JP4524358B2 - 光学活性な高分子化合物 - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は側鎖にフルオレン残基等の芳香族基を有する高分子化合物に関し、特に該芳香族基のねじれたスタッキング螺旋構造により光学活性を示し、HPLC用光学活性固定相や偏光吸収・発光材料として有用な高分子化合物、及びそれを用いた固定相材料に関する。
【背景技術】
【0002】
中野(非特許文献1)にあるように、ジベンゾフルベンが重合し、ポリマーが得られることは既に知られていた。しかしながら、この場合には、光学活性種を含まない重合開始剤が使用されていた為に、光学活性を示すことはなかった。一方、化学総論(非特許文献2)にあるように、ポリメタクリル酸トリフェニルメチルが光学活性を示すことが知られている。
【非特許文献1】
第48回高分子討論会予稿集、48,(7),1279(1999)
【非特許文献2】
化学総論 No.18、page 129−136(1993)
【0003】
しかしながらこのポリマーは耐溶剤性が低く、HPLC用光学活性固定相に用いるには問題があった。また、光学活性マレイミドポリマーが知られている(特許文献1)が、この場合には耐溶剤性に優れるものの、分離能が低いという欠点があった。
【特許文献1】
特開2001−106729
【0004】
そこで本発明者は、耐溶剤性が高い前記ジベンゾフルベン若しくはその類似化合物のポリマーに光学活性を付与することについて鋭意検討した結果、ジベンゾフルベン若しくはその類似化合物を、光学活性アルキル基を持つアニオン重合開始剤やキラルリガンドを併用したアニオン重合開始剤を用いて重合させた場合、又は光学活性な置換基を導入したジベンゾフルベン若しくはその類似化合物をアニオン重合開始剤で重合した場合には、主鎖がねじれた螺旋構造を有する為に、得られた高分子化合物が光学活性を有することを見出し、本発明に到達した。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って本発明の第1の目的は、耐溶剤性に優れると共に、光学活性を有する高分子化合物を提供することにある。
本発明の第2の目的は、HPLC用として好適な、耐溶剤性に優れた光学活性固定相を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の上記の諸目的は、ジベンゾフルベン又はその類似化合物の光学活性アルキル基を持つアニオン重合開始剤又はキラルリガンドを併用したアニオン重合開始剤を用いたアニオン重合によって得られた、若しくは、光学活性な置換基を有するジベンゾフルベン又はその類似化合物のアニオン重合開始剤を用いたアニオン重合によって得られた光学活性な高分子化合物であって、下記構造式1で表されることを特徴とする光学活性な高分子化合物によって達成された。
上記Arはベンゼン環、R1及びR2は水素原子であり、nは2以上の整数であるが2〜5,000であることが好ましく、特に4〜1,000であることが好ましい。
又、R 3及びR4は、水素原子又はアルキル基である。尚、R3、R4はそれぞれ2〜4個導入されていても良く、R3及びR4の各々は、それぞれ同一であっても異なっていても良いが、R 3 及びR 4 が同時に水素原子になることはない。
また、R3、R4は光学活性な官能基であっても良い。光学活性な官能基とは、不斉炭素を持つ官能基や、対称面を持たない、若しくはS2対称を持たない官能基のことである。
本発明の高分子化合物を光学活性固定相等に用いる場合には、構造式1で表される高分子化合物の内、特にR 3 及びR 4 が、水素原子、ペンチル基又はイソブチル基である、下記構造式2で表される高分子化合物が好ましい。
【0007】
本発明の光学活性な高分子化合物は耐溶剤性に優れており、HPLC用光学活性固定相や、偏光吸収、発光材料として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
請求項1に記載に記載された、下記構造式1で表される光学活性なポリマーを得る重合方法としては、光学活性アルキル基を持つアニオン重合開始剤や、キラルリガンドを併用したアニオン重合開始剤を用いたアニオン重合が好ましい。
上記Arはベンゼン環、R1及びR2は水素原子である。
nは2以上の整数であるが2〜5,000であることが好ましく、特に4〜1,000であることが好ましい。2未満ではスタッキング構造をとることが出来ず、5,000を越えると合成が困難となる。
【0010】
R3及びR4は、水素原子又はアルキル基であり、R 3 及びR 4 が同時に水素原子になることはない。
【0011】
本発明においては、特に、水素原子及び炭素数1〜20のアルキル基であることが好ましい。
【0012】
