JP2006521263A - ククルビツリルが結合したシリカゲル - Google Patents

ククルビツリルが結合したシリカゲル Download PDF

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Abstract

ククルビツリルが結合したシリカゲル、及びその使用を提供する。ククルビツリルが結合したシリカゲルは、大気汚染物質及び水汚染物質の除去、並びに生物学的、有機、無機、またはイオン性物質の分離及び精製に有用である。

Description

本発明はククルビツリルが結合したシリカゲルに関する。さらに詳細には、本発明は、大気汚染物質または水質汚染物質の除去、並びに生物学的、有機、無機、またはイオン性物質の分離及び精製に有用なククルビツリルが共有結合したシリカゲル、及びその調製方法に関する。
一般に、カラム充填物質は、様々な試験サンプルを分離や精製する上での固定相として使用される物質である。様々な化合物がシリカゲルに結合した様々なカラム充填物質が、固定相として開発されてきた。クラウンエーテル（大韓民国特許第０２６３８７２号）及びシクロデキストリン（米国特許第４，５３９，３９９号）は、シリカゲルに結合する代表的な物質として知られている。クラウンエーテルまたはシクロデキストリンが結合したシリカゲルは、様々な有機またはイオン性化合物との選択的な非共有相互作用による試験サンプルの分離において、分離固定相として用いられている。
シクロデキストリンのように、ククルビツリルは親水性及び疎水性の空洞が存在するため、様々な化合物に対して保持能力を持つことが知られている。しかし、シクロデキストリンとは異なり、ククルビツリルは空洞の入り口にカルボニル基を有しており、そのため、電荷―極性相互作用、極性―極性相互作用、または水素結合によって様々なイオン性化合物、及び高い極性を有する化合物を保持できる。そのため、ククルビツリルは、例えば、ガス状化合物、脂肪族化合物及び芳香族化合物のような有機化合物、殺虫剤、除草剤、アミノ酸、核酸、イオン性化合物、金属イオン、または有機金属イオンなど様々な化合物に対する保持能力を持っている（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，２００１，１２３，１１３１６；欧州特許第１０９４０６５号：Ｊ．Ｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．，１９８６，５１，１４４０）。
ホルストグループ（欧州特許第１２１０９６６Ａ１号明細書）は、ククルビツリル、シクロデキストリンなどの混合物が、エアコンのガスフィルター及び電気掃除機のフィルターとして使われ得ることを報告した。しかし、この場合、ククルビツリル及びシクロデキストリンからの汚染物質の分離は難しく、フィルターのリサイクリングが難しい。
一般的な分離及び精製のためのククルビツリルまたはシクロデキストリンの使用に関して、分離及び精製がなされる試験サンプルとククルビツリル、またはシクロデキストリンの混合物は、移動相に導入される。この場合、汚染物質が残留しているククルビツリルまたはシクロデキストリンは移動相で溶解するため、ククルビツリルまたはシクロデキストリンの移動相からの複雑な分離工程が必要とされる。
その際、移動相中のククルビツリル及びシクロデキストリンに対して不溶性を有し、様々な試験サンプルに対して、優れた選択的な分離能力を有する新規化合物が必要とされる。
本発明は、ククルビツリルが結合したシリカゲルを提供する。
本発明はまた、ククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲルを提供する。
さらに本発明は、ククルビツリルが結合したシリカゲルを含むカラム充填物質、またはフィルターを提供する。
また本発明は、カラム充填物質またはフィルターの使用を提供する。
図面の簡単な説明
図１は、本発明の適用例１に従って、アミノ酸の分離の結果を示している。
本発明の一態様によれば、化学式１のククルビツリルが化学式２の修飾シリカゲルに結合した、ククルビツリルが結合したシリカゲルが提供される：
Figure 2006521263
式中、ｎは４〜２０の整数であり、それぞれのＲ１は独立して、不飽和結合末端を有するＣ２〜Ｃ２０のアルケニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルスルファニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるアミノアルキルオキシ基、またはアルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるヒドロキシアルキルオキシ基であり、及び、
Figure 2006521263
式中、Ｒ２はこれらに限定されないが、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルチオール基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルアミン基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるエポキシアルキルオキシアルキル基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソシアネート基、またはアルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソチオシアネート基である。
本発明の別の態様によれば、上記化学式１のククルビツリルを下記化学式３のシラン化合物と結合させた後、下記化学式２ａのシリカゲルに結合することによって得られるククルビツリルが結合したシリカゲルが提供される：
Figure 2006521263
式中、Ｙはこれらに限定されないが、チオール基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基、またはイソチオシアネート基であり、ａは１〜１０の整数であり、ＲはＣ１〜Ｃ１０のアルコキシ基、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基、またはハロゲン原子であり、及び、
Figure 2006521263
式中、Ｒ２はＯＨである。
