JP6867490B2

JP6867490B2 - 樹脂ビーズ及び水溶液の処理における使用

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Publication number: JP6867490B2
Application number: JP2019534241A
Authority: JP
Inventors: チャン−スー・リー; コリン・エイチ・マーティン; ダリル・ジェイ・ギッシュ; クリストファー・アール・アイシャー
Original assignee: Rohm and Haas Co
Current assignee: Rohm and Haas Co
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2016-12-30
Publication date: 2021-04-28
Anticipated expiration: 2036-12-30
Also published as: JP2020504204A; EP3562846B1; EP3562846A4; KR20190099442A; RU2729075C1; CN110088146B; US11065599B2; EP3562846A1; WO2018124350A1; CN110088146A; US20190314785A1

Description

一般的な工業的目標は水溶液の処理である。対象となる水溶液のカテゴリーは、１つ以上の糖及び／又は１つ以上の糖アルコールを含む水溶液である。糖及び／又は糖アルコールの一部又は全てを、互いから分離するようにこのような水溶液を処理することが望ましい。又、水溶液に存在し得る他の化合物から糖及び／又は糖アルコールの一部又は全てを分離することができるように、このような水溶液を処理することが望ましい。又、６未満のｐＨを有する水溶液を処理できることが望ましい。

過去において、糖の水溶液は、カルシウムの形態でスルホン酸基を有する樹脂ビーズを使用することによって糖を分離するために処理されてきた。糖を効果的に分離するために、このような樹脂ビーズは、比較的小さい平均直径と比較的小さい均一係数の両方を有する樹脂ビーズの集合体に存在する必要があることが分かった。小さい樹脂ビーズのこのような均一な集合体の製造は、困難であり高価である。樹脂ビーズの集合体が比較的大きい平均直径及び比較的大きい均一係数を有する場合でも、糖を分離することができる樹脂ビーズを提供することが望ましい。

「ＳｏｒｐｔｉｏｎａｎｄＳｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＳｕｇａｒｓｗｉｔｈＡｄｓｏｒｂｅｎｔｓＢａｓｅｄｏｎＲｅｖｅｒｓｉｂｌｅＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，」ＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｖｏｌ．２４，ｐ．１７１，２００６で、Ｊ．Ａ．Ｖｅｎｔｅらは、グルコースとフルクトースを分離するために使用される、ｐＨ６又はｐＨ９で使用されるボロン酸官能化ポリ（アクリルアミド）樹脂を記載している。様々な糖と糖アルコールを分離することができる異なる組成の樹脂ビーズを提供することが望ましい。又、６未満のｐＨで水溶液を処理することができる樹脂ビーズを提供することが望ましい。

以下は本発明の説明である。

本発明の第１の態様は、構造（Ｓ１）

（式中、−Ｘ−は二価の連結基であり、−Ｙは構造（Ｓ２）

（式中、構造（Ｓ２）の環状構造は４つ以上の原子を有し、
−Ｘ−基に対する多価原子カチオンのモル比は、０：１である、又は０．０１：１以下である）を有する一価の基である）の官能基を含む樹脂ビーズである。

本発明の第２の態様は、水溶液が１つ以上の溶解した糖、１つ以上の溶解した糖アルコール、又はこれらの混合物を含む水溶液を処理する方法であり、この方法は、水溶液を樹脂ビーズの集合体と接触させることを含み、樹脂ビーズは構造（Ｓ１）

（式中、構造（Ｓ２）の環状構造は、４以上の原子を有する）を有する一価の基である）の官能基を含む。

以下は本発明の詳細な説明である。

本明細書で使用される場合、文脈によりそうではないと明らかに示されていない限り、以下の用語は、指定された定義を有する。

本明細書で使用される場合、「ポリマー」は、より小さい化学繰り返し単位の反応生成物からなる比較的大きい分子である。本明細書で使用される場合、用語「樹脂」は、「ポリマー」の同義語である。ポリマーは、線状、分岐状、星型、ループ状、超分岐状、架橋状、又はこれらの組み合わせである構造を有することができ、ポリマーは、単一種類の繰り返し単位（「ホモポリマー」）を有することができ、又は２種類以上の繰り返し単位（「コポリマー」）を有することができる。コポリマーは、ランダムに、順番に、ブロックに、他の配置に、或いはこれらの任意の混合物又はこれらの組み合わせに配置された様々な種類の繰り返し単位を有することができる。

