色譜用整體柱分離介質及其製造方法
2024-01-29 18:52:15
專利名稱：色譜用整體柱分離介質及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種具有由富含有機物質的骨架相和以三維網狀連續的 細孔構成的共連續結構的色譜用整體柱分離介質及其製造方法。
背景技術：
貫通流道與骨架成為一體的多孔質體(稱為整體柱)在用作高速液相 色譜用的分離介質的情況下，被報導為表現出基於寬流道和細骨架而可以 得到高柱性能或者基於低壓降而即使在高流速下也可以抑制性能的降低 的、在過去的粒子填充型的柱中未見的優越性(參照
N.Ishizuka，H.Kobayashi，H.Minakuchi，K,Nakanishi,K.Hirao,K.Hosoya,T.Ikeg ami，and N.Tanaka,J.Chromatogr.A，960，85(2002)。)。
使用二氧化矽凝膠的整體柱主要基於微細的結構控制而表現出高性
能， 一部分也被市售。
還存在以有機高分子為基礎的聚合物整體柱，但如後所述，過去的聚 合物整體柱源於通常的自由基聚合的不均質性而不能凍結作為二相體系的 相分離過程的過渡狀態的旋量分解的結構，因而，通常成為相分離進一步 發展的粒子凝集型。因此，儘管形成了貫通細孔，但結構的均一性低，成 為粒子凝集型，不能實現以二氧化矽凝膠為基礎的整體柱之類的高性能化。
過去的聚合物整體柱的配製如以Svec等的專利例(參照美國專利第 5,453,185號公報。)為代表，基本上是在苯乙烯/二乙烯基苯之類的疏水性 單體成分中，例如在單體中組合成為不良溶劑的苄醇等制孔劑來進行的。 在這樣的溶液體系中，基本上與成長的聚合物鏈的位阻相比，聚合物鏈間 的範德華(van der Walls)力變大，聚合物鏈發生凝集。所以，發生聚合 物鏈的纏繞引起的環生成和聚合物鏈凝集引起的微粒凝膠粒子的成長、體 系的急劇的表面能上升，進而，微凝膠粒子發生凝集，凝膠繼續相似的成 長(不規則碎片形(fractal))從而粗化。因而，這樣的單體與不良溶劑體
系的特徵在於，凝膠以粒子凝集的形態成長，同時相分離與凝膠化競爭從
而極早地發生，大(macroporous)氣孔的比表面積小的整體柱形態被固 定化，成為粒子凝集型整體柱。所以，在過去的聚合物整體柱中本質上存 在沒有骨架結構、通孔(throughpore)(貫通細孔)的經路因子大、在高 流速下的背壓上升、整體柱壓縮性引起的形態變化等問題。
發明內容
本發明是為了解決所述的過去的有機聚合物整體柱的課題而提出的， 其目的在於提供一種作為分離介質的非粒子凝集型的有機聚合物整體柱 及其製造方法。
本發明人等為了解決這樣的課題而進行了潛心研究，結果發現，將具 有特定的分子結構的環氧化合物溶解於制孔劑中，向其中加入二官能性以上 的胺化合物，通過進行加熱聚合，使聚合物和制孔劑發生旋量分解，利用相 分離的成長，在移行至粒子凝集結構之前，穩定地進行交聯，由此凍結不是 粒子凝集型的共連續結構，接著通過除去制孔劑而得到骨架結構極為均一的 多孔體。另外，還發現可以成為下述分離介質，以至完成本發明，即，得到 的多孔體源於其骨架的均一性而表現出極高的理論塔板數的分離介質。
艮口，本發明的有機高分子凝膠狀色譜用整體柱分離介質具備骨架相、 利用該骨架相形成的以三維網狀連續的細孔和存在於骨架相的表面的可 以導入新的官能團的官能團，該骨架相具有超微到微米尺寸的平均直徑， 具有不是粒子凝集型的共連續結構，由來自二官能性以上的環氧化合物與 二官能性以上的胺化合物的加聚物構成，富含有機物質，而且不含有來源 於芳香族的碳原子。
存在於骨架相的表面的可以導入新的官能團的官能團除了利用環氧 基與氨基的反應生成的羥基以外，還包括未反應而殘留的氨基或環氧基。
