドンをラジカル重合する工程を含む製造方法。
(6)開始末端に反応性シリル基を有するアニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合させて、ポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(7)アニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合後、シランカップリング剤を含む停止剤を作用させて得られる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(8)1-ビニル-2-ピロリドンと、架橋剤と、開始剤とを含む組成物と、担体とを混合して、架橋反応を行わせる工程を含む製造方法。
(9)1-ビニル-2-ピロリドンを重合して得たポリ(ビニルピロリドン)を担体の表面にコーティングし、γ線あるいは電子線の照射により、架橋反応を行わせる工程を含む製造方法。
いずれの方法でも重合時の重合温度、重合溶媒、添加剤等の調整により、生成ポリマーの立体規則性を制御することも可能である。
以下の製造方法のうち、(1)~(7)の製造方法によれば、ポリマーと担体との間に化学結合(共有結合)が生じるものである。一方、(8)と(9)の製造方法によれば、担体の表面上でポリマー同士が架橋して存在することにより、担体表面からポリマーが溶出したりすることがない。
超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相において、担体との物理的結合を利用してポリマーをコーティングすることは可能であるが、そのような場合には溶媒によってポリマーが溶出することもあるので、好ましい方法とはいえない。
(1)1-ビニル-2-ピロリドンと、重合性官能基が結合している担体とをラジカル共重合させる工程を含む製造方法。
(2)1-ビニル-2-ピロリドンを、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(3)担体表面にドーマント種となる共有結合を導入し、1-ビニル-2-ピロリドンを用いて担体表面からリビングラジカル重合を行うことにより、担体表面に2-ピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入する工程を含む製造方法。
(4)重合性二重結合を有するシランカップリング剤と、1-ビニル-2-ピロリドンとを共重合させる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(5)担体表面に連鎖移動性官能基を導入し、1-ビニル-2-ピロリドンをラジカル重合する工程を含む製造方法。
(6)開始末端に反応性シリル基を有するアニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合させて、ポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(7)アニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合後、シランカップリング剤を含む停止剤を作用させて得られる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法。
(8)1-ビニル-2-ピロリドンと、架橋剤と、開始剤とを含む組成物と、担体とを混合して、架橋反応を行わせる工程を含む製造方法。
(9)1-ビニル-2-ピロリドンを重合して得たポリ(ビニルピロリドン)を担体の表面にコーティングし、γ線あるいは電子線の照射により、架橋反応を行わせる工程を含む製造方法。
いずれの方法でも重合時の重合温度、重合溶媒、添加剤等の調整により、生成ポリマーの立体規則性を制御することも可能である。
(1)の製造方法について説明する。
本発明の固定相の(1)の製造方法に用いられる重合性官能基が結合している担体は、以下の方法により作製することができる。
担体に結合している重合性官能基として、ラジカル重合性官能基を挙げることができ、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基を挙げることができる。この中でも、ビニル基、アリル基またはイソプロペニル基が好ましい。
また、担体としては、多孔質有機担体又は多孔質無機担体が挙げられ、好ましくは多孔質無機担体を挙げることができる。多孔質有機担体として適当なものは、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリ(メタ)アクリレート等から選択される高分子物質であり、多孔質無機担体として適当なものは、シリカゲル、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、ガラス、カオリン、酸化チタン、ケイ酸塩、ヒドロキシアパタイトなどである。好ましい担体はシリカゲル、アルミナ、またはガラスである。
担体としてシリカゲルを用いる場合には、シリカゲルが有するシラノール基を介して、上記の重合性官能基が担体と化学結合している。
シリカゲル以外の担体を用いる場合には、担体の表面処理を行うことにより、担体自体への分離対象物質の過剰な吸着を抑制できるとともに、表面処理で導入された基を介して重合性官能基と結合させることができる。表面処理剤としては、アミノプロピルシランのようなシランカップリング剤や、チタネート系・アルミネート系カップリング剤を挙げることができる。
本発明の固定相の(1)の製造方法に用いられる重合性官能基が結合している担体は、以下の方法により作製することができる。
担体に結合している重合性官能基として、ラジカル重合性官能基を挙げることができ、例えば、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基を挙げることができる。この中でも、ビニル基、アリル基またはイソプロペニル基が好ましい。
また、担体としては、多孔質有機担体又は多孔質無機担体が挙げられ、好ましくは多孔質無機担体を挙げることができる。多孔質有機担体として適当なものは、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリルアミド、ポリ(メタ)アクリレート等から選択される高分子物質であり、多孔質無機担体として適当なものは、シリカゲル、アルミナ、ジルコニア、チタニア、マグネシア、ガラス、カオリン、酸化チタン、ケイ酸塩、ヒドロキシアパタイトなどである。好ましい担体はシリカゲル、アルミナ、またはガラスである。
担体としてシリカゲルを用いる場合には、シリカゲルが有するシラノール基を介して、上記の重合性官能基が担体と化学結合している。
シリカゲル以外の担体を用いる場合には、担体の表面処理を行うことにより、担体自体への分離対象物質の過剰な吸着を抑制できるとともに、表面処理で導入された基を介して重合性官能基と結合させることができる。表面処理剤としては、アミノプロピルシランのようなシランカップリング剤や、チタネート系・アルミネート系カップリング剤を挙げることができる。
上記のような、重合性官能基が結合している担体は、例えば下記式(I)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることにより得られる。
(式(I)中、Wは、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基であり、Xは、アミド基、エステル基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エーテル基、スルホキシド基、スルホン基、スルフィド基、またはリン酸エステル基であり、Yは、炭素数1~30のアルキレン基であり、Rはそれぞれ独立して炭素数1~3のアルキル基であり、Zは式(I)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基である。nは1~3の整数である。)
上記式(I)中、Wは、ビニル基、アリル基、またはイソプロペニル基であることが好ましい。
上記式(I)中、Xは、Wと末端のZ基とのリンカーの一部であり、アミド基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エステル基、フェニレン基であることが好ましい。
上記式(I)のYは、炭素数1~5のアルキレンであることが好ましく、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基のいずれかであることがより好ましい。
上記式(I)のRは、メチル基、またはエチル基であることが好ましい。
なお、式(I)中、Xが「アミド基」である場合、-N-CO-Yと、-CO-N-Yの態様を含み、Xが「N-アルキルアミド基」である場合、-NR-CO-Yと、-CO-NR-Yの態様を含む。
上記式(I)において、Wがビニル基で、Xがアミド基またはN-アルキルアミド基である態様と、Wがイソプロペニル基で、Xがアミド基またはN-アルキルアミド基である態様が、合成が容易な点で好ましい。
なお、式(I)のXが「アミド基」の場合、-CO-NH-の構造において、窒素にYが結合し、「N-アルキルアミド基」の場合、-CO-NR-(Rは炭素数1~3のアルキル基)の構造において、窒素にYが結合している態様が好ましい。
上記式(I)中、Xは、Wと末端のZ基とのリンカーの一部であり、アミド基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エステル基、フェニレン基であることが好ましい。
上記式(I)のYは、炭素数1~5のアルキレンであることが好ましく、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基のいずれかであることがより好ましい。
上記式(I)のRは、メチル基、またはエチル基であることが好ましい。
なお、式(I)中、Xが「アミド基」である場合、-N-CO-Yと、-CO-N-Yの態様を含み、Xが「N-アルキルアミド基」である場合、-NR-CO-Yと、-CO-NR-Yの態様を含む。
上記式(I)において、Wがビニル基で、Xがアミド基またはN-アルキルアミド基である態様と、Wがイソプロペニル基で、Xがアミド基またはN-アルキルアミド基である態様が、合成が容易な点で好ましい。
なお、式(I)のXが「アミド基」の場合、-CO-NH-の構造において、窒素にYが結合し、「N-アルキルアミド基」の場合、-CO-NR-(Rは炭素数1~3のアルキル基)の構造において、窒素にYが結合している態様が好ましい。
上記式(I)中のZは、脱離基であり、式(I)中のケイ素原子と、担体を構成する酸素のような原子との間に結合を作らせ得るものであれば、いかなる原子団であってもよい。取り扱いのしやすさと反応性のバランスが良いために、一般的に用いられるものは、炭素数1~5のアルコキシ基、特に好ましくはメトキシ基あるいはエトキシ基を挙げることができ、ハロゲン(塩素、臭素またはヨウ素)、炭素数1~20のアルキルメルカプチル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、アリル基または2-メチル-2-プロペニル基を挙げることができる。脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。