ビニルモノマーは、構造（Ｍ１）

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、Ｒ^３、及びＲ^４は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、脂肪族基（例えば、アルキル基など）、置換脂肪族基、アリール基、置換アリール基、別の置換又は非置換有機基、或いはこれらの任意の組み合わせである）を有する。ビニルモノマーは、フリーラジカル重合してポリマーを形成することができる。ビニルポリマーは、ビニルモノマーの集合体の二重結合を重合した生成物である。

スチレンモノマーは、Ｒ^１、Ｒ^２、及びＲ^３がそれぞれ、水素であり、−Ｒ^４が、構造

（式中、Ｒ^１５、Ｒ^１６、Ｒ^１７、Ｒ^１８、及びＲ^１９は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、脂肪族基（例えば、アルキル基又はビニル基など）、置換脂肪族基、アリール基、置換アリール基、別の置換又は非置換有機基、或いはこれらの任意の組み合わせである）を有するビニルモノマーである。

アクリルモノマーはビニルモノマーであり、−Ｒ^１及びＲ^２はそれぞれ、水素であり、−Ｒ^３は水素又はメチルであり、−Ｒ^４は、以下の構造

（式中、Ｒ^１１、Ｒ^１２、及びＲ^１４は、それぞれ独立して、水素、Ｃ_１〜Ｃ_１４アルキル基、又は置換Ｃ_１〜Ｃ_１４アルキル基である）の１つを有する。

１つ以上のポリマーを形成するためのモノマー間の反応は、本明細書において重合プロセスと呼ばれる。重合プロセスが行われた後のポリマーの一部としてのモノマーの残基は、本明細書ではそのモノマーの重合単位として知られる。

本明細書中で使用される場合、ポリマーは「主鎖」を有する。主鎖を同定するために、経路は、ポリマーの一端から出発して１つの原子から次の原子へと進み、ポリマーのもう一方の端に達するまで、経路に沿って二倍に戻ることなく共有結合に沿って進むことによって同定される。本明細書で使用される場合、ポリマーの「端」は、ポリマーを形成した重合反応の鎖停止部位である。ポリマーが分岐又は架橋している場合、ポリマーの全ての端点をポリマーの全ての他の端点に接続する、複数のこのような経路が同定される。これらの経路のうちの１つ以上に存在する任意の原子は、ポリマー主鎖の一部である。任意のこのような経路の一部ではない個々の原子、及び任意のこのような経路の一部でない原子がない化学基は、本明細書では「ペンダント」として知られる。いくつかの例は以下の通りである。直鎖ポリエチレンでは、全ての炭素原子が主鎖にある。ωアミノウンデカン酸の重合によって形成された線状ポリアミドでは、全ての炭素原子及び窒素原子が主鎖にある。ビニルポリマーにおいては、各重合単位は構造（Ｍ１）のモノマーの残基である。構造（Ｍ１）に示される炭素原子は、ビニルポリマーの主鎖を形成し、一方、Ｒ^１、−Ｒ^２、−Ｒ^３、及びＲ^４は、ペンダントである。線状ポリスチレンホモポリマーでは、スチレンモノマーのビニル基からの炭素原子が主鎖を形成し、一方、芳香環はペンダントである。

本明細書に示される化学構造において、化学基（即ち、完全な分子ではない結合した原子の構造）が示される場合、その基の他の原子への結合点は、本明細書において記号

によって示される。

例えば、ヒドロキシル基は、本明細書では、

と記載され、
メチル基は、本明細書では、

と記載される。水酸基とメチル基が結合している場合、結果として、ＨＯ−ＣＨ３又はＨＯＣＨ_３として、又は、ＣＨ_３ＯＨとして記載される、メタノールである。

樹脂ビーズは個々の粒子であり、それぞれ５０重量％以上のポリマーを含む。ビーズは２３℃で固体状態にある。粒子が球形ではない場合、粒径は、本明細書では、粒子と同じ体積を有する仮想球の直径とみなされる。

樹脂ビーズの集合体は、粒径が特徴であり得る。集合体は、調和平均直径又は体積平均直径が特徴であり得る。樹脂ビーズの集合体のパラメータＤ６０は、集合体における正確には６０体積％のビーズが直径Ｄ６０以下を有する直径である。樹脂ビーズの集合体のパラメータＤ１０は、集合体における正確には１０体積％のビーズが直径Ｄ１０以下を有する直径である。均一係数（ＵＣ）は、商ＵＣ＝Ｄ６０／Ｄ１０である。より低いＵＣは、直径の分布がよりほぼ均一であることを意味する（即ち、ビーズはほとんど全て同じ直径である）。

