JP2005194155A - Surface modifying method for monolithic silica - Google Patents

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Hiroyoshi Mizuguchi
博義 水口
Takafumi Oi
尚文 大井
Akio Ishizuka
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To modify the surface of a silica by the adsorption action between functional groups by infiltrating a reagent, with which the surface of the silica is desired to be modified, into the silica. <P>SOLUTION: In this method, a dimethyl ethylene diamine and an octadecyl isocyanate are mutually reacted in a toluene solvent at 60 °C to synthesize a dimethylethylene diamine having a hydrophobic group, and 0.05 g of the synthesized reagent is dssolved in 50 mL of a methanol-water (75/25, v/v) at room temperature. The dissolved solid phase reagent is passed through the monolithic silica at room temperature at a flow velocity of 0.05 mL/min. for 15 hours or longer. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、相分離を利用したゾル−ゲル法によって調整される多孔質連続体(モノリス型)シリカの表面修飾に関する。修飾される官能基は、例えばイオン交換基、キラル分離基などであり、その修飾方法は従来の化学結合ではなく、吸着相互作用に限定される。   The present invention relates to surface modification of a porous continuous (monolith type) silica prepared by a sol-gel method using phase separation. The functional group to be modified is, for example, an ion exchange group, a chiral separation group or the like, and the modification method is not limited to a conventional chemical bond but limited to adsorption interaction.

高速液体クロマトグラフィーにおいて、通常粒子充填シリカを使用したシステムでは流速が大きくなるにつれてシリカ負荷圧が大きくなり、また分離性能は低下していく。そのため、充填シリカのもつ性能を最大限に発揮するために、最適流速で測定され、検出器、データプロセッサーなどを含むハードシステムに求められる性能も調整されている。
高速液体クロマトグラフィーは広範囲にわたる分野において支持されている分析手段の一つである。現在、クロマトグラフィーにおいて多種にわたる溶質を一度に分離することは困難を要し、また短時間で溶質を分離することも難しいとされ、これらを克服するための研究が数多くなされている。高速液体クロマトグラフィーにおいて溶質分離の媒体となるのはシリカであり、通常無機あるいは有機物質からなる粒子が充填されている。このような粒子充填シリカにおいては、シリカの性能を最大限に発揮できる最適流速が存在するが、高速分離を試み試料流速を大きくすると、シリカ負荷圧が大きくなり、分離性能は低下する。
ここで、高速分離に対応するため、充填に頼らない、いわゆるモノリス型シリカが提案されている(特許文献1)。このシリカは、ゾル−ゲル法多孔質ガラスの製法を用い、マクロな貫通孔と貫通孔の内壁面に形成された細孔とを有する二重構造のシリカである。
In high-performance liquid chromatography, in a system that normally uses particle-packed silica, the silica load pressure increases as the flow rate increases, and the separation performance decreases. Therefore, in order to maximize the performance of packed silica, the performance required for a hardware system including a detector, a data processor and the like is adjusted, which is measured at an optimum flow rate.
High performance liquid chromatography is one of the analytical tools supported in a wide range of fields. Currently, it is difficult to separate various solutes at once in chromatography, and it is also difficult to separate solutes in a short time, and many studies have been made to overcome these problems. In high performance liquid chromatography, solute separation medium is silica, which is usually filled with particles made of inorganic or organic substances. In such a particle-packed silica, there is an optimum flow rate at which the performance of the silica can be maximized. However, when high-speed separation is attempted and the sample flow rate is increased, the silica load pressure increases and the separation performance decreases.
Here, in order to cope with high-speed separation, so-called monolithic silica that does not rely on packing has been proposed (Patent Document 1). This silica is a double-structured silica having a macro through-hole and pores formed on the inner wall surface of the through-hole using a sol-gel method porous glass manufacturing method.