環氧化合物的優選例為2， 2， 2—三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿 酸酯(2， 2， 2—tri— (2， 3—epoxypropyl) —isocya證ate)。 2， 2， 2 — 三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿酸酯為具有光學對映體的手性(chiml) 化合物，在本發明中，可以使用消旋物和旋光物的任意一種。
作為胺化合物，也可以使用手性化合物，作為胺化合物，也可以使用
消旋物和旋光物的任意一種。
由該分離介質構成的高速液相色譜用分離柱對應每1米柱長具有 50000塔板以上的理論塔板數。
以利用液相色譜分離光學對映體的S體和R體為目的的光學離析用 的分離介質是環氧化合物和胺化合物均使用旋光物來成為整體柱分離介 質的。
過去利用旋光性的聚合物進行光學離析，但在主鏈具有光學活性點的 物質是來源於作為天然物的"糖"的物質，另一方面，合成高分子不能在
主鏈上含有光學活性點，而成為由主鏈吊成懸掛(pendant)狀的結構。 與此相對，環氧化合物及胺化合物均使用旋光物而成的本發明的聚合物雖 為合成高分子但在主鏈中含有光學活性點，成為極稀的分離介質。而且， 可以使其在環氧化合物和胺化合物的雙方的單體單元上具有光學活性點， 所以變化(variation)多樣。
另外，本發明的製造方法是用於製造本發明的整體柱分離介質的方 法，包括下面的工序(A) (C)。
(A) 在制孔劑中，在60。C 20(TC的範圍內加熱二官能性以上的環 氧化合物和二官能性以上的胺化合物，使其聚合，得到凝膠狀體的工序，
(B) 然後，用水等溶劑清洗該凝膠狀體，除去制孔劑，殘留骨架相 的工序，以及
(C) 然後，進行乾燥的工序。 在制孔劑中的聚合溫度是用於環氧化合物及胺化合物分別在制孔劑
中溶解從而進行聚合反應的適當的溫度，只要對應環氧化合物、胺化合物 及制孔劑的種類適當地設定即可。
在製造工序中使用的環氧化合物的優選例是2， 2， 2_三一 (2， 3 —
環氧丙基) 一異氰尿酸酯。該環氧化合物可以為消旋物，也可以為旋光物。 胺化合物是作為固化劑使用的，可以為消旋物或旋光物，可以舉出乙 二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、三縮四乙二胺、亞氨基雙丙胺、雙 (六亞甲基)三胺、1， 3， 6—三氨基甲基己垸、聚亞甲基二胺、三甲基 六亞甲基二胺、聚醚二胺等脂肪族胺類，異佛爾酮二胺、薄荷烷二胺、N 一氨基乙基哌嗪、3, 9—雙(3 —氨丙基)2， 4， 8， IO —四氧螺環、雙(4
一氨基環己基)甲烷或它們的改性品等脂環式聚胺類，此外還有由聚胺類
與二聚酸構成的脂肪族聚醯胺胺類等。優選為在分子內具有2個以上伯胺 的脂環族胺化合物，可以特別優選舉出雙(4一氨基環己基)甲烷、雙(4 一氨基一3 —甲基環己基)甲烷等。
制孔劑是指能夠溶解環氧化合物及固化劑，且在它們進行聚合之後， 可以使其發生反應誘發相分離的溶劑。作為制孔劑，例如可以舉出甲基溶 纖劑、乙基溶纖劑等溶纖劑類，乙二醇一甲醚乙酸酯、丙二醇一甲醚乙酸 酯等酯類，或聚乙二醇、聚亞丙基二醇等二醇類。其中，優選分子量為 600以下的聚乙二醇，特別優選分子量為300以下的聚乙二醇等。
在本發明的製造方法中，在作為環氧化合物使用2， 2， 2 —三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿酸酯的情況下，用摩爾比表示胺相對環氧化合物 的原料組成，環氧化合物胺二l: 1 1: 3的範圍為適當的值。