樹脂ビーズは、これらの多孔度が特徴であり得る。樹脂ビーズの細孔の大きさは、窒素ガスを用いてＢｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ（ＢＥＴ）法により測定される。中央細孔直径が２０ｎｍ以上である場合、樹脂ビーズは、本明細書では「マクロ多孔性」であると言われる。ＢＥＴ法によって確実に検出することができないほど小さい細孔を有するものを含めて、２０ｎｍ未満の中央細孔直径を有する樹脂ビーズは、本明細書において「ゲル」樹脂ビーズであると言われる。

本明細書で使用される場合、化学基は、置換基（即ち、原子又は化学基）が結合している場合、「置換されている」と本明細書では言われる。適切な置換基としては、例えば、アルキル基、アルキニル基、アリール基、ハロゲン原子、アミン基を含む窒素含有基、カルボキシル基を含む酸素含有基、スルホン酸基を含む硫黄含有基、ニトリル基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。

本明細書で使用される場合、水溶液は、２３℃で液体であり、水性溶媒中に溶解された１つ以上の溶質化合物を含む組成物である。溶媒が室温で液体であり、溶媒の重量に基づいて５０重量％以上の水を含む場合、溶媒は水性である。溶解した化合物が、純粋な状態で（ｉ）２３℃で液体であり、１１０℃以上の沸点を有する場合、又は（２）２３℃で固体である場合、溶解した化合物は「固体」と見なされる。

本明細書で使用される場合、化合物は、化合物が１つ以上の炭素原子を含むが、以下の部類の化合物：酸化炭素、硫化炭素、二硫化炭素、及び類似の化合物などの炭素の二元化合物、金属シアン化物、金属カルボニル、ホスゲン、硫化カルボニル、及び類似の化合物などの三元化合物、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、及び類似の化合物などの金属炭酸塩及び重炭酸塩、のいずれにも属さない場合、「有機」である。化合物が有機ではない場合、化合物は「無機」である。

本明細書で使用される場合、単糖は、２つ以上のヒドロキシル基を有するアルデヒド又はケトンである。二糖は、２つの単糖を結合することによって形成され得る化合物である。オリゴ糖は、３〜５の単糖を結合することによって形成され得る化合物である。糖は、単糖、二糖、又はオリゴ糖である。糖アルコールは、全ての原子が炭素、水素、及び酸素から選択される化合物であり、各酸素原子は、ヒドロキシル基の一部として、又は２つの炭素原子間のエーテル結合の一部として存在し、全ての結合は単一の共有結合であり、３つ以上の炭素原子が存在し、２つ以上のヒドロキシル基が存在する。

原子カチオンは、１つ以上の電子が除去されている原子である。多価原子カチオンは、２つ以上の正電荷を有する原子カチオンである。

比は、本明細書において以下のように特徴付けられる。例えば、比が３：１以上であると言われる場合、その比は、３：１又は５：１又は１００：１であり得るが、２：１でないことがある。これを一般的な意味で述べると、本明細書で比がＸ：１以上であると言われる場合、比はＹ：１であることを意味し、ここでＹはＸ以上である。同様に、例えば、比が１５：１以下であると言われる場合、その比は、１５：１又は１０：１又は０．１：１であり得るが、２０：１でないことがある。これを一般的な方法で述べると、本明細書で比がＷ：１以下であると言われる場合、比はＺ：１であることを意味し、ここでＺはＷ以下である。

本発明の第１の態様は、構造（Ｓ１）

（式中、構造（Ｓ２）における環状構造は、４つ以上の原子を有する）を有する一価の基である）を有する樹脂ビーズである。

構造（Ｓ２）において、基−Ｘ−は、樹脂ビーズ内のポリマーの主鎖の一部である炭素原子に結合していることが好ましい。好ましくは、−Ｘ−は構造（Ｓ１０）

（式中、Ｇは化学基であり、ｎは１以上である）を有する。好ましくは、ｎは、２以上、より好ましくは４以上、より好ましくは６以上である。好ましくは、ｎは、１４以下、より好ましくは１２以下、より好ましくは１０以下、より好ましくは８以下である。構造（Ｓ１０）は、１つ以上の−Ｇ−基が一列に結合していることを示す。ｎが１より大きい場合、全ての−Ｇ−基は互いに同一であり得、又は−Ｇ−基のいくつかは互いに同一であり得るが、−Ｇ−基のいくつかは互いに異なることができ、又は、ｎ個の異なる−Ｇ−基が存在し得る。好ましい−Ｇ−基は、（Ｓ１１）、（Ｓ１２）、（Ｓ１３）、及び（Ｓ１４）：