特開平6−265534号公報JP-A-6-265534

従来のモノリス型シリカでは、シリカ表面にイオン交換基、キラル分離基を修飾するには化学結合によっていた。しかし、シリカ表面の官能基と反応させるためには、高温あるいは高圧条件が必要であった。
本発明では、修飾される官能基は、例えばイオン交換基、キラル分離基などであり、その修飾方法は従来の化学結合ではなく、吸着相互作用に限定される。
吸着相互作用とは、化学的変化を起こさない相互作用であり、例えば、疎水性相互作用、水素結合、分散力、双極子相互作用、静電引力などが挙げられる。これらの相互作用は、シリカ表面あるいはシリカ表面に化学結合された官能基と、修飾したい試薬の持つ官能基の間で発揮されるものである。例えば、疎水性相互作用は、シリカ表面に化学結合された疎水基と、修飾試薬の疎水基との間の相互作用であり、具体的には、シリカ表面に化学結合されたオクタデシル基と、イオン交換基であるジメチルエチレンジアミンにオクタデシルイソシタネートを反応させた修飾試薬のオクタデシル基との相互作用により、修飾される。また、水素結合による相互作用の例としては、シラノール基とキラル分離試薬であるR-(-)-N-(3,5-ジニトルベンゾイル)-α-フェニルグリシンのニトロ基との間の相互作用により修飾される。
本発明によると、モノリスシリカ内に修飾したい試薬が浸透すれば、官能基間の吸着相互作用により修飾させるため、室温付近で簡便に行うことができる。さらに本発明によれば、固定相試薬を洗浄し簡単に再生することができる。
In the conventional monolithic silica, ion exchange groups and chiral separation groups are modified on the silica surface by chemical bonds. However, in order to react with the functional group on the silica surface, high temperature or high pressure conditions were required.
In the present invention, the functional group to be modified is, for example, an ion exchange group, a chiral separation group or the like, and the modification method is not limited to a conventional chemical bond but limited to adsorption interaction.
The adsorption interaction is an interaction that does not cause a chemical change, and includes, for example, a hydrophobic interaction, a hydrogen bond, a dispersion force, a dipole interaction, and an electrostatic attractive force. These interactions are exhibited between the functional group chemically bonded to the silica surface or the silica surface and the functional group possessed by the reagent to be modified. For example, the hydrophobic interaction is an interaction between the hydrophobic group chemically bonded to the silica surface and the hydrophobic group of the modifying reagent, specifically, an octadecyl group chemically bonded to the silica surface and an ion It is modified by interaction with the octadecyl group of a modifying reagent obtained by reacting octadecylisocytanate with dimethylethylenediamine as an exchange group. As an example of the interaction by hydrogen bonding, the interaction between the silanol group and the nitro group of R-(-)-N- (3,5-dinitolbenzoyl) -α-phenylglycine, which is a chiral separation reagent, is used. Modified by action.
According to the present invention, if the reagent to be modified penetrates into the monolithic silica, the modification is performed by the adsorption interaction between the functional groups. Furthermore, according to the present invention, the stationary phase reagent can be washed and easily regenerated.

すなわち、本発明は、次の工程からなるモノリス型シリカの表面修飾法である。
モノリス型シリカを準備する工程
官能基を持った固定相試薬を溶媒に溶解させる工程
溶解させた固定相試薬をモノリス型シリカに吸着相互作用により固定させる工程
That is, the present invention is a method for surface modification of monolithic silica comprising the following steps.
Step for preparing monolithic silica Step for dissolving a stationary phase reagent having a functional group in a solvent Step for fixing the dissolved stationary phase reagent to monolithic silica by adsorption interaction

ここで、官能基は、イオン交換基、キラル分離基である。
イオン交換基としては、-SO3H、-COOH、-PO(OH)2、-N(CH3)3Cl、-NH2、-NHR、-NR2などを挙げることができる。
結合させる疎水基としては、アルキル基、フェニル基などの炭化水素基を挙げることができる。具体的には、例えばオクタデシルシリル化剤、トリメチルシリル化剤を挙げることができ、オクタデシルシリル化剤としては、例えばオクタデシルジメチル−N,N−ジエチルアミノシラン、トリメチルシリル化剤としては、例えば、1,1,1,3,3,3‐ヘキサメチルジシラザンなどを用いることができる。
キラル分離基を持った試薬としては、例えば、2-アミノ-1-(3クロロフェニル)エタノール、2-クロロマンデル酸、d-トリプトファン、5クロル-2ペンタノ−ル、2-オキシルアニルアセテート、2-オキシルアニルアニソール、1,3-ブタンジオール、1,2-プロパンジオール、4クロロ-3ハイドロキシブタノエート、2クロロ-4ハイドロキシブタノエート、2-ハイドロキシ-4-フェニルブチル酸などを挙げることができるが、これらに限定されない。
固定相試薬を溶解させる溶媒は、試薬を溶解させることができれば特に限定されず、例えば、水、メタノール、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、ピリジンなどを用いることができる。
溶媒の濃度は、特に限定されず、例えば、1μmol〜1molが好ましい。
また、溶解温度は、室温、加温いずれでもよい。好ましくは、20〜80℃である。
Here, the functional group is an ion exchange group or a chiral separation group.
Examples of the ion exchange group include —SO 3 H, —COOH, —PO (OH) 2, —N (CH 3) 3 Cl, —NH 2, —NHR, —NR 2 and the like.
Examples of the hydrophobic group to be bonded include hydrocarbon groups such as alkyl groups and phenyl groups. Specific examples include an octadecyl silylating agent and a trimethyl silylating agent. Examples of the octadecyl silylating agent include octadecyldimethyl-N, N-diethylaminosilane, and examples of the trimethylsilylating agent include 1,1, 1,3,3,3-hexamethyldisilazane and the like can be used.
Examples of the reagent having a chiral separating group include 2-amino-1- (3 chlorophenyl) ethanol, 2-chloromandelic acid, d-tryptophan, 5 chloro-2-pentanol, 2-oxylanilacetate, 2- Examples include oxyanilanisole, 1,3-butanediol, 1,2-propanediol, 4chloro-3hydroxybutanoate, 2chloro-4hydroxybutanoate, and 2-hydroxy-4-phenylbutyric acid. Although it can, it is not limited to these.
The solvent for dissolving the stationary phase reagent is not particularly limited as long as the reagent can be dissolved. For example, water, methanol, acetonitrile, tetrahydrofuran, pyridine and the like can be used.
The concentration of the solvent is not particularly limited, and for example, 1 μmol to 1 mol is preferable.
The dissolution temperature may be either room temperature or warming. Preferably, it is 20-80 degreeC.

