JPS62201640A - 配位子交換型シリカゲル充填剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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は
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
を避は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１Ｖｂ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１Ｖｂ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担持した配位子（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
しめることによフ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ン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１
Ｖｂ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１Ｖ
ｂ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−１ｓ
ｏ−イソプロポキシド、チタニウム−６−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−１ｓｏ−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、またシランカッツブ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１Ｖｂ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第１
Ｖｂ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１Ｖｂ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１０〜２０００人のものが好ましく、
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、担持されたのち
、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光学不活性なアミノア
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
律表第１Ｖｂ族の元素又は元素化合物の層を設けたシリ
カゲルに担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−グリシドキシプロビルジ
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ら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第１Ｖｂ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担
持することもてきる。

ケイ素を除く周期律表第１Ｖｂ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１Ｖｂ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ざ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＋ｖｂ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分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［１に溶解し、これにシリカゲル（Ｅ、ＭＥＲ
ＣＫ社製ＬｉｃｈｒｏｓｏｒｂＳ　Ｉ　１００　、１０
μｍ）　１０　ｇ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−プチルチタネー）３．４０ｇを酢酸エチル５
０ｍ１に溶解し、これをシリカゲル（Ｅ。

ＭＥ　ＲＣＫ社製Ｌ　ｉ　ｃ　ｈ　ｒ　ｏ　ｓ　ｏ　ｒ
　ｂ　　Ｓ　Ｉ　１００　＊１０μｍ）Ｌｏｇを５０　
ｍ　ｌ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゛す、
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−グリシドキシプロビルトリメトキシ
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１００ｍ１に溶解し、これにシリカゲル（Ｅ、ＭＥＲ
ＣＫ社製ＬｉｃｈｒｏｓｏｒｂＳ　Ｉ　１００　、１０
μｍ）　１０　ｇ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１５０ｍ１のメタ
ノールに溶解し、３−グリシドキシプロビルトリメトキ
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１５０ｍ１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
を担持した。

合成例４ テトラｎ−プチルチタネー）３．４０ｇを酢酸エチル５
０ｍ１に溶解し、これをシリカゲル（Ｅ。

ＭＥＲＣＫ社製Ｌｉ　ｃｈｒｏｓｏｒｂ　　５ＩＩＯ０
。

１０μｍ）１０ｇを５０ｍ１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、Ｔ
ｉ元素の存在が確認された。Ｌ−プロリンＮａ塩１３．
７ｇを１５０ｍ１のメタノールに溶解し、３−グリシド
キシプロビ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１５０ｍ
１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担持した。

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、ざらに硫酸銅
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０．４６
Ｃｍ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、３
００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０．４６
ｃｍ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、３
００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　ｍＭｆ＊酸銅水溶銅水溶液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．
２５ｍＭ硫酸銅水溶液にかえてトリスバッファーを溶Ｍ
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、さらに硫酸調水
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０．４
６ｃｍ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、さらに硫酸調水
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０．４
８ｃｍ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Ｌｉｃｈｒ。

５ｏｒｂ　　５ＩＩＯ０，１０１ｚｍ１０１ｚ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＠溶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２５ｃｍ
、内径０．４６ｃｍのステンレス製カラムに充填し、０
　、２５　ｍＭｆＣ酸銅水溶銅水溶液液として流したと
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−プチルチタネー）３．４０ｇを酢酸エチル５
０ｍ１に溶解し、これをシリカゲル（野村化学製Ｄｅｖ
ｅｌｏｓｉｌ　　１１００−５９）１０を５０ｍ１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、Ｔ
ｉ元素の存在が確認された。Ｌ−プロリンＮａ塩１３．
７ｇを１５０ｍ１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１’５０
ｍ１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担持した後、Ｎａ塩を
硫酸調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２５ｃｍ１内径
０．４６Ｃｍのステンレス製カラムに充填し、０．２５
ｍＭ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１００ｍ１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１
３．７ｇを１５０ｒｒｉｌ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
１５０ｍ１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担持した後、Ｎａ塩
を硫酸調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、
０−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
０．４６ｃｍのステンレス製カラムに充填し、０．２５
ｍＭ硫酸鋼硫酸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. 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。