から選択される。

−Ｒ^４、−Ｒ^５、及び−Ｒ^６は、それぞれ互いに独立して、水素、ヒドロキシル、アミノ、Ｎ−置換アミノ、非置換アルキル、又は置換アルキルである。−Ｒ^７、−Ｒ^８、−Ｒ^９、−Ｒ^１０、又は−Ｒ^１１は、それぞれ互いに独立して、水素、ヒドロキシル、アミノ、Ｎ−置換アミノ、非置換アルキル、又は置換アルキルであり、但し、−Ｒ^７、−Ｒ^８、−Ｒ^９、−Ｒ^１０、又は−Ｒ^１１のうちの１つは、（Ｓ１４）と隣接する基又は樹脂主鎖の間の接続結合である。

本明細書において上記で定義した構造（Ｓ１０）を有し、ポリマーの主鎖に結合している任意の化学基は、−Ｙ基に結合していてもいなくても、−Ｘ−基であると本明細書では見なされる。

好ましくは、−Ｒ^４は、非置換アルキルである。好ましくは、−Ｒ^４は、１〜８の炭素原子、より好ましくは１〜４の炭素原子、より好ましくは１つ又は２つの炭素原子、より好ましくは１つの炭素原子を有する。２つ以上（Ｓ１２）が存在する場合、複数のＲ^４基は互いに独立して選択されることができる。好ましくは、−Ｒ^５は、水素、ヒドロキシル、又は非置換アルキル、より好ましくはヒドロキシルである。好ましくは、−Ｒ^６は、水素、ヒドロキシル、又は非置換アルキル、より好ましくは水素又はヒドロキシルである。２つ以上（Ｓ１３）が存在する場合、複数のＲ^５基は、互いに独立して選択されることができる。２つ以上（Ｓ１３）が存在する場合、複数のＲ^６基は、互いに独立して選択されることができる。

好ましくは、Ｒ^７、−Ｒ^８、−Ｒ^９、−Ｒ^１０、及びＲ^１１の１つ以上は、水素、ヒドロキシル、又は非置換アルキルである。より好ましくは、−Ｒ^７、−Ｒ^８、−Ｒ^９、−Ｒ^１０、及び−Ｒ^１１の全ては、隣接する基又は樹脂主鎖への接続結合であるものを除いて、水素、ヒドロキシル、又は非置換アルキルである。より好ましくは、−Ｒ^７、−Ｒ^８、−Ｒ^９、−Ｒ^１０、及び−Ｒ^１１の全ては、隣接する基又は樹脂主鎖への接続結合であるものを除いて、水素である。

好ましくは、−Ｘ−は（Ｓ１１）基を有しない。好ましくは、−Ｘ−の（Ｓ１２）基の数は、３以下、より好ましくは２以下、より好ましくは１である。好ましくは、−Ｘ−の（Ｓ１３）基の数は、１以上、より好ましくは２以上、より好ましくは３以上、より好ましくは４以上、より好ましくは５以上である。好ましくは、−Ｘ−の（Ｓ１３）基の数は、１０以下、より好ましくは８以下、より好ましくは７以下、より好ましくは６以下、より好ましくは５以下である。好ましくは、−Ｘ−には、−Ｒ^５がヒドロキシルであり、−Ｒ^６が水素である１つ以上の（Ｓ１３）基が存在する。好ましくは、−Ｘ−には、−Ｒ^５が水素であり、又−Ｒ^６が水素である１つ以上の（Ｓ１３）基が存在する。

