JP2002517574A - 固相抽出及びクロマトグラフィー用の新規なイオン交換多孔質樹脂 - Google Patents
固相抽出及びクロマトグラフィー用の新規なイオン交換多孔質樹脂Info
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Abstract
Description
なくとも1つのイオン交換官能基を含有する固相抽出及びクロマトグラフィー用
の新規な多孔質樹脂に関する。発明の背景 固相抽出(SPE)は、例えば、分析試料の予備濃縮及び浄化のために、種々
の化学物質の精製のために、また水溶液から毒性又は有用な物質を除去するため
に広く使用されるクロマトグラフ技術である。SPEは適当な樹脂を含有するカ
ラム又はカートリッジを用いて一般に実施される。SPE法は疎水機構、イオン
交換、キレート化機構、収着機構及びその他の機構により検体と相互作用して、
流体に検体を結合させ、そして流体から検体を分離できる吸収剤を用いて発展し
てきた。SPEの用途に応じて、異なる吸収剤が求められるため、特殊な選択性
を持つ新規な特性の吸収剤が必要である。発明の概要 本発明の目的は優れた湿潤性を示す固相抽出及びクロマトグラフィー用の多孔
質樹脂として使用できる化合物を提供することである。
ある。 本発明の他の目的は検体を選択的に捕獲でき、そして検体が保持されないで通
過するのを妨害できる多孔質樹脂化合物を提供することである。
る多孔質樹脂化合物を提供することである。 本発明の他の目的は溶液から溶質を単離又は除去するために本発明の新規な多
孔質樹脂を利用することである。
の新規な多孔質樹脂を利用することである。 1つの態様において、本発明は 化学式:
の組合せであり; 但し、
O3H2、PO2H2、CH2PO3H2、CH2Cl、CH2NH2、CH2N[(CH2 )yCH3]2(但しyは0〜18の整数である)、CH2N+[(CH2)y=CH3
]3D-(但しy=は0〜18の整数そしてD-はアニオンである)、SO2NHR
(但しRはポリエチレンイミンである)、及びCH2NHR(但しRはポリエチ
レンイミンである)から成る群から選ばれる。
単量体を共重合させて共重合体を生成し、そして上記共重合体をスルホン化反応
させて、少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親水性成分、及
び少なくとも1つの疎水性成分を含むスルホン化共重合体を生成することにより
得られる多孔質樹脂である。
水性単量体はN‐ビニルピロリドンであり、そして上記共重合体はポリ(ジビニ
ルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である。好ましくは、上記多孔質樹
脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である
。
水性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む固相抽出又はクロマトグラフ
ィー用の多孔質樹脂である。
。溶質を有する溶液はこの溶質が多孔質樹脂に収着するような条件下で多孔質樹
脂に接触する。この多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくと
も1つの親水性極性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む。特定の態様
では、溶質は多孔質樹脂から除去される。特定の態様では、イオン交換官能基は
SO3H、CH2CO2H、CH2CH(CO2H)2、CO2H、PO3H2、PO2H 2 、CH2PO3H2、CH2Cl、CH2NH2、CH2N[(CH2)yCH3]2(但
しyは0〜18の整数である)、CH2N+[(CH2)y=CH3]3D-(但しy=
は0〜18の整数そしてD-はアニオンである)、SO2NHR(但しRはポリエ
チレンイミンである)、又はCH2NHR(但しRはポリエチレンイミンである
)である。特定の態様では、親水性単量体は複素環式基、例えば、飽和、不飽和
又は芳香族の複素環式基を含む。窒素‐含有複素環式基の例はピリジル基、例え
ば、2‐ビニルピリジン、3‐ビニルピリジン、又は4‐ビニルピリジンを含み
、又はピロリドニル基、例えば、N‐ビニルピロリドンを含む。特定の態様では
、疎水性単量体は芳香族炭素環式基、例えば、フェニル基又はフェニレン基、又
は直鎖C2‐C18‐アルキル基又は枝分れC2‐C18‐アルキル基を含む。疎水性
単量体は、例えば、スチレン又はジビニルベンゼンである。好ましい共重合体は
ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である。好ましい多孔
質樹脂は化学式Iの化合物及びその塩である。好ましくは、多孔質樹脂はスルホ
ン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である。
を有する溶液は溶質が多孔質樹脂に収着するような条件下で多孔質樹脂と接触す
る。この多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親
水性極性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む。収着した溶質を有する
上記多孔質樹脂は上記多孔質樹脂から上記溶質を放出するような条件下で溶媒を
用いて洗浄される。洗浄の後に、溶媒中に存在する上記放出した溶質の量は分析
により決定される。特定の態様では、多孔質樹脂は化学式Iの化合物及びその塩
である。好ましくは、多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐
N‐ビニルピロリドン)である。