上記式(I)で表される化合物は、上記式(I)のWで表される構造を有する化合物と、上記式(I)の-Y-SiR3-nZnの構造を有する化合物とを反応させることにより得ることができる。
それらの化合物同士の反応により、上記式(I)の「-X-」が生じる。
それらの化合物同士の反応により、上記式(I)の「-X-」が生じる。
Wで表される構造を有する化合物としては、ビニル基の1-位に結合する水素が、炭素数が1~12のアルキル基で置換されていてもよいα-アルキルアクリル酸や、ビニル基の1-位に結合する水素が、炭素数が1~12のアルキル基で置換されていてもよいα-アルキルアクリル酸のハロゲン化物を挙げることができる。
上記式(I)の-Y-SiR3-nZnの構造を有する化合物としては、上記で説明したXの前駆体である基を有し、脱離基として炭素数が1~5のアルコキシ基を有するシランカップリング剤を挙げることができる。具体的には、アミノアルキルアルコキシシランやヒドロキシアルキルアルコキシシランを挙げることができる。
本発明で用いる重合性官能基が結合している担体は、上記式(I)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることによって得られる表面修飾シリカゲルであることが好ましい。
上記式(I)で表される化合物を用いることとは別に、まず最初に上記式(I)の-Y-SiR3-nZnの構造を有する化合物(例えばアミノアルキルアルコキシシランやヒドロキシアルキルアルコキシシラン)と、担体としてのシリカゲルとをカップリングした後、Wで表される構造を有する化合物(例えばビニル基に結合する炭素の水素がアルキルで置換されてもよいα-(アルキル)アクリル酸)を用いて反応を起こさせることもできる。
本発明の固定相は、上記で説明した(1)の製造方法で製造する場合、1-ビニル-2-ピロリドンと、重合性官能基が結合している担体とを共重合させて得られるものである。
その共重合の態様としては、1-ビニル-2-ピロリドンのビニル基と、重合性官能基の両方について共重合を起こさせることが挙げられ、その際の反応条件は公知の方法を用いることができる。
その共重合の態様としては、1-ビニル-2-ピロリドンのビニル基と、重合性官能基の両方について共重合を起こさせることが挙げられ、その際の反応条件は公知の方法を用いることができる。
上記で説明した原料や製造方法を用いて得られる本発明の固定相は、以下の構造を有する。
(式II中、W’は、式(I)のWに由来し、付加重合により生成する基であり、Xは、アミド基、エステル基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エーテル基、スルホキシド基、スルホン基、スルフィド基、フェニレン基、またはリン酸エステル基であり、Yは、炭素数1~30のアルキレン基であり、Vは担体表面と結合したエーテル基、もしくは未反応の上記式(I)で示されるZ基、またはR基である。)
上記式(II)において、W’の具体例としては、単結合または分岐鎖を有してもよい炭素数1~10のアルキレン基を挙げることができる。好ましくは、単結合、メチレン基、エチレン基またはトリメチレン基を挙げることができる。
式(II)中のX及びYの好ましい基は、上記式(I)と同様のものを採用できる。
式(II)中、pは1~10であり、qは10~300程度を挙げることができ、qは好ましくは15~250、更に好ましくは20~200である。なお、p、q、いずれも2以上の場合、式(II)では、ピロリドン残基を有する単位と担体との結合を有する単位とは、それぞれが連続するブロック共重合体のように見えるが、式(II)は、それぞれの残基の数のみを表現しているのであり、実際にはランダムな共重合体であろうと推定される。
式(II)のVについて、上記式(I)で示される化合物において、n=1の場合、V=Rであり、n=2の場合、全てのVの数に対し、R基の割合は50%であり、未反応のZ基またはZ基が反応によって担体表面に置き換わった構造がそれぞれ0~50%および50%~0%であり、n=3の場合、未反応のZ基またはZ基が反応によって担体表面に置き換わった構造がそれぞれ0~100%および100%~0%である。
式(II)中のX及びYの好ましい基は、上記式(I)と同様のものを採用できる。
式(II)中、pは1~10であり、qは10~300程度を挙げることができ、qは好ましくは15~250、更に好ましくは20~200である。なお、p、q、いずれも2以上の場合、式(II)では、ピロリドン残基を有する単位と担体との結合を有する単位とは、それぞれが連続するブロック共重合体のように見えるが、式(II)は、それぞれの残基の数のみを表現しているのであり、実際にはランダムな共重合体であろうと推定される。
式(II)のVについて、上記式(I)で示される化合物において、n=1の場合、V=Rであり、n=2の場合、全てのVの数に対し、R基の割合は50%であり、未反応のZ基またはZ基が反応によって担体表面に置き換わった構造がそれぞれ0~50%および50%~0%であり、n=3の場合、未反応のZ基またはZ基が反応によって担体表面に置き換わった構造がそれぞれ0~100%および100%~0%である。
次に、本発明の固定相を得るための(2)の製造方法について説明する。
(2)の製造方法は、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法である。
(2)の製造方法で用いる、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤として、以下の式(III)で示される化合物を例示することができる。本発明における反応性シリル基とは、下記の式(III)のZで示されるような脱離基が結合しているシリル基のことであり、ケイ素を含む金属水酸化物に対して縮合によりSi-O-Mの形の結合を形成する性質のことである。以下の他の製法において用いる化合物においても同様である。
(式(III)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(III)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基である。Yは炭素数1~30のアルキレン基であり、Tは連鎖移動性官能基である。nは1~3の整数である。)
(2)の製造方法は、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法である。
(2)の製造方法で用いる、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤として、以下の式(III)で示される化合物を例示することができる。本発明における反応性シリル基とは、下記の式(III)のZで示されるような脱離基が結合しているシリル基のことであり、ケイ素を含む金属水酸化物に対して縮合によりSi-O-Mの形の結合を形成する性質のことである。以下の他の製法において用いる化合物においても同様である。
式(III)中、Rは、メチル基、エチル基、またはプロピル基であることが好ましい。Zは、脱離基であり、式(III)中のケイ素原子とシリカゲルを構成する酸素との間に結合を作らせ得るものであれば、いかなる原子団であってもよい。
取り扱いのしやすさと反応性のバランスが良いために、脱離基として一般的に用いられるものは、炭素数1~5のアルコキシ基であり、その中でもメトキシ基あるいはエトキシ基を例示でき、ハロゲン(塩素、臭素またはヨウ素)、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、またアリル基やイソプロペニル基も用いることができ、脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。Yは、炭素数1~10のアルキレン基であることがより好ましい。Tは連鎖移動性官能基である。連鎖移動性官能基とは重合反応において、生長活性種の移動および再開始反応を伴う連鎖移動反応が活発に起こる官能基のことである。連鎖移動性官能基があることで、生成ポリマーの分子量や末端構造の制御がある程度可能となる。連鎖移動性官能基の具体例としては、ハロゲン化された炭素数1~12のアルキル基、末端にチオールを有する炭素数1~12のアルキル基またはジスルフィド基を基内に有する炭素数1~12のアルキル基が好ましい。
前記ハロゲン化された炭素数1~12のアルキル基のハロゲンは、塩素、臭素またはヨウ素を挙げることができ、そのアルキル基としては、炭素数1~3のアルキル基を挙げることができる。
このような連鎖移動剤の存在下、少量のラジカル発生剤を触媒に用い、1-ビニル-2-ピロリドンのラジカル重合を行うことで、下記式(IV)で示される構造を有する化合物を得ることができる。このときに、連鎖移動剤とモノマーのモル比からある程度の分子量の制御が可能となる。ラジカル発生剤は、重合反応に用いる公知のものを用いることができ、その具体例としては、アゾ化合物や過酸化物を挙げることができる。
取り扱いのしやすさと反応性のバランスが良いために、脱離基として一般的に用いられるものは、炭素数1~5のアルコキシ基であり、その中でもメトキシ基あるいはエトキシ基を例示でき、ハロゲン(塩素、臭素またはヨウ素)、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、またアリル基やイソプロペニル基も用いることができ、脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。Yは、炭素数1~10のアルキレン基であることがより好ましい。Tは連鎖移動性官能基である。連鎖移動性官能基とは重合反応において、生長活性種の移動および再開始反応を伴う連鎖移動反応が活発に起こる官能基のことである。連鎖移動性官能基があることで、生成ポリマーの分子量や末端構造の制御がある程度可能となる。連鎖移動性官能基の具体例としては、ハロゲン化された炭素数1~12のアルキル基、末端にチオールを有する炭素数1~12のアルキル基またはジスルフィド基を基内に有する炭素数1~12のアルキル基が好ましい。
前記ハロゲン化された炭素数1~12のアルキル基のハロゲンは、塩素、臭素またはヨウ素を挙げることができ、そのアルキル基としては、炭素数1~3のアルキル基を挙げることができる。
このような連鎖移動剤の存在下、少量のラジカル発生剤を触媒に用い、1-ビニル-2-ピロリドンのラジカル重合を行うことで、下記式(IV)で示される構造を有する化合物を得ることができる。このときに、連鎖移動剤とモノマーのモル比からある程度の分子量の制御が可能となる。ラジカル発生剤は、重合反応に用いる公知のものを用いることができ、その具体例としては、アゾ化合物や過酸化物を挙げることができる。