好ましい−Ｘ−基は構造（Ｓ１５）を有する。

好ましくは、−Ｙは構造（Ｓ１６）

（式中、ｍは１以上、ｐは０以上である）を有する。−Ｚ−基及び−Ｊ−基はそれぞれ、互いに独立して選択される二価の化学基である。好ましくは、−Ｚ−基及び−Ｊ−基はそれぞれ、上記で定義したように（Ｓ１１）、（Ｓ１２）、及び（Ｓ１３）から選択され、−Ｚ−基及び−Ｊ−基それぞれにおいて、−Ｒ^４、−Ｒ^５、及び−Ｒ^６は、それぞれ互いに独立して、水素、ヒドロキシル、アミノ、Ｎ−置換アミノ、非置換アルキル、又は置換アルキルである。

好ましくは、ｐは、３以下、より好ましくは２以下、より好ましくは１以下、より好ましくは０である。好ましくは、ｍは１以上である。好ましくは、ｍは、５以下、より好ましくは４以下、より好ましくは２以下、より好ましくは１である。

好ましくは、−Ｙは、構造（Ｓ３）、（Ｓ４）、及び（Ｓ５）：

（式中、−Ａ^１−、−Ａ^２−、−Ａ^３−、−Ａ^４−、及び−Ａ^５−はそれぞれ、構造（Ｓ６）、（Ｓ７）、及び（Ｓ８）：

（式中、−Ｒ^１及びＲ^２はそれぞれ、水素、ヒドロキシル、アミン、非置換アルキル、及び置換アルキルから独立して選択され、−Ｒ^３は、水素、非置換アルキル、及び置換アルキルから独立して選択される）から独立して選択される）から選択される。好ましくは、−Ｒ^１及びＲ^２の１つ以上は、水素であり、より好ましくは、−Ｒ^１及び−Ｒ^２の両方が水素である。

好ましくは、−Ａ^１−及びＡ^２−の１つ以上は、（Ｓ８）であり、より好ましくは、Ａ^１−及びＡ^２の両方が（Ｓ８）である。好ましくは、−Ａ^３−及びＡ^４−の１つ以上は（Ｓ８）であり、より好ましくは、Ａ^３及び−Ａ^４−の両方が（Ｓ８）である。好ましくは、−Ａ^５−は（Ｓ８）である。

好ましくは、−Ｙは（Ｓ５）である。

本発明の樹脂ビーズは、１つ以上の「Ｙ置換」不純物を含み得る。Ｙ置換不純物（本明細書では−Ｙ^Ｒとして表される）が存在する場合、樹脂ビーズは構造（Ｓ１７）

（式中、−Ｙ^Ｒは、上記の−Ｙの定義の範囲外の原子、分子、イオン、又は化学基である）を含む。−Ｘ−と−Ｙ^Ｒの間の結合は、共有結合又はイオン結合又は配位結合であり得る。いくつかのＹ置換不純物は、塩化鉄分子、遷移金属の原子カチオン、亜鉛、カドミウム、及び水銀の原子カチオン、並びに全種類の多価原子カチオンである。好ましくは、それぞれの種類のＹ置換不純物は存在しない、又は存在する場合は比較的少量で存在する。

本発明の樹脂ビーズは、１つ以上の多価原子カチオンを含み得る。好ましくは、多価原子カチオンは存在しない、又は多価原子カチオンの−Ｘ−基に対するモル比で０．０１：１以下、より好ましくは０．００１：１以下で存在する。本発明の樹脂ビーズは、任意の価数の遷移元素の１つ以上の原子カチオンを含み得る。好ましくは、遷移元素の原子カチオンは存在しない、又は遷移元素の原子カチオンの−Ｘ−基に対するモル比で０．０１：１以下、より好ましくは０．００１：１以下で存在する。

本発明の樹脂ビーズは、塩化鉄を含み得る。好ましくは、塩化鉄は存在しない、又は塩化鉄の−Ｘ−基に対するモル比で０．０１：１以下、より好ましくは０．００１：１以下で存在する。本発明の樹脂ビーズは、亜鉛、カドミウム、水銀、又はこれらの混合物から選択される元素の任意の原子価の値の１つ以上の原子カチオンを含み得る。好ましくは、亜鉛、カドミウム、水銀、又はこれらの混合物から選択される元素の原子カチオンは存在しない、或いは亜鉛、カドミウム、水銀、又はこれらの混合物から選択される元素の原子カチオンの−Ｘ−基に対するモル比で０．０１：１以下、より好ましくは０．００１：１以下で存在する。