試薬の固定化は、通液法、バッチ法、いずれでもよく、通液法の場合は、流速0.01〜1mL/min、好ましくは0.05〜0.1mL/minで流通させる。バッチ法の場合は、該当溶液の中に12時間以上浸漬させる。温度は、通液法、バッチ法いずれの場合も、20〜80℃、好ましくは室温付近で行う。   The reagent may be immobilized by either a liquid flow method or a batch method. In the liquid flow method, the reagent is allowed to flow at a flow rate of 0.01 to 1 mL / min, preferably 0.05 to 0.1 mL / min. In the case of a batch method, immerse in the solution for 12 hours or longer. The temperature is 20 to 80 ° C., preferably in the vicinity of room temperature, in both the liquid passing method and the batch method.

モノリス型シリカは、相分離を利用したゾル―ゲル法によって調製することが好ましく、このシリカは高速・高分離性能を示す。また、モノリス型シリカは高流速での送液を可能にしているため、短時間で化合物の分離を達成できるという利点を持っている。このモノリス型シリカを多次元クロマトグラフィーに用いることによって多種の溶質を短時間に分離することが可能となる。   Monolithic silica is preferably prepared by a sol-gel method utilizing phase separation, and this silica exhibits high speed and high separation performance. In addition, since monolithic silica enables liquid feeding at a high flow rate, it has an advantage that separation of compounds can be achieved in a short time. By using this monolith type silica for multidimensional chromatography, it becomes possible to separate various solutes in a short time.

本発明におけるモノリス型シリカは、直径100nm〜10000nmのマクロ孔と骨格が共連続構造をした無機系多孔質連続体で、骨格には直径2nm〜50nmのメソ孔が存在する。
無機系多孔質連続体は、シリカを主成分とする反応溶液を相分離を伴うゾル−ゲル転移を起こさせることにより得られる。ゾル−ゲル反応に用いられるゲル形成を起こす網目成分の前駆体としては、金属アルコキシド、錯体、金属塩、有機修飾金属アルコキシド、有機架橋金属アルコキシド、およびこれらの部分加水分解生成物、部分重合生成物である多量体を用いることができる。水ガラスほかケイ酸塩水溶液のpHを変化させることによるゾル−ゲル転移も、同様に利用することができる。
さらに具体的には、上記目的達成の手段は、水溶性高分子、熱分解する化合物を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行い、生成物が固化した後、次いで湿潤状態のゲルを加熱することにより、ゲル調製時にあらかじめ溶解させておいた低分子化合物を熱分解させ、次いで乾燥し加熱して製造することが好ましい。
The monolith type silica in the present invention is an inorganic porous continuous body in which macropores having a diameter of 100 nm to 10000 nm and a skeleton have a co-continuous structure, and the skeleton has mesopores having a diameter of 2 nm to 50 nm.
The inorganic porous continuum is obtained by causing a reaction solution containing silica as a main component to undergo a sol-gel transition accompanied by phase separation. Examples of the precursor of the network component that causes gel formation used in the sol-gel reaction include metal alkoxides, complexes, metal salts, organically modified metal alkoxides, organic cross-linked metal alkoxides, and partial hydrolysis products and partial polymerization products thereof. Can be used. Sol-gel transition by changing the pH of water glass and other silicate aqueous solutions can be used as well.
More specifically, the means for achieving the above-mentioned object is to generate a water-soluble polymer and a compound that thermally decomposes in an acidic aqueous solution, add a metal compound having a hydrolyzable functional group, and perform a hydrolysis reaction. After the product has solidified, the wet gel is preferably heated to thermally decompose the low molecular weight compound previously dissolved at the time of gel preparation, and then dried and heated.

