JPH0949829A - クロマトグラフィー用充填剤の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 クロマトグラフィー用充填剤を製造するに当
り、クロマトグラフィー操作に不都合な影響を及ぼす充
填剤表面上の残留基を化学修飾基と反応させることによ
り高度に不活性化する。 【解決手段】 出発無機多孔質充填剤を超臨界流体中で
化学修飾剤と反応させることによる。出発無機多孔質充
填剤はその表面が予め化学修飾されたものでもよい。出
発無機多孔質充填剤が予め化学修飾基を有していてもよ
いシリカゲルであり、超臨界流体が二酸化炭素であり、
そして化学修飾剤がエンドキャッピング剤である場合が
特に好適である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はクロマトグラフィー
用充填剤の製造方法に関する。より詳しくは本発明は化
学修飾基が高密度に化学結合したクロマトグラフィー用
充填剤の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、クロマトグラフィー用充填剤とし
ては無機多孔質基材であるシリカゲル、アルミナ、ケイ
ソウ土あるいは有機ポリマー等をそれ自体として、ある
いはそれらに修飾基を化学結合させたものが主に使用さ
れており、中でも無機多孔質であるシリカゲルを各種の
化学修飾剤と反応することにより、シリカゲル表面のシ
ラノール基に化学修飾基を化学結合させたものが凡用さ
れている。特にシリカゲル表面をオクタデシル基、オク
チル基、ブチル基、メチル基、シアノプロピル基、フェ
ニル基等によって化学修飾したシリカゲル充填剤が広く
使われている。

【０００３】しかしながら、上述した化学結合型シリカ
ゲル充填剤はその表面上に未反応のシラノール基が残存
しており、このものが液体クロマトグラフィーの実施に
際し、極性溶質、特に塩基性物質を吸着してその溶出を
妨げたり、ピークのテーリング現象が起きたり、再現性
の低下などを来たす原因となっていた。

【０００４】そこで上述のようなシリカゲル表面上の残
存シラノール基の影響を低減させるために、残存シラノ
ール基に短鎖アルキル基を化学結合させる手法（いわゆ
るエンドキャッピング）が広く用いられている。

【０００５】しかしながら、残存シラノール基の影響を
低減させるためのこれらの化学修飾反応はトルエン等の
溶媒中で行われているが、これらの方法によって製造し
た充填剤の表面にもなおシラノール基がかなり残存し、
影響が残るという欠点があった。

【０００６】この欠点を克服するため、前記エンドキャ
ッピングに際し、トルエンなどの溶媒を用いずに、気相
中２５０℃以上の温度で、充填剤基材と化学修飾剤との
反応を行うことによって、残留シラノール基の影響が少
ない充填剤を製造する方法がすでに報告されている（特
開平４−２１２０５８）。

【０００７】しかしながら、上述の方法では反応温度が
高いため使用されている化学修飾剤が熱的に安定である
必要がある。また、反応を行う温度によっては、充填剤
表面にあらかじめ化学結合されていたオクタデシル基な
どの化学修飾基が表面から脱離してしまうという欠点も
あった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
従来法の欠点を解決するものであり、その課題とすると
ころは、アルキル基等の化学修飾基が無機多孔質充填剤
の表面に高密度に化学結合し、クロマトグラフィーに不
都合な影響を及ぼす充填剤表面の残存シラノール基が高
度に不活性化されたクロマトグラフィー用充填剤の製造
方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するためにクロマトグラフィー用無機多孔質充填剤
と各種化学修飾剤との反応条件を鋭意検討した結果、化
学修飾剤との反応を従来のような液体中ではなく、超臨
界流体中で行った場合、化学修飾基を充填剤表面に容易
に高密度に導入できることを見出し、本発明をなすに至
った。すなわち本発明は、出発無機多孔質充填剤を超臨
界流体中で化学修飾剤と反応させることを特徴とする、
クロマトグラフィー用充填剤の製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明で使用する出発物質として
は、クロマトグラフィーに通常に使用される無機多孔質
充填剤があげられ、これらは無機多孔質充填剤の基材そ
れ自体であることもできるしあるいは無機多孔質充填剤
基材を化学修飾してその表面に予め修飾基を化学結合さ
せたもの、さらには化学修飾した無機多孔質充填剤基材
にさらにエンドキャッピング処理を施したものであるこ
ともできる。これらのいずれから出発してもよい。前記
した無機多孔質充填剤の基材としては、従来から液体ク
ロマトグラフィー用充填剤の基材として使用されている
無機多孔質充填剤基材のうち基材表面上に水酸基を含む
官能基を有するものが使用可能である。例示すると、シ
リカゲル、チタニア、マグネシア、シリカガラス等が挙
げられる。