式(IV)において、T’は、Tが末端にハロゲンが結合している炭素数1~12のアルキル基の場合、そのハロゲンが置換された炭素数1~12のアルキレン残基であり、Tが末端にチオールを有する炭素数1~12のアルキル基またはジスルフィド基を基内に有する炭素数1~12のアルキル基である場合はチオエーテルである。
本発明の固定相の(2)の製造方法で用いる担体は、(1)の製造方法で用いる担体と同じものを用いることができる。
式(IV)で示される化合物と、担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法ついては、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
式(IV)で示される化合物と、担体とを結合させて得られる固定相は以下の構造を有していると推察される。
(式V中、T’は式IIIのTに由来し、連鎖移動反応により生成する基である。qは2~300の整数である。Vは担体表面と結合したエーテル基、もしくは未反応の上記式(III)で示されるZ基、またはR基である。)
本発明の固定相の(2)の製造方法で用いる担体は、(1)の製造方法で用いる担体と同じものを用いることができる。
式(IV)で示される化合物と、担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法ついては、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
式(IV)で示される化合物と、担体とを結合させて得られる固定相は以下の構造を有していると推察される。
(式V中、T’は式IIIのTに由来し、連鎖移動反応により生成する基である。qは2~300の整数である。Vは担体表面と結合したエーテル基、もしくは未反応の上記式(III)で示されるZ基、またはR基である。)
式(V)のVについて、上記式(III)で示される化合物において、n=1の場合、V=Rであり、n=2の場合、全てのVの数に対し、R基の割合は50%であり、未反応のZ基またはZ基が反応によって担体表面に置き換わった構造がそれぞれ0~50%および50%~0%であり、n=3の場合、未反応のZ基またはZ基が反応によって担体表面に置き換わった構造がそれぞれ0~100%および100%~0%である。
次に(3)の製造方法について説明する。
担体表面にドーマント種となる安定な共有結合を導入し、表面からリビングラジカル重合を行うことにより、シリカゲルのような担体表面にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
この手法では、シリカゲルのような担体表面上に高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入でき、高度に配向可能なブラシ状ポリマーを得ることが可能である。
上記「ドーマント種となる安定な共有結合の導入とリビングラジカル重合」に関して、よく用いられている例を以下の(i)~(iii)に示す。
(i) シリカゲルのような担体表面に、銅・鉄・ルテニウムなどの遷移金属触媒によって活性化可能な炭素-ハロゲン結合を導入し、一電子酸化還元機構によりハロゲンの引き抜きと引き戻しを可逆的に行うことで、1-ビニル-2-ピロリドンの重合をリビング的に進行させる。この技術を用いることでシリカゲルのような担体表面上に、高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
(ii) シリカゲルのような担体表面に、例えばアルコキシアミンを導入し、そのアルコキシアミンの炭素-酸素結合が熱的に解離して炭素ラジカルとニトロキシドを生成すると、N-メチル-2-ピロリドンの重合が進行するとともに生長炭素ラジカルはニトロキシドにより可逆的にすばやくキャッピングされることで再びドーマント種に戻り、重合反応が制御される。この技術を用いることでシリカゲルのような担体表面上に、高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
(iii) シリカゲルのような担体表面に、チオカルボニル化合物やヨウ素化合物を導入した場合、ポリマー末端間でのラジカル種とドーマント種との交換反応による可逆的な連鎖移動が速く起こることで、すべてのポリマー鎖が同じように生長する機会が与えられて、分子量の制御が可能となる。この技術を用いることでシリカゲルのような担体表面上に、高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
担体表面にドーマント種となる安定な共有結合を導入し、表面からリビングラジカル重合を行うことにより、シリカゲルのような担体表面にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
この手法では、シリカゲルのような担体表面上に高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入でき、高度に配向可能なブラシ状ポリマーを得ることが可能である。
上記「ドーマント種となる安定な共有結合の導入とリビングラジカル重合」に関して、よく用いられている例を以下の(i)~(iii)に示す。
(i) シリカゲルのような担体表面に、銅・鉄・ルテニウムなどの遷移金属触媒によって活性化可能な炭素-ハロゲン結合を導入し、一電子酸化還元機構によりハロゲンの引き抜きと引き戻しを可逆的に行うことで、1-ビニル-2-ピロリドンの重合をリビング的に進行させる。この技術を用いることでシリカゲルのような担体表面上に、高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
(ii) シリカゲルのような担体表面に、例えばアルコキシアミンを導入し、そのアルコキシアミンの炭素-酸素結合が熱的に解離して炭素ラジカルとニトロキシドを生成すると、N-メチル-2-ピロリドンの重合が進行するとともに生長炭素ラジカルはニトロキシドにより可逆的にすばやくキャッピングされることで再びドーマント種に戻り、重合反応が制御される。この技術を用いることでシリカゲルのような担体表面上に、高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
(iii) シリカゲルのような担体表面に、チオカルボニル化合物やヨウ素化合物を導入した場合、ポリマー末端間でのラジカル種とドーマント種との交換反応による可逆的な連鎖移動が速く起こることで、すべてのポリマー鎖が同じように生長する機会が与えられて、分子量の制御が可能となる。この技術を用いることでシリカゲルのような担体表面上に、高密度にピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを導入することが可能である。
上記(i)~(iii)のいずれにおいても、担体については、シリカゲルの他には上記(1)や(2)の製造方法で用いられるものと同じものを用いることができる。
次に(4)の製造方法について説明する。
この製造方法は、重合性二重結合を有するシランカップリング剤と、N-メチル-2-ピロリドンとを共重合させる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む方法である。
この製造方法は、重合性二重結合を有するシランカップリング剤と、N-メチル-2-ピロリドンとを共重合させる工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む方法である。
重合性二重結合を有するシランカップリング剤としては、例えば以下の式(I)で表される構造を有する化合物を挙げることができる。
(式(I)中、Wは、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基、またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基であり、Xは、アミド基、エステル基、炭素数1~3のN-アルキルアミド基、エーテル基、スルホキシド基、スルホン基またはリン酸エステル基であり、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(I)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基であり、Yは、炭素数1~30のアルキレン基である。nは1~3の整数である。)
上記式(I)中のYは、炭素数1~5のアルキレンであることが好ましく、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基のいずれかであることがより好ましい。
Rはメチル基、あるいはエチル基であることが好ましい。
Zは脱離基であり、式(I)中のケイ素原子と、担体が例えばシリカゲルである場合、そのシリカゲルを構成する酸素との間に結合を作らせ得るものであれば、いかなる原子団であってもよい。担体がシリカゲルでない場合でも、担体を構成する原子との間に結合を作らせ得るものである。
取り扱いのしやすさと反応性のバランスが良いために、脱離基として一般的に用いられるものは、炭素数1~5のアルコキシ基であり、その中でもメトキシ基あるいはエトキシ基を例示でき、ハロゲン(塩素、臭素またはヨウ素)、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、またアリル基やイソプロペニル基)も用いることができ、脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。
上記(4)の製造方法においても、担体については、シリカゲルの他には上記(1)や(2)の製造方法で用いるものと同じものを用いることができ、1-ビニル-2-ピロリドンについても、(1)や(2)の製造方法と同じものを用いることができる。
この製造方法では、ポリマー合成の際に適当な連鎖移動剤や、上述のリビングラジカル重合法を用いることで、分子量の制御も可能である。得られたポリマーと担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法については、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
Rはメチル基、あるいはエチル基であることが好ましい。
Zは脱離基であり、式(I)中のケイ素原子と、担体が例えばシリカゲルである場合、そのシリカゲルを構成する酸素との間に結合を作らせ得るものであれば、いかなる原子団であってもよい。担体がシリカゲルでない場合でも、担体を構成する原子との間に結合を作らせ得るものである。
取り扱いのしやすさと反応性のバランスが良いために、脱離基として一般的に用いられるものは、炭素数1~5のアルコキシ基であり、その中でもメトキシ基あるいはエトキシ基を例示でき、ハロゲン(塩素、臭素またはヨウ素)、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、またアリル基やイソプロペニル基)も用いることができ、脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。