本発明の別の態様によれば、上記化学式１のククルビツリル及び下記化学式８のシクロデキストリンが上記化学式２の修飾シリカゲルに結合した、ククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲルが提供される：
Figure 2006521263
式中、Ｒ３はヒドロキシル基、または置換されたもしくは非置換のＣ１〜Ｃ２０のアルキル部分を有するアルケニルオキシ基であり、ｋは６〜８の整数である。
本発明のさらに別の態様によれば、ククルビツリル、またはククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲルを含む、カラム充填物質またはフィルターが提供される。
本発明のさらに別の態様によれば、親水性のアミノ酸、アルカロイド、タンパク質、核酸、光学活性もしくは非光学活性の非対称物質、薬品、イオン性物質、アミン、またはガス状の化合物を分離するための、カラム充填物質またはフィルターの使用が提供される。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明によれば、下記化学式１で表される適切な官能基を有するククルビツリル誘導体は、シリカゲルと共有結合するために使われる。
Figure 2006521263
式中、ｎは４〜２０の整数、特に５〜８の整数であり、及びそれぞれのＲ１は独立して、不飽和結合末端を有するＣ２〜Ｃ２０のアルケニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルスルファニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であり、特にＣ１〜Ｃ８であるアミノアルキルオキシ基、またはアルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であり、特にＣ１〜Ｃ８であるヒドロキシアルキルオキシ基である。
化学式１中、右側の化学式は、対応する左側の化学式を簡単にした構造式である。ただ２つのＲ１のみが化学式１中に示されているが、ｎに相当するようにＲ１の数は増える。例えばｎが６の場合、Ｒ１の総数は１２となる。
化学式１中、不飽和結合末端を有するＣ２〜Ｃ２０のアルケニルオキシ基は、アリルオキシ基またはプロピレニルオキシ基であり得、カルボキシアルキルスルファニルオキシ基は、３−カルボキシエチルスルファニルプロピルオキシ基または３−カルボキシブチルスルファニルプロピルオキシ基であり得、カルボキシアルキルオキシ基は、２−カルボキシエチルオキシ基または４−カルボキシブチルオキシ基であり得、アミノアルキルオキシ基は、２−アミノエチルオキシ基または４−アミノブチルオキシ基であり得、及びヒドロキシアルキルオキシ基は、２−ヒドロキシエチルオキシ基または３−ヒドロキシプロピルオキシ基であり得る。
ヒドロキシククルビツリルまたはその母核であるククルビツリルは、上記化学式１のククルビツリル誘導体のための合成物質として使用される。ヒドロキシククルビツリル及びククルビツリルの例は、本出願人らが出願した大韓民国特許出願第０２−６８３６２号、第０２−３１８号、第０１−５７５７３号、第０１−３９７５６号、及び第００−３３０２６号において、それらの構造式及び合成方法とともに開示されており、これらの開示は参照により本発明の全体に組み込まれる。
化学式１のククルビツリル誘導体は、所望の化合物を得るために様々な官能基で末端が修飾された、下記化学式２のシリカゲルに共有結合している。
Figure 2006521263
式中、Ｒ２は所望の目的に従った様々な官能基のいずれか一つであり、好ましくは、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であり、特にＣ３〜Ｃ８であるアルキルチオール基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であり、特にＣ３〜Ｃ８であるアルキルアミン基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であり、特にＣ３〜Ｃ８であるエポキシアルキルオキシアルキル基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であり、特にＣ３〜Ｃ８であるアルキルイソシアネート基、またはアルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であり、特にＣ３〜Ｃ８であるアルキルイソチオシアネート基である。
アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルチオール基は、３−メルカプトプロピル基または５−メルカプトペンチル基であり得、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルアミン基は、３−アミノプロピル基または５−アミノペンチル基であり得、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるエポキシアルキルオキシアルキル基は、グリシドキシプロピル基であり得、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソシアネート基は、３−イソシアナート−プロピル基または５−イソシアナートペンチル基であり得、アルキル部分がＣ３〜Ｃ８であるアルキルイソチオイソシアネート基は、３−［３−（４−イソチオシアナート−フェニル）チオウレイド］−プロピル基であり得る。
上記化学式２の修飾シリカゲルは、公知の合成方法により調製され得る（米国特許第４，５３９，３９９号；Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒ．，６２８（１９９３），１１；Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ Ｌｅｔｔ．，２６（１９８５），３３６１）。
例えば、化学式２の修飾シリカゲルは、チオール、アミン、及びエポキシ基のような官能基を末端に有するシランと、カラム精製に使用されるコーティングをしていないシリカゲルとを反応させることにより、合成され得る。