リッジである。この多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくと
も1つの親水性極性成分及び少なくとも1つの疎水性成分を含む。特定の態様で
は、多孔質樹脂は化学式Iの化合物及びその塩である。好ましくは、多孔質樹脂
はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である。
より更によく理解できるであろう。詳細な記述 本発明は 化学式:
の組合せであり; 但し、
O3H2、PO2H2、CH2PO3H2、CH2Cl、CH2NH2、CH2N[(CH2 )yCH3]2(但しyは0〜18の整数である)、CH2N+[(CH2)y=CH3
]3D-(但しy=は0〜18の整数そしてD-はアニオンである)、SO2NHR
(但しRはポリエチレンイミンである)、及びCH2NHR(但しRはポリエチ
レンイミンである)から成る群から選ばれる。
組合せであるものである。最も好ましい化合物はXがSO3Hであるものである
。
存在し、より好ましくは約0.6〜約3.2ミリ当量の濃度で存在し、更により
好ましくは約0.8〜約2.1ミリ当量の濃度で存在し、そして最も好ましくは
約1.0ミリ当量の濃度で存在する。
結合する順番を意味する。ランダムの順番はそれぞれの構成単位が無作為に結合
する順番を意味する。
、スチレン、又はエチルビニルベンゼン、及び少なくとも1つの親水性単量体、
例えば、N‐ビニルピロリドン、N‐ビニルピリジン、メタクリレート、メチル
メタクリレート、酢酸ビニル、アクリルアミド又はメタクリルアミドを官能化す
る、即ち、化学的に変えることにより調製できる。好ましくは、疎水性単量体は
ジビニルベンゼンである。好ましくは、親水性単量体はN‐ビニルピロリドンで
ある。上記共重合体は当業者に公知の標準的な合成法により、例えば、実施例1
に記述するように調製できる。
ロリドン)はイオン交換官能基、X基の添加によって官能化が可能であり、これ
らの基は陽イオン、例えば、SO3H、CH2CO2H、CH2CH(CO2H)2、
CO2H、PO3H2、PO2H2、又はCH2PO3H2、又は陰イオン、例えば、C
H2NH2、CH2N[(CH2)yCH3]2、CH2N+[(CH2)y=CH3]3D-
、SO2NHR又はCH2NHR又は中間体、例えば、CH2Clである。これら
の添加は、例えば、Lieto等のChemtechの46〜53頁(1983);Mitchell
等のTetrahedron Lettersの3795〜3798頁(1976);及びクロマト
グラフ科学双書,47巻、585〜720頁(1990)におけるK. Ungerの“
クロマトグラフ技術における充填物及び固定相”に記載されているようにして達
成可能である。例えば、ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン
)のスルホン化を記述する実施例2を参照。
質樹脂として使用できる。固相抽出は、例えば、収着、イオン交換、キレート化
、サイズ排除(分子濾過)、親和力、又はイオン対の機構により、ガス及び液体
のような流体相から分子化学種の部類を単離するために固相を採用する方法を意
味する。
体を共重合して共重合体を形成し、この共重合体をスルホン化反応させて少なく
とも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの疎水性成分、及び少なくとも1
つの親水性成分を含むスルホン化共重合体を形成することにより得られる多孔質
樹脂を含む。
メンバーを意味する。気孔は密に詰め込まれた重合体鎖の間の領域を意味する。
単量体は重合前の1又はそれ以上の重合可能な官能基を含む分子、又は重合体の
繰返し単位を意味する。共重合体は2又はそれ以上の異なる単量体を含む重合体
を意味する。イオン交換官能基は対イオンが部分的に遊離し、そして同じ符号の
別のイオンと容易に交換できる基を意味する。親水性は水を引付け、吸着し、又
は吸収するための親和力を持つことを意味する。疎水性は水をはじき、又は水を
吸着又は吸収する親和力を持たないことを意味する。
は、親水性単量体はN‐ビニルピロリドンである。好ましい態様では、共重合体
はポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である。好ましい態
様において、多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニ
ルピロリドン)である。好ましくは、スルホン酸塩基は多孔質樹脂のグラム当り
、約0.01〜約5.0、より好ましくは約0.6〜約3.2、更により好まし
くは約0.8〜約2.1、そして最も好ましくは約1.0ミリ当量の濃度で存在
する。
分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含有する固相抽出又はクロマトグラフィ
ー用の多孔質樹脂を含む。
とができる。親水性極性成分は溶質に対する極性相互作用及び水素結合能力を多
孔質樹脂に持たせることができる。疎水性成分は疎水性相互作用を通じて無極性
溶質に対する親和力を多孔質樹脂に持たせることができる。本発明の多孔質樹脂
は溶質に対して種々の相互作用力の組み合わせを有するため、これらは、例えば
、固相抽出、イオン交換、液体クロマトグラフィーの用途において極めて有用な
樹脂である。例えば、これらの新規な多孔質樹脂は流体から溶質を回収し、固定
し、及び/又は除去できる。
る溶液は多孔質樹脂に溶質が収着するような条件下で多孔質樹脂に接触する。こ
の多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親水性成
分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む。ある態様では、溶質は多孔質樹脂