上記(4)の製造方法においても、担体については、シリカゲルの他には上記(1)や(2)の製造方法で用いるものと同じものを用いることができ、1-ビニル-2-ピロリドンについても、(1)や(2)の製造方法と同じものを用いることができる。
この製造方法では、ポリマー合成の際に適当な連鎖移動剤や、上述のリビングラジカル重合法を用いることで、分子量の制御も可能である。得られたポリマーと担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法については、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
次に(5)の方法について説明する。
この製造方法は、担体表面に連鎖移動性官能基を導入し、1-ビニル-2-ピロリドンをラジカル重合する工程を含む製造方法である。
この製造方法は、担体表面に連鎖移動性官能基を導入し、1-ビニル-2-ピロリドンをラジカル重合する工程を含む製造方法である。
上記のような連鎖移動性官能基が結合している担体は、例えば下記式(VI)で表される化合物と、担体としてシリカゲルを用いる場合はシリカゲルとをシランカップリングすることにより得られる。
(式(VI)中、Tは連鎖移動性官能基であり、Yは炭素数1~30のアルキレン基であり、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(VI)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基である。nは1~3の整数である。)
式(VI)中、Rは、メチル基、エチル基、あるいはプロピル基であることが好ましい。Zは、脱離基であり、式(VI)中のケイ素原子と、担体がシリカゲルである場合、シリカゲルを構成する酸素との間に結合を作らせ得るものであれば、いかなる原子団であってもよい。担体がシリカゲルでない場合でも、担体を構成する原子との間に結合を作らせ得るものである。
Tについては、(2)と同じものを、RやZについても、(1)や(2)や(4)で用いたものと同じものを好ましく用いることができる。
本発明で用いる連鎖移動性官能基が結合している担体は、上記式(VI)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることによって得られる表面修飾シリカゲルであることが好ましい。
Tについては、(2)と同じものを、RやZについても、(1)や(2)や(4)で用いたものと同じものを好ましく用いることができる。
本発明で用いる連鎖移動性官能基が結合している担体は、上記式(VI)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることによって得られる表面修飾シリカゲルであることが好ましい。
表面に連鎖移動性官能基が導入された(化学結合した)担体の存在下、少量のラジカル発生剤を触媒として用い、N-メチル-2-ピロリドンのラジカル重合を行うことで、担体表面にポリマーを固定化することが可能となる。上記(5)の製造方法においても、担体については、シリカゲルの他には上記(1)や(2)の製造方法で用いるものと同じものを用いることができる。また、ラジカル発生剤についても、(2)の製造方法で用いるものと同じものを用いることができる。
次に(6)の方法について説明する。
この製造方法は、開始末端に反応性シリル基を有するアニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法である。
この製造方法は、開始末端に反応性シリル基を有するアニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法である。
上記のような開始末端に反応性シリル基を有するアニオン開始剤は、例えば下記式(VII)で表される化合物と、担体としてシリカゲルを用いる場合、そのシリカゲルとをシランカップリングすることにより得られる。
(式(VII)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(VII)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基であり、Yは、任意の水素が芳香環を有する基で置換されもよい炭素数1~30の分岐または直鎖状のアルキレン基である。Mはアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属である。nは1~3の整数である。)
式(VII)中、Rはメチル基、エチル基またはプロピル基であることが好ましく、Y、Zは前記式(I)と同じものを好ましく挙げることができ、Mはリチウム、ナトリウム、カリウム、またはマグネシウムを好ましく挙げることができる。
Yについて、任意の水素が置換されてもよい芳香環を含む基としては、例えば1つまたは2つのフェニル基を有する炭素数4~20のアルキル基を挙げることができ、より具体的には1,1-ジフェニルヘキシル基などを挙げることができる。
Yについて、任意の水素が置換されてもよい芳香環を含む基としては、例えば1つまたは2つのフェニル基を有する炭素数4~20のアルキル基を挙げることができ、より具体的には1,1-ジフェニルヘキシル基などを挙げることができる。
このようなアニオン開始剤の存在下、公知の方法により末端に反応性シリル基を有するピロリドン骨格を主鎖の繰り返し単位に含むポリマーを合成できる。
ただし、重合時の副反応により開始末端に直接シランカップリング剤を導入することが難しい場合、保護基により開始末端を保護した誘導体を合成し、重合後に脱保護し、定量的にシランカップリング剤へと変換することによっても得ることができる。このようにして得られたポリマーと担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法については、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
ただし、重合時の副反応により開始末端に直接シランカップリング剤を導入することが難しい場合、保護基により開始末端を保護した誘導体を合成し、重合後に脱保護し、定量的にシランカップリング剤へと変換することによっても得ることができる。このようにして得られたポリマーと担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法については、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
次に(7)の方法について説明する。
この製造方法は、アニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合させ、反応性シリル基を有する停止剤を作用させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法である。停止末端に直接シランカップリング剤を導入することが難しい場合、保護基により保護した誘導体を用いて停止後に脱保護し、定量的にシランカップリング剤へと変換することによっても得ることができる。
この製造方法は、アニオン開始剤と1-ビニル-2-ピロリドンをアニオン重合させ、反応性シリル基を有する停止剤を作用させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む製造方法である。停止末端に直接シランカップリング剤を導入することが難しい場合、保護基により保護した誘導体を用いて停止後に脱保護し、定量的にシランカップリング剤へと変換することによっても得ることができる。
アニオン開始剤を用いた重合は、公知の方法を用いることができる。また、反応性シリル基を有する停止剤は、例えば下記式(VIII)で表される化合物が挙げられる。
(式(VIII)中、Rはそれぞれ独立して炭素数1~5のアルキル基であり、Zは式(VIII)中のケイ素原子と担体との間に結合を作らせ得る脱離基であり、Yは、任意の水素が芳香環を含む基で置換されていてもよい炭素数1~30の分岐または直鎖状のアルキレン基である。Z’は、生長アニオン末端と停止剤との反応で脱離する基であり、nは1~3の整数である。)
Zの具体例としては、前記式(I)で具体例として挙げられているものを好ましく挙げることができる。
Z’の具体例としては、ハロゲン(塩素、臭素、またはヨウ素)、炭素数1~5のアルコキシ基、その中でも好ましくはメトキシ基あるいはエトキシ基、アルキルメルカプチル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、アリル基または2-メチル-2-プロペニル基を挙げることができる。脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。
Yについて、任意の水素が置換されてもよい芳香環を含む基としては、例えば1つまたは2つのフェニル基を有する炭素数4~20のアルキル基を挙げることができ、より具体的には1,1-ジフェニルヘキシル基などを挙げることができる。
このようにして得られたポリマーと担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法については、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
Z’の具体例としては、ハロゲン(塩素、臭素、またはヨウ素)、炭素数1~5のアルコキシ基、その中でも好ましくはメトキシ基あるいはエトキシ基、アルキルメルカプチル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基のような窒素含有基、アリル基または2-メチル-2-プロペニル基を挙げることができる。脱離基の種類によって反応条件(触媒添加も含めて)を調整できる。
Yについて、任意の水素が置換されてもよい芳香環を含む基としては、例えば1つまたは2つのフェニル基を有する炭素数4~20のアルキル基を挙げることができ、より具体的には1,1-ジフェニルヘキシル基などを挙げることができる。
このようにして得られたポリマーと担体とをシランカップリング反応によって結合させる方法については、公知のシランカップリングの方法を用いることができる。
次に(8)の製造方法について説明する。
この製造方法は、1-ビニル-2-ピロリドンと、架橋剤と、開始剤とを含む組成物と、担体とを混合して、架橋反応を行わせる工程を含む。
この製造方法では、該モノマーと架橋剤とを共重合することによって不溶性の重合物とするものである。具体的には、1-ビニル-2-ピロリドンと、架橋剤として例えばジビニルベンゼン、メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレートなどを前記モノマーに対し0.01-1当量、適量のラジカル開始剤、必要に応じて溶媒を混じたものを該担体に吸収させ、開始剤が重合を開始する条件におくことができる。
