JP5620902B2 - 充填剤の製造方法、充填剤及びカラム - Google Patents

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Description

本発明は、充填剤の製造方法、充填剤及びカラムに関する。
従来、液体クロマトグラフィーで用いられるカラムに充填される充填剤として、シリカゲルの表面のシラノール基を各種のシランカップリング剤でシリル化することにより化学修飾したものが汎用されている。シランカップリング剤としては、オクタデシルクロロシラン化合物、オクチルクロロシラン化合物、ブチルクロロシラン化合物、シアノプロピルクロロシラン化合物、フェニルクロロシラン化合物等が挙げられ、中でもオクタデシルクロロシラン化合物が最も広範に使用されている。
しかしながら、このような充填剤は、シリカゲルの表面にシラノール基が残存するため、極性物質、特に塩基性物質との相互作用が大きく、カラムの塩基性物質のピークのテーリングが大きくなるという問題がある。
特許文献１には、化学修飾されたシリカゲル又は多孔質ガラスに残存したシラノール基と、エンドキャップ剤を気相中２５０℃以上の反応温度で反応させる方法が開示されている。
しかしながら、このような方法を用いても、シリカゲル又は多孔質ガラスの表面には、依然として、シラノール基が残存するため、カラムの塩基性物質のピークのテーリングを小さくすることが望まれている。
特開平４−２１２０５８号公報
本発明は、上記の従来技術が有する問題に鑑み、塩基性物質のピークのテーリングが小さいカラムを作製することが可能な充填剤の製造方法、該充填剤の製造方法を用いて製造されている充填剤及び該充填剤が充填されているカラムを提供することを目的とする。
請求項１に記載の発明は、充填剤の製造方法において、ヒドロキシル基を有する無機粒子を、炭素数が２以上８以下のアルケニル基及び／又は炭素数が２以上７以下のアルキニル基を有するシランカップリング剤を含むシランカップリング剤と反応させる第一の工程と、該シランカップリング剤と反応させた無機粒子を、一般式
Figure 0005620902
 （式中、Ｒ１は、炭素数が４以上５０以下のアルキル基又は炭素数が６以上３０以下のアリール基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、水素原子、クロロ基又は炭素数が１以上４以下のアルキル基である。）
で表される化合物と反応させて、ヒドロシリル化する第二の工程を有することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の充填剤の製造方法において、前記第一の工程は、前記無機粒子を、前記炭素数が２以上８以下のアルケニル基及び／又は炭素数が２以上７以下のアルキニル基を有するシランカップリング剤と反応させる工程と、該シランカップリング剤と反応させた無機粒子を、アルケニル基又はアルキニル基を有さないシランカップリング剤と反応させる工程を含むことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、充填剤において、請求項１又は２に記載の充填剤の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、カラムにおいて、請求項３に記載の充填剤が充填されていることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のカラムにおいて、アミトリプチリンのテーリング係数が０．９以上２．０以下であることを特徴とする。
本発明によれば、塩基性物質のピークのテーリングが小さいカラムを作製することが可能な充填剤の製造方法、該充填剤の製造方法を用いて製造されている充填剤及び該充填剤が充填されているカラムを提供することができる。
実施例１の充填剤を充填したカラムのテーリング係数の測定結果を示す図である。 実施例２の充填剤を充填したカラムのテーリング係数の測定結果を示す図である。 比較例１の充填剤を充填したカラムのテーリング係数の測定結果を示す図である。
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
本発明の充填剤の製造方法は、ヒドロキシル基を有する無機粒子を、炭素数が２〜８のアルケニル基及び／又は炭素数が２〜７のアルキニル基を有するシランカップリング剤（以下、第一のシランカップリング剤という）を含むシランカップリング剤と反応させる第一の工程と、シランカップリング剤と反応させた無機粒子を、一般式
Figure 0005620902
 （式中、Ｒ１は、炭素数が４〜５０のアルキル基又は炭素数が６〜３０のアリール基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、水素原子、クロロ基又は炭素数が１〜４のアルキル基である。）