から除去される。
CO2H)2、CO2H、PO3H2、PO2H2、CH2PO3H2、CH2Cl、CH2 NH2、CH2N[(CH2)yCH3]2(但しyは0〜18の整数である)、CH 2 N+[(CH2)y=CH3]3D-(但しy=は0〜18の整数そしてD-はアニオ
ンである)、SO2NHR(但しRはポリエチレンイミンである)、又はCH2N
HR(但しRはポリエチレンイミンである)である。好ましくは、イオン交換官
能基はSO3Hである。好ましくは、イオン交換官能基は多孔質樹脂のグラム当
り、約0.01〜約5.0、より好ましくは約0.6〜約3.2、更により好ま
しくは約0.8〜約2.1、そして最も好ましくは約1.0ミリ当量の濃度で存
在する。
、カルバメート基、尿素基、ヒドロキシ基、又はピリジル基である。 ある態様において、多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基を有する
共重合体を含み、そしてこの共重合体は少なくとも1つの親水性単量体及び少な
くとも1つの疎水性単量体を含む。好ましくは、親水性単量体は複素環式基、例
えば、飽和、不飽和又は芳香族の複素環式基を含む。例としては、窒素‐含有複
素環式基、例えば、ピリジル基、例えば、2‐ビニルピリジン、3‐ビニルピリ
ジン、又は4‐ビニルピリジンを含み、又はピロリドニル基、例えば、N‐ビニ
ルピロリドンを含む。好ましくは、疎水性単量体は芳香族炭素環式基、例えば、
フェニル基又はフェニレン基、又は直鎖C2‐C18‐アルキル基又は枝分れC2‐
C18‐アルキル基を含む。疎水性単量体は、例えば、スチレン又はジビニルベン
ゼンである。好ましい共重合体はポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピ
ロリドン)である。
は、多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリ
ドン)である。
ルピロリドンを含む。好ましい態様では、多孔質樹脂は約30モルパーセントよ
り少ないN‐ビニルピロリドンを含む。モルパーセントは多孔質樹脂の共重合体
を構成する種々の(2又はそれ以上の)単量体の合計モルに対する対象の単量体
の、パーセントで表示された、モル分率を意味する。好ましくは、多孔質樹脂は
固相抽出能力を有する。
あってもよい。多孔質樹脂粒子は、例えば、球形、規則的な形状、又は不規則な
形状を持つことができる。好ましくは、上記樹脂粒子は約3〜約500μm、よ
り好ましくは約20〜約200μmの範囲の直径を有するビーズである。好まし
くは、多孔質樹脂はグラム当り約50〜約850平方メートルの範囲の比表面積
と約0.5nm〜約100nmの範囲の直径を有する。ある態様では、多孔質樹
脂はマトリックス中に入れられる。
リッジ及び類似物中で使用できる。 溶質は、例えば、疎水性、親水性、又はイオンの相互作用又はこれらの相互作
用の2又は3種の組合せを有する分子であってもよい。好ましくは、溶質は多孔
質樹脂に吸着されるのに適した極性を有する有機化合物である。このような溶質
は、例えば、薬剤、農薬、除草剤、毒物及び環境汚染物質、例えば、地下燃料又
は水銀、鉛又はカドミウムのような重金属を含む金属‐有機化合物のような他の
工業物質の燃焼により生じる物質を含む。また溶質は上記物質の代謝物質又は分
解生成物であってもよい。また溶質は、例えば、蛋白質、ペプチド、ホルモン、
ポリヌクレオチド、ビタミン、補因子、代謝物質、脂質のような生体分子、及び
炭水化物を含む。
機溶媒、例えば、メタノール、エタノール、N,N‐ジメチルホルムアミド、ジ
メチルスルホキシド又はアセトニトリルを含むことができる。好ましい態様では
、溶液は酸性、塩基性又は中性の水溶液、即ち、約1%〜約99%水容量の溶液
である。溶質を含む溶液は任意に更に1又はそれ以上の別の溶質を含むことがで
きる。ある態様において、溶液は種々の溶質の錯体を含む水溶液である。この形
式の溶液は、例えば、血液、血漿、尿、髄液、滑液、及び肝臓組織、筋肉組織、
脳組織又は心臓組織のような組織の抽出物を含むその他の生物的液体を含む。こ
れらの抽出物は、例えば、水性又は有機の抽出物であってもよく、これらは乾燥
後に水又は水/有機混合物中に戻される。また溶液は、例えば、地下水、地上水
、飲料水、又は土壌サンプルのような環境サンプルの水性又は有機抽出物を含む
。溶液の他の例は果物や野菜のジュース又はミルクのような食品、又は果物、野
菜、穀物又は肉のような食物の水性又は水性/有機抽出物を含む。その他の溶液
は、例えば、植物及びスープからの天然抽出物を含む。
方法で多孔質樹脂に接触できる。例えば、溶液は多孔質重合体カラム、ディスク
又はプラグに通されてもよいし、又は溶液はバッチ‐撹拌反応器内で多孔質樹脂
と撹拌されてもよい。また溶液はマイクロタイター(microtiter)板から成る多孔
質樹脂‐含有ウエル(well)に加えられてもよい。多孔質樹脂は、例えば、ビーズ
又はペレットの形状を成すこともできる。溶液は溶質が多孔質樹脂上に実質的に
収着するのに十分な時間で多孔質樹脂に接触する。この時間は溶質が多孔質樹脂
表面と溶液との間で平衡になるのに必要な時間である。多孔質樹脂上への溶質の
収着又は分割は部分的又は完全である。
トリッジを形成する。 また本発明は溶液中の溶質の量を分析により決定する方法を含む。溶質を有す
る溶液は多孔質樹脂への溶質の収着を許容するような条件下で多孔質樹脂と接触
する。上記多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの
親水性極性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む。上記収着した溶質を