また、ラジカル開始剤としては、一般的なラジカル重合反応に用いる公知のものを使用でき、その具体例としては、アゾ化合物や過酸化物を挙げることができる。
この製造方法は、1-ビニル-2-ピロリドンと、架橋剤と、開始剤とを含む組成物と、担体とを混合して、架橋反応を行わせる工程を含む。
この製造方法では、該モノマーと架橋剤とを共重合することによって不溶性の重合物とするものである。具体的には、1-ビニル-2-ピロリドンと、架橋剤として例えばジビニルベンゼン、メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコールジメタクリレートなどを前記モノマーに対し0.01-1当量、適量のラジカル開始剤、必要に応じて溶媒を混じたものを該担体に吸収させ、開始剤が重合を開始する条件におくことができる。
また、ラジカル開始剤としては、一般的なラジカル重合反応に用いる公知のものを使用でき、その具体例としては、アゾ化合物や過酸化物を挙げることができる。
次に(9)の製造方法について説明する。
(9)の製造方法の詳細については、非特許文献2に記載されている。
まずポリ(ビニルピロリドン)を溶解した溶液に担体を分散させ、溶媒を除去する。溶媒除去後、ポリ(ビニルピロリドン)が表面にコーティングされた担体に熱を加える。その際の温度としては、50℃~180℃程度を挙げることができる。熱を加えることにより、担体上にポリ(ビニルピロリドン)を固定化し、その後、γ線や電子線を照射して、架橋反応を起こさせて、担体とポリ(ビニルピロリドン)を結合させる。
(9)の製造方法の詳細については、非特許文献2に記載されている。
まずポリ(ビニルピロリドン)を溶解した溶液に担体を分散させ、溶媒を除去する。溶媒除去後、ポリ(ビニルピロリドン)が表面にコーティングされた担体に熱を加える。その際の温度としては、50℃~180℃程度を挙げることができる。熱を加えることにより、担体上にポリ(ビニルピロリドン)を固定化し、その後、γ線や電子線を照射して、架橋反応を起こさせて、担体とポリ(ビニルピロリドン)を結合させる。
上記(1)~(9)のいずれの方法により得られた固定相も超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相として優れた性能を有する。
上記の操作を経て得られる、本発明の固定相の担体に担持された、主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーの重量平均分子量は、1,000~5,000,000であることが好ましい。なお、本発明でいうポリマーの重量平均分子量は、例えば上記式(II)や(IV)で示される構造の場合、主鎖の繰り返し単位である-(CH2-CAB)n-の部位のものである。
上記重量平均分子量は、ポリマーの溶媒への溶解性、ポリマーを担体に担持させる際の粒子の凝集の防止、移動相溶媒への溶解の抑制、担体に化学結合する際の結合量の維持、等の観点から、上記範囲が好ましい。最適点はポリマーの種類によって異なる。
ただし、本発明の固定相の製造方法(1)においては、1-ビニル-2-ピロリドンの重合とシリカゲルへの固定化が同時に起こるため、重合溶液の上澄みから重量平均分子量を見積もる。
製造方法(2)、(4)、(6)、(7)においては、主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格を含むポリマーを担体に結合させる前に、そのポリマーの重量平均分子量を測定する。
重量平均分子量はポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)方法により測定できる。
上記重量平均分子量は、ポリマーの溶媒への溶解性、ポリマーを担体に担持させる際の粒子の凝集の防止、移動相溶媒への溶解の抑制、担体に化学結合する際の結合量の維持、等の観点から、上記範囲が好ましい。最適点はポリマーの種類によって異なる。
ただし、本発明の固定相の製造方法(1)においては、1-ビニル-2-ピロリドンの重合とシリカゲルへの固定化が同時に起こるため、重合溶液の上澄みから重量平均分子量を見積もる。
製造方法(2)、(4)、(6)、(7)においては、主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格を含むポリマーを担体に結合させる前に、そのポリマーの重量平均分子量を測定する。
重量平均分子量はポリスチレンを標準物質としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)方法により測定できる。
本発明の固定相のうち、製造方法(1)~(7)を用いて得られるものでは、主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーが担体表面に共有結合しているので、本来これらポリマーを溶かしうる溶媒あるいはそれを含む混合溶媒を展開溶媒に用いても、溶解することなく、固定相としての機能を損ねることはない。
また、本発明の固定相のうち、製造方法(8)、(9)を用いて得られるものも、担体上でポリマー同士が架橋していることにより、本来これらポリマーを溶かしうる溶媒あるいはそれを含む混合溶媒を展開溶媒に用いても、溶解することがない。
また、本発明の固定相のうち、製造方法(8)、(9)を用いて得られるものも、担体上でポリマー同士が架橋していることにより、本来これらポリマーを溶かしうる溶媒あるいはそれを含む混合溶媒を展開溶媒に用いても、溶解することがない。
本発明の固定相の比表面積は用いる担体の比表面積に相当するため、所望の比表面積の担体を選択すればよい。担体が、例えばシリカゲルである場合、適当な製品を選ぶことで調整することができる。一般的に、ポリマーを担体に担持させる態様では、担持の前後で比表面積に誤差以上の変化はないため、固定相の比表面積は、用いる担体の比表面積と同一とみなすことができる。
本発明で用いることができる、このような担体の平均粒径は、通常0.1~1000μm、好ましくは1~50μmであり、平均孔径は、通常10~10000Å、好ましくは50~1000Åである。
また、担体の比表面積は、通常5~1000m2/g、好ましくは10~500m2/gである。一般的に、ポリマーを担体に担持させる場合であれば、担持の前後で比表面積に誤差以上の変化はないため、固定相の平均粒径は、用いる担体の平均粒径と同一とみなすことができる。つまり、本発明の固定相が粒子状である場合には、その平均粒径は、0.1μm~1000μmである態様を挙げることができ、好ましくは1~50μmである。
また、担体の比表面積は、通常5~1000m2/g、好ましくは10~500m2/gである。一般的に、ポリマーを担体に担持させる場合であれば、担持の前後で比表面積に誤差以上の変化はないため、固定相の平均粒径は、用いる担体の平均粒径と同一とみなすことができる。つまり、本発明の固定相が粒子状である場合には、その平均粒径は、0.1μm~1000μmである態様を挙げることができ、好ましくは1~50μmである。
担体に担持された該ポリマーの平均厚み(担体g当たり担持量/担体比表面積)は通常2/105~2/107(μm)であり、4/105~5/107(μm)が好ましい。上記範囲であれば、ピークがシャープになる傾向があり好ましい。
このように、ポリマーが担体上に担持された固定相において、固定相100質量部中に含まれるポリマーの質量部の割合(%)は、好ましくは1~50質量%であり、より好ましくは3~30質量%であり、さらに好ましくは5~20質量%である。このような割合とすることで、ポリマーの吸着能力を適切に発現させながら、徒に保持を強くすることやピークを幅広にすることを避けることができ、好ましい。
なお、固定相100質量部中に含まれるポリマーの質量部の割合(%)は、元素分析により測定することが可能であり、ポリマーが担持する前の担体の炭素含有量と、得られた固定相の炭素含有量を測定結果に基づき、ポリマーが担持する前の担体に含まれる炭素以外の炭素は、全てポリマーに由来するものとして、固定相中のポリマーの質量部の割合を算出する。
なお、固定相100質量部中に含まれるポリマーの質量部の割合(%)は、元素分析により測定することが可能であり、ポリマーが担持する前の担体の炭素含有量と、得られた固定相の炭素含有量を測定結果に基づき、ポリマーが担持する前の担体に含まれる炭素以外の炭素は、全てポリマーに由来するものとして、固定相中のポリマーの質量部の割合を算出する。
本発明の固定相が粒子状である場合の平均粒径は、球形であればその直径を指し、不定形粒子の場合には、該粒子体積と等しくなる球の直径で表される。平均粒径は顕微鏡画像用いて測定する装置、例えばMalvern社製Mastersizer 2000Eにより測定することができる。
本発明の固定相を粒子として用いる場合には、アスペクト比が2以下、好ましくは1.5以下である球状粒子状であることが好ましい。真球に近ければ近いほど好ましいので、下限は、1まで特に制限されない。
アスペクト比は以下のとおりに測定する。試料を観察台上に無作為に散布した状態で真上から電子顕微鏡あるいは光学顕微鏡によって観察し、独立した(他のどの粒子とも接触あるいは重複していない)一次粒子が10個以上観察される任意の画面において、画面内の個々の独立した一次粒子に対し、長軸および短軸(長軸に垂直で最も長い部分の長さ)を求め、両者の比を個別粒子のアスペクト比とする。画面内のすべての独立した一次粒子に対するアスペクト比を相加平均したものを、本発明におけるアスペクト比とする。一次粒子とは、粒子間の界面が明瞭に観察することができる粒子のことである。通常、観察は試料台上での一次粒子の重なりを避けるように適度に分散させて行うが、偶発的重なりは避けがたく、また、複数の一次粒子が凝集したバルク状粒子もあるが、これらは観察対象から除かれる。
アスペクト比は以下のとおりに測定する。試料を観察台上に無作為に散布した状態で真上から電子顕微鏡あるいは光学顕微鏡によって観察し、独立した(他のどの粒子とも接触あるいは重複していない)一次粒子が10個以上観察される任意の画面において、画面内の個々の独立した一次粒子に対し、長軸および短軸(長軸に垂直で最も長い部分の長さ)を求め、両者の比を個別粒子のアスペクト比とする。画面内のすべての独立した一次粒子に対するアスペクト比を相加平均したものを、本発明におけるアスペクト比とする。一次粒子とは、粒子間の界面が明瞭に観察することができる粒子のことである。通常、観察は試料台上での一次粒子の重なりを避けるように適度に分散させて行うが、偶発的重なりは避けがたく、また、複数の一次粒子が凝集したバルク状粒子もあるが、これらは観察対象から除かれる。
本発明の固定相は、超臨界流体クロマトグラフィー(SFC)の固定相として用いることができる。
本発明の固定相をSFC用に用いると、酸性化合物や塩基性化合物について優れた分離特性を有し、さらに、HPLCでは分離することが難しかった物質、例えば縮合環芳香族化合物や、芳香族化合物の異性体の分離特性にも優れる。
