JP5616586B2

JP5616586B2 - カラムリアクター

Info

Publication number: JP5616586B2
Application number: JP2009059712A
Authority: JP
Inventors: 松川　公洋; 公洋松川; 聡行玉井; 紀生石塚; 大輔 ▲徳▼田
Original assignee: Osaka Municipal Technical Research Institute; Emaus Kyoto Inc
Current assignee: Osaka Municipal Technical Research Institute; Emaus Kyoto Inc
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: JP2010207777A

Description

本発明は、医薬品分野や小規模合成などの広範囲な有機合成反応分野に好適なカラムリアクターに関するものである。

三次元網目構造の連続した骨格と空隙とを有する多孔質体は一般的にポリマーモノリスやモノリス型多孔体と呼ばれており、主に高速液体クロマトグラフィー分野でカラムと呼ばれる分離媒体として用いられている。このような分離媒体としては、無機材料から形成されるシリカゲルと、有機材料から形成される有機ポリマーに大別される。シリカゲルの分離媒体は、溶媒による材料の膨潤が少なく、物質移動による拡散の影響が小さいことに特徴があるため、主に高性能分離媒体として用いられている。一方、有機ポリマーの分離媒体は、酸・アルカリ等のｐＨ耐久性に優れ、シリカで起こる生体系試料の非特異的吸着がないことに特徴があるため、環境分析や生体試料の分離に好適に用いられている。これにより、有機ポリマーの三次元網目構造の研究・開発は様々なされており、また各種の有機ポリマーをクロマトグラフィーの分離媒体として用いることも提案されており、実用化が検討されている。

カラムリアクターは、小規模の有機合成反応を行う上で非常に有利であり、医薬品業界のみならず、フローケミストリーという新しい学術分野においても、その開発が熱望されている。これらの分野に、ポリマーモノリスを用いたカラムリアクターの研究は、創薬を目的にヨーロッパを中心に行われているが、わが国では、あまり研究されていない。

非特許文献１では、粒子充填型高速液体クロマトグラフィー用カラムを用いた固定化触媒のリアクター用途について、エナンチオマ的に純粋な化合物の合成、検出システムとの組み合わせや超ミクロ定量分析、触媒特性及び生体触媒の安定性に及ぼす固定化の影響、化学薬品、製剤、臨床及び商品分野におけるプレカラム、ポストカラムまたは分析カラムにおける固定化触媒の反応容器の適用について紹介されているが、従来の高分子粒子充填型カラムを用いた場合、送液の際の溶媒による粒子の膨潤や、高性能化のための微小粒子の使用によるカラム負荷圧の上昇により、カラムリアクターの機能を最大限に発揮できない。

ポリマーモノリスの調製方法は特許文献１のように、微粒子の確率的な凝集、接合に基づいて骨格が形成される核生成−成長過程により生成した微粒子凝集型のポリマーモノリスの調製方法や、特許文献２〜５のように、リビングラジカル重合法やエポキシ樹脂の熱硬化重合による三次元網目構造の骨格と連通する空隙を有する多孔体が開示されているが、カラムリアクターとしての効果を高めるための触媒を導入した製造方法やカラムリアクターとしての利用方法は開示されていない。

特表平０７−５０１１４０号公報（特許第３１６８００６号公報）国際公開ＷＯ２００６／０７３１７３Ａ１国際公開ＷＯ２００７／０８３３４８Ａ１国際公開ＷＯ２００６／１２６３８７Ａ１国際公開ＷＯ２００７／０４３４８５Ａ１

GIRELLI ANNA MARIA, MATTEI ENRICO, J Chromatogr B, Vol.819, No.1, Page3-16

本発明は、上記事情に鑑みて、強度的に優れ、カラムリアクターとしての機能を安定して発揮できるカラムリアクターを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のカラムリアクターは、触媒金属イオンに配位する金属捕捉能を有する化合物が化学結合によって組み込まれているカラム状をしたエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの骨格表面に触媒金属が担持されており、前記触媒金属が貴金属であり、前記金属捕捉能を有する化合物がトリアジンチオール誘導体であることを特徴としている。

本発明の請求項２に記載のカラムリアクターは、上記請求項１のカラムリアクターにおいて、トリアジンチオール誘導体が６−（フェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール及び１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオールから選ばれる少なくとも１種であることを特徴としている。

本発明の請求項３に記載のカラムリアクターは、上記請求項１または２のカラムリアクターにおいて、触媒金属が、パラジウム，白金，ロジウムのいずれかであることを特徴としている。

本発明にかかるカラムリアクターは、カラム状をしたエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの骨格表面に触媒金属が担持されているので、反応溶液をカラム内に流すだけで、触媒金属の働きによって、各種の有機合成反応を連続的に安定して行うことができる。
しかも、エポキシ樹脂系ポリマーモノリスを用いたので、粒子充填型高速液体クロマトグラフィー用カラムに比べ、膨潤の問題も少なく、強度的に優れ、カラムリアクターとしての機能を安定して発揮できる。