有する多孔質樹脂は多孔質樹脂から溶質を放出するような条件下で溶媒により洗
浄される。上記洗浄の後に、溶媒中に存在する上記放出した溶質の量が分析によ
り決定される。
くは、多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロ
リドン)である。
量には低すぎる濃度で含むことができる。溶質を多孔質樹脂上に収着し、次いで
、例えば、実質的に小容量の極性の小さい溶媒を用いて脱着することにより、目
的の溶質を含有し、最初の溶液よりも溶質の濃度が実質的に高い溶液を調製でき
る。この方法は溶媒交換が可能、即ち、溶媒は第1溶媒から除去され、そして第
2溶媒に再溶解できる。
例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールのようなアルコール、又は
アセトニトリル、アセトン、テトラヒドロフラン、又は水及びこれらの溶媒の混
合物である。また脱着溶媒は、例えば、ジクロロメタン、ジエチルエーテル、ク
ロロホルム、又は酢酸エチルのような非極性又は適度に極性の水‐非混和性溶媒
である。これらの溶媒の混合物も好適である。好ましい溶媒又は溶媒混合物はそ
れぞれ別個のケースに応じて決定されるべきである。好ましい溶媒はクロマトグ
ラフ法において、日常的に行われているため、不当な実験を行うことなく、当業
者が決定できる(例えば、McDonald及びBouvier, eds., の固相抽出の適用ガイ
ド及び参考文献の“サンプル調製法の進歩のための資源”6巻、Waters, Milfor
d, MA(1995);及びSnyder及びKirkland、最新の液体クロマトグラフィー
入門、ニューヨーク:J. Wiley及びSons(1974)を参照)。
えば、高性能液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、ガスクロマト
グラフィー/質量分析、又はイムノアッセイにより分析的に決定できる。
を含む。この多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つ
の親水性極性成分及び少なくとも1つの疎水性成分を含む。特定の態様では、多
孔質樹脂は上述の化学式Iの化合物及びその塩である。好ましくは、多孔質樹脂
はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)である。
端を通って容器内に入り、容器内の多孔質樹脂と接触し、そして他端を通って容
器から出る。多孔質樹脂は約3μm〜約500μm、好ましくは約20μm〜約
200μmの直径を有するビーズのような小粒子として容器内に充填できる。あ
る態様では、多孔質樹脂粒子は多孔質膜の網にかけられた状態で容器内に充填で
きる。
適合できる材料から形成できる。このような材料はガラス又は高密度ポリエチレ
ン及びポリプロピレンのような種々のプラスチックを含む。ある態様では、容器
はその大部分が円筒形であり、そして一端に狭い先端を有する。このような容器
の一例はシリンジバレルである。容器内の多孔質樹脂の量は容器の容積により制
限され、そして約0.001グラム〜約50キログラム、好ましくは約0.02
5グラム〜約1グラムの範囲内にある。所望の抽出に適する多孔質樹脂の量は収
着される溶質の量、多孔質樹脂の利用される表面積、及び溶質と多孔質樹脂との
間の相互作用の強度に依存する。この量は当業者により容易に決定できる。カー
トリッジは単一使用のカートリッジであって、単一サンプルの処理に使用された
後に、廃棄されてもよく、又は複数サンプルの処理に使用できる。
の調製を説明する。
ミカル会社、Midland、ミシガン州)を1000ミリリットルの水に溶かした溶
液を3000ミリリットルのフラスコに加えた。これに175グラムのジビニル
ベンゼン(DVB HP-80、ダウケミカル)、102グラムのN‐ビニル‐2‐ピロ
リドン(International Specialty Products、Wayne、ニュージャージー州)、
及び1.85グラムのアゾビスイソブチロニトリル(Vazo 64、デュポンケミカ
ル会社、Wilmington、デラウエア州)を242グラムのトルエンに溶かした溶液
を加えた。
は低純度のジビニルベンゼンのような他の疎水性単量体と置換されてもよいが、
しかし80%純度のジビニルベンゼンが好ましい。上記N‐ビニルピロリドンは
N‐ビニル‐ピリジン、メタクリレート、メチルメタクリレート、酢酸ビニル、
アクリルアミド、又はメタクリルアミドのような他の親水性単量体と置換されて
もよいが、しかしN‐ビニルピロリドンが好ましい。
を形成した。次いで得られた懸濁液を適度に撹拌しながら、70℃まで加熱し、
そしてこの温度で20時間維持した。この懸濁液を室温まで冷却し、濾過し、そ
してメタノールで洗浄した。この濾過ケークを真空中で80℃で16時間乾燥し
た。生成物重合体の組成を元素分析により決定した。元素分析:N:2.24%
; モルパーセントN‐ビニルピロリドン:20%。
化させることにより、約13、14、16、及び22モルパーセントのN‐ビニ
ルピロリドンを含む一連のポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリド
ン)共重合体を調製した。実施例2 : ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)共重合
のスルホン化 この実施例はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリド
ン)多孔質樹脂の調製を説明する。実施例1から得た共重合体、好ましくはポリ
(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)は硫酸(95‐98%、A.