また、R3、R4は光学活性な官能基であっても良い。光学活性な官能基とは、不斉炭素を持つ官能基や、対称面を持たない、若しくはS2対称を持たない官能基のことである。
尚、R3、R4はそれぞれ2〜4個導入されていても良い。この場合、R3及びR4の各々は、それぞれ同一であっても異なっていても良い。
【0013】
前記した光学活性アルキル基を持つアニオン重合の開始剤とは、下記1及び2に示されるものであり、キラルリガンドを併用したアニオン重合開始剤とは下記3に示されるものである。
1.R*M
ここでR*は光学活性アルキル基、Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属であり、R*Mの具体例としては、例えば、(−)−メントキシカリウム、(+)−メントキシカリウムを挙げることが出来る。
【0014】
2.RR*NM及びRR*RM
ここでRはアルキル基、R*は光学活性アルキル基、Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属、Nは窒素原子であり、その具体例としては、例えば下記の化合物が挙げられる。
(RR*NM)
(RR*RM)
【0015】
3.ROM/キラルリガンド
ここで、Rはアルキル基、Oは酸素原子、Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属である。キラルリガンドとは、光学活性基を含むジアミノ化合物であって、2座型の配位子となり得る化合物のことである。具体例としては、例えば(+)−或は(−)−スパルテイン、(+)−或は(−)−1,4−ビス(ジメチルアミノ)−2,3−ジメトキシブタン、(+)−或は(−)−(1−ピロリジニルメチル)ピロリジン、(+)−或は(−)−(4S)−2,2’−(1−エチルプロピリデン)ビス[4−(1−フェニルエチル)−4,5−ジハイドロオキサゾール]などが挙げられる。
【0016】
4.RM/R’XM’錯体
ここで、Rはアルキル基、Xは酸素あるいは窒素原子、Mはアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属である。R’は光学活性基である。M’はMと同一のあるいは異なるアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属である。R’Xの具体例としては例えば、(+)−あるいは(−)−メントキシ基、1−フェニルエチルアミノ基、1−ナフチルエチルアミノ基、2−(1−ピロリジニルメチル)ピロリジン−1−イル基等である。
【0017】
上記アニオン重合開始剤は単独で用いても、数種類併用しても良い。構造式1のR3 及びR 4 が光学活性でない置換基である場合は、これらのアニオン重合開始剤を用いる事が必要である。しかしながら、構造式1のR3、R4として光学活性な置換基を導入したモノマーを使用する場合には、通常の光学活性でない重合開始剤を用いて重合しても良いが、やはり、光学活性である上記開始剤を用いる方が良い。即ち、光学活性でない重合開始剤を用いた場合でも、光学活性な置換基同士の相互作用により、ポリマーの側鎖のスタッキング構造がねじれることにより安定な光学活性を示すポリマーが得られる。
【0018】
本発明のポリマーの分子量は、数平均分子量で500〜100万であることが好ましい。分子量が500以下では耐溶剤性が低く、また、100万以上となるように重合することは困難である。分子量の分散度は、1〜3であることが好ましく、特に1〜2であることが好ましい。3以上ではHPLC(高速液体カラムクロマトグラフィー)用のカラム固定相として用いた場合に、分離能が悪くなる。
【0019】
本発明のポリマーは他の重合性化合物との共重合体であってもよい。上記他の重合性化合物はアニオン重合する化合物であることが好ましい。その具体例としては、例えばアクリレート、メタクリレート、アクリル酸N,N−ジメチルアミノエチル、アクリル酸N,N−ジエチルアミノエチル、アクリル酸N,t−ブチルアミノエチル等のアクリル酸アミノアルキルエステル;(メタ)アクリロニトリル;ブタジエン;イソプレン;塩化ビニル;塩化ビニリデン;酢酸ビニル;ビニルケトン;N−ビニルピロリドン;ビニルピリジン;(メタ)アクリルアミド;ジビニルベンゼン;α−メチルスチレン、ビニルトルエン、クロロスチレン、t−ブチルスチレン、スチレン等に代表されるスチレン系単量体;フマル酸;マレイン酸;イタコン酸;フタル酸;フマル酸のモノアルキルエステル、フマル酸のジアルキルエステル;マレイン酸のモノアルキルエステル、マレイン酸のジアルキルエステル;イタコン酸のモノアルキルエステル、イタコン酸のジアルキルエステル;フタル酸のモノアルキルエステル、フタル酸のジアルキルエステルなどが挙げられる。また、共重合は、ブロック共重合であることが好ましい。