一方、本発明にかかるカラムリアクターの製造方法は、エポキシ樹脂と、硬化剤と、金属捕捉能を有する化合物と、反応誘起相分離性能及びポロゲンとなる機能を有する重合溶液と、を含む混合溶液を、成形型内に注入する工程と、前記成形型内で注入された混合溶液のエポキシ樹脂を重合させる重合工程と、重合工程で得られた重合物中から前記重合溶液を除去して金属捕捉能を有する化合物が組み込まれたエポキシ樹脂系ポリマーモノリスを得る工程と、金属捕捉能を有する化合物が組み込まれたエポキシ樹脂系モノリス成形体に触媒金属イオンを含む溶液を含浸させたのち、触媒金属イオンを還元してエポキシ樹脂系モノリスの骨格表面に触媒金属を析出させてエポキシ樹脂系ポリマーモノリスに担持させる工程と、を備える。

すなわち、本発明にかかるカラムリアクターの製造方法は、混合溶媒中に金属捕捉能を有する化合物を組み込み込んだので、重合によって得られるエポキシ樹脂系ポリマーモノリスは、金属捕捉能を有する化合物が、均一に分散された状態で三次元網目構造をした多孔質体となる。しかも、金属捕捉能を有する化合物を組み込まない場合に比べ、緻密な骨格構造となり、比表面積の大きな多孔質体とすることができる。金属捕捉能を有する化合物が化学結合によって組み込まれているので、金属捕捉能を有する化合物を物理的に組み込む場合に比べ、均一に分散された状態に安定して存在するようになる。

そして、上記のようにして得られた金属捕捉能を有する化合物が組み込まれたエポキシ樹脂系モノリス成形体に触媒金属イオンを含む溶液を含浸させたのち、触媒金属イオンを還元してエポキシ樹脂系モノリスの骨格表面に触媒金属を析出させてエポキシ樹脂系ポリマーモノリスに担持させるようにしたので、触媒金属粒子がエポキシ樹脂系モノリスの骨格表面に均一分散状態で担持され、安定した触媒能を備えた本発明のカラムリアクターを得ることができる。
また、成形型内で重合反応させて三次元網目構造多孔体を得ることができる、すなわち、閉空間内でも製造することができるので、成形型として閉空間となるカラムの被覆部となるものを用いれば、そのままカラムリアクターとして使用できる。しかも、径も自由に選択できマイクロリアクターとしても利用することができる。

三次元網目構造多孔体の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例１で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ａの断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例２で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂの断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例３で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｃの断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例４で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例５で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−２の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例４のエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１の重合過程中でのポリマーモノリスに含まれる溶媒のＩＲスペクトルである。実施例４のエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１のＴＧ測定結果である。実施例８で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄの断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例９で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−１の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例１０で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例１１で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−３の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例１２で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−４の断面を走査型電子顕微鏡により五千倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例１０で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２のＴＧ測定結果である。実施例１４のＥＳＣＡワイドスキャンスペクトルによるエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの表面分析結果である。実施例１４で得られたＰｄナノ粒子が骨格表面に担持されたエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの断面を走査型電子顕微鏡により五万倍に拡大して撮影した写真の写しである。比較例であるＰｄナノ粒子が骨格表面に担持されていないエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの走査型電子顕微鏡により五万倍に拡大して撮影した写真の写しである。実施例１５のＰｄ（０）担持前後のＴＧ曲線の結果である。

本発明のポリマーモノリスは、柱状の有機高分子の三次元分岐網目構造を骨格として有し、且つ骨格間に空隙を有して形成されている多孔体であって、基礎となる構造は、図１に示すように、骨格と空隙（マクロ孔）がお互いに絡み合った三次元的な網目構造を有している。クロマトグラフィーを中心とした分析分野では、これらの形状を有する材料のことを慣用的に「モノリス」といい、有機原料から調製された有機高分子のモノリス型多孔体のことを、ポリマーモノリスと呼ばれることが多い。

モノリスは，大きく分類すると、ゾル−ゲル法によって調製されるシリカなどを主にした無機系多孔体と、有機高分子を主にした有機系多孔体に分けることができる。カラムリアクターには、図１に示すような有機高分子を主にした有機系多孔体を用いることが好ましい。有機系多孔体を用いる利点は、安価でかつ調製工程が著しく容易であることであり、さらに、これらの中で、エポキシ樹脂と硬化剤の反応によって調製される熱硬化性樹脂型有機系多孔体は特に原料が安価であり、かつ、調製工程が容易である点が有用である。

また、上記ポリマーモノリスの多孔体を形成する骨格内には、メソポアと呼ばれるマクロ孔より小さなサイズの細孔（メソポア）を有しており、これらの構造は三次元網目構造のような連続孔を形成しているだけでなく、一様な貫通孔や骨格を構成している格子間の空隙と見られる構造を有しているように観察されることもある。尚、これらのメソポアは，多孔体の表面積を大きくする為に有効である。

本発明のエポキシ樹脂系ポリマーモノリスは、原料に用いるエポキシ樹脂と硬化剤の組み合わせ及びポロゲンの使用によって形成することができる。
エポキシ樹脂と硬化剤の組み合わせは、大きく分類すると、芳香族エポキシ樹脂と芳香族硬化剤の組み合わせ、芳香族エポキシ樹脂と非芳香族硬化剤の組み合わせ、非芳香族エポキシ樹脂と芳香族硬化剤の組み合わせ、非芳香族エポキシ樹脂と非芳香族硬化剤の組み合わせに分けることができる。
尚、エポキシ樹脂と硬化剤は、それぞれ１種類又は２種以上混在して使用してもよい。エポキシ樹脂又は硬化剤のいずれか一方でも芳香族系の原料を用いた場合、得られるエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの耐熱性が向上する。