で表される化合物と反応させる第二の工程を有する。このように、無機粒子の表面に、炭素数が４〜５０のアルキル基又は炭素数が６〜３０のアリール基を導入する前に、ヒドロキシル基を有する無機粒子と、シランカップリング剤を反応させるため、無機粒子の表面近傍のヒドロキシル基の残存量を減少させることができる。その結果、塩基性物質のピークのテーリングが小さい充填剤が得られる。
第一のシランカップリング剤が、炭素数が９以上のアルケニル基を有する場合及び／又は炭素数が８以上のアルキニル基を有する場合は、立体障害のため、ヒドロキシル基を有する無機粒子と、シランカップリング剤の反応が進行しにくくなる。
一般式（１）で表される化合物において、Ｒ１が、炭素数が３以下のアルキル基であると、塩基性物質のピークのテーリングが小さい充填剤が得られない。また、Ｒ１が、炭素数が５１以上のアルキル基又は炭素数が３１以上のアリール基であると、立体障害のため、炭素数が２〜８のアルケニル基及び／又は炭素数が２〜７のアルキニル基が導入された無機粒子と、一般式（１）で表される化合物の反応が進行しにくくなる。さらに、Ｒ２又はＲ３が、炭素数が５以上のアルキル基であると、立体障害のため、炭素数が２〜８のアルケニル基及び／又は炭素数が２〜７のアルキニル基が導入された無機粒子と、一般式（１）で表される化合物の反応が進行しにくくなる。
ヒドロキシル基を有する無機粒子としては、特に限定されないが、シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、ゼオライト等が挙げられる。中でも、シリカゲル、多孔質ガラス、モノリスシリカ等のヒドロキシル基を有する多孔質粒子が好ましい。
ヒドロキシル基を有する無機粒子は、平均粒径が１〜２００μｍであることが好ましく、３〜５０μｍがさらに好ましい。また、ヒドロキシル基を有する多孔質粒子は、細孔径が１〜１００ｎｍであることが好ましく、４〜５０ｎｍがさらに好ましい。さらに、ヒドロキシル基を有する多孔質粒子は、比表面積が５０〜８００ｍ２／ｇであることが好ましく、１００〜６００ｍ２／ｇがさらに好ましい。
本願の明細書及び請求の範囲において、ヒドロキシル基を有する無機粒子は、ヒドロキシル基を有する無機粒子とヒドロキシル基を有するシランカップリング剤を反応させることにより得られる粒子等のヒドロキシル基を有する有機無機ハイブリッド粒子を含む。
一般式（１）で表される化合物としては、オクタデシルジメチルシラン等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
本発明において、第一の工程で、ヒドロキシル基を有する無機粒子を、第一のシランカップリング剤のみと反応させてもよいが、アルケニル基の導入量を制御できることから、第一のシランカップリング剤及びアルケニル基又はアルキニル基を有さないシランカップリング剤（以下、第二のシランカップリング剤という）と反応させることが好ましい。このとき、ヒドロキシル基を有する無機粒子を、所定量の第一のシランカップリング剤と反応させた後、過剰量の第二のシランカップリング剤と反応させることがさらに好ましい。これにより、無機粒子の表面のアルケニル基及び／又はアルキニル基の導入量を制御すると共に、ヒドロキシル基の残存量を減少させることができる。
なお、第一の工程において、ヒドロキシル基を有する無機粒子を、第一のシランカップリング剤及び／又は第二のシランカップリング剤と複数回反応させてもよい。
第一のシランカップリング剤としては、特に限定されないが、一般式
Figure 0005620902
 （式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４の少なくとも一つは、炭素数が２〜８のアルケニル基又は炭素数が２〜７のアルキニル基であり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４の少なくとも一つは、水素原子、ハロゲン基、ヒドロキシル基又は炭素数が１〜４のアルコキシル基であり、上記以外のＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立に、炭素数が１〜８の置換若しくは無置換のアルキル基、炭素数が２〜８の置換アルケニル基、炭素数が２〜７の置換アルキニル基又は炭素数が６〜１２の置換若しくは無置換のアリール基である。）
で表される化合物、一般式
Figure 0005620902