好ましくは、−Ｙ基の−Ｘ−基に対するモル比は、０．９：１以上、より好ましくは０．９５：１以上、より好ましくは０．９８：１以上、より好ましくは０．９９：１以上、より好ましくは０．９９５：１以上である。好ましくは、−Ｙ基の−Ｘ−基に対するモル比は１．００１：１以下である。

本発明の樹脂ビーズにおけるポリマーは、例えば、段階反応ポリマー及びビニルポリマーを含む任意の種類のポリマーであり得る。段階反応ポリマーは、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、セルロース、フェノール−アルデヒド、尿素アルデヒド、ポリスルフィド、及びポリシロキサンを含む。ビニルポリマーは、アクリルモノマー又はオレフィンモノマー又はスチレンモノマー或いはこれらの混合物の重合単位を有するポリマーを含む。ビニルポリマーが好ましく、スチレンモノマー又はアクリルモノマー或いはこれらの混合物の重合単位を含むビニルポリマーがより好ましく、スチレンモノマーの重合単位を含むビニルポリマーがより好ましい。ビニルポリマーのうち、スチレンモノマーの重合単位の量が、ビニルポリマーの重量に基づいて、５０％以上、より好ましくは７５％以上、より好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上であるものが好ましい。

好ましくは、１つ以上の硫黄原子と１つ以上の酸素原子の両方を含むペンダント基の量は、ポリマーの重量に基づいて、０〜０．０１％、より好ましくは０〜０．００３％、より好ましくは０〜０．００１％、より好ましくは０％である。好ましくは、１つ以上の硫黄原子を含むペンダント基の量は、ポリマーの重量に基づいて、０〜０．０１％、より好ましくは０〜０．００３％、より好ましくは０〜０．００１％、より好ましくは０％である。好ましくは、水素化形態又はアニオン形態で、１つ以上のカルボキシル基の両方を含むペンダント基の量は、ポリマーの重量に基づいて、０〜０．０１％、より好ましくは０〜０．００３％、より好ましくは０〜０．００１％、より好ましくは０％である。好ましくは、上記で定義した−Ｘ−及び−Ｙ以外のペンダント基の量は、ポリマーの重量に基づいて、０〜０．０１％、より好ましくは０〜０．００３％、より好ましくは０〜０．００１％、より好ましくは０％である。

好ましくは、樹脂ビーズは、樹脂ビーズの重量に基づいて、５０％以上、より好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、より好ましくは９８％以上の量でポリマーを含む。

本発明の樹脂ビーズは、調和平均粒径が、１００μｍ以上、より好ましくは２００μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上、より好ましくは４００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上のビーズの集合体であることが好ましい。本発明の樹脂ビーズは、調和平均粒径が、２０００μｍ以下、より好ましくは１０００μｍ以下のビーズの集合体であることが好ましい。

本発明の樹脂ビーズは、均一係数が、１．０２以上、より好ましくは１．０９以上、より好ましくは１．１６以上、より好ましくは１．２以上、より好ましくは１．３以上のビーズの集合体であることが好ましい。本発明の樹脂ビーズは、均一係数が、２以下、より好ましくは１．８以下のビーズの集合体であることが好ましい。

本発明の樹脂ビーズは、マクロ多孔性であることが好ましい。

本発明の樹脂ビーズは、任意の方法で作製することができる。好ましい方法では、ペンダント基を有する樹脂が供給され、この場合に、ペンダント基は、２つの炭素原子が互いに結合しているサブグループを有し、又これら２つの炭素原子のそれぞれはヒドロキシル基に結合しており、サブグループは、シス−ジオール配置である。次いで好ましくは、樹脂をＨ_３ＢＯ_３と接触させ、サブグループをＨ_３ＢＯ_３と反応させて、好ましい−Ｙ基を形成する。

本発明の第２の態様は、水溶液の処理である。本発明の第２の態様の実施において、樹脂ビーズは多価原子カチオンを含んでも含まなくてもよく、多価原子カチオンが存在する場合、多価原子カチオンの−Ｘ−基に対するモル比は０．０１：１以下であってもなくてもよい。しかしながら、多価原子カチオンの量は、本発明の第１の態様において上記した好ましい量と同じであることが好ましい。