本発明に使用可能なエポキシ樹脂のうち、芳香環由来の炭素原子を含む芳香族エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡＤ型エポキシ樹脂、スチルベン型エポキシ樹脂、ビフェニル型エポキシ樹脂、ビスフェノールＡノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、ジアミノジフェニルメタン型エポキシ樹脂、テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタンべ−スなどのポリフェニルベースエポキシ樹脂、フルオレン含有エポキシ樹脂、２，２，２，−トリ−（２，３−エポキシプロピル）−イソシアネートなどのトリグリシジルイソシアヌレート、トリアジン環含有エポキシ樹脂等、複素芳香環を含むエポキシ樹脂、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラグリシジル−ｍ−キシリレンジアミンなどを挙げることができる。また、芳香環由来の炭素原子を含まない非芳香族エポキシ樹脂として、脂肪族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂肪族グリシジルエステル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、脂環族グリシジルエステル型エポキシ樹脂、１，３−ビス（Ｎ，Ｎ'−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサンなどが挙げられる。上記の中でも、好ましくは、分子内にグリシジル基が二つ以上有するエポキシ樹脂であり、特に好ましくは、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル等のビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、２，２，２，−トリ−（２，３−エポキシプロピル）−イソシアネート、Ｎ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラグリシジル−ｍ−キシリレンジアミン、１，３−ビス（Ｎ，Ｎ'−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサンである。

本発明に使用される硬化剤のうち、芳香環由来の炭素原子を含む芳香族硬化剤としては、メタフェニレンジアミンやジアミノジフェニルメタン、４，４'−ジアミノジフェニルスルホン、４，４'−メチレン−ビス（２−クロロアニリン）、ベンジルジメチルアミン、ジメチルアミノメチルベンゼンなどの芳香族アミン、無水フタル酸や無水トリメット酸、無水ピロメット酸などの芳香族酸無水物、フェノール系化合物、フェノール系樹脂、フェノールホルムアルデヒド型ノボラックやフェノールアルキル型ノボラック等のノボラック型フェノール樹脂、イソフタル酸ジヒドラジドなどの芳香族ヒドラジド類、トリアジン環などの複素芳香環を有する芳香族アミン、１，１，１'，１'−テトラメチル−４，４'−（メチレン−ジ−パラ−フェニレン）ジセミカルバジド等の芳香族ポリアミン類及び芳香族ポリアミンヒドラジド類などが挙げられる。また、芳香環由来の炭素原子を含まない非芳香族硬化剤としては、エチレンジアミンやジエチレントリアミン、４，４’−メチレン−ビス−シクロヘキシルアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、イミノビスプロピルアミン、ビス（ヘキサメチレン）トリアミン、１，３，６−トリスアミノメチルヘキサン、ポリメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、ポリエーテルジアミンなどの脂肪族アミン類、アジピン酸ジヒドラジドやセバチン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジドなどの脂肪族ヒドラジド類、イソホロンジアミンやメンタンジアミン、Ｎ−アミノエチルピペラジン、３，９−ビス（３−アミノプロピル）２，４，８，１０−テトラオキサスピロ（５，５）ウンデカンアダクト、ビス（４−アミノシクロへキシル）メタンやこれらの変性品などの脂環族ポリアミン類、１，６−ヘキサメチレンビス（Ｎ，Ｎ−ジメチルセミカルバジド）などの脂肪族ポリアミンヒドラジド類、ポリアミン類とダイマー酸からなる脂肪族ポリアミドアミン類やポリアミノアミド類など、ビューレトリートリ−（ヘキサメチレン−Ｎ，Ｎ−ジメチルセミカルバジド）を主成分とするオリゴマープロピレングリコールモノメチルエーテル溶液、ビューレトリートリ−（ヘキサメチレン−Ｎ，Ｎ−ジメチルセミカルバジド）を主成分とするオリゴマーＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液、スピログリコールや２−(５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル)−２−メチルプロパン−1−オールなどのグリコール類、その他アミンアダクト系硬化剤などが挙げられる。

本発明の製造方法では、エポキシ樹脂系ポリマーモノリスのマクロ孔やメソポアの空隙となりえるポロゲンを用いる。エポキシ樹脂及び硬化剤を溶かすことができ、且つエポキシ樹脂と硬化剤が重合した後、反応誘起相分離を生じさせることが可能な溶剤をポロゲンとして用いることができ、例えば、メチルセロソルブ、エチルセロソルブなどのセロソルブ類、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどエステル類、又はポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールなどのグリコール類などを挙げることができる。上記の中でも、好ましくは、分子量６００以下のポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、トリエチレングリコール、ジエチレングリコールが好ましい。分子量６００以上のポリエチレングリコール或いはポリプロピレングリコールで室温中において蝋質(半固形)状であっても重合温度においてエポキシ樹脂や硬化剤と相溶し且つ液状であればポロゲンとして使用できる。

