JPH06102151B2 - 配位子交換型シリカゲル充填剤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は耐久性の優れた液体クロマトグラフィー用配位
子交換型シリカゲル充填剤に関する。特に本発明の充填
剤は光学分割用分離剤として有用なものである。

（従来技術と問題点） 一般にシリカゲル充填剤は液体クロマトグラフィー用充
填剤として優れた性能を有し、今日盛んに利用されてい
るが、それ自身の酸性のために塩基性領域での使用は著
しく制限を受ける。また、水やアルコール類などのプロ
トン性溶媒の使用によってもシリカゲルが溶解すること
による劣化が起きる。そのため、ある程度劣化を防止す
るためシランカップリング剤を用いて酸性シラノールを
無くする処理を行なうなどの方法がとられてきた。しか
し、これらの方法でも完全にシラノールを無くすること
が困難であること、およびシラン処理剤へのプロトン性
溶媒の攻撃などのために長期間にわたる劣化は避け得な
かった。特に、極性溶媒を使用する逆相系液体クロマト
グラフィー用充填剤および配位子交換型液体クロマトグ
ラフィー用充填剤の場合は保持容量が経時的に変化する
ために問題を生じていた。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、シリカゲル表面のシラノールと反応する
か、もしくはシリカゲル表面に薄膜を形成することによ
って実質的に表面シラノールを不活性化し、その後、シ
ランカップリング剤と反応することにより、シラン処理
剤へのプロトン性溶媒の攻撃による長期間にわたる劣化
を避け得る化合物を鋭意探索した結果、ケイ素を除く周
期律表第IVb族の元素化合物を見いだし、これら化合物
で処理することによって、耐久性の優れた配位子交換型
シリカゲル充填剤を得る本発明に至った。

すなわち、本発明は、シリカゲルの表面にケイ素を除く
周期律表第IVb族の元素又は元素化合物の層を設け、そ
の上に遷移金属イオンと錯体を形成することのできる化
合物を維持させたことを特徴とする配位子交換型シリカ
ゲル充填剤に関する。

本発明における配位子交換型液体クロマトグラフィー用
充填剤とは、アミノ酸やヒドロキシ酸のような水溶性化
合物の相互分離もしくは光学分割を行なうためのもの
で、分離対象物を固定相である基材に坦持した配位子
（即ち、遷移金属イオンとの錯体形成にあずかる基を有
する化合物の残基）と遷移金属イオンを介して相互作用
をせしめることによって分離を行なうものである。

シリカゲル充填剤の劣化はシリカゲル自身が溶媒に溶解
すること、もしくは結合したシラカップリング剤が脱離
することによって起こる。そのため、シリカゲルの溶解
を避けるためシラノールの露出をなくすこと、およびシ
ランカップリング剤の脱離を防ぐため、その結合をより
強固にすることが必要である。その両者を同時に満たす
ため、鋭意検討した結果、ケイ素を除く周期律表第IVb
族の元素又は元素化合物の層をシリカゲルの表面に設け
ることを見いだした。ケイ素を除く周期律表第IVb族の
元素としては、好ましくは、チタン、ジルコニウムが例
示される。また、その化合物としては、塩化チタン、チ
タニウム−ｎ−プロポキシド、チタニウム−iso−イソ
プロポキシド、チタニウム−ｎ−ブトキシド、塩化ジル
コニウム、オキシ塩化ジルコニウム、ジルコニウム−ｎ
−プロポキシド、ジルコニウム−iso−プロポキシド、
ジルコニウム−ｎ−ブトキシドなどが挙げられる。これ
らの化合物は、単独もしくは混合して用いてもよい、ま
たシランカップリング剤との反応に際して必要であれ
ば、含水条件で処理することによって反応しやすくする
ことができる。