【００１１】前記したあらかじめ化学修飾された充填剤
から出発する場合、その化学修飾基が従来の液体クロマ
トグラフィー用充填剤に使用されている化学修飾基であ
れば本発明で使用して差し支えない。例示するとアルキ
ル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル
基、シクロアルケニル基、シクロアルキニル基、アリー
ル基、複素環式基等、およびこれら化学修飾基の水素原
子の１つ又は複数がハロゲン、シアノ基、水酸基、ニト
ロ基、アミノ基、酸アミド基、イミド基、チオール基、
スルホン基、カルボキシル基、グリセロイル基、エステ
ル基、エーテル基等によって置き換えられた化学修飾基
などが挙げられる。

【００１２】出発無機多孔質充填剤の物理的性状は特に
限定されないが、粒子径１〜１０００μｍ、より好まし
くは２〜５０μｍ、細孔径０〜１００００Å、より好ま
しくは２〜１０００Å、比表面積１〜１０００ｍ²/ｇ、
より好ましくは１０〜６００ｍ²/ｇのものが好適に使用
できる。

【００１３】本発明では無機多孔質充填剤と化学修飾剤
との反応の媒体として超臨界流体を使用するところにそ
の最大の特徴を有し、それにより化学修飾基が高密度に
結合され、残留シラノール基の少ないクロマトグラフィ
ー用充填剤を得ることができる。本発明で使用できる超
臨界流体としては、臨界温度が４００℃以下であれば使
用可能であるが、副反応を回避するには３００℃以下、
より好ましくは２００℃以下、最も好ましくは１００℃
以下がよく、かつ臨界圧力が３００ｋｇ／ｃｍ²以下、
より好ましくは２００ｋｇ／ｃｍ²以下、最も好ましく
は１００ｋｇ／ｃｍ²以下のものが好適である。これら
の条件に適合する超臨界流体を例示すると二酸化炭素、
一酸化二窒素、エタン、プロパン、ブタン、ベンゼン、
ジエチルエーテル等が挙げられ、特に二酸化炭素（臨界
温度３１．３℃、臨界圧力７２．９ａｔｍ（７５．３ｋ
ｇ／ｃｍ²）が好適である。これらの超臨界流体は各々
単独で使用できる他、化学修飾剤の溶解度を向上させる
ためにメタノールやトルエンのようなモディファイヤー
との混合流体として使用することも可能である。

【００１４】本発明による方法で使用する化学修飾剤と
しては、液体クロマトグラフィー用充填剤の化学修飾に
従来慣用に使用される化学修飾剤をあげることができ
る。かかる化学修飾剤を例示するとアルキル基、アルケ
ニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、シクロアル
ケニル基、シクロアルキニル基、アリール基、複素環式
基等の化学結合基を有するか、またはこれら化学結合基
の水素原子の１つ又は複数がハロゲン、シアノ基、水酸
基、ニトロ基、アミノ基、酸アミド基、イミド基、チオ
ール基、スルホン基、カルボキシル基、グリセロイル
基、エステル基、エーテル基等によって置き換えられた
化学結合基を有するシラン化合物、シロキサン化合物、
シラザン化合物が挙げられる。