更に、2官能以上の重合性化合物を共重合してもよい。これにより、耐溶剤性等の物性を向上させることができる。また、光重合性官能基を持つ重合性化合物を共重合し、重合後光により架橋させてもよい。
【0020】
請求項7に記載した固定相材料とは、本発明の高分子化合物の粉末自身、又は粒状担体表面に本発明の高分子化合物を被覆してなる材料であり、主なものとしては下記のものを挙げることが出来る。
1.請求項1、2に記載されたポリマーであって、溶剤に不溶なポリマーを粉砕した材料。特に粒径が均一であることが好ましい。
2.請求項1、2に記載されたポリマーを、シリカゲル、またはアルミナの表面に担持、もしくは化学結合させた材料。
3.請求項1、2に記載されたポリマーを、ポリスチレンビーズ表面に担持、もしくは化学結合させた材料。
【0021】
以下、本発明を実施例によって更に詳述するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
【実施例1】
【0022】
(メントキシカリウムによるジベンゾフルベンの重合)
<開始剤(メントキシカリウム)の調製>
フレームドライし、窒素置換したアンプル管にKH(パラフィン中に懸濁したもの)(0.3g)を入れた。その反応管に乾燥THF(10ml)を加え、KHからパラフィンを洗い流し、上澄み液をシリンジで抜き出す操作を3回繰り返した後、真空乾燥した。反応管に(−)−メントール(312.5mg,2.00mモル)及び乾燥THF(9.6ml)を入れ、まず室温で2時間、その後50℃で3時間反応させた。反応混合液のうち、上澄み部分を重合開始剤として用いた。
【0023】
<重合反応>
フレームドライし、窒素置換したアンプル管にジベンゾフルベンの乾燥THF溶液(0.46M,4.4ml,2.02mmol)を入れ、さらに乾燥THF(3.8ml)を加えて希釈した。溶液を−78℃に冷却した後、上述の方法で調製したメントキシカリウム(0.2M,2.0ml)のTHF溶液を加えて重合を開始し、−78℃で24時間静置した。24時間後、反応混合溶液を−78℃に保ったままMeOH(0.2ml)を加え、重合を停止させた。
【0024】
反応混合物の一部をCDCl3で希釈して1H−NMR測定を行い、内部標準としての溶媒のピークの吸収と、残存モノマーのビニルプロトンの吸収の強度比からモノマーの転化率を決定した(モノマー転化率:>99%)。反応混合溶液から溶媒を留去して得られた粗生成物をTHF不溶分(285.8mg,68%)と可溶分に分け、THF可溶分にさらにMeOHを加えて再沈殿させ、MeOH不溶分(35.0mg,8%)を得た。
THF可溶−MeOH不溶分:分子量,Mn=1070,Mw/Mn=1.47(GPC,vs.ポリスチレン);
吸収スペクトル,e=1960(300nm),e=5739(264nm),e=4559(241nm)[THF,25℃];
円偏光二色性分散,[θ]=176(300nm),[θ]=−738(264nm):[θ]=962(241nm)[THF,25℃];
旋光度:[α]365=0°(THF,C=0.30,23℃)[参考データ((−)−メントールの旋光度):[α]365=−149°(THF,C=0.49,22℃)]。
【0025】
次に、上記実験で得られたポリマーのCDスペクトルと、ねじれ構造を仮定して理論計算により得たCDスペクトルを比較することにより、ねじれ構造を証明した。
理論計算1:まず開始末端のモデル化合物として9−メントキシ−9−メチルフルオレンの再安定コンホメーションをMMFF力場を用いたモンテカルロ計算により求めた。計算にはSchroedinger社のMacroModelを用いた。その構造に対して予想されるCDスペクトルを半経験的分子軌道法INDO/Sにより計算した(図1A)。計算にはコロラド大学のJ.Downing氏より提供をうけたプログラムを用いた(G.Bringmann,等J.Am.Chem.Soc.,123,2703−2711)。次に、ポリマーのモデルとして2量体を発生させ、2面角Φ1及びΦ2が175°、170°、160°、150°の4つのモデルについて予想されるCDスペクトルを、半経験的分子軌道法INDO/Sにより計算した(図1B−E)。
【0026】
実測スペクトル(図1F)と開始末端モデルのスペクトル(図1A)とは全く異なっていることから、実験で得られたポリマーのCDスペクトルは末端のメントキシ基に基くものではなく、主鎖のねじれ(螺旋構造)に基くものであることが分かる。更に、図1Fのスペクトルは図1CDとよく一致することから、主鎖のねじれは170°〜160°の2面角を持つことが明らかである。
【実施例2】
【0027】
(Sp−FlLiによる2,7−n−ペンチル2DBFの不斉重合).