ここで、上記のポロゲンとしては、重合溶媒に反応誘起相分離性化合物である有機高分子を溶解させて溶液を調製し、反応誘起相分離性化合物を含む重合溶媒をポロゲンとして使用することができる。重合溶媒としては、低分子化合物および有機高分子が溶解する溶媒であれば特に限定されず、リビングラジカル重合に一般的に用いる溶媒を用いればよい。例えば、トルエン等のアルキルベンゼン、クロロベンゼンやジクロロベンゼン等のハロゲン置換ベンゼン、キシレン、トリメチルベンゼン（メシチレン）、ジメチルホルムアミド、ホルムアミド、メタノールやエタノール等のアルコール、アセトンやテトラヒドロフラン等のケトン、ベンゼン、水などが挙げられる。

反応誘起相分離性化合物である有機高分子としては、重合溶媒に溶解するなど、重合系に均一な状態で加えることができる有機高分子である限り特に限定されず、例えば、ポリスチレン、ポリエチレングルコール、ポリエチレンオキシド、ポリジメチルシロキサン、ポリメチルメタクリレート等のビニル系ポリマー、及び、これらの共重合体等が挙げられる。尚、これらが単独で用いられてもよいし、併用されても構わない。有機高分子を重合溶液に溶解する時、均一な溶液に調製する必要がある。

重合系にこのようなポロゲンを加えることにより、共連続構造を形成する相分離が誘起される原因は明確ではないが、低分子化合物の重合が進行するに従って有機高分子との相溶性が低下し、このとき、低分子化合物の重合体の分子量分布がある範囲に収まる（分子量分布が狭い）などの条件が揃うことにより、スピノーダル分解による相分離が誘起されるなどの理由が考えられる。

エポキシ樹脂系ポリマーモノリスの製造において、全炭素原子に占める芳香環由来の炭素原子比率が０．６５を超すと、柱状のエポキシ樹脂硬化物の三次元分岐網目状構造の骨格からなる非粒子凝集型の硬化物多孔体を得ることが困難となるおそれがある。

上記において、エポキシ樹脂と硬化剤の添加割合は上記の全炭素原子に占める芳香環由来の炭素原子比率を満足する範囲のなかで、エポキシ基１当量に対して、硬化剤当量（アミン当量）が０．６〜１．５の範囲になるように調整するのが好ましい。硬化剤当量比が０．６より少ない場合はエポキシ樹脂硬化物の架橋密度が低くなり、耐熱性、耐溶剤性などが低下する場合がある。また１．５より多くなると、未反応の官能基が多くなり、未反応のまま硬化物中に残留したり、あるいは架橋密度向上を阻害する要因と成りえたりと好ましくない。

エポキシ樹脂系ポリマーモノリスは、エポキシ樹脂とポリアミン系硬化剤の混合物を、それらと非反応性であり、かつそれらを溶解可能なポロゲンに常温で又は加温して溶解し、さらに適宜、有機高分子の添加や金属アルコキシドからなるゾルの添加により調製し、加熱重合し、重合物とポロゲンがスピノーダル相分離後、相分離が進展して共連続構造が消滅する前に、架橋反応によって構造を固定させ、次いでポロゲンや添加物を除去することによって製造される。この場合、目的とする多孔構造が得られない場合は、硬化促進剤を添加することが効果的である場合もある。硬化促進剤としては、公知の物を使用することができ、例えば、トリエチルアミン、トリブチルアミン等の三級アミン、２−フェノール−４−メチルイミダゾール、２−エチル−４−メチルイミダゾール、２−フェノール−４，５−ジヒドロキシメチルイミダゾールなどのイミダゾール類などを挙げることができる。

エポキシ樹脂系ポリマーモノリスの空隙率は、エポキシ樹脂とその硬化剤に対するポロゲンの比率が空隙率となる。ここで、エポキシ樹脂系ポリマーモノリスの空隙率は２０〜９５％にコントロールすることが好ましい。より好ましくは５０〜９５％である。５０％未満では分離媒体として使用する場合、低空隙率による圧力の上昇がある。高空隙率であるほど低圧・高性能カラムが調製可能であるが、ゲル強度に問題が生じる。それに対しては、多官能エポキシ樹脂や多官能硬化剤を用いることで解決でき、必要に応じて多官能エポキシ樹脂や多官能硬化剤を適宜使用し、架橋密度を高めるのが好ましい。これにより、骨格強度が向上し、乾燥段階においても収縮の小さい多孔体や耐熱性の高い多孔体の調製が可能となる。

上記、エポキシ樹脂系ポリマーモノリスの調製において、製造時に金属捕捉能を有する化合物を反応系に添加して調製することが必要である。金属捕捉能を有する化合物としては、エポキシ樹脂と反応し、かつ触媒金属イオンに配位することで，高濃度に触媒金属イオンを吸着可能な化合物であれば特に限定されないが、アミノ基，チオール基を複数もつ化合物が好ましい。例えば、トリアジンチオール誘導体である６−（フェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオールや１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオールを使用することができる。

担持させる触媒金属は，触媒活性を持つものであれば特に限定されないが、パラジウム，白金，ロジウムなど貴金属などが挙げられ、実際には、酢酸パラジウム，塩化パラジウム，塩化パラジウムナトリウム，塩化白金酸，塩化白金酸ナトリウム，塩化白金，塩化ロジウム等の溶液を用い、溶液中の貴金属元素を含むイオン、すなわち、貴金属の単原子イオンまたは錯イオンを、ポリマーモノリス内に分散状態で組み込まれた金属捕捉能を有する化合物に吸着させ，その後，還元操作により，金属ナノ粒子として担持される。