ここで、水溶性高分子は、理論的には適当な濃度の水溶液と成し得る水溶性有機高分子であって、加水分解性の官能基を有する金属化合物によって生成するアルコールを含む反応系中に均一に溶解し得るものであれば良いが、具体的には高分子金属塩であるポリスチレンスルホン酸のナトリウム塩またはカリウム塩、高分子酸であって解離してポリアニオンとなるポリアクリル酸、高分子塩基であって水溶液中でポリカチオンを生ずるポリアリルアミンおよびポリエチレンイミン、あるいは中性高分子であって主鎖にエーテル結合を持つポリエチレンオキシド、側鎖にカルボニル基を有するポリビニルピロリドン等が好適である。また、有機高分子に代えてホルムアミド、多価アルコール、界面活性剤を用いてもよく、その場合多価アルコールとしてはグリセリンが、界面活性剤としてはポリオキシエチレンアルキルエーテル類が最適である。    Here, the water-soluble polymer is theoretically a water-soluble organic polymer that can be formed into an aqueous solution having an appropriate concentration, and in a reaction system including an alcohol generated by a metal compound having a hydrolyzable functional group. The polymer metal salt is a sodium salt or potassium salt of polystyrene sulfonic acid, which is a polymer metal salt, polyacrylic acid which is a polymer acid and dissociates to form a polyanion, Polyallylamine and polyethyleneimine, which are molecular bases that generate polycations in aqueous solution, or neutral polymers, such as polyethylene oxide having an ether bond in the main chain and polyvinylpyrrolidone having a carbonyl group in the side chain are suitable. . In addition, formamide, polyhydric alcohol, or surfactant may be used in place of the organic polymer. In this case, glycerin is optimal as the polyhydric alcohol, and polyoxyethylene alkyl ethers are optimal as the surfactant.

加水分解性の官能基を有する金属化合物としては、金属アルコキシド又はそのオリゴマーを用いることができ、これらのものは例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等の炭素数の少ないものが好ましい。また、その金属としては、最終的に形成される酸化物の金属、例えばSi、Ti、Zr、Alが使用される。この金属としては1種又は2種以上であっても良い。一方オリゴマーとしてはアルコールに均一に溶解分散できるものであればよく、具体的には10量体程度まで使用できる。    As the metal compound having a hydrolyzable functional group, a metal alkoxide or an oligomer thereof can be used, and those having a small number of carbon atoms such as a methoxy group, an ethoxy group, and a propoxy group are preferable. Further, as the metal, an oxide metal finally formed, for example, Si, Ti, Zr, or Al is used. The metal may be one type or two or more types. On the other hand, any oligomer can be used as long as it can be uniformly dissolved and dispersed in alcohol.

また、酸性水溶液としては、通常塩酸、硝酸等の鉱酸0.001モル濃度以上のもの、あるいは酢酸、ギ酸等の有機酸0.01モル濃度以上のものが好ましい。    Moreover, as acidic aqueous solution, the thing of 0.001 mol concentration or more of mineral acids, such as hydrochloric acid and nitric acid, or 0.01 mol concentration or more of organic acids, such as an acetic acid and formic acid, is preferable normally.

相分離・ゲル化にあたっては、板状部材の溝内に溶液を室温40〜80℃で0.5〜5時間保存することにより達成できる。相分離・ゲル化は、当初透明な溶液が白濁してシリカ相と水相との相分離を生じついにゲル化する過程を経る。この相分離・ゲル化で水溶性高分子は分散状態にありそれらの沈殿は実質的に生じない。   The phase separation and gelation can be achieved by storing the solution in the groove of the plate-like member at room temperature of 40 to 80 ° C. for 0.5 to 5 hours. Phase separation / gelation is a process in which an initially transparent solution becomes cloudy, causing phase separation between a silica phase and an aqueous phase and finally gelling. By this phase separation / gelation, the water-soluble polymers are in a dispersed state and their precipitation does not substantially occur.

あらかじめ共存させる熱分解性の化合物の具体的な例としては、尿素あるいはヘキサメチレンテトラミン、ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等の有機アミド類を利用できるが、加熱後の溶媒のpH値が重要な条件であるので、熱分解後に溶媒を塩基性にする化合物であれば特に制限はない。
共存させる熱分解性化合物は、化合物の種類にもよるが、例えば尿素の場合には、反応溶液10gに対し、0.05〜0.8g、好ましくは0.1〜0.7gである。また、加熱温度は、例えば尿素の場合には40〜200℃で、加熱後の溶媒のpH値は、6.0〜12.0が好ましい。
また、熱分解によってフッ化水素酸のようにシリカを溶解する性質のある化合物を生じるものも、同様に利用できる。
Specific examples of the thermally decomposable compound that coexists in advance include urea or hexamethylenetetramine, formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, acetamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide and the like. However, since the pH value of the solvent after heating is an important condition, there is no particular limitation as long as it is a compound that makes the solvent basic after thermal decomposition.
Although the thermally decomposable compound to coexist depends on the kind of the compound, for example, in the case of urea, it is 0.05 to 0.8 g, preferably 0.1 to 0.7 g, with respect to 10 g of the reaction solution. The heating temperature is preferably 40 to 200 ° C. in the case of urea, for example, and the pH value of the solvent after heating is preferably 6.0 to 12.0.
Moreover, what produces the compound with the property to melt | dissolve a silica like hydrofluoric acid by thermal decomposition can be utilized similarly.