【００１５】本発明の目的にとって上述の化学修飾剤が
いわゆるエンドキャッピング剤であるのが特に好都合で
ある。かかるエンドキャッピング剤としては、ヘキサメ
チルジシラザンなどのジシラザン化合物、ジエチルメチ
ルシランやトリエチルシランなどのハイドロジェンシラ
ン化合物、トリメチルメトキシシランなどのアルコキシ
シラン化合物、ペンタメチルジシロキサンやヘキサメチ
ルシクロトリシロキサン、１，１，３，３−テトラメチ
ルジシロキサンなどのシロキサン化合物、トリメチルク
ロロシランなどのクロロシラン化合物などを好適に用い
ることができる。

【００１６】本発明における化学修飾剤の超臨界流体に
対する濃度は適宜選定でき、とくに限定されるものでは
ないが、０．０１〜２０％（容量比）が好ましく、特に
０．１〜１０％（容量比）が好適である。

【００１７】また化学修飾反応における反応温度は、無
機多孔質基材および化学修飾剤の種類によって適宜選定
でき、超臨界流体の臨界温度以上であれば特に限定され
ないが、温度が高くなりすぎると既に化学結合されてい
る化学修飾基が存在する場合はその脱離が多くなる可能
性があるので、その上限は４００℃とすることが好まし
い。より好ましい反応温度の上限は３００℃、最も好ま
しい反応温度上限は２５０℃である。

【００１８】化学修飾反応における超臨界流体の圧力
は、臨界圧力以上であれば問題はなく、化学修飾剤の種
類や濃度に応じて適宜選定できる。臨界圧力〜１０００
ｋｇ／ｃｍ²が通常である。また反応時間は３０分〜１
２０時間、より好ましくは２〜２４時間とすることが望
ましい。反応槽中の流体の流速は特に限定されるもので
はないが、超臨界流体状態で毎分５ｍｌ以下が好まし
い。

【００１９】

【実施例】以下の実施例により本発明を具体的に説明す
る。なお、超臨界流体中における無機多孔質充填剤と化
学修飾剤との反応はＳＵＰＲＥＸ社製ＳＦＣ−２００Ａ
を用いて行った。この反応装置の回路図を図１に示す。

【００２０】実施例１ 細孔径約１３０Å、平均粒子径約１０μｍの球状シリカ
ゲル（富士シリシア化学製）１ｇを１１０℃で真空乾燥
し、反応槽に入れた。この反応槽にヘキサメチルジシラ
ザン（以下、ＨＭＤＳと略記する）１．５％（容量比）
を含有する二酸化炭素を、反応温度１１０℃、流体圧力
２５０ｋｇ／ｃｍ²、反応槽中の流体流速毎分０．１５
ｍｌで８時間供給し、反応を行った。このシリカゲルを
グラスフィルター（Ｇ−４）を用いて濾過し、トルエン
１５０ｍｌとジクロロメタン１５０ｍｌで順次洗浄濾過
し、１１０℃で真空乾燥してクロマトグラフィー用充填
剤を得た。

【００２１】実施例２ 反応温度を１８０℃にする以外は実施例１におけると同
様に操作し、クロマトグラフィー用充填剤を得た。

【００２２】実施例３ 反応温度を２５０℃とする以外は実施例１におけると同
様に操作してクロマトグラフィー用充填剤を得た。

【００２３】比較例１（トルエン中における反応） 実施例１におけると同じ球状シリカゲル１０ｇを１１０
℃で真空乾燥し、ナスフラスコ中で乾燥トルエン５０ｍ
ｌ、ＨＭＤＳ１０ｍｌを加え、油浴中トルエン還流下で
１２時間反応させた。次にグラスフィルター（Ｇ−４）
を用いて濾過し、トルエン１５０ｍｌとジクロロメタン
１５０ｍｌで順次洗浄濾過し１１０℃で真空乾燥してク
ロマトグラフィー用充填剤を得た。

【００２４】実施例１〜３で得られた充填剤および比較
例１で得られた充填剤のそれぞれについて元素分析し、
得られた結果を表１に示す。

【表１】 表１から明らかなとおり、比較例１の充填剤に比べ実施
例１〜３の充填剤の方が炭素含有量が高く、このことは
超臨界流体中で化学修飾反応を行った場合には、従来法
のトルエン中における反応に比較して高密度に化学修飾
基が導入されることを示している。