本発明に用いるポリマーモノリスは、金属捕捉能を有する化合物を加えることにより、緻密な骨格構造を有する。これは、例えば、上記の６−（フェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオールをエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの調製に用いた場合、６−（フェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオールのチオールがエポキシ樹脂と反応し、硬化速度が促進したと考えられる。また、金属捕捉能を有する化合物の量を増加させることにより、ポリマーモノリスの表面積も大きくなる。

さらに、調製条件における金属捕捉能を有する化合物の量は、そのまま金属捕捉能に大きな影響を与える為、例えば、Ｐｄ（II）イオンなどの金属触媒イオンの吸着量を上げる
には、ポリマーモノリスの反応混合物調製段階において、金属捕捉能を有する化合物を多く投入することが必要である。

本発明に用いるポリマーモノリスの調製温度は特に限定されない。好ましくは、３０℃以上、２００℃以下である。温度が高すぎる場合には、加熱のための設備等にコストがかかるという欠点がある。温度が室温以下の場合には、冷却のための設備等にコストがかかるという欠点がある。また、室温以下で重合するように反応混合物を調製すると、その反応混合物が室温では不安定で反応してしまうために、反応混合物の保管が困難になるという欠点がある。したがって、上記の、室温より少し高く、かつ過度に高すぎない温度範囲（例えば、５０℃から１００℃）は、実用的な意味において非常に好適である。

本発明に用いるポリマーモノリスを得るには、大きな空隙（マクロ孔）を形成することを考慮しても、重合開始から構造固定まで、遅くとも１日で終了することが産業上の利用観点からも好ましい。また、相分離による曇点発生から三次元架橋による構造の固定まで、半日以内であることが好ましく、こうした条件を目安に重合温度が設定される。

本発明ではポリマーモノリスの架橋を十分に行うために構造固定後、更にアフターキュアーを実施することが好ましい。重合溶媒やポロゲンを除去した後にアフターキュアーを実施すると、収縮が発生して多孔構造に変化を生じることがあるので、重合溶媒やポロゲンを除去せずに行う方が良い。また、使用した重合溶媒やポロゲンが低沸点溶剤の場合は、高沸点溶剤に置換した後アフターキュアーを行うなどの方法を採ることができる。架橋が不十分な多孔体をカラムリアクターとして使用すると骨格強度が低下するため、十分な架橋反応を行う必要がある。

カラムの被覆部の材質は、特に限定されないが、例えば、溶融シリカ、フッ素樹脂等、一般的にカラムまたは分析装置のデバイス（デバイスのチップのようなもの）に用いられているものが挙げられる。

本発明に用いるポリマーモノリスの孔径は、調製条件を変化させることにより、カラム負荷圧に応じて任意のサイズにコントロールすることが可能である。好ましくは、平均孔径は、０．１μｍ〜５０μｍ以下であり、より好ましくは、０．５μｍ〜１０μｍ以下であり、さらに好ましくは、１μｍ〜５μｍ以下である。加えて、この多孔体を重合により調製する調製溶液を０．１μｍ〜１０ｍｍ径の閉領域内に直接流し込み、成形することが可能であり、さらに、マイクロリアクター用途として用いるために０．１μｍ〜５００μｍ径の閉領域内、例えば、カラムの被覆部となる溶融シリカキャピラリー内に調製し、そのままカラムリアクターとして用いることや、マイクロチップ内に直接ポリマーモノリスを成形することも可能である。

また、本発明に用いるポリマーモノリスは、骨格内にさらに１ｎｍ〜１μｍの孔径のメソポアを備えることも可能であり、この１ｎｍ〜１μｍのメソポアにより表面積を拡大することができ、反応率の高いカラムリアクターを作成することができる。メソポアの孔径が１ｎｍ未満にすることは現実的に難しく、メソポアの孔径が１μｍを超えるとポリマーモノリスの表面積をそれほど大きくすることができない。細孔（マクロ孔及びメソポア）径の測定は電子顕微鏡画像で確認することが最も簡略な方法であるが、水銀圧入法や窒素吸着法で測定することが可能である。

以下に、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例により限定されるものではない。

［実施例１］
１．１６５２ｇのエポキシ樹脂としてのビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ジャパンエポキシレジン（株）製、以下、「ＢＡＤＧＥ」という）と、３．６０１３ｇの反応誘起相分離性を有するポロゲンである重合溶液としてのポリエチレングリコール（ナカライテスク（株）製、平均分子量２００、以下、「ＰＥＧ２００」という）をサンプル瓶に入れ、溶液が均一になるまで混合攪拌した。この溶液に、０．２６４１ｇの硬化剤としての４，４’−メチレン−ビス−シクロヘキシルアミン（東京化成工業（株）製、以下、「ＢＡＣＭ」という）を加えて、さらに混合攪拌した。
この混合溶液を、成形型としてのフッ素樹脂チューブ（外径６ｍｍ, 内径４ｍｍ）に流し入れ、１４０ ℃のオーブンで３時間加熱した。引き続き、１５０℃で３０分間加熱した後、室温で約１時間放置した。フッ素樹脂チューブから重合体（固体）を取り出し、６０℃のイオン交換水に約１０時間以上浸した後、メタノールにも同様に１０時間以上浸した。
その後、乾燥管付きガラスチューブオーブン(１３０℃、８時間)で真空乾燥し、エポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−aを得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−aの断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図２に示した。