本発明のククルビツリルが結合したシリカゲルは、化学式１のククルビツリル誘導体と化学式２の修飾シリカゲルとを共有結合させることにより合成され得る。すなわち、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、またはアリル基などのククルビツリル誘導体の末端官能基Ｒ１と、アミノ基、エポキシ基、またはチオール基などの修飾シリカゲルの末端官能基Ｒ２との反応によって、化学式１のククルビツリル誘導体は化学式２の修飾シリカゲルに共有結合している。
本発明はまた、上記化学式１のククルビツリル誘導体を下記化学式３のシラン化合物と結合させた後、化学式２ａのシリカゲルに結合させることにより得られる、ククルビツリルが結合したシリカゲルを提供する：
Figure 2006521263
式中、Ｙはチオール基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基、またはイソチオシアネート基であり、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ＲはＣ１〜Ｃ１０のアルコキシ基、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基、またはハロゲン原子である。
Figure 2006521263
式中、Ｒ２はＯＨである。
アルコキシ基はメトキシ基またはエトキシ基であり得、アルキル基はメチル基またはエチル基であり得、ハロゲン原子はＣｌであり得る。
上記化学式３のシラン化合物の例は、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、及び３−グリシドキシプロピルトリエトキシシランを含む。
本発明のククルビツリルが結合したシリカゲルは、下記化学式の４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、及び１０ｂの化合物から選択され、それらの合成方法は今から記載される。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８である。
化学式４ａ及び４ｂの化合物は、ククルビツリル誘導体とシリカゲルとの間のスルフィド結合の形成、詳細には、チオール修飾シリカゲルと、Ｒ１がＣ２〜Ｃ８のアルケニル基である化学式１のアルケニルオキシククルビツリルとの間のラジカル反応によって得られる。アルケニルオキシククルビツリル中のアルケニルオキシ基のアルケニル部分は、ラジカル反応において、部分的または全体的に関与し得る。前者の場合は化学式４ａで表され、後者の場合は化学式４ｂで表される。
ラジカル反応による化学式４ａまたは４ｂの化合物の調製は、これに限定されるものではないが、（ａ）クロロホルム及びメタノールのような有機溶媒に、アルケニルオキシククルビツリルを溶解させる；（ｂ）反応混合物に触媒量のＡＩＢＮ（２，２−アゾビスイソブチロニトリル）を加え、その後得られた反応混合物をクリスタルガラスの管に入れる；（ｃ）反応混合物にチオール修飾シリカゲルを加える；（ｄ）反応混合物に窒素またはアルゴンを供給することによって、残留酸素を取り除く；（ｅ）反応混合物に紫外線を数日間、例えば３日間照射する；及び（ｆ）得られた溶液を過剰の有機溶媒で洗浄し、ろ過によって、ククルビツリルとスルフィド結合で結合したシリカゲルを得る、という工程を含む。
工程（ｅ）での紫外線の照射は、８０〜１２０℃に加熱することに置換され得る。
化学式４ａまたは４ｂの化合物はまた、次の方法によっても調製され得る。
Ｒがメトキシ基であり、ａが３であり、ＹがＳＨである化学式３の３−メルカプトプロピルトリメトキシシランは、Ｒ１がＣ２〜Ｃ８のアルケニルオキシ基である化学式１のアルケニルオキシククルビツリルとラジカル反応によって反応し、スルフィド結合を通じてシランが結合したククルビツリルを形成する。シランが結合したククルビツリルは化学式２ａのシリカゲルと混合され、及び化学式４ａまたは４ｂのスルフィド結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製するために、有機溶媒中で加熱される。有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、及びキシレンのような様々な溶媒から選択され得、加熱温度は有機溶媒の種類によって１００〜１５０℃から選択され得る。
Figure 2006521263
式中、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数であり、ＸはＣ２〜Ｃ２０の置換されたまたは非置換のアルキル部分を有するアルキルスルフィドアルキル基である。
化学式５ａまたは５ｂの化合物は、ククルビツリル誘導体とシリカゲルとの間のアミド結合の形成によって、詳細には、Ｒ１がＣ２〜Ｃ２０のカルボキシ末端アルキルオキシ基である化学式１のカルボキシアルキルオキシククルビツリルと、アミノ修飾シリカゲルとの間のアミド結合の形成によって調製され得る。カルボキシアルキルオキシククルビツリルは、化学式１のＲ１が３−カルボキシブチルスルファニルプロピルオキシ基、または３−カルボキシブチルスルファニルオキシ基である化合物であり得る。
カルボキシアルキルオキシククルビツリル中にあるカルボキシル基は、アミド結合の形成において、部分的または全体的に関与し得る。前者の場合は化学式５ａで表され、後者の場合は化学式５ｂで表される。
詳細には、化学式５ａまたは５ｂの化合物の調製は、これに限定されるものではないが、（ａ）１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボイミド塩酸塩、及びＮ−ヒドロキシスクシンイミドまたはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを、カルボキシ末端ククルビツリルの蒸留Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液中に加える；（ｂ）アミノ修飾シリカゲルを反応混合物に加え、室温で１２時間以上攪拌する；（ｃ）得られたシリカゲルを水及び有機溶媒で洗浄し、乾燥させて、アミド結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製する、という工程を含む。
化学式５ａまたは５ｂはまた、次の方法によっても調製され得る。