 （式中、ｎは、１〜１００であり、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４の少なくとも一つは、炭素数が２〜８のアルケニル基又は炭素数が２〜７のアルキニル基であり、上記以外のＲ１、Ｒ２、Ｒ３及びＲ４は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ビニルジメチルシロキシ基、炭素数が１〜４のアルコキシル基、炭素数が１〜８の置換若しくは無置換のアルキル基、炭素数が２〜８の置換アルケニル基、炭素数が２〜７の置換アルキニル基又は炭素数が６〜１２の置換若しくは無置換のアリール基であり、複数のＲ１及びＲ３並びに複数存在する場合のＲ３は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。）
で表される化合物、一般式
Figure 0005620902
 （式中、ｎは、３〜５０であり、複数のＲ１及びＲ２の少なくとも一つは、炭素数が２〜８のアルケニル基又は炭素数が２〜７のアルキニル基であり、上記以外のＲ１及びＲ２は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン基、ヒドロキシル基、炭素数が１〜４のアルコキシル基、炭素数が１〜８の置換若しくは無置換のアルキル基、炭素数が２〜８の置換アルケニル基、炭素数が２〜７の置換アルキニル基又は炭素数が６〜１２の置換若しくは無置換のアリール基であり、Ｘは、オキシ基又はイミノ基である。）
で表される化合物、一般式
Figure 0005620902
 （式中、複数のＲ１、Ｒ２及びＲ３の少なくとも一つは、炭素数が２〜８のアルケニル基又は炭素数が２〜７のアルキニル基であり、上記以外のＲ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン基、ヒドロキシル基、炭素数が１〜４のアルコキシル基、炭素数が１〜８の置換若しくは無置換のアルキル基、炭素数が２〜８の置換アルケニル基、炭素数が２〜７の置換アルキニル基又は炭素数が６〜１２の置換若しくは無置換のアリール基であり、Ｘは、単結合、イミノ基又は一般式
Figure 0005620902
 （式中、Ｒ４及びＲ５は、それぞれ独立に、水素原子又はトリメチルシリル基であり、ｎは、１〜８の整数である。）
で表される基である。）
で表される化合物、１，１−ビス（トリメトキシシリルメチル）エチレン等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
なお、一般式（２）〜（５）において、炭素数が２〜８のアルケニル基又は炭素数が２〜７のアルキニル基としては、一般式（１）で表される化合物とのヒドロシリル化反応が可能であれば、特に限定されないが、ビニル基、エチニル等が挙げられる。また、ハロゲン基としては、無機粒子が有するヒドロキシル基との縮合反応が可能であれば、特に限定されないが、クロロ基、ブロモ基、ヨード基等が挙げられる。さらに、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基における置換基としては、反応を阻害しない置換基であれば、特に限定されないが、シアノ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基、アミド基、イミド基、スルホ基、アミノ基、グリセロイル基等が挙げられる。
一般式（２）で表される化合物としては、ビニルトリクロロシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリイソプロポキシシラン、ビニルトリフェノキシシラン、ビニルフェニルメチルシラン、ビニルフェニルメチルクロロシラン、ビニルフェニルジエトキシシラン、ビニルフェニルジクロロシラン、ビニルジフェニルクロロシラン、ビニルジフェニルエトキシシラン、ビニルオクチルジクロロシラン、ビニルジメチルシラン、ビニルジメチルクロロシラン、ジビニルジクロロシラン、トリビニルクロロシラン、トリビニルメトキシシラン、トリビニルエトキシシラン、トリビニルシラン等が挙げられる。
一般式（３）で表される化合物としては、１，５−ジビニル−３，３−ジフェニル−１，１，５，５−テトラメチルトリシロキサン等が挙げられる。
一般式（４）で表される化合物としては、１，３，５−トリビニル−１，３，５−トリメチルシクロトリシロキサン、１，３，５−トリビニル−１，３，５−トリメチルシクロトリシラザン等が挙げられる。
一般式（５）で表される化合物としては、１，３−ジビニルテトラメチルジシロキサン、１，３−ジビニルテトラメチルジシラザン等が挙げられる。
第二のシランカップリング剤としては、特に限定されないが、一般式
Figure 0005620902
 （式中、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、炭素数が１〜９のアルキル基であり、Ｘは、単結合又はイミノ基である。）
で表される化合物、一般式
Figure 0005620902
 （式中、ｎは、０〜５０であり、複数のＲ１、Ｒ２及びＲ３のうち、１〜３個は、水素原子又は炭素数が１〜４のアルコキシル基であり、上記以外のＲ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、炭素数が１〜９のアルキル基である。）