［実施例２］
ＢＡＤＧＥ、ＰＥＧ２００及びＢＡＣＭの配合量を表１に示す配合量にした以外は、上記実施例１と同様にしてエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂを得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂの断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図３に示した。

［実施例３］
ＢＡＤＧＥ、ＰＥＧ２００及びＢＡＣＭの配合量を表１に示す配合量にした以外は、上記実施例１と同様にしてエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｃを得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｃの断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図４に示した。

［実施例４］
１．１６５２ｇのＢＡＤＧＥと、０．０３ｇの金属捕捉能を有する化合物としての６−（フェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール（以下、「ＴＡＤＴ」という）を、３．８０１３ｇのＰＥＧ２００に予め溶解させた溶液とをサンプル瓶に入れ、溶液が均一になるまで混合攪拌した。この溶液に、０．２６４１ｇのＢＡＣＭを加えて、さらに混合攪拌した。
この混合溶液を、成形型としてのテフロンチューブ（外径６ｍｍ, 内径４ｍｍ）に流し入れ、１４０℃のオーブンで３時間加熱した。引き続き、１５０℃で３０分間加熱した後、室温で約１時間放置した。テフロンチューブから重合体（固体）を取り出し、６０℃のイオン交換水に約１０時間以上浸した後、メタノールにも同様に１０時間以上浸した。
その後、乾燥管付きガラスチューブオーブン(１３０℃、８時間)で真空乾燥し、エポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１を得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図５に示した。

［実施例５］
ＢＡＤＧＥ、ＴＡＤＴ、ＰＥＧ２００及びＢＡＣＭの配合量を表１に示す配合量にした以外は、上記実施例４と同様にしてエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−２を得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−２の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図６に示した。

また、上記実施例２で得たエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ及び実施例４で得たエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１についてそれぞれ比表面積を求めその結果を併せて表１に示した。
なお、比表面積は、各実施例と同じ配合割合の混合溶液をフッ素樹脂チューブ（外径８ｍｍ、内径６ｍｍ）内に入れ、オーブンで、１４０℃, ３時間、さらに１５０℃, ３０分加熱した。オーブンから取り出し、室温で約１時間放置した後、フッ素樹脂チューブから固体を取り出し、で約３ｃｍの長さに切断した後、６０℃のイオン交換水に約１０時間以上、メタノールにも同様に１０時間以上浸した。このモノリスを、乾燥管付きガラスチューブオーブン(１３０℃)で約８時間真空乾燥後，チッソガス吸着法により測定した。

上記実施例１〜実施例５から本発明の製造方法のように、金属捕捉能を有する化合物を混合溶液中に配合すれば、緻密な骨格構造をして比表面積の大きい多孔質なエポキシ樹脂系モノリスを得られることがよくわかる。
また、図２〜図４から、ＰＥＧ２００の量が多くなると共に厚いモノリス壁を持つモノリスが形成されることがわかる。また、図５及び図６からＴＡＤＴの添加量を変化させて作製したモノリスについては、ＴＡＤＴの添加量が多くなるにつれて緻密な骨格構造を形成することがわかる。

［実施例６］
実施例４と同様にしてエポキシ樹脂系モノリス２−ｂ−１を得る重合過程における重合の完了時間を以下のようにＩＲスペクトルの測定により調べた。
実施例４と同様にして得た表１に示す実施例４と同様の組成にした反応前の混合溶液のとし、まず、この反応前の混合溶液のＩＲスペクトルの測定を行った。次に、この混合溶液を長さ約１５ｃｍ（外径６ｍｍ、内径４ｍｍ）のフッ素樹脂チューブ内に入れ、１４０℃のオーブンで加熱を開始した。加熱開始から３０分、６０分、１２０分、１８０分ごとにオーブンからチューブを取り出し、チューブごと切断した。そして切断片の切り口からにじみ出る溶液のＩＲスペクトルを測定し、その結果を図７に示した。
図７に示すように、重合前の溶液に含まれていたＢＡＤＧＥのエポキシ環の吸収が、重合時間が進むにつれて減少している。そして、１８０分後のスペクトルから、エポキシ基の吸収がみられるが、重合開始から１２０分と１８０分のスペクトルを重ねても吸収の強度は変わらず、エポキシが減少した様子はみられなかった。このことから１２０分で重合が完了するものと判断できる。

［実施例７］
実施例４で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１について熱分解挙動を熱重量分析(ＴＧ−ＤＴＡ)により求め、その結果を図８に示した。図８に示すように、０℃から２００℃までは目立った重量減少は見られず、なだらかに重量減少していることが分かった。