<開始剤の調製>
フレームドライした後窒素置換したアンプル管中で、フルオレン(169.0mg,1.02mモル)を乾燥トルエン(4.0ml)に溶かし、得られた溶液にn−BuLi(1.6M,0.64ml)をゆっくりと加えた。室温で30分後に(−)−スパルテイン(0.28ml)を入れて振とう攪拌した後、10分間静置したものを開始剤溶液として使用した。
【0028】
<重合>
フレームドライした後窒素置換したアンプル管に、2,7−ジ−ペンチルジベンゾフルベンの乾燥ヘキサン溶液(0.97M,1.05ml,1.02mモル)を入れ、ヘキサンを留去した。乾燥トルエン(4.5ml)を加えてモノマーを溶解した後、溶液を−78℃に冷却し、既に調製した開始剤溶液(0.2M,0.25ml)を加えて重合を開始した。重合反応は−78℃で24時間行なった。反応混合溶液を−78℃に保ったまま、MeOH(0.2ml)を加えて重合を停止させた。
【0029】
反応混合物の一部をCDCl3で希釈して1H−NMR測定を行い、内部標準としての溶媒のピークの吸収と、残存モノマーのビニルプロトンの吸収の強度比からモノマーの転化率を決定した(モノマー転化率:80%)。
反応混合溶液から溶媒を留去して得られた粗生成物をTHF不溶部(90.5mg,27%)と可溶分に分け、THF可溶分にMeOHを加えて再沈殿させ、MeOH不溶分(104.1mg,31%)を得た。
【0030】
THF可溶−MeOH不溶分:
分子量:Mn=3600,Mw/Mn=1.17(GPC,vs.ポリスチレン);
吸収スペクトル:e=11841(282nm),e=12212(274nm)[THF,25℃][参考データ(モノマー単位モデル、2,7−n−ペンチル2フルオレン):e=20436(282nm),e=28315(274nm)[THF,r.t.]];
発光スペクトル:λmax=403nm,[λEX.=282nm,THF,r.t.]][参考データ(モノマー単位モデル、2,7−n−ペンチル2フルオレン):λmax=315nm][Ex.=282nm,THF,r.t.];円二色性分散:[θ]=−73(318nm),[θ]=426(288nm),[θ]=−450(253nm)[THF,25℃];
旋光度[α]365=−16°(THF,C=0.40,22℃).
【実施例3】
【0031】
(Sp,DDB−FlLiによるiBu−DBFの重合).
<重合>
フレームドライした後窒素置換したアンプル管中で、2,7−ジ−イソブチルベンゾフルベン(291.0mg,1.00mmol)を乾燥トルエン(4.5ml)に溶解した。溶液を−78℃に冷却し、実施例2で調整した開始剤溶液(0.2M,0.25ml)を加えて重合を開始させた。重合反応は−78℃で24時間行なった。反応混合溶液を−78℃に保ったまま、MeOH(0.2ml)を加えて重合を停止させた。
【0032】
反応混合物の一部をCDCl3で希釈して1H−NMR測定を行い、内部標準としての溶媒のピークの吸収と、残存モノマーのビニルプロトンの吸収の強度比から、モノマーの転化率を決定した(モノマー転化率:41%)。反応混合溶液から溶媒を留去して得られた粗生成物を、THF不溶分(19.3mg,7%)と可溶分に分け、THF可溶分にMeOHを加えて再沈殿させることによりMeOH不溶分(120.1mg,40%)を得た。
【0033】
THF可溶−MeOH不溶分:
分子量:Mn=3300,Mw/Mn=1.10(GPC,vs.ポリスチレン);
吸収スペクトル:e=11244(294nm),e=10574(274nm)[THF,25℃][参考データ(モノマー単位モデル、2,7−イソブチル1−2−フルオレン):(e=7074(294nm),e=30021(274nm)[THF,r.t.]);
発光スペクトル:λmax=405nm[Ex.=294nm,THF,r.t.][参考データ(モノマー単位モデル、2,7−イソブチル2フルオレン);λmax=315nm[Ex.=294nm,THF,r.t.];
円二色性分散:[θ]=604(319nm),[θ]=−289(285nm),[θ]=500(255nm)][THF,25℃]:
旋光度:[α]365=+31°(THF,C=0.37,25℃)。
【実施例4】
【0034】
(実施例1で合成したポリマーによる不斉識別).