另外，制孔劑的添加量相對環氧化合物、胺及制孔劑的總重量，l
99重量％為適當的值。
本發明的整體柱分離介質由於其骨架相具有超微到微米尺寸的平均 直徑，具有不是粒子凝集型的共連續結構，由來自二官能性以上的環氧化 合物與二官能性以上的胺化合物的加聚物構成，富含有機物質，而且不含
有來源於芳香族的碳原子，因此，可以用作賦予過去完全未見的高性能的 液相色譜用固定相。那麼，可以用於從毛細管色譜柱到常用尺寸的柱。 由該分離介質構成的分離用柱是對應每l米柱長具有50000塔板以上
的理論塔板數的柱。
在環氧化合物及胺化合物均使用旋光物而成為整體柱分離介質的情 況下，可以利用該分離介質彼此分離光學對映體的S體和R體。
本發明的製造方法是在制孔劑中加熱環氧化合物和胺化合物從而使 其聚合的極簡單的方法，所以可以有效地在從毛細管色譜柱到具有較大直 徑的柱中利用。
圖1是表示利用一個實施例製造而成的有機聚合物整體式毛細管柱 的掃描型電子顯微鏡的圖。
圖2是利用同一實施例的毛細管柱的尿嘧啶和烷基苯的分離色譜。
圖3是根據利用其他實施例製造的有機聚合物整體式毛細管柱的光
學對映體的分離色譜。
圖4是根據利用比較例製造的有機聚合物整體式毛細管色譜柱的尿 嘧啶和苯的分離色譜。
具體實施例方式
形成為非粒子凝集型且高性能的聚合物整體柱而成的本發明的分離 介質利用在原料中使用的環氧化合物與固化劑的特定的組合形成。具體而 言，優選環氧化合物為二官能性以上的非芳香族環氧化合物，固化劑為非 芳香族胺化合物。
在這些組合中，作為非芳香族環氧化合物，優選2， 2， 2 —三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿酸酯(例如TEPIC:日產化學公司的商品名)， 在向其組合二官能性以上的胺化合物的情況下，可以得到為非粒子凝集型 且具有三維分支結構的高性能聚合物整體柱分離介質，所以優選。 以下對可以在本發明中使用的環氧化合物及固化劑進行例示。 例示的環氧化合物為2， 2， 2—三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿酸
酯，可以為消旋物或旋光物。 實施例
接著，對分離介質的實施例和適於有效地製造該分離介質的製造方法 的實施例進行說明。 (實施例1) [試劑及溶劑]
作為環氧化合物，使用作為旋光物的SSS體的2， 2， 2 —三一 (2， 3 一環氧丙基) 一異氰尿酸酯(TEPIC — S)，作為胺化合物，使用雙(4— 氨基環己基)甲烷(bis (4一aminocyclohexyl) methane: BACM)，作為 制孔劑，使用分子量為200的聚乙二醇(PEG200: Nacalai Tesque公司 的商品名)。
TEPIC和BACM的化學結構式如下所示。
formula see original document page 9 [聚合物整體柱的製作]
相對1.6g的TEPIC — S，配合為BACM成為0.37g、PEG200成為7.00g，
用熱攪拌器加熱、攪拌，成為已溶解的狀態，然後填充於熔融石英玻璃毛 細管中，用80。C的乾燥機加熱20小時，使其聚合。
然後，用水和甲醇清洗後進行真空乾燥。
製造條件
TEPIC — S......1.6g
BACM......0.37g
PEG200......7.00g
溫度……80°C
所述的利用聚合製造的有機聚合物整體式毛細管柱的掃描電子顯微 鏡如圖l所示。可知，該整體柱的骨架相具有超微尺寸的平均直徑，具有 不是粒子凝集型的共連續結構，利用該骨架相形成的細孔呈三維網狀。