C. S. 試薬、Aldrich、25,810‐5、Milwaukee、ウイスコンシン州)で
誘導できる。最も好ましくは、OASIS(登録商標)HLB(Waters株式会社、Milfor
d、マサチューセッツ州から入手)が使用される。
効果 この実施例はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリド
ン)樹脂のスルホン化の程度が樹脂の疎水性及びイオン交換性の挙動並びに樹脂
の保持特性にどのように影響を与えるかを示す。
23,124,及び143をそれぞれ4.6×30mmの高性能液体クロマトグ
ラフィー(HPLC)カラム中にスラリー状で充填した。疎水性の保持及びイオ
ン交換の挙動に関するスルホン化の効果を種々の中性及び塩基性の検体の保持力
を検査することにより決定した。選ばれたモデル化合物はアセトアミノフェン、
p‐トルアミド、カフェイン、プロカインアミド、ラニチジン(ranitid
ine)、アンフェタミン、メスアンフェタミン(methanphetami
ne)及びm‐トルイジンであった。これらのモデル化合物を図1に示す。移動
相を40:60メタノール‐20mM(NH4)H2PO4から構成し、NH4Cl
をイオン強度調節剤として用いてpHを3.0とした。流量は1.0mL/分、
温度は30℃であった。注入容量は5マイクロリットルであった。各化合物は別
々に注入された。検出を254nmの紫外線により実施した。
、保持挙動をイオン強度の関数として決定した。図2A及び2Bは非スルホン化
ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)(Oasis(登録商
標)HLB、バッチ6B)、及び比較的多くスルホン化されたポリ(ジビニルベ
ンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)(バッチJJL03‐100)(2.5
2meq/g)について、保持に基づくイオン強度の効果を示す。非スルホン化
樹脂から判るように、イオン強度の増大につれて、全ての成分について保持力の
増大は極めて僅かであった。この結果は疎水性の相互作用の機構と一致する。ま
た非スルホン化樹脂について、保持係数が−<1の場合、使用される条件下にお
いて塩基性化合物の疎水性保持力はほんの僅かであった。スルホン化樹脂の場合
、中性化合物の保持力はほとんど変化しないことが判明した。しかしながら、塩
基性化合物の保持力はイオン強度によって劇的に影響された。保持力はイオン強
度の増大と共に著しく増大し、これはイオン交換機構を示唆する。
持時間を最小にするために使用された。このグラフは中性化合物の保持力がスル
ホン化の増大につれて減少したことを示す。塩基性化合物については、保持力は
スルホン化が1meq/gにまで増大するにつれて増大した。しかしながら、よ
り高いスルホン化のレベルにおいては、保持力は再び減少した。実施例4 : スルホン化樹脂の固相抽出の実施に基づくスルホン化の効果 この実施例はスルホン化樹脂の固相抽出(SPE)の実施に基づくこの樹脂の
スルホン化の効果を説明する。
合物の回収を検証した。SymmetryShield(登録商標)RP8カラム、3.5μm、
4.6×75mm(Waters株式会社、Milford、マサチューセッツ州)をSentry(
登録商標)カラム(Waters株式会社、Milford、マサチューセッツ州)と共にイン
ラインで使用した。流量は2.0ミリリットル/分、温度は36℃であった。移
動相を95:5 20mM K2HPO4、pH7.0‐メタノールから構成した
。検出を254nmの紫外線により実施した。注入容量は10μLであった。最
適な分離を示すクロマトグラムを図4に示す。
JL03-143、JJL03-124及びJJL03-100を使用した。96‐ウエルプレート形態で吸
収剤をそれぞれ30ミリグラム使用してSPEを実施した。工程は以下の通りで
ある。上記カートリッジ/ウェルを1ミリリットルのメタノール(−1mL/分
)で状態調整し、次いで1ミリリットルの水で平衡にした。スパイクされた(spi
ked)リン酸塩で緩衝された生理食塩水又はスパイクされた豚の血漿から成る1ミ
リリットルのサンプルを導入した。サンプルはアセトアミノフェン、トルアミド
、カフェイン及びプロカインアミドを10μg/mLまでスパイクされ、そして
アンフェタミン、メスアンフェタミン及びトルイジンを20μg/mLまでスパ
イクされた。導入されたサンプルを0.1MのHClを1ミリリットル含む水で
洗浄し、次いで1ミリリットルのメタノールで洗浄し、そして2%のNH4OH
を含有する1ミリリットルのメタノールの1/2で溶離した。平衡の後に、全て
の画分を集めた。10μg/mLのラニチジン(ranitidine)の50μLをそれぞ
れのサンプルに加えた。このサンプルを加熱ブロック内のN2流の下で蒸発させ
て乾燥した。次いでサンプルを1ミリリットルの20mMリン酸塩緩衝液(pH
7.0)で復元した。
収支がスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)、バ
ッチ#JJL03-143を使用してSPE画分に対して実行された。表2は回収と物質収
支の結果を示す。
、十分に回収できなかった。これはこれらの化合物が半‐揮発性であるため、蒸
発を通じて失われることに起因する。サンプルが乾燥していない実験例では、完
全な回収が得られた。生理食塩水を回収して調べた結果、漏出はいかなる場合で
も添加又はHCl洗浄工程において生じなかった。全ての化合物がOasis(登録
商標)HLBに対するメタノール洗浄において溶離したが、中性化合物のみが全て
のスルホン化樹脂に対して溶離した。塩基性化合物はメタノール/NH4OH溶
液によって完全に溶離した。スルホン化樹脂に関しては、ほとんどのカフェイン
が最初のメタノール洗浄で溶離した。また各画分の回収はスルホン化の程度に依
存し、スルホン化が最小の樹脂は最初のメタノール洗浄で回収が最大になること
が判明した。この異常な結果はカフェインが13.9のpKbを有する弱塩基で