【００２５】実施例４ 第一段階：トルエン中でのシリカゲルとｎ−オクチルト
リエトキシシラン（以下、ＯＴＥＳと略記する）との反
応 細孔径約１３０Å、平均粒子径約１０μｍの球状シリカ
ゲル（富士シリシア化学製）２ｇを１１０℃で真空乾燥
し、ナスフラスコ中で乾燥トルエン５０ｍｌ、ＯＴＥＳ
６ｍｌを加え、油浴中トルエン還流下で２４時間反応さ
せた。次にグラスフィルター（Ｇ−４）を用いて濾過
し、トルエン１５０ｍｌとジクロロメタン１５０ｍｌで
順次洗浄濾過し、１１０℃で真空乾燥して充填剤を得
た。

【００２６】第二段階：超臨界流体中でのＯＴＥＳとの
反応 上記第一段階で製造した充填剤０．５ｇを１１０℃で真
空乾燥し、反応槽に入れた。この反応槽にＯＴＥＳ０．
４％（容量比）を含有する二酸化炭素を、反応温度１１
０℃、流体圧力２５０ｋｇ／ｃｍ²、反応槽中の流体の流
速毎分０．３８ｍｌで４時間供給し、反応を行った。生
成物をグラスフィルター（Ｇ−４）を用いて濾過し、ト
ルエン１５０ｍｌとジクロロメタン１５０ｍｌで順次洗
浄濾過し１１０℃で真空乾燥した。

【００２７】実施例４の第一段階（トルエン中での反
応）で得られた充填剤と第二段階（さらに超臨界流体中
で反応）で得られた充填剤を元素分析し、得られた結果
を表２に示す。

【表２】 表２から明らかなとおり、トルエン中（第一段階）での
みＯＴＥＳと反応させた充填剤よりも超臨界流体中（第
二段階）でさらに化学修飾反応させた充填剤の方が炭素
含有量が高く、このことは超臨界流体中で反応させた場
合は従来法に比べて高密度に化学結合基が導入されてい
ることを示している。

【００２８】実施例５ オクタデシルシリル基結合シリカゲル（以下ＯＤＳ−シ
リカゲルと略記する）のＨＭＤＳによる化学修飾（エン
ドキャッピング） 第一段階：トルエン中でのＨＭＤＳとの反応 細孔径約１３０Å、平均粒子径約１０μｍの球状ＯＤＳ
−シリカゲル（富士シリシア化学製）１０ｇを１１０℃
で真空乾燥し、ナスフラスコ中で乾燥トルエン５０ｍ
ｌ、ＨＭＤＳ１０ｍｌを加え、油浴中トルエン還流下で
１２時間反応させた。次にグラスフィルター（Ｇ−４）
を用いて濾過し、トルエン１５０ｍｌとジクロロメタン
１５０ｍｌで順次洗浄濾過し、１１０℃で真空乾燥して
充填剤を得た。

【００２９】第二段階：超臨界流体中でのＨＭＤＳとの
反応 上記第一段階で製造した充填剤３ｇを反応槽に入れ、こ
の反応槽にＨＭＤＳ１．５％（容量比）を含有する二酸
化炭素を、反応温度１１０℃、流体圧力２５０ｋｇ／ｃ
ｍ²、反応槽中の流体の流速毎分０．１５ｍｌで４時間供
給し、反応を行った。こうして反応したＯＤＳ−シリカ
ゲルをグラスフィルター（Ｇ−４）を用いて濾過し、ト
ルエン１５０ｍｌとジクロロメタン１５０ｍｌで順次洗
浄濾過し、１１０℃で真空乾燥して充填剤を得た。

【００３０】実施例６ 実施例５の第二段階での超臨界流体中におけるエンドキ
ャッピング反応を２００℃で行う以外は実施例５におけ
ると同様に操作したクロマトグラフィー用充填剤を得
た。

【００３１】上記実施例５の第一段階で得られた充填
剤、実施例５の第二段階で得られた充填剤、および実施
例６で得られた充填剤のそれぞれについて元素分析した
結果を表３に示す。