実験例1で合成したポリマーのうち、THF不溶部(10mg)を乳鉢で粉砕して1−mlのスクリューキャップ付きガラス製試料管に入れ、これにtrans−スチルベンオキシドのラセミ体、トレガー塩基、及びフラバノンのエタノール溶液(0.5mg/ml,100μl(溶質0.05mg))を加え、密封して室温(23℃)で静置した。溶液部分10mlを、キラルカラム(ダイセル社製、ChiralCel OD−H、溶離液ヘキサン/2−プロパノール(95/5))を装備したHPLCで分析し、吸着量と溶液成分の光学純度を決定し、分離係数α1及びα2を算出した(表1)。
【0035】
表中の分離係数は下式に従って、2つの定義に基いて計算した。ポリマーは何れのラセミ体に対しても不斉識別能を示した。
但し、
溶液中のより多い対掌体(%)
=(100−吸着率(%))×(100+|溶液中の試料の光学純度|)/2×1/100
溶液中のより少ない対掌体(%)
=(100−吸着率(%))×(100−|溶液中の試料の光学純度|)/2×1/100
α2=(溶液中のより多い対掌体(%))/(溶液中のより少ない対掌体(%))
【0036】
比較例1.
得られたジベンゾフルベン0.5mモルを30分間真空乾燥した後、蒸留、脱気したTHF3mlに溶解した後、重合開始剤としてn−BuLiを0.025mモル加え、−78℃で24時間反応させた。メタノール2mlを加えて反応を停止させた後、ヘキサン不溶部を遠心分離により取り出した。
実施例と同様に旋光度を測定したところ、旋光度は0°であった。
【0037】
【産業上の利用可能性】
本発明の光学活性な高分子化合物は耐溶剤性に優れており、HPLC用光学活性固定相や偏光吸収 発光材料として有用である。
【図面の簡単な説明】
【0038】
【図1】 開始末端モデル(A)とポリマーモデルの2量体Bの理論CDスペクトル、及び、実施例で得られたポリマーの実測CDスペクトル(F)である。
Claims (8)
- ジベンゾフルベン又はその類似化合物の光学活性アルキル基を持つアニオン重合開始剤又はキラルリガンドを併用したアニオン重合開始剤を用いたアニオン重合によって得られた、若しくは、光学活性な置換基を有するジベンゾフルベン又はその類似化合物のアニオン重合開始剤を用いたアニオン重合によって得られた光学活性な高分子化合物であって、下記構造式1で表されることを特徴とする光学活性な高分子化合物;
但し、式中のArはベンゼン環、R1及びR2は水素原子、R3及びR4はそれぞれ2〜4個導入されていても良い、水素原子又はアルキル基であって、R 3及びR4の各々は、それぞれ同一であっても異なっていても良いが、同時に水素原子になることはない。また、nは2以上の整数である。 - 数平均分子量が500〜100万である、請求項1又は2に記載された光学活性な高分子化合物。
- 分子量の分散度が1〜3である、請求項3に記載された光学活性な高分子化合物。
- 高分子が、2官能以上の重合性化合物の共重合体である、請求項1又は2に記載された光学活性な高分子化合物。
- 高分子が、架橋された高分子である、請求項1又は2に記載された光学活性な高分子化合物。
- 請求項1又は2に記載された高分子化合物を用いてなることを特徴とする固定相材料。
- 請求項1又は2に記載された高分子化合物を、シリカゲル、アルミナ又はポリスチレンビーズ表面に担持、もしくは化学結合させてなることを特徴とする、請求項7に記載された固定相材料。
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