本発明において、シリカゲルの表面にケイ素を除く周期
律表第IVb族の元素又は元素化合物の層を設ける方法と
しては、シリカゲルの表面にあるシラノールと反応させ
る方法がある。この場合、ケイ素を除く周期律表IVb族
の元素又は元素化合物としては、このシラノールと反応
するものであればいかなるものでも良い。

又、別の方法としては、スパッタリングなどによりケイ
素を除く周期律表第IVb族の元素又は元素化合物の薄膜
を物理的に吸着させる方法がある。基材であるシリカゲ
ルとしては粒径１〜100μｍ、細孔径分布ピークが10〜2
000Åのものが好ましく、形状は球状もしくは破砕状の
いずれでもよい。

本発明において、遷移金属イオンと錯体を形成すること
のできる特定の化合物としては、前述の表面処理をした
シリカゲルに反応させることによって、坦持されたの
ち、配位子として作用する残基を含むものでたとえば光
学活性もしくは光学不活性なアミノ酸もしくはその遷移
金属塩、もしくは光学活性もしくは不活性なアミノアル
コール、α−ヒドロキシカルボン酸もしくはその遷移金
属塩、ジアミン、ジカルボン酸もしくはその遷移金属塩
などが挙げられる。

本発明において、この特定の化合物をケイ素を除く周期
律表IVb族の元素又は元素化合物の層を設けたシリカゲ
ルに坦持させる方法としては、シランカップリング剤を
介して反応させることが好ましい。

シランカップリング剤としては、３−グリシドキシプロ
ピルトリメトキシシラン、３−グリシドキシプロピルジ
エトキシメチルシラン、３−グリシドキシジメチルエト
キシシラン、２−（3,4−エポキシシクロヘキシルエチ
ル）トリメトキシシラン、３−クロロプロピルトリメト
キシシラン、３−クロロプロピルトリクロロシラン、お
よび炭素数６乃至24の直鎖アルキル基を有するシラン化
合物などが例示される。

これらシランカップリング剤は単独で用いてもよく、ま
たはこれらもしくはこれ以外のシランカップリング剤と
組合わせて用いてもよい。また、これらシランカップリ
ング剤を反応させた後、より反応性に富むシランカップ
リング剤を用いて残存する基材表面の水酸基に反応せし
め、残存する水酸基を無くすることも出来る。

また、実際に分離用充填剤を合成する場合、シランカッ
プリング剤を反応させたあとさらに特定の化合物をシラ
ンカップリング剤の反応性残基と反応させるか、あるい
は予め特定の化合物を上記シランカップリング剤と反応
させておき、これをケイ素を除く周期律表IVb族の元素
又は元素化合物の層を設けたシリカゲルに反応させても
よい。また、配位子として作用する残基を含む化合物が
長鎖のアルキル基などの疎水性基を有する場合には反応
を伴わない疎水結合によってシランカップリング剤を介
して坦持することもできる。

ケイ素を除く周期律表第IVb族の元素化合物とシリカゲ
ルの反応は、上記化合物を溶解しうる溶媒に溶かし、シ
リカゲルと接触させることにより、反応させることがで
きるが、必要に応じて、加熱することにより反応を促進
させることができる。また、必要に応じて脱塩酸剤を加
えることは好ましい。一方、これら化合物をシリカゲル
表面に物理的に吸着させるかもしくは薄膜を形成せしめ
るときは、これら化合物をシリカゲル表面に接触させた
後溶媒を留去し、その後、加熱することによって行なわ
れるが、この際多かれ少なかれ上記化合物の重合を伴う
ことは差し支えない。

ケイ素を除く周期律表第IVb族の元素化合物と反応させ
たシリカゲルは水と接触させることにより水酸基を表面
に持たせることができ、シランカップリング剤と反応さ
せやすくすることが出来る。シランカップリング剤との
反応は通常の方法でよく、例えばベンゼン、またはトル
エン中加熱還流するか、水、メタノール、アセトニトリ
ルなどの極性溶媒中で反応させればよく、シランカップ
リング剤に応じて脱塩酸剤を加える方法を適宜選択すれ
ばよい。