あることに起因する。別の観察によれば、アセトアミノフェンはスルホン化樹脂
に関してメタノール/塩基の溶離において僅かな量の漏出(−1%)を示した。
sis(登録商標)HLBバッチ6B、JJL03-100及びJJL03-124について得られた回収の
結果を示す。
ニウム工程において溶離した。スルホン化樹脂からのスパイクされない血漿抽出
物のHPLC分析を図5A及び5Bに示し、ここでラニチジンが内標準である。
の2つの異なるロットを試験した。結果を表4に示す。
JL03-124について類似点があることが判明した。比較として、(メタノール溶離
工程からの)Oasis(登録商標)HLBカートリッジについて、これらの蛋白質量は
推奨されるSPEプロトコール(“Water Oasis(登録商標)HLB抽出カートリッ
ジ及びプレート”1997 Waters 株式会社、6/97WB025‐US)を用
いて典型的に観察されるものより約5倍も少なかった。
(load)は懸濁した。関連の観察の結果、流量は高いスルホン化ローディングにお
いて減少することが判明した。これらの観察結果は樹脂の酸性度に起因する。大
部分のスルホン化樹脂は最も高い酸性度を有する。従って、血漿を樹脂に通すこ
とは酸性の沈殿物を生成させること相当し、これはサンプルをより懸濁させ、そ
してフリット及び樹脂含有充填ベッドを塞ぐことになる。実施例5 : ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)多孔質
樹脂のクロロメチル化 ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)、OASIS(登録商標
)HLB、(Waters株式会社、Milford、マサチューセッツ州)を塩酸(12モル、
36.5〜38%、A.C.S.試薬、J.T.Baker、9535‐03、Phillipsburgh、
ニュージャージー州)及びパラホルムアルデヒド(95%、Aldrich Chemical、
15,812‐7、Milwaukee、ウイスコンシン州)で誘導した。3リットルの
三つ口の丸底フラスコに温度計、撹拌機、凝縮器、及び反応器温度制御装置を取
り付けた。塩酸を上記フラスコ中に導入した(塩酸の量に関しては表5を参照)
。次いで撹拌及び温度制御を行った。撹拌機はフラスコ頂部の中心開口内に適当
なテフロンベアリングを介してすりガラスシャフトにより固定された。テフロン
パドルは単一羽根であった。撹拌速度を適切な混合を得るために調節した。ポリ
(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)、OASIS(登録商標)HLBを
添加した(OASIS(登録商標)HLBの量に関しては表5を参照)。次いでパラホル
ムアルデヒドを添加した(パラホルムアルデヒドの量に関しては表5を参照)。
反応混合物を特定時間、一定の温度で撹拌した(反応時間及び温度に関しては表
5を参照)。反応混合物を冷却し、そして酸溶液を濾過した。クロロメチル化ポ
リ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)共重合体を収集し、そし
てスラリーのpHが5.0以上になるまで水で洗浄した。次いでクロロメチル化
ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)共重合体の濾過ケーク
をメタノール(HPLC等級、J.T. Baker、9535‐03、Phillipsburgh、ニュ
ージャージー州)で2回洗浄し、そして真空中において80℃で15時間乾燥し
た。クロロメチル化の程度を塩素元素分析(Atlantic Microlab株式会社、Norcr
oss、ジョージア州)により決定した。上記共重合体上のクロロメチル基(CH2 Cl)の量を表5に示す。
‐N‐ビニルピロリドン)共重合体へのクロロメチル基の付与量に影響を与える
ことが判明した。これら3種類の変数の種々の組合せ及びその結果のクロロメチ
ル付与量を表5に示す。
リドン)多孔質樹脂のアミノ化 実施例5で述べたように調製されたクロロメチル化ポリ(ジビニルベンゼン‐
co‐N‐ビニルピロリドン)多孔質樹脂を次の第三アミン(全てをAldrich Ch
emical、Milwaukee、ウイスコンシン州から購入)、即ちトリメチルアミン(TMA
、40重量%水溶液、43、326‐8)、トリエチルアミン(TEA、99%、
13、206‐3)、N,N‐ジメチルエチルアミン(DMEA、99%、23、9
35‐6)、N,N‐ジエチルメチルアミン(DEMA、98%、D9、820‐3
)、N,N‐ジメチルブチルアミン(DMBA、99%、36、952‐7)、及び
N‐メチルピロリドン(NMP、97%、M7、920‐4)と反応させた。一般
的なアミノ化の手順を以下に示す。反応アミンアルキル基のクロロメチル化ロー
ド(load)及び立体サイズ(Hirsch, J.A. 立体化学における話題、第1巻、Allin
ger, N.L.; Eliel, E.D., Eds. Wiley: ニューヨーク、1967、第1章)は
ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)共重合体上へのアンモ
ニウム基のローディングに通常影響を与えることが判明した。一般的な反応の手
順を以下に示す。工程1のクロロメチルのローディング、アミンの種類、及び反
応温度の種々の組合せ、及び得られる第4アミンのローディングを表6に示す。
反応器温度制御装置を取り付けた。トリアルキルアミンを上記フラスコ内に導入
し(それぞれのアミンの量に関しては表6を参照)、そして撹拌及び温度制御を
開始した。撹拌機はフラスコ頂部の中心開口内に適当なテフロンベアリングを介
してすりガラスシャフトにより固定された。テフロンパドルは単一羽根であった
。クロロメチル化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)を添
加(樹脂の量に関しては表6を参照)し、そして充分な混合を得るために撹拌速