Ｒがエトキシ基であり、ａが３であり、及びＹがＮＨ２である化学式３の３−アミノプロピルトリエトキシシランを、Ｒ１がＣ２〜Ｃ２０のカルボキシ末端アルキルオキシ基である化学式１のカルボキシアルキルオキシククルビツリルと反応させて、アミド結合を通してシランが結合したククルビツリルを形成する。シランが結合したククルビツリルは化学式２ａのシリカゲルと混合され、化学式５ａまたは５ｂの、アミド結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製するために、有機溶媒中で加熱される。有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、及びキシレンのような様々な溶媒から選択され得、加熱温度は有機溶媒の種類によって１００〜１５０℃から選択され得る。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数である。
化学式６ａ及び６ｂの化合物は、ククルビツリル誘導体とシリカゲルとの間のエーテル結合の形成によって、詳細には、Ｒ１がＣ２〜Ｃ２０のヒドロキシル基末端アルキルオキシ基であるヒドロキシアルキルオキシククルビツリルと、エポキシ修飾シリカゲルとの間の求核置換反応によって調製され得る。ヒドロキシアルキルオキシククルビツリル中にあるヒドロキシル基は、求核置換反応において、部分的または全体的に関与し得る。前者の場合は化学式６ａで表され、後者の場合は化学式６ｂで表される。
求核置換反応による化学式６ａまたは６ｂの化合物の調製は、（ａ）ジメチルホルムアミド溶媒へヒドロキシアルキルオキシククルビツリルを添加する；（ｂ）反応混合物中へエポキシ修飾シリカゲル、及び触媒量の三塩化ホウ素を徐々に加える；（ｃ）室温で１〜２４時間の反応混合物の攪拌後、約６０〜１００℃、特に約８５℃で１〜２４時間さらに攪拌する；及び（ｄ）得られたシリカゲルを水及び有機溶媒で洗浄し、乾燥させて、エーテル結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製する、という工程を含む。
化学式６ａまたは６ｂはまた、次の方法によっても調製され得る。
Ｒがメトキシ基であり、ａが３であり、Ｙがグリシドキシ基である化学式３の３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを、Ｒ１がＣ２〜Ｃ２０のヒドロキシル基末端アルキルオキシ基である、化学式１のヒドロキシアルキルオキシククルビツリルと求核置換反応により反応させて、エーテル結合を通してシランが結合したククルビツリルを形成する。シランが結合したククルビツリルは化学式２ａのシリカゲルと混合され、化学式６ａまたは６ｂの、エーテル結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製するために、有機溶媒中で加熱される。有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、及びキシレンのような様々な溶媒から選択され得、加熱温度は有機溶媒の種類によって１００〜１５０℃から選択され得る。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数である。
化学式７ａ及び７ｂの化合物は、ククルビツリル誘導体とシリカゲルとの間のアミド結合の形成によって、詳細には、Ｒ１がＣ１〜Ｃ２０のアミノ末端アルキルオキシ基であるアミノアルキルオキシククルビツリルと、エポキシ修飾シリカゲルとの間の求核置換反応によって調製され得る。アミノアルキルオキシククルビツリル中に存在するアミノ基は、求核置換反応において、部分的または全体的に関与し得る。前者の場合は化学式７ａで表され、後者の場合は化学式７ｂで表される。
求核置換反応による化学式７ａまたは７ｂの化合物の調製は、（ａ）リン酸緩衝液（ｐＨ７〜１０）へアミノアルキルオキシククルビツリルを溶解させる；（ｂ）反応混合物中へエポキシ修飾シリカゲルを添加する；（ｃ）室温で１〜２４時間、反応混合物を攪拌する；及び（ｄ）得られたシリカゲルを水及び有機溶媒で洗浄し、乾燥させて、アミノ結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製する、という工程を含む。
化学式７ａまたは７ｂの化合物はまた、次の方法によっても調製され得る。
Ｒがメトキシ基であり、ａが３であり、Ｙがグリシドキシ基である化学式３の３−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを、Ｒ１がＣ２〜Ｃ２０のアミノ末端アルキルオキシ基である、化学式１のアミノアルキルオキシククルビツリルと求核置換反応により反応させて、アミノ結合を通してシランが結合したククルビツリルを形成する。シランが結合したククルビツリルは化学式２ａのシリカゲルと混合され、化学式７ａまたは７ｂの、アミノ結合によってククルビツリルと連結したシリカゲルを調製するために、有機溶媒中で加熱される。有機溶媒は、ベンゼン、トルエン、及びキシレンのような様々な溶媒から選択され得、加熱温度は有機溶媒の種類によって１００〜１５０℃から選択され得る。
好ましくは、本発明によるシリカゲルと共有結合したククルビツリルは、残留不純物を取り除くため水及び有機溶媒で十分に洗浄した後、さらに乾燥及び精製される。
本発明はまた、ククルビツリル及びシクロデキストリンとの両方が結合したシリカゲルを提供する。
すなわち、本発明は、上記化学式１のククルビツリル誘導体及び下記化学式８のシクロデキストリンが、上記化学式２の修飾シリカゲルと共有結合して、ククルビツリル及びシクロデキストリンの両方が結合したシリカゲルを提供する。
Figure 2006521263
式中、ｋは６〜８の整数であり、Ｒ３はヒドロキシル基、または置換されたもしくは非置換のアルケニル部分がＣ１〜Ｃ２０、特にＣ１〜Ｃ８であるアルケニルオキシ基である。
置換されたまたは非置換のアルケニル部分がＣ１〜Ｃ２０であるアルケニルオキシ基は、アリロキシ基またはプロピレニルオキシ基であり得る。
化学式８のシクロデキストリンは、アルファシクロデキストリン、ベータシクロデキストリン、またはガンマシクロデキストリンであり得、そしてそれらは非置換かまたは末端がアルケニル基で置換されている。
アルケニルオキシ末端シクロデキストリンは、Ｒ３がヒドロキシル基である化学式８のシクロデキストリンとハロゲン化アルケニルとの間のアルキル化によって合成され得る。アルケニルオキシ基は、プロピレニルオキシ基またはブテニルオキシ基であり得る。