しかし、配位子交換型充填剤とする場合、シランカップ
リング剤を反応させたあとさらに配位子として作用する
残基を有する化合物をシランカップリング剤の反応性残
基と反応させるか、あるいは予め配位子として作用する
残基を有する化合物を上記シランカップリング剤と反応
させておき、これを上記方法によりケイ素を除く周期律
表第IVb族の元素又は元素化合物を反応もしくはその薄
膜を物理的に吸着させたシリカゲルに反応させるかは適
宜選ぶことができる。

また、実際のクロマトグラフィーにおける配位子交換の
中心となる金属イオンとしては、２価の銅，ニッケル，
亜鉛、３価のコバルト，鉄などが例示されるが、これら
金属イオンは予め固定相に錯体化させておいてもよく、
また分析時に溶媒に加えてもよい。

（発明の効果） 配位子交換型液体クロマトグラフィー用充填剤は、アミ
ノ酸、ヒドロキシ酸、アミノアルコールなどの水溶性化
合物の相互分離もしくは光学分割に利用されるが、従来
のシリカゲルに直接シランカップリング剤を反応させた
充填剤では溶離液の水素イオン濃度が狭い範囲でしか使
用できず、そのため分離能力が充填発揮されないという
問題があった。しかるに本発明によって得られた高耐久
性充填剤はより広い範囲の水素イオン濃度をもつ溶離液
が使用できることからより広範囲の化合物の分離に適用
できるものと期待される。

（実施例） 以下、実施例をもって本発明を詳述するが、本発明がこ
れに限定されるものではないことは言うまでもない。

合成例１ オキシ塩化ジルコニウム８水和物3.22gをメタノール100
mlに溶解し、これにシリカゲル（E.MERCK社製Lichrosor
b SI100,10μｍ）10gを加えた後トリエチルアミン2.1g
を加え、８時間加熱還流する。これを冷却した後グラス
フィルターでろ過し、水で洗浄することにより表面を水
酸基化させたのち乾燥させる。こうして得られたシリカ
ゲルは蛍光Ｘ線分析により、Zr元素の存在が確認され
た。このシリカゲルをさらに乾燥ベンゼン中３−グリシ
ドキシプロピルトリメトキシシラン5mlとともに５時間
加熱還流することによりシラン化した。

合成例２ テトラｎ−ブチルチタネート3.40gを酢酸エチル50mlに
溶解し、これをシリカゲル（E.MERCK社製Lichrosorb S
I100,10μｍ）10gを50mlの酢酸エチルに懸濁したところ
に加え８時間加熱還流する。これを冷却した後グラスフ
ィルターでろ過し、水で洗浄することにより表面を水酸
基化させたのち乾燥させる。こうして得られたシリカゲ
ルは蛍光Ｘ線分析により、Ti元素の存在が確認された。
このシリカゲルをさらに乾燥ベンゼン中３−グリシドキ
シプロピルトリメトキシシラン5mlとともに５時間加熱
還流することによりシラン化した。

合成例３ オキシ塩化ジルコニウム８水和物3.22gをメタノール100
mlに溶解し、これにシリカゲル（E.MERCK社製Lichrosor
b SI100,10μｍ）10gを加えた後トリエチルアミン2.1g
を加え、８時間加熱還流する。これを冷却した後グラス
フィルターでろ過し、水で洗浄することにより表面を水
酸基化させたのち乾燥させる。こうして得られたシリカ
ゲルは蛍光Ｘ線分析により、Zr元素の存在が確認され
た。Ｌ−プロリンNa塩13.7gを150mlのメタノールに溶解
し、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン11.8
gと反応させる。メタノールを留去したのちアセトニト
リル150mlを加え溶解し、これに上記オキシ塩化ジルコ
ニウムで処理したシリカゲルを加え室温で２日間反応さ
せることによりシラン化し配位子を坦持した。