上記方法では、水溶性高分子を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行うと、溝内において、溶媒リッチ相と骨格相とに分離したゲルが生成する。生成物(ゲル)が固化した後、適当な熟成時間を経た後、湿潤状態のゲルを加熱することによって、反応溶液にあらかじめ溶解させておいたアミド系化合物が熱分解し、骨格相の内壁面に接触している溶媒のpHが上昇する。そして、溶媒がその内壁面を浸食し、内壁面の凹凸状態を変えることによって細孔径を徐々に拡大する。
シリカを主成分とするゲルの場合には、酸性あるいは中性領域においては変化の度合は非常に小さいが、熱分解が盛んになり水溶液の塩基性が増すにつれて、細孔を構成する部分が溶解し、より平坦な部分に再析出することによって、平均細孔径が大きくなる反応が顕著に起こるようになる。
In the above method, when a water-soluble polymer is dissolved in an acidic aqueous solution and a hydrolysis reaction is performed by adding a metal compound having a hydrolyzable functional group thereto, a solvent-rich phase and a skeleton phase are separated in the groove. A gel is formed. After the product (gel) has solidified, after a suitable aging time, the wet gel is heated to thermally decompose the amide compound dissolved in the reaction solution in advance, and the inner wall surface of the skeletal phase The pH of the solvent in contact with increases. The solvent erodes the inner wall surface, and gradually changes the pore size by changing the uneven state of the inner wall surface.
In the case of gels containing silica as the main component, the degree of change is very small in the acidic or neutral region, but as thermal decomposition becomes more vigorous and the basicity of the aqueous solution increases, the part constituting the pore dissolves. Then, by reprecipitation in a flatter portion, a reaction in which the average pore diameter becomes large occurs remarkably.

巨大空孔を持たず3次元的に束縛された細孔のみを持つゲルでは、平衡条件としては溶解し得る部分でも、溶出物質が外部の溶液にまで拡散できないために、元の細孔構造が相当な割合で残る。これに対して巨大空孔となる溶媒リッチ相を持つゲルにおいては、2次元的にしか束縛されていない細孔が多く、外部の水溶液との物質のやり取りが十分頻繁に起こるため、大きい細孔の発達に並行して小さい細孔は消滅し、全体の細孔径分布は顕著に広がることがない。   In gels that have only three-dimensionally confined pores without huge pores, the elution substance cannot be diffused to the external solution even if it can be dissolved as an equilibrium condition. Remains in a considerable proportion. On the other hand, in a gel having a solvent-rich phase that becomes giant pores, there are many pores that are restricted only two-dimensionally, and exchange of substances with an external aqueous solution occurs frequently enough. In parallel with the development, small pores disappear and the entire pore size distribution does not spread significantly.

なお、加熱過程においては、ゲルを密閉条件下に置き、熱分解生成物の蒸気圧が飽和して溶媒のpHが速やかに定常値をとるようにすることが有効である。   In the heating process, it is effective to place the gel in a hermetically sealed condition so that the vapor pressure of the pyrolysis product is saturated and the pH of the solvent quickly takes a steady value.

溶解・再析出反応が定常状態に達し、これに対応する細孔構造を得るために要する、加熱処理時間は、巨大空孔の大きさや試料の体積によって変化するので、それぞれの処理条件において実質的に細孔構造が変化しなくなる、最短処理時間を決定することが必要である。   The heat treatment time required for the dissolution / reprecipitation reaction to reach a steady state and to obtain the corresponding pore structure varies depending on the size of the huge pores and the volume of the sample. It is necessary to determine the shortest processing time at which the pore structure does not change.

加熱処理を終えたゲルは、溶媒を気化させることによって、溝内において、管壁に密着した乾燥ゲルとなる。この乾燥ゲル中には、出発溶液中の共存物質が残存する可能性があるので、適当な温度で熱処理を行い、有機物等を熱分解することによって、目的の無機系多孔質体を得ることができる。なお、乾燥は、30〜80℃で数時間〜数十時間放置して行い、熱処理は、200〜800℃程度で加熱する。   The gel after the heat treatment becomes a dry gel in close contact with the tube wall in the groove by vaporizing the solvent. Since coexisting substances in the starting solution may remain in the dried gel, the target inorganic porous material can be obtained by heat treatment at an appropriate temperature and thermally decomposing organic matter. it can. In addition, drying is performed by leaving at 30-80 degreeC for several hours-several dozen hours, and heat processing is heated at about 200-800 degreeC.