本発明の固定相をSFC用に用いると、酸性化合物や塩基性化合物について優れた分離特性を有し、さらに、HPLCでは分離することが難しかった物質、例えば縮合環芳香族化合物や、芳香族化合物の異性体の分離特性にも優れる。
本発明の固定相は、例えば特開2006-058147号に記載のような、超臨界流体クロマトグラフィー用のカラムに充填して用いることができる。
超臨界流体クロマトグラフィーでは、超臨界流体と溶剤とを含有する流体を移動相として用いる。ここで言う超臨界流体クロマトグラフィーとは、超臨界流体を主たる移動相とするクロマトグラフィーに対する一般的名称である。前記超臨界流体は、臨界圧力以上及び臨界温度以上の状態(すなわち超臨界状態)にある物質である。超臨界流体として用いられる物質としては、例えば二酸化炭素、アンモニア、二酸化硫黄、ハロゲン化水素、亜酸化窒素、硫化水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、ハロゲン化炭化水素、水等をあげることができるが、適当な臨界条件、安全性、コストなどから、実質的には二酸化炭素を意味する。また厳密に超臨界であることは必要ではなく、亜臨界状態での使用も含めて“超臨界流体クロマトグラフィー”と呼ばれる。
超臨界流体クロマトグラフィーでは、超臨界流体と溶剤とを含有する流体を移動相として用いる。ここで言う超臨界流体クロマトグラフィーとは、超臨界流体を主たる移動相とするクロマトグラフィーに対する一般的名称である。前記超臨界流体は、臨界圧力以上及び臨界温度以上の状態(すなわち超臨界状態)にある物質である。超臨界流体として用いられる物質としては、例えば二酸化炭素、アンモニア、二酸化硫黄、ハロゲン化水素、亜酸化窒素、硫化水素、メタン、エタン、プロパン、ブタン、エチレン、プロピレン、ハロゲン化炭化水素、水等をあげることができるが、適当な臨界条件、安全性、コストなどから、実質的には二酸化炭素を意味する。また厳密に超臨界であることは必要ではなく、亜臨界状態での使用も含めて“超臨界流体クロマトグラフィー”と呼ばれる。
前記溶剤としては、前記目的の物質の種類や超臨界流体の種類等に応じて、公知の種々の溶剤の中から一種又は二種以上が選ばれる。前記溶剤としては、例えばメタノール、エタノールや2-プロパノール等の低級アルコール、アセトン等のケトン、アセトニトリル、酢酸エチル、THF等が挙げられる。また、塩基性、酸性、両性化合物、極性化合物を分離する際にはピークの形状をよくするために、水、酸、アミン塩基、アンモニウム塩などをさらに少量添加することもある。
前記超臨界流体クロマトグラフィーは、前記超臨界流体と前記溶剤とを含有する流体を移動相に用いるクロマトグラフィーであれば特に限定されない。本発明の固定相を用いた前記超臨界流体クロマトグラフィーは、分析用であってもよいし分取用であってもよい。
分取用の超臨界流体クロマトグラフィーは、カラムで分離した目的の物質に応じて、カラムを通過した後の移動相をフラクションコレクタで分け取る工程を含む超臨界流体クロマトグラフィーであれば特に限定されない。
分取用の超臨界流体クロマトグラフィーは、カラムで分離した目的の物質に応じて、カラムを通過した後の移動相をフラクションコレクタで分け取る工程を含む超臨界流体クロマトグラフィーであれば特に限定されない。
充填するカラムは公知のサイズのものを用いることができる。
また、流速も適宜調整して用いることができ、例えば内径0.46mmのカラムの場合、0.3~10ml/minの態様を挙げることでき、好ましくは1~6ml/minの態様を挙げることができる。
また、カラム温度も0~50℃程度の態様を挙げることができ、20~40℃程度を挙げることができる。
背圧は120~180bar程度の態様を挙げることができ、130~160bar程度を挙げることができる。
また、流速も適宜調整して用いることができ、例えば内径0.46mmのカラムの場合、0.3~10ml/minの態様を挙げることでき、好ましくは1~6ml/minの態様を挙げることができる。
また、カラム温度も0~50℃程度の態様を挙げることができ、20~40℃程度を挙げることができる。
背圧は120~180bar程度の態様を挙げることができ、130~160bar程度を挙げることができる。
また、本発明の固定相は、モノリスとして用いることもできる。本発明の固定相をモノリスにする場合には、予めモノリス状に成形されているとともに、重合性官能基が結合している担体、あるいはモノリス状に成形される担体となる原料で重合性官能基が結合しているものと、N-メチル-2-ピロリドンとを反応させることで得ることができる。
本発明の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相は、フェニルプロピオン酸系NSAIDSのような酸性化合物、カフェイン類縁体のような塩基性化合物、トリフェニレンやターフェニルのような、芳香族、多環芳香族炭化水素、その他広い範囲の極性を持った化合物の分離性能に優れている。
以下、実施例を参照して本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例の態様に制限されない。
<実施例1>
(シリカゲルのN-メチル-N-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]2-プロペンアミド処理)
(調製例1)
300mL三首フラスコの中にトルエン200mL、トリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シラン 3.91g、トリエチルアミン2.74g、4-ピロリジルピリジン約50mgを入れ、撹拌しながら、この中に塩化アクリロイル2.10g、トルエン4mLの混合液を滴下した。滴下終了後、約3時間80℃に加温し、結晶性生成物(トリエチルアミン塩酸塩)を浮遊した淡褐色液体を得た。
一方、300mL三首フラスコの中に160℃で真空乾燥した公称孔径300Å、粒子径5μmのシリカゲル20.60gを入れ、撹拌羽をセットした。ここに前記反応で得た淡褐色液体をグラスフィルターを通して流し込み、グラスフィルターに残った固体は50mLのトルエンで伴洗いした。このフラスコを撹拌しながらオイルバス中、90℃で1時間、125℃で5時間、加温した。この間、側管より約100gのトルエンを留出した。得られたシリカゲルを0.5μmメンブレンフィルター上でろ別し、50mLのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)、100mLのメタノール、50mLのアセトンで洗浄した後、60℃で真空乾燥した。
収量21.74g 重量増加率は6.5%であった。
元素分析値はC:2.65、H:0.55、N:0.44(各%)であった。
(シリカゲルのN-メチル-N-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]2-プロペンアミド処理)
(調製例1)
300mL三首フラスコの中にトルエン200mL、トリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シラン 3.91g、トリエチルアミン2.74g、4-ピロリジルピリジン約50mgを入れ、撹拌しながら、この中に塩化アクリロイル2.10g、トルエン4mLの混合液を滴下した。滴下終了後、約3時間80℃に加温し、結晶性生成物(トリエチルアミン塩酸塩)を浮遊した淡褐色液体を得た。
一方、300mL三首フラスコの中に160℃で真空乾燥した公称孔径300Å、粒子径5μmのシリカゲル20.60gを入れ、撹拌羽をセットした。ここに前記反応で得た淡褐色液体をグラスフィルターを通して流し込み、グラスフィルターに残った固体は50mLのトルエンで伴洗いした。このフラスコを撹拌しながらオイルバス中、90℃で1時間、125℃で5時間、加温した。この間、側管より約100gのトルエンを留出した。得られたシリカゲルを0.5μmメンブレンフィルター上でろ別し、50mLのN-メチル-2-ピロリドン(NMP)、100mLのメタノール、50mLのアセトンで洗浄した後、60℃で真空乾燥した。
収量21.74g 重量増加率は6.5%であった。
元素分析値はC:2.65、H:0.55、N:0.44(各%)であった。
調製例1で得たシリカゲルへの1-ビニル-2-ピロリドン(VP)の共重合
VP 984mg、NMP4.2mL、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)23mgを混合し、窒素バブリングの後、調製例1で得たシリカゲル 2.084gを入れたフラスコに移液した。液を均一に混和、フラスコを窒素置換した後、ロータリエバポレータに接続し、回転しながら、65℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保温した。得られた液は、5.5μmグラスフィルタに移し、NMP50mL、メタノール50mL、アセトン50mLをそれぞれ何回かに分けて洗浄し、真空乾燥(60℃)した。収量2.262g、調製例1で得たシリカゲルに対する重量増加は8.5%、シリカゲル元素分析値はC:7.91、H:1.37、N:1.48(各%)であった。
得られたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルは、以下の構造を有していることが推定できる。
VP 984mg、NMP4.2mL、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)23mgを混合し、窒素バブリングの後、調製例1で得たシリカゲル 2.084gを入れたフラスコに移液した。液を均一に混和、フラスコを窒素置換した後、ロータリエバポレータに接続し、回転しながら、65℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保温した。得られた液は、5.5μmグラスフィルタに移し、NMP50mL、メタノール50mL、アセトン50mLをそれぞれ何回かに分けて洗浄し、真空乾燥(60℃)した。収量2.262g、調製例1で得たシリカゲルに対する重量増加は8.5%、シリカゲル元素分析値はC:7.91、H:1.37、N:1.48(各%)であった。
得られたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルは、以下の構造を有していることが推定できる。
<実施例2>
120Åシリカゲルからの充填剤
50mlのナスフラスコAに、160℃で真空乾燥した公称孔径120Å、径5μmのシリカゲル2098mg、トリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シラン 123mg、乾燥トルエン 20mLを入れ、ロータリエバポレータに結合し、回転しながら90℃に2時間、以下徐々に昇温し3時間で118℃にした。この間に約4.5gのトルエンがトラップに移行した。得られたシリカゲル分散液に、トリエチルアミン 212mg、塩化アクリロイル114mgを加え、回転しながら1時間97℃に保った。冷却後、メタノール10mLと共に5.5μmのグラスフィルターに移し、メタノール10mLで3回洗浄し、真空乾燥(60℃)した。得られたシリカゲルの重量は2.267g、元素分析値は C:2.91、H:0.84、N:0.49%であった。