［実施例８］
１．００１ｇのエポキシ樹脂としての分子内にエポキシ基を4つ持つ、１，３−ビス（Ｎ，Ｎ−ジグリシジルアミノメチル）シクロヘキサン（三菱ガス化学（株）製、以下、「ＴＥＴＲＡＤ−Ｃ」という）と、３．７９５ｇのＰＥＧ２００３．７９５ｇとをサンプル瓶に入れ、溶液が均一になるまで混合攪拌した。この溶液に、ＢＡＣＭ０．５０２ｇを入れ、さらに混合攪拌した。
この混合溶液を、成形型としてのフッ素樹脂チューブ（外径６ｍｍ, 内径４ｍｍ）に流し入れ、１４０ ℃のオーブンで３時間加熱した。引き続き、１５０℃で３０分間加熱した後、室温で約１時間放置した。フッ素樹脂チューブから重合体（固体）を取り出し、６０℃のイオン交換水に約１０時間以上浸した後、メタノールにも同様に１０時間以上浸した。
その後、乾燥管付きガラスチューブオーブン(１３０℃、８時間)で真空乾燥し、エポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄを得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄの断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図９に示した。

［実施例９］
１．００１ｇのＴＥＴＲＡＤ−Ｃと、０．０２２ｇのＴＡＤＴを、３．８０２ｇのＰＥＧ２００に予め溶解させた溶液とをサンプル瓶に入れ、溶液が均一になるまで混合攪拌した。この溶液に、０．５０３ｇのＢＡＣＭを加えて、さらに混合攪拌した。
この混合溶液を、成形型としてのフッ素樹脂チューブ（外径６ｍｍ, 内径４ｍｍ）に流し入れ、１４０ ℃のオーブンで３時間加熱した。引き続き、１５０℃で３０分間加熱した後、室温で約１時間放置した。フッ素樹脂チューブから重合体（固体）を取り出し、６０℃のイオン交換水に約１０時間以上浸した後、メタノールにも同様に１０時間以上浸した。
その後、乾燥管付きガラスチューブオーブン(１３０℃、８時間)で真空乾燥し、エポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−１を得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−１の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図１０に示した。

［実施例１０］
ＴＥＴＲＡＤ−Ｃ、ＴＡＤＴ、ＰＥＧ２００及びＢＡＣＭの配合量を表２に示す配合量にした以外は、上記実施例９と同様にしてエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２を得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図１１に示した。

［実施例１１］
ＴＥＴＲＡＤ−Ｃ、ＴＡＤＴ、ＰＥＧ２００及びＢＡＣＭの配合量を表２に示す配合量にした以外は、上記実施例９と同様にしてエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−３を得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−３の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図１２に示した。

［実施例１２］
ＴＥＴＲＡＤ−Ｃ、ＴＡＤＴ、ＰＥＧ２００及びＢＡＣＭの配合量を表２に示す配合量にした以外は、上記実施例９と同様にしてエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−４を得た。
そして、得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−４の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五千倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図１３に示した。
また、上記実施例８で得たエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ、実施例１０で得たエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２、及び実施例１２で得たエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−４についてそれぞれ上記と同様の方法で比表面積を求めその結果を併せて表２に示した。

［実施例１３］
実施例１０で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２について熱分解挙動を熱重量分析(ＴＧ−ＤＴＡ)により求め、その結果を図１３に示した。図１４に示すように、５０℃〜６０℃ 付近にかけて重量が減少しているのは、モノリス内部に残っていた溶媒の蒸発が、原因であると考えられる。また、１００℃から１６０℃付近においては、重量減少がほとんどないことがわかった。
すなわち、エポキシ樹脂としてＢＡＤＧＥを用いたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１に比べ、エポキシ樹脂としてＴＥＴＲＡＤ−Ｃを用いたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２の方が、１６０℃付近まで熱的に安定で、熱分解開始温度が高く、耐熱性に優れていることがわかる。