で表される化合物、一般式
Figure 0005620902
 （式中、ｎは、１〜５０であり、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、炭素数が１〜９のアルキル基である。）
で表される化合物、一般式
Figure 0005620902
 （式中、ｎは、３〜１０であり、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、炭素数が１〜９のアルキル基であり、Ｘは、オキシ基又はイミノ基である。）
で表される化合物等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
一般式（６）で表される化合物としては、ヘキサメチルジシラン、ヘキサメチルジシラザン等が挙げられる。
一般式（７）で表される化合物としては、ジメチルジメトキシシラン、ジエチルメチルシラン、トリエチルシラン、トリメチルメトキシシラン、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチルトリシロキサン、１，３−ジメトキシテトラメチルジシロキサン等が挙げられる。
一般式（８）で表される化合物としては、ヘキサメチルジシロキサン、テトラデカメチルヘキサシロキサン等が挙げられる。
一般式（９）で表される化合物としては、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン、ヘキサメチルシクロトリシラザン等が挙げられる。
本発明において、ヒドロキシル基を有する無機粒子を、シランカップリング剤と反応させる際には、公知の方法を用いることができ、例えば、トルエン等の溶媒の存在下、０〜４００℃で３０分〜７２時間反応させる。
また、第二の工程で、シランカップリング剤と反応させた無機粒子を、一般式（１）で表される化合物と反応させる際には、公知の方法を用いることができ、例えば、トルエン等の溶媒の存在下、５０〜３００℃で２時間以上反応させる。触媒としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム又は白金の化合物を用いることができるが、パラジウム化合物又は白金化合物が好ましい。パラジウム化合物としては、特に限定されないが、塩化パラジウム（ＩＩ）、塩化テトラアンミンパラジウム（ＩＩ）酸アンモニウム、酸化パラジウム（ＩＩ）、水酸化パラジウム（ＩＩ）等が挙げられる。白金化合物としては、特に限定されないが、塩化白金（ＩＩ）、テトラクロロ白金酸（ＩＩ）、塩化白金（ＩＶ）、ヘキサクロロ白金酸（ＩＶ）、ヘキサクロロ白金酸（ＩＶ）アンモニウム、酸化白金（ＩＩ）、水酸化白金（ＩＩ）、二酸化白金（ＩＶ）、酸化白金（ＩＶ）、二硫化白金（ＩＶ）、硫化白金（ＩＶ）、ヘキサクロロ白金（ＩＶ）酸カリウム等が挙げられる。
なお、第二の工程の後、公知の方法を用いて、無機粒子に残存したシランカップリング剤由来のシラノール基を封鎖してもよい。
本発明のカラムは、本発明の充填剤の製造方法を用いて製造されている充填剤が充填されているため、塩基性物質のピークのテーリングが小さく、具体的には、アミトリプチリンのテーリング係数を０．９〜２．０とすることができる。なお、本発明のカラムは、液体クロマトグラフィーに適用することができ、試料を分析又は分取することができる。
以下、本発明の実施例について、さらに詳しく説明する。なお、本発明は、これにより限定されるものではない。
［実施例１］
平均粒子径が５μｍ、比表面積が４５０ｍｍ２／ｇのシリカゲル１ｇをアンプルに入れ、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。アンプルを冷却した後、窒素雰囲気下でビニルメチルジメトキシシラン０．５５ｍＬを加えて密閉し、３５０℃で１２時間反応させた。さらに、生成物を取り出し、クロロホルム１０ｍＬ及びメタノール１０ｍＬで洗浄した後、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。
得られた粒子０．７ｇを脱水トルエン３ｍＬ中に分散させた後、オクタデシルジメチルシラン３．１ｍＬを加えて撹拌した。次に、塩化白金酸の３質量％トルエン溶液１４．４５μＬを加えて、７０℃で８時間反応させた後、冷却し、ろ過した。得られた残渣をクロロホルム１０ｍＬ及びメタノール１０ｍＬで洗浄した後、１２０℃１０時間減圧乾燥し、充填剤を得た。
［実施例２］