得られたシリカゲルの中の2216mgに、VP 618mg、AIBN8.9mg、アセトン2.5mLを混和した液を滴下し、スパチュラで混ぜて均一に混和させた。これを真空ポンプで減圧することでアセトンを除き、窒素で満たした。この容器を70℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保温した。得られたシリカゲルはメタノール40mL,NMP30mL、メタノール30mL、アセトン32mLで洗浄した後、真空乾燥した。収量2.637g。上記、表面処理シリカゲルに対する重量増加は19.0%、元素分析値はC:10.2、H:1.7、N:1.82 であった。
得られたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルは実施例1と同様の構造を有していると推察された。
120Åシリカゲルからの充填剤
50mlのナスフラスコAに、160℃で真空乾燥した公称孔径120Å、径5μmのシリカゲル2098mg、トリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シラン 123mg、乾燥トルエン 20mLを入れ、ロータリエバポレータに結合し、回転しながら90℃に2時間、以下徐々に昇温し3時間で118℃にした。この間に約4.5gのトルエンがトラップに移行した。得られたシリカゲル分散液に、トリエチルアミン 212mg、塩化アクリロイル114mgを加え、回転しながら1時間97℃に保った。冷却後、メタノール10mLと共に5.5μmのグラスフィルターに移し、メタノール10mLで3回洗浄し、真空乾燥(60℃)した。得られたシリカゲルの重量は2.267g、元素分析値は C:2.91、H:0.84、N:0.49%であった。
得られたシリカゲルの中の2216mgに、VP 618mg、AIBN8.9mg、アセトン2.5mLを混和した液を滴下し、スパチュラで混ぜて均一に混和させた。これを真空ポンプで減圧することでアセトンを除き、窒素で満たした。この容器を70℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保温した。得られたシリカゲルはメタノール40mL,NMP30mL、メタノール30mL、アセトン32mLで洗浄した後、真空乾燥した。収量2.637g。上記、表面処理シリカゲルに対する重量増加は19.0%、元素分析値はC:10.2、H:1.7、N:1.82 であった。
得られたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルは実施例1と同様の構造を有していると推察された。
<実施例3>
二官能カップリング剤によるアクリルアミド結合シリカゲルの調製
実施例1と同様に、ただしトリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シランに代えてジメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]メチルシラン690mg、トリエチルアミン786mg、トルエン30mL、塩化アクリロイル537mgとトルエン5.5mLを反応させ、この反応液を実施例1と同じシリカゲル4427mgに注ぎ、加温、得られたシリカゲルをろ別洗浄した。収量4721mg(6.65%重量増)、元素分析値はC:3.52、H:0.7、N:0.5 であった。
得られたシリカゲル2081mgを、VP 965mg、NMP 4.0mL、AIBN 18.9mgからなる溶液に分散し、実施例1と同様に反応させ、2350mgのシリカゲルを得た(12.9%重量増)。元素分析値はC:10.2、H:1.7,N:1.82であった。
得られたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルは実施例1と同様の構造を有していると推察された。
二官能カップリング剤によるアクリルアミド結合シリカゲルの調製
実施例1と同様に、ただしトリメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]シランに代えてジメトキシ[3-(メチルアミノ)プロピル]メチルシラン690mg、トリエチルアミン786mg、トルエン30mL、塩化アクリロイル537mgとトルエン5.5mLを反応させ、この反応液を実施例1と同じシリカゲル4427mgに注ぎ、加温、得られたシリカゲルをろ別洗浄した。収量4721mg(6.65%重量増)、元素分析値はC:3.52、H:0.7、N:0.5 であった。
得られたシリカゲル2081mgを、VP 965mg、NMP 4.0mL、AIBN 18.9mgからなる溶液に分散し、実施例1と同様に反応させ、2350mgのシリカゲルを得た(12.9%重量増)。元素分析値はC:10.2、H:1.7,N:1.82であった。
得られたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルは実施例1と同様の構造を有していると推察された。
<実施例4>メルカプト基結合シリカゲルの調製
(調製例2)
50mLのナスフラスコ中で真空乾燥したシリカゲル(細孔径300Å、径5μm)2233mgにトルエン25ml、トリメトキシ(メルカプトプロピル)シラン523mgを注ぎ、フラスコをロータリエバポレータに接続、回転させながら3時間25分の間にバス温度を105℃から125℃に上げた。この間に、約10mLの液体(主にトルエン)がトラップに移行した。フラスコを冷却後、5.5μmのグラスフィルターでシリカゲルをろ別、メタノール15mLで4回、アセトン15mLで2回洗浄し、60℃の真空乾燥器で乾燥した。2310mgのメルカプト基結合シリカゲルを得た。重量増加は3.4%、元素分析値はC:1.72、H:0.56,N:0%であった。
(調製例2)
50mLのナスフラスコ中で真空乾燥したシリカゲル(細孔径300Å、径5μm)2233mgにトルエン25ml、トリメトキシ(メルカプトプロピル)シラン523mgを注ぎ、フラスコをロータリエバポレータに接続、回転させながら3時間25分の間にバス温度を105℃から125℃に上げた。この間に、約10mLの液体(主にトルエン)がトラップに移行した。フラスコを冷却後、5.5μmのグラスフィルターでシリカゲルをろ別、メタノール15mLで4回、アセトン15mLで2回洗浄し、60℃の真空乾燥器で乾燥した。2310mgのメルカプト基結合シリカゲルを得た。重量増加は3.4%、元素分析値はC:1.72、H:0.56,N:0%であった。
-SHを用いたイニファータ法による結合
調製例2で得たメルカプト基結合シリカゲル2.221gに、VP696mg、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル)15mgをアセトン3mLに溶かした液を吸収させ、スパチュラで均一に混合した後、真空ポンプ(1Torr)で減圧しアセトンを除いた。このフラスコに窒素を充たし、バス中で65℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保温した。冷却後の粉体をメタノール適量と共に5.5μmのグラスフィルターに移し、メタノール15mLで3回、NMP15mLで3回、メタノール15mLで3回、アセトン10mLで3回洗浄し、60℃の真空乾燥器で乾燥させた。乾燥後の粉体は2.499gであった。重量増は11.9%、元素分析値はC:8.18,H:1.48,N:1.31%であった。
調製例2で得たメルカプト基結合シリカゲル2.221gに、VP696mg、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル)15mgをアセトン3mLに溶かした液を吸収させ、スパチュラで均一に混合した後、真空ポンプ(1Torr)で減圧しアセトンを除いた。このフラスコに窒素を充たし、バス中で65℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保温した。冷却後の粉体をメタノール適量と共に5.5μmのグラスフィルターに移し、メタノール15mLで3回、NMP15mLで3回、メタノール15mLで3回、アセトン10mLで3回洗浄し、60℃の真空乾燥器で乾燥させた。乾燥後の粉体は2.499gであった。重量増は11.9%、元素分析値はC:8.18,H:1.48,N:1.31%であった。
<実施例5>
メタクリロキシ基結合シリカゲルの調製
(調製例3)
160℃で真空乾燥した実施例1で用いたものと同じシリカゲル2.187gを、トルエン25mL、トリフルオロ酢酸10μL、トリメトキシ(3-メタクリロイルオキシプロピル)シラン500μLと共にロータリエバポレータに接続したフラスコの中で3時間30分、105℃から徐々に120℃まで昇温した。この間、約10mLの液体がトラップに移行した。処理したシリカゲルは、冷却後5.5μmのグラスフィルターに移し、ろ別、NMP8mLで2回、メタノール10mLで3回、アセトン8mLで2回洗浄し、60℃で真空乾燥し、2.307gの粉体を得た。重量増5.5%、元素分析値はC:2.64、H:0.55,N:0.00%であった。
メタクリロキシ基結合シリカゲルの調製
(調製例3)
160℃で真空乾燥した実施例1で用いたものと同じシリカゲル2.187gを、トルエン25mL、トリフルオロ酢酸10μL、トリメトキシ(3-メタクリロイルオキシプロピル)シラン500μLと共にロータリエバポレータに接続したフラスコの中で3時間30分、105℃から徐々に120℃まで昇温した。この間、約10mLの液体がトラップに移行した。処理したシリカゲルは、冷却後5.5μmのグラスフィルターに移し、ろ別、NMP8mLで2回、メタノール10mLで3回、アセトン8mLで2回洗浄し、60℃で真空乾燥し、2.307gの粉体を得た。重量増5.5%、元素分析値はC:2.64、H:0.55,N:0.00%であった。
調製例3で得たメタクリロイルオキシ基結合シリカゲル2.194gを、実施例1と同様にVP 1.0mL、NMP4.0mL、AIBN22.8mgの溶液中に分散し、ロータリエバポレータに結合して回転しながら窒素雰囲気下、70℃、80℃、90℃にそれぞれ2時間保った。本液を冷却後、NMP5mLを加えて希釈し、5.5μmのグラスフィルターに移し、NMP約7mLで3回、メタノール約7mLで3回、アセトン約7mLで3回洗浄し、60℃で真空乾燥した。収量2.364g(重量増7.8%)、元素分析値はC:6.91,H:1.16、N:0.90%であった。
<実施例6>
3μmシリカゲルへの結合
平均粒径3μm、平均細孔径300Åのシリカゲル 4.427gに対し、調製例1と同様の処理をし、4.721gの表面処理シリカゲルを得た(重量増6.6%)。