【表３】 表３に示されるように、トルエン中でのみ化学修飾剤と
反応させた充填剤（実施例５：第一段階）に比較してそ
れをさらに超臨界流体中で化学修飾剤と反応させて得ら
れた充填剤（実施例５：第二段階、実施例６）は炭素含
有量が高く、シリカゲル上の残留シラノール基が高密度
にエンドキャップされており、充填剤の高度の不活性化
が達成されていることが明らかである。

【００３２】なお、実施例５：第一段階、実施例５：第
二段階および実施例６の方法によりそれぞれ化学修飾し
た充填剤における残留シラノール基の影響を以下の方法
により検査した。実施例５：第一段階、実施例５：第二
段階および実施例６でそれぞれ得られた充填剤をイソプ
ロピルアルコールを用いたスラリー充填法で内径４．６
ｍｍ、長さ１５ｃｍのステンレススチール製カラムに充
填した。このカラムを用い、移動相として水／アセトニ
トリル（容量比７０／３０）を使用し、流速毎分１ｍ
ｌ、カラム温度３０℃、ＵＶ検出器の波長２５４ｎｍの
条件で、ピリジン１５μｇ／ｍｌとフェノール１００μ
ｇ／ｍｌとを含む混合液体を２μｌ注入することによ
り、クロマトグラムを得た。

【００３３】上記クロマトグラムから下記数１により算
出した分離係数αを前記表３に示した。

【数１】α＝ｋＰｈ’／ｋＰｙ’ 但し、ｋＰｈ’＝（ｔＰｈ−ｔ０）／ｔ０ ｋＰｙ’＝（ｔＰｙ−ｔ０）／ｔ０ ｔＰｈ：フェノールの保持時間 ｔＰｙ：ピリジンの保持時間 ｔ０：移動相がカラム内を通過するのに要する時間 各充填剤の残留シラノール基の影響が小さいほど、酸性
物質のフェノールに比べて塩基性物質のピリジンが早く
溶出し、αの値が大きくなる。表３から明らかなとお
り、超臨界流体中でさらなる化学修飾を行なった充填剤
（実施例５：第二段階、実施例６）はトルエン中で行っ
たのみの充填剤（実施例５：第一段階）と比較してα値
が高くなっており、従来法に比べてエンドキャップ剤が
高密度にシリカゲル上の残留シラノール基と反応してお
り、それにより高度に不活性化が行われていることがわ
かる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明の製造方法に
よれば、反応媒体に超臨界流体を使用することにより、
化学修飾基が充填剤表面に高密度に化学結合されたクロ
マトグラフィー用充填剤を提供することができる。ま
た、すでに化学修飾された充填剤でも本発明にしたがっ
て残留シラノールのエンドキャッピングを行えば、高度
に不活性化されたクロマトグラフィー用充填剤を得るこ
とができる。これらの充填剤を用いれば、極性物質の吸
着の影響が少なく、再現性のよいクロマトグラフ分析を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた反応装置の回路図である。

【符号の説明】

１ ポンプユニット ２ オーブンユニット ３ 液体二酸化炭素ボンベ ４ 化学修飾剤及びモディファイヤー導入用インジェク
ター ５ ストップバルブ ６ ポンプ ７ 圧力センサー ８ ストップバルブ ９ 反応槽 １０ リストリクター

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 出発無機多孔質充填剤を超臨界流体中で
   化学修飾剤と反応させることを特徴とする、クロマトグ
   ラフィー用充填剤の製造方法。
2. 【請求項２】 前記出発無機多孔質充填剤がシリカゲル
   である、請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 前記出発無機多孔質充填剤が、その表面
   に化学結合された修飾基を予め有するものである、請求
   項１記載の製造方法。
4. 【請求項４】 前記出発無機多孔質充填剤が、その表面
   に化学結合された修飾基を予め有するシリカゲルであ
   る、請求項３記載の製造方法。
5. 【請求項５】 前記超臨界流体が二酸化炭素である、請
   求項１〜４のいずれか１項記載の製造方法。