度を調節した。反応混合物を特定時間、一定の温度で撹拌した(反応時間及び温
度に関しては表6を参照)。反応混合物を冷却し、そしてアミンを濾過した。ア
ミン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)共重合体を収集
し、そしてスラリーのpHが5.5以下になるまで水で洗浄した。次いでアミノ
化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)共重合体の濾過ケー
クをメタノール(HPLC等級、J.T. Baker、9535‐03、Phillipsburgh、ニ
ュージャージー州)で2回洗浄し、そして真空中において80℃で15時間乾燥
した。アミノ化の程度を滴定により決定した。上記共重合体上のメチレントリア
ルキルアンモニウム基(CH2NR3 +Cl-)の量を表6に示す。
N‐ビニルピロリドン)は塩基性化合物のSPEのために通常の方法で使用でき
ることが実証された。またこれは中性及び塩基性化合物のクラス分別を達成する
道具として使用できる。
多く確認できるであろう。これらのそして全ての同等物は上述のクレイムの保護
範囲内にある。
ンアミド、ラニチジン、アンフェタミン、メスアンフェタミン及びm‐トルイジ
ンの化学式を示す。
6Bに対するクロマトグラフ保持力に基づくイオン強度の効果を示すグラフであ
る。図2Bは、スルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリド
ン)のバッチ6Bに対するクロマトグラフ保持力に基づくイオン強度の効果を示
すグラフである。
に基づくスルホン化の効果を示すグラフである。
クロマトグラムである。
ビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリドン)のバッチJJL03‐124及
びバッチJJL03‐100を用いた豚の血漿からのメタノール/水酸化アンモ
ニウム抽出物のクロマトグラムである。図5Bは、ラニチジンが内標準である固
相抽出のために、スルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニルピロリ
ドン)のバッチJJL03‐124及びバッチJJL03‐100を用いた豚の
血漿からのメタノール/水酸化アンモニウム抽出物のクロマトグラムである。
Claims (49)
- 【請求項1】 化学式: 【化1】 の化合物及びその塩であって、 但し、A、B及びCの順番はランダム、ブロック、又はランダム及びブロック
の組合せであり; 但し、 【化2】 但し、Aは 【化3】 から成る群から選ばれ、 但し、Bは 【化4】 から成る群から選ばれ、 但し、CはA又は修正されたAであり、ここで、修正されたAは 【化5】 から成る群から選ばれ、そして ここで、XはSO3H、CH2CO2H、CH2CH(CO2H)2、CO2H、P
O3H2、PO2H2、CH2PO3H2、CH2Cl、CH2NH2、CH2N[(CH2 )yCH3]2(但しyは0〜18の整数である)、CH2N+[(CH2)y=CH3
]3D-(但しy=は0〜18の整数そしてD-はアニオンである)、SO2NHR
(但しRはポリエチレンイミンである)、及びCH2NHR(但しRはポリエチ
レンイミンである)から成る群から選ばれる上記化合物及びその塩。 - 【請求項2】 Xは化合物のグラム当り約0.1〜約5.0ミリ当量の濃度
で存在する請求項1の化合物。 - 【請求項3】 Xは化合物のグラム当り約0.6〜約3.2ミリ当量の濃度
で存在する請求項1の化合物。 - 【請求項4】 Xは化合物のグラム当り約0.8〜約2.1ミリ当量の濃度
で存在する請求項1の化合物。 - 【請求項5】 Xは化合物のグラム当り約1.0ミリ当量の濃度で存在する
請求項1の化合物。 - 【請求項6】 XはSO3H、CH2PO3H2、及びCH2CO2Hから成る群
から選ばれる請求項1の化合物。 - 【請求項7】 XはSO3Hである請求項6の化合物。
- 【請求項8】 少なくとも1つの疎水性単量体と少なくとも1つの親水性単
量体を共重合させて共重合体を生成し、そして上記共重合体をスルホン化反応さ
せて、少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親水性成分、及び
少なくとも1つの疎水性成分を含むスルホン化共重合体を生成することにより得
られる固相抽出又はクロマトグラフィー用の多孔質樹脂。 - 【請求項9】 上記疎水性単量体はジビニルベンゼンである請求項8の多孔
質樹脂。 - 【請求項10】 上記親水性単量体はN‐ビニルピロリドンである請求項8
の多孔質樹脂。 - 【請求項11】 上記共重合体はポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニ
ルピロリドン)である請求項8の多孔質樹脂。 - 【請求項12】 上記多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐c
o‐N‐ビニルピロリドン)である請求項8の多孔質樹脂。 - 【請求項13】 上記スルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニ
ルピロリドン)は多孔質樹脂のグラム当り約0.1〜約5.0ミリ当量の濃度で
存在するスルホン酸塩の基を有する請求項12の多孔質樹脂。 - 【請求項14】 少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親
水性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む固相抽出又はクロマトグラフ
ィー用の多孔質樹脂。 - 【請求項15】 溶質を単離又は除去するために溶液を処理する方法であっ
て、 溶質を有する溶液を多孔質樹脂と上記溶質が上記多孔質樹脂に収着するような
条件下で接触させることを含み; 上記多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親水