上記で得たシリカゲル2.090gに、VP 1343mg、NMP 4.00mL、Azobisisobutyronitrile 25.6mgよりなる溶液を窒素バブルしてからしたのちに注いだ。得られたスラリーを窒素下撹拌しながら12時間、73℃に保った。得られたシリカゲルは調製例2と同様に、グラスフィルター上でNMP,メタノール、アセトン各20mLで洗浄、60℃で真空乾燥した。収量2.440g(重量増16.7%)であった。
3μmシリカゲルへの結合
平均粒径3μm、平均細孔径300Åのシリカゲル 4.427gに対し、調製例1と同様の処理をし、4.721gの表面処理シリカゲルを得た(重量増6.6%)。
上記で得たシリカゲル2.090gに、VP 1343mg、NMP 4.00mL、Azobisisobutyronitrile 25.6mgよりなる溶液を窒素バブルしてからしたのちに注いだ。得られたスラリーを窒素下撹拌しながら12時間、73℃に保った。得られたシリカゲルは調製例2と同様に、グラスフィルター上でNMP,メタノール、アセトン各20mLで洗浄、60℃で真空乾燥した。収量2.440g(重量増16.7%)であった。
上記で得た各シリカゲルについて、4.6mmφ×150mmカラムにスラリー充填して、HPLC用のカラムを作製し、高圧ガス保安法に適合するように耐圧製を保証された4.6mmφ×150mmカラムにスラリー充填してSFC用のカラムを作製した。以下の分離例ではこれらのカラムを用いて行った。
<分離例1>
図1は、フェニルフェノール(オルト、メタ、パラの混合物)の分離を、固定相として同じものを用いて高速液体クロマトグラフィーを用いて行って得たクロマトグラム(a)と、SFCを用いて分離を行って得たクロマトグラム(b)を示すものである。
高速液体クロマトグラフィーの条件:溶離液(Hex/EtOH=97/3)、流速:1.0mL/min、検出:UV254nm。
超臨界流体クロマトグラフィーの条件:溶離液:CO2/メタノール(97:3v/v)、流速:4ml/min、温度:40℃、背圧:150barの条件で行った。検出はUV254nmで行った。
<分離例1>
図1は、フェニルフェノール(オルト、メタ、パラの混合物)の分離を、固定相として同じものを用いて高速液体クロマトグラフィーを用いて行って得たクロマトグラム(a)と、SFCを用いて分離を行って得たクロマトグラム(b)を示すものである。
高速液体クロマトグラフィーの条件:溶離液(Hex/EtOH=97/3)、流速:1.0mL/min、検出:UV254nm。
超臨界流体クロマトグラフィーの条件:溶離液:CO2/メタノール(97:3v/v)、流速:4ml/min、温度:40℃、背圧:150barの条件で行った。検出はUV254nmで行った。
<分離例2>
図2は、分離例1と同じ固定相を用いて、ヒドロコルチゾンとプレドニゾロンの分離を行って得られたクロマトグラムであり、HPLCを用いて得られたものが(a)、SFCを用いて得られたものが(b)である。
HPLCにおいて溶離液:CO2/エタノール(90:10v/v)とSFCにおいて溶離液:CO2/メタノール(90:10v/v)を用いた点以外の条件は分離例1と同じである。
図2は、分離例1と同じ固定相を用いて、ヒドロコルチゾンとプレドニゾロンの分離を行って得られたクロマトグラムであり、HPLCを用いて得られたものが(a)、SFCを用いて得られたものが(b)である。
HPLCにおいて溶離液:CO2/エタノール(90:10v/v)とSFCにおいて溶離液:CO2/メタノール(90:10v/v)を用いた点以外の条件は分離例1と同じである。
<分離例3>
図3は、分離例1と同じ固定相を用いて、アセチルフェナントレンとアセチルアントラセンの分離を行って得られたクロマトグラムであり、HPLCを用いて得られたものが(a)、SFCを用いて得られたものが(b)である。
HPLCとSFCの条件は分離例1と同じである。
図3は、分離例1と同じ固定相を用いて、アセチルフェナントレンとアセチルアントラセンの分離を行って得られたクロマトグラムであり、HPLCを用いて得られたものが(a)、SFCを用いて得られたものが(b)である。
HPLCとSFCの条件は分離例1と同じである。
<分離例4>
図4は、アセチルフェナントレンとアセチルアントラセンの分離を、固定相として市販品の2-エチルピリジン結合シリカゲルを用いて行って得られたクロマトグラム(a)と、分離例1のSFCで用いた固定相を用いて得られたもの(b)を示す。
それぞれのSFCの条件は分離例1と同じである。
市販品の2-ピリジルエチル固定相(下記式で示す)の構造を以下に示す。
図4は、アセチルフェナントレンとアセチルアントラセンの分離を、固定相として市販品の2-エチルピリジン結合シリカゲルを用いて行って得られたクロマトグラム(a)と、分離例1のSFCで用いた固定相を用いて得られたもの(b)を示す。
それぞれのSFCの条件は分離例1と同じである。
市販品の2-ピリジルエチル固定相(下記式で示す)の構造を以下に示す。
<分離例5>
図5は、SFCによるヒドロコルチゾンとプレドニゾロンの分離において、それぞれ分離例4で用いた2-エチルピリジン結合シリカゲル(比較例)を用いて得られたクロマトグラム(a)と、分離例1のSFCで用いたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルを用いて得られたもの(b)を示す。
それぞれのSFCの条件は溶離液:CO2/メタノール(90:10v/v)を用いた点以外は分離例1と同じである。
図5は、SFCによるヒドロコルチゾンとプレドニゾロンの分離において、それぞれ分離例4で用いた2-エチルピリジン結合シリカゲル(比較例)を用いて得られたクロマトグラム(a)と、分離例1のSFCで用いたポリ(1-ビニル-2-ピロリドン)結合シリカゲルを用いて得られたもの(b)を示す。
それぞれのSFCの条件は溶離液:CO2/メタノール(90:10v/v)を用いた点以外は分離例1と同じである。
<分離例6>
図6は、4種のベータブロッカーと呼ばれる医薬成分(アルプレノロール、プロプラノロール、アテノロール、ピンドロール)の分離を、実施例4の固定相(イニファータ法)を用いて行った結果(a)、実施例5の固定相(メタクリルエステル共重合法)を用いて行った結果(b)、実施例1の固定相を用いて行った結果(c)を示すものである。(b)、(c)では各成分が溶出しているが、(a)ではアルプレノロールが溶出したことのみ確認して終了している。なお、各クロマトグラフィーにおけるSFC条件は、溶離液:CO2/メタノール(90:10 v/v)を用いた点以外は分離例1と同じである。
図6は、4種のベータブロッカーと呼ばれる医薬成分(アルプレノロール、プロプラノロール、アテノロール、ピンドロール)の分離を、実施例4の固定相(イニファータ法)を用いて行った結果(a)、実施例5の固定相(メタクリルエステル共重合法)を用いて行った結果(b)、実施例1の固定相を用いて行った結果(c)を示すものである。(b)、(c)では各成分が溶出しているが、(a)ではアルプレノロールが溶出したことのみ確認して終了している。なお、各クロマトグラフィーにおけるSFC条件は、溶離液:CO2/メタノール(90:10 v/v)を用いた点以外は分離例1と同じである。
図1、図2及び図5の各ピークについて、分離度(Rs)を算出し、以下の表にまとめた。
なお、分離度は以下の式より求めた。
分離度(Rs):2×(より強く吸着される分離対象とより弱く吸着される分離対象の両ピーク間の距離)/両ピークのバンド巾の合計
なお、分離度は以下の式より求めた。
分離度(Rs):2×(より強く吸着される分離対象とより弱く吸着される分離対象の両ピーク間の距離)/両ピークのバンド巾の合計
表1の記載からも明らかなように、本発明の固定相は、HPLCよりもSFCで用いると、目的物質の分離度がより高いことが分かる。また同じくSFCにおいても、従来から最もよく用いられてきた2-エチルピリジン固定相とは異なる特性を示し、しばしばより良い分離を与えることが分かる。
本発明の固定相は、従来のHPLCでは分離が難しかった化合物についても良好な分離特性を有する。具体的には、カラム段数の向上が見込まれる。このことから本発明の固定相は、これまで分離が難しかった様々な物質の新たな分離条件の発見や改良だけでなく、分離された物質の同定、解析の利便性の向上に寄与することが期待される。
Claims (12)
- 主鎖の繰り返し単位にピロリドン骨格が含まれるポリマーが担持されている担体から構成される、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
- 球状粒子状であることを特徴とする、請求項1または2に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
- 平均粒径が0.1μm~1000μmであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
- モノリス状であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相。
- 請求項1~5のいずれか一項に記載の固定相と、超臨界流体を含む移動相とを用いて目的物質を分離する工程を含む、目的物質の分離方法。
- 1-ビニル-2-ピロリドンと、重合性官能基が結合している担体とを共重合させる工程を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
- 前記重合性官能基が、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基またはω位に二重結合を有する炭素数4~12のアルケニル基である、請求項7に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
- 重合性官能基が結合している担体は、下記式(I)で表される化合物と、シリカゲルとをシランカップリングすることにより得られる表面修飾シリカゲルである、請求項7または8に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
- 前記Wがビニル基であり、Xがアミド基または炭素数1~3のN-アルキルアミド基であり、Yが炭素数1~5のアルキレン基であり、Rが独立してメチル基、エチル基またはプロピル基であり、Zは炭素数1~5のアルコキシ基、ハロゲン、炭素数1~20のアルキルメルカプチル基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ピロリジノ基、イミダゾリル基、アリル基または2-メチル-2-プロペニル基である、請求項9に記載の超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
- 1-ビニル-2-ピロリドンを、末端に反応性シリル基を有する連鎖移動剤の存在下でラジカル重合させてポリマーを得る工程と、得られたポリマーを担体表面でシランカップリングする工程を含む、超臨界流体クロマトグラフィー用の固定相の製造方法。
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