なお、モノリス型シリカのサイズは、内径2mm〜5mm、長さ2cm〜15cmが好ましい。
さらに、モノリス型カラムの作成にハイブリッドのゲルを使うことによって、アルカリ性の試薬にも対応できる。
ハイブリッドカラムは、加水分解性の官能基を有する有機金属化合物と、少なくとも1個の金属・炭素結合を介して結合した非加水分解性の有機官能基と加水分解性の官能基とを含む有機金属化合物を加水分解・重合して反応溶液系のゲル化を行った後、ゲル中の不要物質を除去し、加熱することにより作成できる。
ここで、少なくとも1個の金属・炭素結合を介して結合した非加水分解性の有機官能基と加水分解性の官能基とを含む有機金属化合物の容量が、加水分解性の官能基を有する有機金属化合物の容量の1/10以上であることが好ましい。
また、少なくとも1個の金属・炭素結合を介して結合した非加水分解性の有機官能基と加水分解性の官能基とを含む有機金属化合物として、例えばメチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、γーグリキシドキシプロピルトリメトキシシラン、γーグリキシドキシプロピルトリエトキシシラン、βー(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、Nーβ(アミノエチル)γーアミノプロピルトリメトキシシラン、Nーβ(アミノエチル)γーアミノプロピルトリエトキシシラン、γーメタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γーアミノプロピルトリエトキシシラン、γーアミノプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランを用いることができる。
The size of the monolith type silica is preferably 2 mm to 5 mm in inner diameter and 2 cm to 15 cm in length.
Furthermore, by using a hybrid gel for the production of a monolithic column, it is possible to cope with alkaline reagents.
The hybrid column includes an organometallic compound having a hydrolyzable functional group, a non-hydrolyzable organic functional group and a hydrolyzable functional group bonded via at least one metal / carbon bond. After the compound is hydrolyzed and polymerized to gel the reaction solution system, it can be prepared by removing unnecessary substances in the gel and heating.
Here, the capacity of the organometallic compound containing a non-hydrolyzable organic functional group and a hydrolyzable functional group bonded via at least one metal / carbon bond is an organic compound having a hydrolyzable functional group. It is preferably 1/10 or more of the capacity of the metal compound.
In addition, as an organometallic compound containing a non-hydrolyzable organic functional group and a hydrolyzable functional group bonded through at least one metal / carbon bond, for example, methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, vinyl Trimethoxysilane, γ-glyoxydoxypropyltrimethoxysilane, γ-glyxidoxypropyltriethoxysilane, β- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltri Methoxysilane, N-β (aminoethyl) γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane, γ-aminopropyltriethoxysilane, γ-aminopropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxy Silane can be used.

例えば、試薬の固定化を疎水性相互作用で行う場合、モノリス型シリカ表面上に疎水基を化学結合しておき、固定化したい試薬にも疎水基を結合し、両者の疎水性を利用してシリカ表面上の疎水基に疎水性相互作用により結合させることができる。結合させる疎水基としては、アルキル基、フェニル基などの炭化水素基を挙げることができる。具体的には、例えばオクタデシルシリル化剤、トリメチルシリル化剤を挙げることができ、オクタデシルシリル化剤としては、例えばオクタデシルジメチル−N,N−ジエチルアミノシラン、トリメチルシリル化剤としては、例えば、1,1,1,3,3,3‐ヘキサメチルジシラザンなどを用いることができる。 For example, when immobilizing a reagent by hydrophobic interaction, a hydrophobic group is chemically bonded to the monolithic silica surface, and the hydrophobic group is also bonded to the reagent to be immobilized. It can be bound to hydrophobic groups on the silica surface by hydrophobic interactions. Examples of the hydrophobic group to be bonded include hydrocarbon groups such as alkyl groups and phenyl groups. Specific examples include an octadecyl silylating agent and a trimethyl silylating agent. Examples of the octadecyl silylating agent include octadecyldimethyl-N, N-diethylaminosilane, and examples of the trimethylsilylating agent include 1,1, 1,3,3,3-hexamethyldisilazane and the like can be used.

本発明によれば、低圧・高分離能というモノリス型シリカの特徴を損なわず、さまざまな表面修飾が可能である。通液法による固定化の場合には、操作が簡単である。
また、疎水基を持った固定相試薬であれば、さまざまな分離能を持った試薬に適応可能である。
According to the present invention, various surface modifications are possible without impairing the characteristics of monolithic silica such as low pressure and high resolution. In the case of immobilization by the liquid passing method, the operation is simple.
Further, any stationary phase reagent having a hydrophobic group can be applied to reagents having various resolutions.