本発明による、ククルビツリル及びシクロデキストリンの両方が結合したシリカゲルの例は、下記化学式９ａ、９ｂ、１０ａ、及び１０ｂで表される化合物を含む。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数である。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数である。
化学式９ａ及び９ｂの化合物は、化学式１のククルビツリル誘導体及び化学式８のシクロデキストリン誘導体と、修飾シリカゲルとのスルフィド結合形成、詳細にはアリルオキシククルビツリル及びアリルシクロデキストリンとチオール修飾シリカゲルとのラジカル反応によって、調製され得る。ラジカル反応は、化学式４ａ及び４ｂの化合物の調製において上に記述した通りである。ククルビツリル誘導体及びシクロデキストリン誘導体のそれぞれに存在するアリル基は、部分的または全体的にラジカル反応に関与し得る。前者の場合は化学式９ａで表され、後者の場合は化学式９ｂで表される。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数である。
Figure 2006521263
式中、ａは１〜１０の整数、特に３〜８の整数であり、ｂは２〜２０の整数、特に２〜８の整数である、及び、
Figure 2006521263
化学式６ａ及び６ｂの化合物の調製と同様に、化学式１０ａ及び１０ｂの化合物は、触媒量の三塩化ホウ素の存在下、ヒドロキシル基末端ククルビツリル及びシクロデキストリンと、グリシドキシプロピルシリカゲルのようなエポキシ修飾シリカゲルとのエーテル化反応によって調製され得る。ククルビツリル及びシクロデキストリンの末端ヒドロキシル基は、部分的または全体的にエーテル化反応に関与し得る。前者の場合は化学式１０ａで表され、後者の場合は化学式１０ｂで表される。
本発明はまた、上に記載したククルビツリルが結合したシリカゲルを含むカラム充填物質、及びその使用を提供する。
スラリーを作るために、ククルビツリルまたはククルビツリル及びデキストリンが結合したシリカゲルの中へ有機溶媒が添加され、それから鋼管に充填される。その後、有機溶媒は、鋼管を通して１〜２時間かけて流出される。鋼管は、分離の目的のために、ＨＰＬＣ（高速液体クロマトグラフィー）、ＣＥ（キャピラリー電気泳動）、またはＣＥＣ（キャピラリー界面導電クロマトグラフィー）の装置に装着される。使用され得る有機溶媒は、アセトニトリル、メタノール、またはそれらの混合物である。メタノールに対するアセトニトリルの混合比は、１：１０〜１０：１の範囲であり得る。鋼管は、分離目的のための適したサイズを持ち得る。好ましくは、直径が５０μｍ〜５ｍｍ、及び長さが５〜２０ｃｍの鋼管がマイクロカラムに使用され、直径が０．５〜２ｃｍ、及び長さが５〜２０ｃｍの鋼管が一般的なカラムに使用される。好ましくは、有機溶媒は化合物分離に使われる混合溶媒であり、使用前に約２時間以上かけて鋼管を通して流出される。ククルビツリル、またはククルビツリル及びシクロデキストリンと共有結合したシリカゲルは、カラム充填物質、またはフィルターに効果的に使われ得る。
詳細には、化学式４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、１０ａ、及び１０ｂはＨＰＬＣ、ＧＣ（ガスクロマトグラフィー）、ＳＦＣ（超臨界流体クロマトグラフィー）、ＣＥ、及びＣＥＣのような現代の分離技術において、カラム充填物質として使われ得る。それゆえ、生理学的に重要なアミノ酸、アルカロイド、タンパク質、核酸、光学活性または非光学活性の非対称物質、薬品、イオン性物質、アミン、及びガス状化合物が、効果的に分離され得る。
カラムシリカゲルまたは修飾されたカラムシリカゲルは、通常、カラムクロマトグラフィーにおいてカラム充填物質の固定相として用いられる。
ククルビツリル、またはククルビツリル及びシクロデキストリンと共有結合したシリカゲルは、有機分子、金属イオン、イオン性物質、または生理学的に有用な分子に対して良好な結合能力を有する環系を有しており、それゆえ、これらの化合物の分離及び精製において、効果的に使われ得る。すなわち、本発明によるシリカゲルが固定相であるカラム充填物質に使用されたとき、カラムクロマトグラフィーのカラムの分離能力は一層高められる。
本発明によるククルビツリル、またはククルビツリル及びシクロデキストリンと共有結合したシリカゲルは、芳香族化合物、染料、及び重金属イオンのような環境上有害な水汚染物質、または大気汚染物質の除去のためのフィルターとして効果的に使われ得る。
ここに使用されているように、Ｃ１〜Ｃ２０の置換されたまたは非置換のアルキル基は、直鎖状または分岐状でもよく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、オクチル基、またはデシル基であり、好ましくはＣ１〜Ｃ１２のアルキル基であり、より好ましくはＣ１〜Ｃ６のアルキル基である。アルキル基中の水素原子の１つ以上は、ハロゲン原子、ヒドロキシル基、シアノ基、アミノ基、またはニトロ基によって置換されていてもよい。
ここで、本発明は実施例によりさらに具体的に記載される。しかし、次に示す実施例は、例示のためにのみ提供されるのであり、それゆえ本発明は、それら実施例に限定されるものではない。
実施例１：スルフィド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がアルコキシ基である化学式１のアリルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇを、クロロホルム及びメタノール（７０：３０）の混合溶媒に溶解させ、その後、Ｒ２が３−メルカプトプロピル基である化学式２のチオール修飾シリカゲル２ｇ及びＡＩＢＮ（２，２−アゾイソブチロニトリル）１０ｍｇをそこへ加えた。反応混合物は、クリスタルガラス製の管内で窒素を供給することによって酸素の除去を受け、その後３日間、約３００ｎｍの波長の紫外線が照射された。反応終了後、得られた溶液はジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、メタノール、及びアセトンにより順次洗浄され、６０℃で１２時間乾燥され、ａ及びｂがそれぞれ３である化学式４ａの、スルフィド結合によってククルビツリルが連結されたシリカゲルを得た。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１５４．７、１３４．１、１１７．４、９８．４、６８．３、５２．６ ２９．０、４３．８、３５．０、２４．８、１３．５。