使用在所述中製造的本發明的有機聚合物整體式毛細管柱(內徑 100(im，長度21,5cm)進行的尿嘧啶和垸基苯的分離色譜如圖2所示。烷 基苯包括取代基的碳原子數為0的苯到6的己基苯。移動相為60%的乙 腈水溶液(利用20mM磷酸緩衝液，pH7.0)，柱溫度為室溫，利用在210nm 下的紫外線吸收進行檢測。
圖2中的N為理論塔板數，從上面開始，為尿嘧啶、苯和垸基苯， 越是下面的塔板，烷基苯的取代基的碳原子數越多。
理論塔板數利用半幅值法，由下式計算。
N=5.54 (tr/W0.5h) 2
在此，tr為保持時間，Wo.5h為半幅值。
如果利用該結果，則可知，相對所有的溶質，以21.5cm的柱可以得 到30000塔板以上的理論塔板數(N)。就是說，換算成每米，成為約14 萬塔板。
(實施例2)
通過環氧化合物和胺化合物均使用旋光物，來製造手性的有機聚合物 整體式毛細管柱。
作為環氧化合物，使用作為旋光物的SSS體的2， 2, 2—三一 (2， 3 —環氧丙基)—異氰尿酸酯(TEPIC — S) 0.40g，作為胺化合物，使用其 也為旋光物的(1S， 2S) — ( + ) _1， 2 —環己烷二胺((1S， 2S) — (十)一l， 2—cyclohexanediamine) 0.63g，向其中配合分子量為300的 聚乙二醇(PEG300) 10g，加熱、攪拌，成為已溶解的狀態，然後填充於 熔融石英玻璃毛細管中，用12(TC的烘箱加熱聚合4小時。
然後，用水和甲醇進行清洗，然後進行真空乾燥。
製造條件
TEPIC—S......0.40g
(1S， 2S) — ( + ) —1， 2 —環己烷二胺 0.63g
PEG300......12.64g
溫度……120°C
所述的利用聚合製造的實施例2的有機聚合物整體柱也為與實施例1 同樣的骨架相。
使用在所述中製造的本發明的有機聚合物整體式毛細管柱(內徑 100|im，長度17.5cm)進行的光學對映體(R， S) —l， 1，一雙一2 —萘酚 的分離色譜如圖3所示。移動相為60%的乙腈水溶液(利用20mM磷酸 緩衝液，pH7.0)，柱溫度為28'C，移動相的流量為0.6^L/分(L為升)， 線速度為0.86mm/秒，壓力為112kg/cm2，樣本濃度為lmg/mL，注入1jiL， 在距離柱9cm的位置，利用在210nm下的紫外線吸收進行檢測。
如果利用圖3的結果，則可知，一l， 1，一雙一2 —萘酚的R體和S 體已被分離。
(比較例)
作為環氧化合物，使用作為芳香族化合物的2—[ (4一 (1 —甲基一l
一 [4一(2環氧乙烷基甲氧基)苯基]乙基)苯氧基)甲基]環氧乙烷(2 — [ (4 一 (l一甲基一l一 [4一 (2oxiranylmethoxy)phenyl]ethyl ) phenoxy ) methyl]oxirane: BADE)，胺化合物和制孔劑與實施例1相同，作為胺化 合物，使用BACM，作為制孔劑，使用PEG200。
將0.52g的BACM加熱溶解於7.20g的PEG200，然後加入2.33g的 BADE，混合併攪拌。將該溶液填充於瑢融石英玻璃毛細管中，用120°C 的烘箱加熱聚合1小時。
然後，用水和甲醇進行清洗，然後進行真空乾燥。
製造條件
BADE......2.33g
BACM......0.52g
PEG200......7.20g
溫度......120°C
使用在所述中製造的比較例的有機聚合物整體式毛細管柱(內徑 100pm，長度20cm)進行的尿嘧啶和苯的分離色譜如圖4所示。移動相 為60%的乙腈水溶液(利用20mM磷酸緩衝液，pH7.0)，柱溫度為室溫， 移動相的流量為0.15mL/分，線速度為l.Olmm/秒，壓力為50kg/cm2，用 配置在距離柱9cm的位置的內徑為50pm的毛細管，利用在210nm下的 紫外線吸收進行檢測。