実験例1(疎水性相互作用の例1)
モノリス型シリカに化学結合によって疎水基が修飾された表面へのイオン交換基の修飾方法を次に説明する。
(1)モノリス型シリカの作製
0.01モル濃度酢酸水溶液10mlに、ポリエチレングリコール0.7g、尿素0.5gを溶解し、これにテトラメトキシシラン5mlを撹拌下で加えて加水分解・重縮合反応を行った。得られた均一溶液を密閉容器中40℃で静置してゲル化させた。こののち密閉状態のまま120℃で2時間熟成し、続いて60℃で乾燥、最終的に600℃で2時間熱処理することにより、マイクロメートル領域に狭い細孔径分布を示すモノリス型シリカを得た。
モノリス型シリカ表面への疎水基の結合は、オクタデシルジエチルアミンとシリカ表面のシラノール基を、トルエン溶媒中で60℃で反応させ、シラノール基にオクタデシル基を化学結合させた。
(2)固定相試薬の準備
ジメチルエチレンジアミンとオクタデシルイソシアネートをトルエン溶媒中で60℃で反応させ、疎水基を持ったジメチルエチレンジアミンを合成した。合成された試薬0.05gを50mLメタノール−水(75/25、v/v)に室温にて溶解させた。
(3)通液
溶解させた固定相試薬をモノリス型シリカに室温で流速0.05mL/minで15時間以上通液した。通液後、AMPおよびATPを分析したクロマトグラムを図1に示す。なお、分析条件は次の通りである。
移動相:100mM KH2PO4
カラム長さ:100mm×4.6mmID
検出器:紫外可視吸光度計(UV260nm)
図1(a)は本発明のカラムによる分析結果、図1(b)はODSカラムによる分析結果である。
Experimental example 1 (Example 1 of hydrophobic interaction)
Next, a method for modifying the ion exchange group on the surface in which the hydrophobic group is modified by chemical bonding to the monolith type silica will be described.
(1) Preparation of monolithic silica In 10 ml of 0.01 molar acetic acid aqueous solution, 0.7 g of polyethylene glycol and 0.5 g of urea are dissolved, and 5 ml of tetramethoxysilane is added to this with stirring, followed by hydrolysis and polycondensation reaction. Went. The obtained uniform solution was allowed to gel in a closed container at 40 ° C. After that, it was aged at 120 ° C. for 2 hours in a sealed state, then dried at 60 ° C. and finally heat treated at 600 ° C. for 2 hours to obtain monolithic silica showing a narrow pore size distribution in the micrometer region. .
The hydrophobic group was bonded to the monolithic silica surface by reacting octadecyldiethylamine and the silanol group on the silica surface in a toluene solvent at 60 ° C. to chemically bond the octadecyl group to the silanol group.
(2) Preparation of stationary phase reagent Dimethylethylenediamine and octadecyl isocyanate were reacted in a toluene solvent at 60 ° C. to synthesize dimethylethylenediamine having a hydrophobic group. 0.05 g of the synthesized reagent was dissolved in 50 mL methanol-water (75/25, v / v) at room temperature.
(3) The dissolved stationary phase reagent was passed through monolithic silica at room temperature for 15 hours or more at a flow rate of 0.05 mL / min. FIG. 1 shows a chromatogram obtained by analyzing AMP and ATP after passing through. The analysis conditions are as follows.
Mobile phase: 100 mM KH2PO4
Column length: 100mm x 4.6mmID
Detector: UV-Visible Absorbance Meter (UV260nm)
FIG. 1 (a) shows the analysis result by the column of the present invention, and FIG. 1 (b) shows the analysis result by the ODS column.

実験例2(疎水性相互作用の例2)
モノリスシリカに化学結合によって疎水基が修飾された表面へのキラル分離基の修飾方法を示す。
モノリス型シリカは実験例1と同様のものを用いた。
(1)固定相試薬の準備
N,S-ジオクチル-(D)-ペニシルアミン0.05gをメタノール-水(50/50、v/v)50mLに室温で溶解した。
(2)通液
溶解させた固定相試薬をモノリス型シリカに室温で流速0.05mL/minで15時間以上通液した。通液後、D,L-フェニルアラニン、D,L-ロイシンを分析したクロマトグラムを図2に示す。なお、分析条件は次の通りである。
移動相:2mM硫酸銅-水-メタノール(70:30)
カラム長さ:370mm×0.2mmID
検出器:紫外可視吸光度計(UV254nm)
図2(a)はD,L-フェニルアラニンの分析結果、図2(b)はD,L-ロイシンの分析結果、図2(c)は線速度を早くしたときのD,L-ロイシンの分析結果である。
Experimental example 2 (Example 2 of hydrophobic interaction)
A method for modifying a chiral separation group on a surface in which a hydrophobic group is modified by chemical bonding to monolithic silica will be described.
The same monolith type silica as in Experimental Example 1 was used.
(1) Preparation of stationary phase reagent
0.05 g of N, S-dioctyl- (D) -penicylamine was dissolved in 50 mL of methanol-water (50/50, v / v) at room temperature.
(2) The dissolved stationary phase reagent was passed through monolithic silica at room temperature for 15 hours or more at a flow rate of 0.05 mL / min. FIG. 2 shows a chromatogram obtained by analyzing D, L-phenylalanine and D, L-leucine after passing through. The analysis conditions are as follows.
Mobile phase: 2 mM copper sulfate-water-methanol (70:30)
Column length: 370mm x 0.2mmID
Detector: UV-Vis Absorbance Meter (UV254nm)
Fig. 2 (a) is the analysis result of D, L-phenylalanine, Fig. 2 (b) is the analysis result of D, L-leucine, and Fig. 2 (c) is the analysis of D, L-leucine when the linear velocity is increased. It is a result.