実施例２：スルフィド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がアリルオキシ基である化学式１のアリルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇを、クロロホルム及びメタノール（７０：３０）の混合溶媒に溶解させ、その後３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン６００ｍｌ及びＡＩＢＮ１０ｍｇをそこへ加えた。反応混合物は、クリスタルガラス製の管内で窒素を供給することによって酸素の除去を受け、その後２日間、約３００ｎｍの波長の紫外線が照射された。減圧下での溶媒のエバポレーションの後、化学式２ａの乾燥したシリカゲル１．５ｇ及びトルエン１０ｍｌが加えられ、１００℃で２０時間培養された。反応終了後、得られた溶液は、トルエン、クロロホルム、メタノール、アセトン、またはジエチルエーテルで洗浄され、その後６０℃で１２時間乾燥され、ａ及びｂがそれぞれ３である化学式４ａの、スルフィド結合によってククルビツリルが連結されたシリカゲルを得た。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１５４．７、１３４．１、１１７．４、９８．４、６８．３、５２．６ ２９．０、４３．８、３５．０、２４．８、１３．５。
実施例３：アミド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がカルボキシメチルスルファニルプロピルオキシ基であり、ｎが６である化学式１のカルボキシメチルスルファニルプロピルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇを、ジメチルホルムアミド５０ｍｌに溶解させ、その後１−エチル−３−（３−ジメチルアミノプロピル）カルボジイミド塩酸塩（ＥＤＡＣ）１５０ｍｇ、及びＮ−ヒドロキシスクシンイミド３ｍｇをそこへ加えた。Ｒ２が３−アミノプロピル基である化学式２のアミノ修飾シリカゲル２ｇを反応混合物に加え、室温で１２時間攪拌した。反応終了後、得られた溶液はジメチルホルムアミド、メタノール、水、及びアセトンで順次洗浄され、６０℃で１２時間乾燥され、ｂが３である化学式５の、アミド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルを得た。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１７６．４、１５５．１、９８．６、６６．４、４４．１、３１．３、２３．７、１１．６。
実施例４：アミド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がカルボキシメチルスルファニルプロピルオキシ基であり、ｎが６である化学式１のカルボキシメチルスルファニルプロピルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇを、ジメチルホルムアミド５０ｍｌに溶解させ、その後ＥＤＡＣ１５０ｍｇ、及びＮ−ヒドロキシスクシンイミド３ｍｇをそこへ加えた。Ｒが３−エチルオキシ基、ｎが３、及びＸがＮＨ２である化学式３の、３−アミノトリエトキシシラン１１０ｍｌを反応混合物に加え、室温で１２時間攪拌した。その後、１．５ｇの乾燥シリカゲルを反応混合物に加え、１１０℃で３０時間攪拌した。反応終了後、得られた溶液はジメチルホルムアミド、メタノール、水、及びアセトンで順次洗浄され、６０℃で１２時間乾燥され、ｂが３である化学式５ａの、アミド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルを得た。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１７６．４、１５５．１、９８．６、６６．４、４４．１、３１．３、２３．７、１１．６。
実施例５：エーテル結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がヒドロキシエチルオキシ基である化学式１の２−ヒドロキシエチルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇ、及びＲ２がグリシドキシプロピル基である化学式２のグリシドキシプロピルシリカゲル２ｇを、ジメチルホルムアミド４０ｍｌに溶解させ、その後触媒量の三フッ化ホウ素（ＢＦ３・Ｅｔ２Ｏ）をそこへ加えた。反応混合物を室温で２時間、及び８５℃で１２時間攪拌した。反応終了後、得られた溶液はジメチルホルムアミド、クロロホルム、メタノール、水、及びアセトンで順次洗浄され、６０℃で１２時間乾燥され、ａが３及びｂが２である化学式６ａの、エーテル結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルを得た。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１５６．３、９６．５、７４．４、６８．３、５２．０、４６．１、３９．５、２３．６、９．１。
実施例６：アミノ結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１が２−アミノエチルオキシ基である化学式１の２−アミノエチルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇ、及びＲ２がグリシドキシプロピル基である化学式２のグリシドキシプロピルシリカゲル２ｇを、リン酸緩衝溶液（ｐＨ８．８）２ｇに溶解させ、１２時間攪拌した。反応終了後、ろ過によってシリカゲルは回収された。その後、０．２Ｎ塩酸溶液１０ｍｌをシリカゲルに加え、３０分攪拌した。シリカゲルは水、アセトン、及びメタノールで順次洗浄され、６０℃で１２時間乾燥され、ａが３及びｂが２である化学式７ａの、アミノ結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルを得た。