［実施例１４］
実施例４と同様にして混合溶液をチューブ内で重合させたのち、チューブごと５ｃｍにカットして、このエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１が入った状態のカットしたチューブをコネクタ(異形ジョイント、株式会社サンプラテック製)にセットした。そして、シリンジポンプを使用して、６０℃条件下、１５ｍｌのイオン交換水を２ｍｌ/ｈでチュー８５ｍｌのイオン交換水を１０ｍｌ/ｈで続けて送液した。後に、室温下、５０ｍｌのアセトンを１０ｍｌ/ｈで送液し、続いて２０ｍｌのアセトンとテトラヒドロフランの混合溶媒（７：３）（以下、「混合溶媒Ａ」という）を4ｍｌ/ｈで送液した。すなわち、これらの溶液をそれぞれ送液することで、重合未反応物および、溶媒のＰＥＧ２００を除去した。
次に、上記のようにしてチューブ内のエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１を洗浄したのち、６０℃条件下、１６ｍｌの触媒金属イオンを含む溶液としてのＰｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂溶液［Ｐｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂０．５ｍｇ／上記混合溶媒１ｍｌ］を１ｍｌ/ｈで、１８ｍｌのＰｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂溶液［Ｐｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂０．５ｍｇ／上記混合溶媒１ｍｌ］を２ｍｌ/ｈで、１００ｍｌのＰｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂溶液［Ｐｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂０．５ｍｇ／上記混合溶媒Ａ１ｍｌ］を４ｍｌ/ｈで連続して送液し、Ｐｄ（II）イオンを骨格表面に配位させた。
続いて、混合溶媒Ａを４ｍｌ/ｈで１０ｍｌをチューブ内に送液して洗浄を行った。そして，６０℃条件下で、ＮａＢＨ₄１５．２ｍｇ／Ｈ₂Ｏ１ｍｌを混合溶媒Ａ５ｍｌで溶解した５ｍｌの還元剤溶液を２ｍｌ/ｈでチューブ内に送液し、次いで、５０ｍｌのＮａＢＨ₄２０．０ｍｇ／Ｈ₂Ｏ１０ｍｌの還元剤溶液を２０ｍｌ/ｈで送液しＰｄ（II）イオンの還元を行った。
さらに、６０℃条件下で、ＨＣｌの０．５ｍｏｌ／ｌ水溶液を２０ｍｌ/ｈでチューブ内に送液し、洗浄を行って、本発明のカラムリアクターサンプルを得た。
また、エポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１表面上でのＰｄの存在を確認するために、Ｐｄ（II）イオン吸着前、吸着後、還元後のそれぞれのモノリスの表面分析をＥＳＣＡ（Ｘ線光電子分析装置）により行い、ＥＳＣＡワイドスキャンスペクトルを、図１５に示した。
図１５に示すように、Ｐｄ（II）吸着前のモノリスには、Ｐｄの光電子ピークは観測されなかったが、Ｐｄ（II）イオン吸着後、還元後のモノリスには、Ｐｄの光電子ピークが観測された。このことから、Ｐｄ（II）イオンの吸着およびＰｄ（０）の生成が確認できた。
また、得られたカラムリアクターサンプルのエポキシ樹脂系ポリマーモノリス部分の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五万倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図１６に示した。
そして、比較のために、エポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１の断面形状を、走査型電子顕微鏡を用いて五万倍に拡大して撮影し、その写真の写しを図１７に示した。
図１６及び図１７を比較すると、Ｐｄ（０）を担持前の図１７に示すエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｂ−１は、骨格表面が平滑であるのに対し、図１６に示すように、担持後は、骨格表面が小さいが凸凹しており、明らかにＰｄ（０）のナノ粒子が担持されていることがわかる。

［実施例１５］
実施例１０と同様にして混合溶液をチューブ内で重合させたのち、実施例１４と同様にして重合未反応物および、溶媒のＰＥＧ２００を除去した。
次に、室温で、２０ｍｌのＰｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂溶液［Ｐｄ（ＣＨ₃ＣＯＯ）₂０．５ｍｇ／混合溶媒１ｍｌ］を１ｍｌ/ｈでチューブ内に送液し、Ｐｄ（II）イオンを骨格表面に配位させた。
続いて、室温で、２０ｍｌのＮａＢＨ₄２０．０ｍｇ／Ｈ₂Ｏ１０ｍｌの還元剤溶液を１ｍｌ/ｈで送液しＰｄ（II）イオンの還元を行った。
さらに、６０℃条件下で、３０ｍｌのＨＣｌ０．５ｍｏｌ／ｌ水溶液を５ｍｌ/ｈでチューブ内に送液したのち、３０ｍｌのイオン交換水を５ｍｌ/ｈで送液し、洗浄を行って、本発明のカラムリアクターサンプルを得た。
また、Ｐｄ担持前であるエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２と担持後の得られたカラムリアクターサンプルのＴＧ曲線を求め、その結果を図１８に示した。
図１８に示すように、それぞれのモノリスの熱分解後の灰分残渣の値を比較すると、Ｐｄ（０）担持前では、１．８０重量％、担持後では、２５．０重量％であった。この二つの数値の差２３．２重量％であり、この値がＰｄ（０）の含有率であると考えられる。

［実施例１６］
実施例１５で得られたカラムリアクターサンプルと、背圧コントロールカラムとしてのＰｄ担持前の実施例１０で得られたエポキシ樹脂系ポリマーモノリス２−ｄ−２からなるカラムを、シリンジポンプに接続した。
そして、カラムリアクターの温度が１３０℃になるまで、反応溶媒のエタノールを３ｍｌ／ｈで送液した。
温度センサーが１３０℃で安定した後、原料溶液（組成比は、パラヨード安息香酸エチル２．４０ｍｍｏｌ、スチレン３．６１ｍｍｏｌ、トリエチルアミン３．６４ｍｍｏｌ、エタノール１０ｍｌ）を１ｍｌ／ｈの送液スピードで計３ｍｌ送液し、カラムリアクターサンプル内で以下の反応式のとおり、Ｈｅｃｋ反応を行わせた。

SHAPE \* MERGEFORMAT

そして、溶出液中から再結晶により単離した化合物の，質量スペクトル分析，および赤外吸収スペクトルの結果から上記反応式に示すスチルベン誘導体の生成を確認した。

Claims

触媒金属イオンに配位する金属捕捉能を有する化合物が化学結合によって組み込まれているカラム状をしたエポキシ樹脂系ポリマーモノリスの骨格表面に触媒金属が担持されており、前記触媒金属が貴金属であり、前記金属捕捉能を有する化合物がトリアジンチオール誘導体であることを特徴とするカラムリアクター。
トリアジンチオール誘導体が６−（フェニルアミノ）−１，３，５−トリアジン−２，４−ジチオール及び１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリチオールから選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載のカラムリアクター。
触媒金属が、パラジウム，白金，ロジウムのいずれかである請求項１または２に記載のカラムリアクター。