実験例3(水素結合の例)
モノリスシリカのシラノールへのキラル分離試薬の修飾方法を示す。
(1)固定相試薬の準備
R-(-)-N-(3,5-ジニトルベンゾイル)-α-フェニルグリシン1gをテトラヒドロフラン20mLに室温で溶解した。
(2)通液
溶解させた固定相試薬をモノリス型カラムに室温で流速0.05mL/minで15時間以上通液した。通液後、2,2,2-トリフルオロ-1-(9-アントリル)エタノールを分離した。
移動相:ヘキサン-イソプロピルアルコール(98:2)
カラム長さ:100mm×4.6mmID
検出器:紫外可視吸光度計(UV254nm)
Experimental example 3 (example of hydrogen bonding)
The modification method of the chiral separation reagent to the silanol of monolithic silica is shown.
(1) Preparation of stationary phase reagent
1 g of R-(-)-N- (3,5-dinitolbenzoyl) -α-phenylglycine was dissolved in 20 mL of tetrahydrofuran at room temperature.
(2) The dissolved stationary phase reagent was passed through a monolithic column at room temperature for 15 hours or more at a flow rate of 0.05 mL / min. After passing through the solution, 2,2,2-trifluoro-1- (9-anthryl) ethanol was separated.
Mobile phase: Hexane-isopropyl alcohol (98: 2)
Column length: 100mm x 4.6mmID
Detector: UV-Vis Absorbance Meter (UV254nm)

本発明の方法により作製されたカラムは、液体クロマトグラフカラムなどに利用できる。   The column produced by the method of the present invention can be used for a liquid chromatograph column and the like.

本発明のカラム(疎水性相互作用の例1)による分析結果を示す図The figure which shows the analysis result by the column (Example 1 of hydrophobic interaction) of this invention 本発明のカラム(疎水性相互作用の例2)による分析結果を示す図The figure which shows the analysis result by the column (Example 2 of hydrophobic interaction) of this invention

Claims (4)

(a)モノリス型シリカを準備する工程
(b)官能基を持った固定相試薬を溶媒に溶解させる工程
(c)溶解させた固定相試薬をモノリス型シリカに吸着相互作用により固定させる工程
とからなるモノリス型シリカの表面修飾法。
(A) Step of preparing monolithic silica (b) Step of dissolving a stationary phase reagent having a functional group in a solvent (c) Step of fixing the dissolved stationary phase reagent to the monolithic silica by adsorption interaction A method for surface modification of monolithic silica.
工程(a)が、水溶性高分子、熱分解する化合物を酸性水溶液に溶かし、それに加水分解性の官能基を有する金属化合物を添加して加水分解反応を行い、生成物が固化した後、次いで湿潤状態のゲルを加熱することにより、ゲル調製時にあらかじめ溶解させておいた低分子化合物を熱分解させ、次いで乾燥し加熱して製造してなる請求項1記載のモノリス型シリカの表面修飾法。 In step (a), after dissolving the water-soluble polymer and the thermally decomposable compound in an acidic aqueous solution, adding a metal compound having a hydrolyzable functional group to the hydrolyzed reaction, and then solidifying the product, The method for surface modification of monolithic silica according to claim 1, wherein the low-molecular compound dissolved in advance during gel preparation is thermally decomposed by heating the wet gel, followed by drying and heating. 官能基がイオン交換基、キラル分離基である請求項1記載のモノリス型シリカの表面修飾法。 The method for modifying the surface of a monolithic silica according to claim 1, wherein the functional group is an ion exchange group or a chiral separation group. 試薬の固定化を通液法またはバッチ法で行うことを特徴とする請求項1記載のモノリス型シリカの表面修飾法。 The method for modifying the surface of monolithic silica according to claim 1, wherein the reagent is immobilized by a liquid method or a batch method.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103769063A (en) * 2014-01-28 2014-05-07 中国人民解放军第四军医大学 Dual-tooth chiral chromatography silane containing tartaric acid skeleton and chiral stationary phase
JP2014148456A (en) * 2013-01-13 2014-08-21 Kyoto Univ Macro-porous monoliths, method for producing the same, and use of the same
JPWO2014083729A1 (en) * 2012-11-30 2017-01-05 国立大学法人京都大学 Macroporous monolith and method for producing the same

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