合成例４ テトラｎ−ブチルチタネート3.40gを酢酸エチル50mlに
溶解し、これをシリカゲル（E.MERCK社製Lichrosorb S
I100,10μｍ）10gを50mlの酢酸エチルに懸濁したところ
に加え８時間加熱還流する。これを冷却した後グラスフ
ィルターでろ過し、水で洗浄することにより表面を水酸
基化させたのち乾燥させる。こうして得られたシリカゲ
ルは蛍光Ｘ線分析により、Ti元素の存在が確認された。
Ｌ−プロリンNa塩13.7gを150mlのメタノールに溶解し、
３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン11.8gと
反応させる。メタノールを留去したのちアセトニトリル
150mlを加え溶解し、これに上記テトラｎ−ブチルチタ
ネートで処理したシリカゲルを加え室温で２日間反応さ
せることによりシラン化し配位子を坦持した。

実施例１ 合成例１で得られたシラン化シリカゲルにＬ−プロリン
Na塩をメタノール中室温で反応させることによりシリカ
ゲルにＬ−プロリンNa塩を結合させ、さらに硫酸銅水溶
液中に移すことにより銅塩に変える。こうして得られた
シリカゲル充填剤を、長さ25cm、内径0.46cmのステンレ
ス製カラムに充填し、0.25mM硫酸銅水溶液を溶離液とし
て毎分1ml流したところ、ラセミアミノ酸の多くが光学
分割され、その保持時間は、300時間以上変化しなかっ
た。

実施例２ 合成例２で得られたシラン化シリカゲルにＬ−プロリン
Na塩をメタノール中室温で反応させることによりシリカ
ゲルにＬ−プロリンNa塩を結合させ、さらに硫酸銅水溶
液中に移すことにより銅塩に変える。こうして得られた
シリカゲル充填剤を、長さ25cm、内径0.46cmのステンレ
ス製カラムに充填し、0.25mM硫酸銅水溶液を溶離液とし
て毎分1ml流したところ、ラセミアミノ酸の多くが光学
分割され、その保持時間は、300時間以上変化しなかっ
た。

実施例３ 実施例１と同様にして得られた充填カラムを用いて0.25
mM硫酸銅水溶液にかえてトリスバッファーを溶離液に用
いたところ、実施例１と同様にラセミアミノ酸の多くが
光学分割され、その保持時間は、300時間以上変化しな
かった。

実施例４ 実施例２と同様にして得られた充填カラムを用いて0.25
mM硫酸銅水溶液にかえてトリスバッファーを溶離液に用
いたところ、実施例１と同様にラセミアミノ酸の多くが
光学分割され、その保持時間は、300時間以上変化しな
かった。

実施例５ 合成例３で得られたNa塩の充填剤を、さらに硫酸銅水溶
液中に移すことにより銅塩に変える。こうして得られた
充填剤を、長さ25cm、内径0.46cmのステンレス製カラム
に充填し、0.25mM硫酸銅水溶液を溶離液として毎分1ml
流したところ、ラセミアミノ酸の多くが光学分割され、
その保持時間は、300時間以上変化しなかった。

実施例６ 合成例４で得られたNa塩の充填剤を、さらに硫酸銅水溶
液中に移すことにより銅塩に変える。こうして得られた
充填剤を、長さ25cm、内径0.46cmのステンレス製カラム
に充填し、0.25mM硫酸銅水溶液を溶離液として毎分1ml
流したところ、ラセミアミノ酸の多くが光学分割され、
その保持時間は、300時間以上変化しなかった。