平均粒子径が５μｍ、比表面積が４５０ｍｍ２／ｇのシリカゲル１５ｇを脱水トルエン６０ｍＬ中に分散させた。次に、ピリジン５．７９ｍＬ及びビニルトリクロロシラン３．１２ｍＬを加え、３時間加熱還流した後、冷却し、ろ過した。得られた残渣を、トルエン１００ｍＬ、アセトニトリル１００ｍＬ及び６０質量％アセトニトリル水溶液１００ｍＬで洗浄した。さらに、６０質量％アセトニトリル水溶液１００ｍＬ中に分散させ、室温で１．５時間撹拌し、ろ過した。得られた残渣を、６０質量％アセトニトリル１００ｍＬ及びメタノール１００ｍＬで洗浄した後、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。得られた粒子は、炭素の含有量が４．００質量％であった。
得られた粒子２ｇをアンプルに入れ、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。アンプルを冷却した後、窒素雰囲気下でジメチルジメトキシシラン０．４１６ｍＬを加えて密閉し、３５０℃で６時間反応させた。さらに、生成物を取り出し、クロロホルム２０ｍＬ及びメタノール２０ｍＬで洗浄した後、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。
得られた粒子０．７ｇを脱水トルエン３ｍＬ中に分散させた後、オクタデシルジメチルシラン３．１ｍＬを加えて撹拌した。次に、塩化白金酸の３質量％トルエン溶液１４．４５μＬを加えて、７０℃で８時間反応させた後、冷却し、ろ過した。得られた残渣をクロロホルム１０ｍＬ及びメタノール１０ｍＬで洗浄した後、１２０℃１０時間減圧乾燥し、充填剤を得た。
［比較例１］
シリカゲル１０ｇを１２０℃で１０時間減圧乾燥した後、冷却し、脱水トルエン４０ｍＬ中に分散させた。次に、ピリジン０．８ｍＬ及びオクタデシルジメチルクロロシラン３．３ｍＬを加え、３時間加熱還流した後、冷却し、ろ過した。得られた残渣を、トルエン１００ｍＬ、クロロホルム１００ｍＬ及びメタノール１００ｍＬで洗浄した後、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。
得られた粒子５ｇをアンプルに入れ、１２０℃で１０時間減圧乾燥した。アンプルを冷却した後、窒素雰囲気下でヘキサメチルシラザン１．０ｍＬを加えて密閉し、２５０℃で６時間反応させた。さらに、生成物を取り出し、クロロホルム５０ｍＬ及びメタノール１００ｍＬで洗浄した後、１２０℃で１０時間減圧乾燥し、充填剤を得た。
［テーリング係数の測定］
実施例１、実施例２及び比較例１の充填剤をカラムに充填した後、２０ｍＭリン酸緩衝液：アセトニトリルが６０：４０（体積比）の移動相を用いて、強塩基性物質のアミトリプチリンのテーリング係数を測定した。
図１、図２及び図３に、実施例１、実施例２及び比較例１の充填剤を充填したカラムのテーリング係数の測定結果を示す。なお、実施例１の充填剤を充填したカラムは、テーリング係数が１．３９、理論段数が６３１３であり、実施例２の充填剤を充填したカラムは、テーリング係数が１．１５、理論段数が７８１４であった。一方、比較例１の充填剤を充填したカラムは、テーリング係数が２．１９、理論段数が３２９２であった。
本国際出願は、２００９年３月１２日に出願された日本国特許出願２００９−５９２９０に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２００９−５９２９０の全内容を本国際出願に援用する。

Claims (5)

  1. ヒドロキシル基を有する無機粒子を、炭素数が２以上８以下のアルケニル基及び／又は炭素数が２以上７以下のアルキニル基を有するシランカップリング剤を含むシランカップリング剤と反応させる第一の工程と、
    該シランカップリング剤と反応させた無機粒子を、一般式
    Figure 0005620902
    （式中、Ｒ１は、炭素数が４以上５０以下のアルキル基又は炭素数が６以上３０以下のアリール基であり、Ｒ２及びＲ３は、それぞれ独立に、水素原子、クロロ基又は炭素数が１以上４以下のアルキル基である。）
    で表される化合物と反応させて、ヒドロシリル化する第二の工程を有することを特徴とする充填剤の製造方法。
  2. 前記第一の工程は、前記無機粒子を、前記炭素数が２以上８以下のアルケニル基及び／又は炭素数が２以上７以下のアルキニル基を有するシランカップリング剤と反応させる工程と、該シランカップリング剤と反応させた無機粒子を、アルケニル基又はアルキニル基を有さないシランカップリング剤と反応させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の充填剤の製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載の充填剤の製造方法を用いて製造されていることを特徴とする充填剤。
  4. 請求項３に記載の充填剤が充填されていることを特徴とするカラム。
  5. アミトリプチリンのテーリング係数が０．９以上２．０以下であることを特徴とする請求項４に記載のカラム。
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