実施例７：スルフィド結合によりククルビツリル及びシクロデキストリンと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がアリルオキシ基であるアリルオキシククルビツリル及び２，３，６−アリルオキシ−β−シクロデキストリンを、クロロホルム及びメタノール（３０：３０）の混合溶媒２００ｍｌに溶解させ、その後Ｒ２が３−メルカプトプロピル基である化学式２の３−メルカプトプロピルシリカゲル４ｇをそこへ加えた以外は実施例１と同様の方法で、ａが３、及びｂが３である化学式９ａの、スルフィド結合によりククルビツ［６］ウリル及びシクロデキストリンと連結したシリカゲルを合成した。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１５４．０、１３６．４、１１７．０、１０１．４、９７．４、８７．５、８２．１、７２．８、４２．４、３７．６、３２．２、２４．４、１３．０。
実施例８：エーテル結合によりククルビツリル及びシクロデキストリンと連結したシリカゲルの合成
Ｒ１がヒドロキシエチルオキシ基である化学式１の２−ヒドロキシエチルオキシククルビツ［６］ウリル１ｇ、β−シクロデキストリン１ｇ、及びＲ２がグリシドキシプロピル基である化学式２のグリシドキシプロピルシリカゲル１ｇを使った以外は実施例３と同様の方法で、ａが３、及びｂが２である化学式１０ａの、エーテル結合によりククルビツリル及びシクロデキストリンと連結したシリカゲルを合成した。
１３Ｃ−ＣＰ ＭＡＳ：δ＝１５６．４、１０３．２、８５．０、８１．６、７９．４、７７．１、７４．４、６８．３、５２．０、４６．１、３９．５、２３．６、９．１。
適用例１：ＨＰＬＣカラムチューブの調製
実施例２による化学式４ａの、スルフィド結合によりククルビツリルと連結したシリカゲルにメタノールを加えスラリーを作り、その後、長さ１０ｃｍ、直径４．５ｃｍの鋼管に充填した。次にメタノールを１時間で鋼管から流出させた。このように調製した鋼管は、ＨＰＬＣ装置に取り付けられた後、適切な溶媒を用いて、興味ある化合物を分離するために使われ得る。
適用例２：アミノ酸の分離
適用例２に準じる鋼管をＨＰＬＣ装置に取り付けた後、溶離液としてのアセトニトリル及び水の混合溶媒（３：７、体積で）を、２時間で鋼管を通して流出させた。トリプトファン、フェニルアラニン、及びチロシンの混合溶液を１ｍＬ／ｍｉｎの流速で溶離液中に注入した。トリプトファン、チロシン、及びフェニルアラニンのフラクションに対応するクロマトグラフの信号が、約２１４ｎｍのＵＶ検出器によって、４分４０秒、６分２０秒、及び８分３５秒にそれぞれ見られた。そのような３種のアミノ酸の分離結果は図１に示してある。
上記の実施例は、ククルビツリル／シクロデキストリンとシリカゲルとの間の特定の結合のみに関して図示、及び記述がされているが、ククルビツリル、またはククルビツリル及びシクロデキストリンと連結したシリカゲルの合成は、様々な種類の結合により可能であるということが、当業者によって理解されるであろう。
ククルビツリル、シクロデキストリンなどの単純な混合物とは異なり、本発明によるククルビツリル及び／またはシクロデキストリンと共有結合したシリカゲルは、共有結合のため一定のククルビツリルの含有量を含む固体の担体として、シリカゲルの再利用を可能にする。ククルビツリル及びシクロデキストリンは、固定相に溶解しないため容易に分離される。さらに、シリカゲルは、様々な共有結合の長さのタイプ、及び共有結合に関与する様々な官能基のタイプを有することができるため、様々な試験サンプルに対する選択的な分離能力を有する。それゆえ、ククルビツリルまたはククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲルなどの固体相は、分離及び精製技術における固定したカラム充填物質、または様々な汚染物質の除去におけるフィルターの様々なタイプに使われ得る。
本発明の適用例１に従って、アミノ酸の分離の結果を示している。

Claims (14)

  1. 化学式１のククルビツリルが化学式２の修飾シリカゲルに結合している、ククルビツリルが結合したシリカゲル：
    Figure 2006521263
     式中、ｎは４〜２０の整数であり、それぞれのＲ１は独立して、不飽和結合末端を有するＣ２〜Ｃ２０のアルケニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルスルファニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるアミノアルキルオキシ基、またはアルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるヒドロキシアルキルオキシ基であり、及び
    Figure 2006521263
     式中、Ｒ２はアルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルチオール基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルアミン基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるエポキシアルキルオキシアルキル基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソシアネート基、またはアルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソチオシアネート基である。
  2. 下記化学式１のククルビツリル誘導体を下記化学式３のシラン化合物と結合させ、その後下記化学式２ａのシリカゲルに結合することによって得られる、ククルビツリルが結合したシリカゲル：
    Figure 2006521263
     式中、ｎは４〜２０の整数であり、それぞれのＲ１は独立して、不飽和結合末端を有するＣ２〜Ｃ２０のアルケニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルスルファニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるアミノアルキルオキシ基、またはアルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるヒドロキシアルキルオキシ基であり、
    Figure 2006521263
     式中、Ｒ２はＯＨであり、及び、
    Figure 2006521263
     式中、Ｙはチオール基、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基、またはイソチオシアネート基であり、ａは１〜１０の整数であり、ＲはＣ１〜Ｃ１０のアルコキシ基、Ｃ１〜Ｃ１０のアルキル基、またはハロゲン原子である。