比較例１ シリカゲル（E.MERCK社製Lichrosorb SI100,10μｍ）1
0gを乾燥ベンゼン中、３−グリシドキシプロピルトリメ
トキシシラン5mlとともに５時間加熱還流することによ
りシラン化し、これにＬ−プロリンNa塩をメタノール中
室温で反応させることによりシリカゲルにＬ−プロリン
Na塩を結合させ、さらに硫酸銅水溶液中に移すことによ
り銅塩に変えて得られたシリカゲル充填剤を、長さ25c
m、内径0.46cmのステンレス製カラムに充填し、0.25mM
硫酸銅水溶液を溶離液として流したところ、保持時間は
時間と伴に減少し、50時間で約1/2になり、その後も徐
々に減少を続け、200時間後には光学分割能力がかなり
失われた。また、トリスバッファーを溶離液とした場
合、充填剤が溶解してしまった。

合成例５ テトラｎ−ブチルチタネート3.40gを酢酸エチル50mlに
溶解し、これをシリカゲル（野村化学製Develosil 100
−5,）10gを50mlの酢酸エチルに懸濁したところに加え
８時間加熱還流する。これを冷却した後グラスフィルタ
ーでろ過し、水で洗浄することにより表面を水酸基化さ
せたのち乾燥させる。こうして得られたシリカゲルは蛍
光Ｘ線分析により、Ti元素の存在が確認された。Ｌ−プ
ロリンNa塩13.7gを150mlのメタノールに溶解し、３−グ
リシドキシプロピルトリメトキシシラン11.8gと反応さ
せる。メタノールを留去したのちアセトニトリル150ml
を加え溶解し、これに上記テトラｎ−ブチルチタネート
で処理したシリカゲルを加え室温で２日間反応させるこ
とによりシラン化し配位子を坦持した後、Na塩を硫酸銅
水溶液中に移すことにより銅塩に変えた。更にこの充填
剤を真空中乾燥させた後乾燥トルエン中、N,O−ビスト
リメチルシリルアセトアミドによりエンドキャッピング
した。

実施例７ 合成例５により得られた充填剤を、長さ25cm、内径0.46
cmのステンレス製カラムに充填し、0.25mM硫酸銅水溶液
もしくはリン酸バッファーを溶離液として毎分1ml流し
たところ、いずれもラセミアミノ酸の多くが光学分割さ
れ、しかもそのピークが著しく鋭利になり高い理論段数
を持つカラムが得られた。また、夫々の試料の保持時間
は、400時間以上変化しなかった。

合成例６ オキシ塩化ジルコニウム８水和物3.22gをメタノール100
mlに溶解し、これにシリカゲル（野村化学製Develosil
100−5,）10gを加えた後トリエチルアミン2.1gを加
え、８時間加熱還流する。これを冷却した後グラスフィ
ルターでろ過し、水で洗浄することにより表面を水酸基
化させたのち乾燥させる。こうして得られたシリカゲル
は蛍光Ｘ線分析により、Zr元素の存在が確認された。Ｌ
−プロリンNa塩13.7gを150mlのメタノールに溶解し、３
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン11.8gと反
応させる。メタノールを留去したのちアセトニトリル15
0mlを加え溶解し、これに上記オキシ塩化ジルコニウム
で処理したシリカゲルを加え室温で２日間反応させるこ
とによりシラン化し配位子を坦持した後、Na塩を硫酸銅
水溶液中に移すことにより銅塩に変えた。更にこの充填
剤を真空中乾燥させた後乾燥トルエン中、N,O−ビスト
リメチルシリルアセトアミドによりエンドキャッピング
した。

実施例８ 合成例６により得られた充填剤を、長さ25cm、内径0.46
cmのステンレス製カラムに充填し、0.25mM硫酸銅水溶液
もしくはリン酸バッファーを溶離液として毎分1ml流し
たところ、いずれもラセミアミノ酸の多くが光学分割さ
れ、しかもそのピークが著しく鋭利になり高い理論段数
を持つカラムが得られた。また、夫々の試料の保持時間
は、500時間以上変化しなかった。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリカゲルの表面にケイ素を除く周期律表
   第IVb族の元素又は元素化合物の層を設け、その上に遷
   移金属イオンと錯体を形成することのできる化合物を維
   持させたことを特徴とする配位子交換型シリカゲル充填
   剤。