性極性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含む: 上記方法。 - 【請求項16】 上記イオン交換官能基はSO3H、CH2CO2H、CH2C
H(CO2H)2、CO2H、PO3H2、PO2H2、CH2PO3H2、CH2Cl、
CH2NH2、CH2N[(CH2)yCH3]2(但しyは0〜18の整数である)
、CH2N+[(CH2)y=CH3]3D-(但しy=は0〜18の整数そしてD-は
アニオンである)、SO2NHR(但しRはポリエチレンイミンである)、及び
CH2NHR(但しRはポリエチレンイミンである)から成る群から選ばれる請
求項14の方法。 - 【請求項17】 上記イオン交換官能基はSO3H、CH2PO3H2、及びC
H2CO2Hから成る群から選ばれる請求項16の方法。 - 【請求項18】 上記イオン交換官能基はSO3Hである請求項17の方法
。 - 【請求項19】 上記イオン交換官能基は多孔質樹脂のグラム当り約0.1
〜約5.0ミリ当量の濃度で存在する請求項15の方法。 - 【請求項20】 上記親水性極性成分はアミド基、エステル基、カーボネー
ト基、カルバメート基、尿素基、ヒドロキシ基、及びピリジル基から成る群から
選ばれる請求項15の方法。 - 【請求項21】 上記多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基を有
する共重合体を含み、上記共重合体は少なくとも1つの親水性単量体及び少なく
とも1つの疎水性単量体を含む請求項15の方法。 - 【請求項22】 上記親水性単量体は複素環式基を含む請求項21の方法。
- 【請求項23】 上記複素環式基はピリジル基又はピロリドニル基である請
求項22の方法。 - 【請求項24】 上記ピリジル基は2‐ビニルピリジン、3‐ビニルピリジ
ン、及び4‐ビニルピリジンから成る群から選ばれる請求項23の方法。 - 【請求項25】 上記ピロリドニル基はN‐ビニルピロリドンである請求項
23の方法。 - 【請求項26】 上記疎水性単量体はフェニル基、フェニレン基、直鎖C2
‐C18‐アルキル基及び枝分れC2‐C18‐アルキル基から成る群から選ばれる
基を含む請求項21の方法。 - 【請求項27】 上記疎水性単量体はスチレン又はジビニルベンゼンである
請求項26の方法。 - 【請求項28】 上記疎水性単量体はジビニルベンゼンである請求項26の
方法。 - 【請求項29】 上記共重合体はポリ(ジビニルベンゼン‐co‐N‐ビニ
ルピロリドン)である請求項21の方法。 - 【請求項30】 上記多孔質樹脂は化学式Iの化合物及びその塩である請求
項15の方法。 - 【請求項31】 上記多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐c
o‐N‐ビニルピロリドン)である請求項15の方法。 - 【請求項32】 上記スルホン酸塩基は多孔質樹脂のグラム当り約0.1〜
約5.0ミリ当量の濃度で存在する請求項31の方法。 - 【請求項33】 上記多孔質樹脂は少なくとも約12モルパーセントのN‐
ビニルピロリドンを含む請求項31の方法。 - 【請求項34】 上記多孔質樹脂は約30モルパーセントより少ないN‐ビ
ニルピロリドンを含む請求項31の方法。 - 【請求項35】 上記多孔質樹脂はビーズの形状である請求項15の方法。
- 【請求項36】 上記ビーズは約3〜約500マイクロメーターの平均寸法
を有する請求項35の方法。 - 【請求項37】 上記多孔質樹脂はマトリックス中に入れられる請求項15
の方法。 - 【請求項38】 上記多孔質樹脂は固相抽出能力を有する請求項15の方法
。 - 【請求項39】 上記溶質は薬剤、農薬、除草剤、生体分子、毒物、汚染物
質、代謝物、及びこれらの分解生成物から成る群から選ばれる請求項15の方法
。 - 【請求項40】 上記溶液は水、水溶液、水又は水溶液の混合物、及び水‐
混和性極性有機溶媒から成る群から選ばれる請求項15の方法。 - 【請求項41】 上記溶液は血液、血漿、尿、髄液、滑液、組織抽出物、地
下水、地上水、飲料水、土壌抽出物、食糧物質、食糧物質の抽出物、植物及びブ
イヨンからの天然抽出物から成る群から選ばれる請求項15の方法。 - 【請求項42】 上記多孔質樹脂は開口容器内にある請求項15の方法。
- 【請求項43】 上記多孔質樹脂から上記溶質を除去する工程を更に含む請
求項15の方法。 - 【請求項44】 溶液中の溶質の量を分析により決定する方法であって、 溶質を有する溶液を多孔質樹脂と上記溶質が上記多孔質樹脂に収着するような
条件下で接触させ; 上記多孔質樹脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親水
性極性成分、及び少なくとも1つの疎水性成分を含み; 上記収着した溶質を有する上記多孔質樹脂を上記多孔質樹脂から上記溶質を放
出するような条件下で溶媒を用いて洗浄し;そして 上記洗浄の後に、上記溶媒中に存在する上記放出した溶質の量を分析により決
定する: ことを含む上記方法。 - 【請求項45】 上記多孔質樹脂は化学式Iの化合物及びその塩である請求
項44の方法。 - 【請求項46】 上記多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐c
o‐N‐ビニルピロリドン)である請求項45の方法。 - 【請求項47】 開口容器内に詰められた多孔質樹脂を含み、上記多孔質樹
脂は少なくとも1つのイオン交換官能基、少なくとも1つの親水性極性成分、及
び少なくとも1つの疎水性成分を含む固相抽出カートリッジ。 - 【請求項48】 上記多孔質樹脂は化学式Iの化合物及びその塩である請求
項47の固相抽出カートリッジ。 - 【請求項49】 上記多孔質樹脂はスルホン化ポリ(ジビニルベンゼン‐c
o‐N‐ビニルピロリドン)である請求項48の固相抽出カートリッジ。
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