  3. 化学式４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、及び７ｂで表される化合物からなる群より選択されるいずれか一つである、請求項１に記載のククルビツリルが結合したシリカゲル：
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；
    Figure 2006521263
     式中、ｂは２〜２０の整数であり、Ｘは、置換されたもしくは非置換のＣ２〜Ｃ２０のアルキル部分を有するアルキルスルフィドアルキレン基、または置換されたもしくは置換のＣ２〜Ｃ２０のアルキレン基である；
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；及び、
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数である。
  4. 化学式４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、及び７ｂで表される化合物からなる群より選択されるいずれか一つである、請求項２に記載のククルビツリルが結合したシリカゲル：
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；
    Figure 2006521263
     式中、ｂは２〜２０の整数であり、Ｘは置換されたもしくは非置換のＣ２〜Ｃ２０のアルキル部分を有するアルキルスルフィドアルキレン基、または置換されたもしくは非置換のＣ２〜Ｃ２０のアルキレン基であり；
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；及び、
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数である。
  5. 下記化学式１のククルビツリル誘導体、及び下記化学式８のシクロデキストリンが、下記化学式２の修飾シリカゲルに結合している、ククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲル：
    Figure 2006521263
     式中、ｎは４〜２０の整数であり、それぞれのＲ１は独立して、不飽和結合末端を有するＣ２〜Ｃ２０のアルケニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルスルファニルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるカルボキシアルキルオキシ基、アルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるアミノアルキルオキシ基、またはアルキル部分がＣ１〜Ｃ２０であるヒドロキシアルキルオキシ基であり、
    Figure 2006521263
     式中、Ｒ２はアルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルチオール基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルアミン基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるエポキシアルキルオキシアルキル基、アルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソシアネート基、またはアルキル部分がＣ２〜Ｃ１０であるアルキルイソチオシアネート基であり、及び、
    Figure 2006521263
     式中、ｋは６〜８の整数であり、及びＲ３はヒドロキシル基、または置換されたもしくは非置換のＣ１〜Ｃ２０のアルケニル部分を有するアルケニルオキシ基である。
  6. 化学式９ａ、９ｂ、１０ａ、及び１０ｂで表される化合物からなる群より選択されるいずれか一つである、請求項５に記載のククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲル：
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数であり；及び、
    Figure 2006521263
     式中、ａは１〜１０の整数であり、ｂは２〜２０の整数である、及び、
    Figure 2006521263
  7. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のククルビツリルが結合したシリカゲルを含む、カラム充填物質。
  8. 請求項５または６に記載のククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲルを含む、カラム充填物質。
  9. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のククルビツリルが結合したシリカゲルを含む、フィルター。
  10. 請求項５または６に記載のククルビツリル及びシクロデキストリンが結合したシリカゲルを含む、フィルター。
  11. 親水性のアミノ酸、アルカロイド、タンパク質、核酸、光学活性もしくは非光学活性の非対称物質、薬品、イオン性物質、アミン、またはガス状の化合物を分離するための、請求項７に記載のカラム充填物質の使用。
  12. 親水性のアミノ酸、アルカロイド、タンパク質、核酸、光学活性もしくは非光学活性の非対称物質、薬品、イオン性物質、アミン、またはガス状の化合物を分離するための、請求項８に記載のカラム充填物質の使用。
  13. 親水性のアミノ酸、アルカロイド、タンパク質、核酸、光学活性もしくは非光学活性の非対称物質、薬品、イオン性物質、アミン、またはガス状の化合物を分離するための、請求項９に記載のフィルターの使用。
  14. 親水性のアミノ酸、アルカロイド、タンパク質、核酸、光学活性もしくは非光学活性の
    非対称物質、薬品、イオン性物質、アミン、またはガス状の化合物を分離するための、請求項１０に記載のフィルターの使用。
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