在圖4中，前面的峰為尿嘧啶，後面的峰為苯。利用半幅值法求得的 理論塔板數成為尿嘧啶3085、苯378，與實施例1的本發明的理論塔板數 相比，為1/10以下。
這可能是因為，由於使用芳香族化合物作為環氧化合物，所以形成的 骨架相包括來源於芳香族的碳原子。
產業上的可利用性
本發明的整體柱分離介質可以作為液相色譜用固定相，利用於從毛細 管柱到常用尺寸的柱中。
權利要求
1.一種有機高分子凝膠狀色譜用整體柱分離介質，其中，具備骨架相，和利用所述骨架相形成的以三維網狀連續的細孔，和存在於所述骨架相的表面且可以導入新的官能團的官能團，所述骨架相具有超微到微米尺寸的平均直徑，具有不是粒子凝集型的共連續結構，由來自二官能性以上的環氧化合物與二官能性以上的胺化合物的加聚物構成，富含有機物質，而且不含有來源於芳香族的碳原子。
2. 根據權利要求1所述的整體柱分離介質，其中，所述環氧化合物為2， 2， 2 —三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿酸酯。
3. 根據權利要求1或2所述的整體柱分離介質，其中， 由該分離介質構成的高速液相色譜用分離柱中，對應每1米柱長具有50000塔板以上的理論塔板數。
4. 根據權利要求1或2所述的整體柱分離介質，其中， 所述環氧化合物及所述胺化合物均為旋光物，該分離介質對光學對映體具有分離能力。
5. —種整體柱分離介質的製造方法，其是製造權利要求1 4中任意 一項所述的整體柱分離介質的方法，其中，包括(A) 在制孔劑中，在6(TC 200"C的範圍內加熱二官能性以上的環 氧化合物和二官能性以上的胺化合物，使其聚合，得到凝膠狀體的工序，(B) 然後，用溶劑清洗該凝膠狀體，除去制孔劑，從而殘留骨架相 的工序，以及(C) 然後，進行乾燥的工序。
6. 根據權利要求5所述的整體柱分離介質的製造方法，其中， 所述環氧化合物為2， 2， 2—三一 (2， 3 —環氧丙基) 一異氰尿酸酯。
7. 根據權利要求5或6所述的整體柱分離介質的製造方法，其中， 所述胺化合物為乙二胺、二亞乙基三胺、三亞乙基四胺、三縮四乙二胺、亞氨基雙丙胺、雙(六亞甲基)三胺、1， 3， 6 —三氨基甲基己烷、 聚亞甲基二胺、三甲基六亞甲基二胺、聚醚二胺等脂肪族胺類，異佛爾酮二胺、薄荷烷二胺、N—氨基乙基哌嗪、3， 9_雙(3 —氨丙基)2， 4， 8， IO—四氧螺環、雙(4一氨基環己基)甲烷或它們的改性物等脂環式聚胺 類，或由聚胺類與二聚酸構成的脂肪族聚醯胺胺類。
8. 根據權利要求5 7中任意一項所述的整體柱分離介質的製造方 法，其中，作為所述環氧化合物及所述胺化合物，均使用旋光物。
9. 根據權利要求5 8中任意一項所述的整體柱分離介質的製造方 法，其中，所述制孔劑為甲基溶纖劑、乙基溶纖劑等溶纖劑類，乙二醇一甲醚乙 酸酯、丙二醇一甲醚乙酸酯等酯類，或聚乙二醇、聚丙二醇等二醇類。
10. 根據權利要求9所述的整體柱分離介質的製造方法，其中， 所述制孔劑為聚乙二醇。
全文摘要
本發明提供一種非粒子凝集型的有機聚合物整體柱分離介質。其中，具備骨架相和以三維網狀連續的細孔，在骨架相的表面具有可以導入新的官能團的官能團；骨架相具有超微到微米尺寸的平均直徑，具有不是粒子凝集型的共連續結構，由來自二官能性以上的環氧化合物與二官能性以上的胺化合物的加聚物構成，富含有機物質，而且不含有來源於芳香族的碳原子。
文檔編號B01J20/26GK101360996SQ20068005125
公開日2009年2月4日 申請日期2006年1月17日 優先權日2006年1月17日
發明者細矢憲 申請人:株式會社島津製作所