又、本発明の第１の態様に適している上記の、Ｙ置換不純物レベルを含む全ての樹脂特性は、本発明の第２の態様に使用される樹脂ビーズに適している。

好ましくは、水溶液は、水溶液に溶解する１つ以上の糖を含む。好ましくは、水溶液はスクロースを含む。好ましくは、水溶液はグルコースを含む。好ましくは、フルクトースのグルコースに対する重量比は、０．１：１以上、より好ましくは０．２：１以上、より好ましくは０．５：１以上である。好ましくは、フルクトースのグルコースに対する重量比は、１０：１以下、より好ましくは５：１以下、より好ましくは２：１以下である。

好ましくは、水溶液は、マンノース、アラビノース、マルトース、スクロース、ガラクトース、ラフィノース、スタキオース、ラクトース、キシロース、トレハロース、イソマルツロース、これらの異性体、様々な水和物レベルを有するこれらのバージョン、及びこれらの混合物から選択され、より好ましくは、マルトース、スクロース、ラフィノース、スタキオース、ラクトース、トレハロース、イソマルツロース、これらの異性体、様々な水和物レベルを有するこれらのバージョン、及びこれらの混合物から選択され、より好ましくは、マルトース、スクロース、Ｄ−ラフィノース、スタキオース、Ｄラクトース、トレハロース、イソマルツロース、及びこれらの混合物から選択される１つ以上の糖を含む。

好ましくは、水溶液は、水溶液に溶解する１つ以上の糖アルコールを含む。好ましい糖アルコールは、イノシトール、キシリトール、マルチトール、メソ−エリトリトール、Ｄ−マンニトール、ソルビトール、これらの異性体、及びこれらの混合物であり、より好ましいのは、イノシトール、キシリトール、Ｄ−マンニトール、ソルビトール、及びこれらの混合物である。

好ましくは、水溶液の全ての糖の総量は、水溶液の重量に基づいて、０．１％以上、より好ましくは０．５％以上、より好ましくは１％以上、より好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上である。好ましくは、水溶液の全ての糖の総量は、水溶液の重量に基づいて、７０％以下、より好ましくは６０％以下である。

好ましくは、水溶液は６未満、より好ましくは５．５以下、より好ましくは５以下、より好ましくは４．５以下のｐＨを有する。好ましくは、水溶液は、２以上、より好ましくは２．５以上のｐＨを有する。

好ましくは、水溶液の全ての糖アルコールの総量は、水溶液の重量に基づいて、０．０５重量％以上、より好ましくは０．１重量％以上である。好ましくは、水溶液の全ての糖アルコールの総量は、水溶液の重量に基づいて、１５重量％以下、より好ましくは１０重量％以下である。

いくつかの実施形態においては、水溶液はエタノールを含む。

いくつかの実施形態においては、水溶液は１つ以上の溶解した無機塩を含む。溶解した無機塩の中で、好ましいカチオンは、ナトリウム、カリウム、及びこれらの混合物、より好ましくはカリウムである。溶解した無機塩の中で、好ましいアニオンは塩化物である。好ましくは、全ての溶解した無機塩の総量は、水溶液の重量に基づいて、０〜１０重量％、より好ましくは０〜５重量％である。

水溶液を樹脂ビーズと接触させることは、互いから溶解した成分の一部を分離するのに役立つプロセスの一部として行われるであろうと考えられる。成分を分離する任意のこのようなプロセスが想定される。このようなプロセスの２つの例は、パルスプロセス及び連続プロセスである。

パルスプロセスでは、一定量の樹脂ビーズと一定量の水溶液とを接触させる。例えば、樹脂ビーズは、液体を容器内に入れる注入口と、樹脂ビーズを容器内に保持しながら液体を容器から出す排出口を有する容器に存在することができる。このような容器の例は、クロマトグラフィーカラムである。例えば、クロマトグラフィーカラムを用いるパルスプロセスでは、一定量の樹脂ビーズをカラムに入れ、次いで一定量の水溶液を樹脂ビーズと接触しているカラムの上部に入れることができる。次いで、「溶離液」と呼ばれる液体を、注入口からカラムの上部に通し、カラムを通過して樹脂ビーズと接触させ、排出口から出ることができる。所望の成分が全て除去されるまで、十分な量の溶離液をカラムを通過させることができる。樹脂ビーズに対する親和性が異なるため、異なる成分が、異なる速度で、溶離液に溶解され、カラムを通り排出口を通って出ることが考えられる。

パルスプロセスでは、好ましい溶離液は、カラムに入る前は糖又は糖アルコールを含まない水溶液である。好ましい溶離液は、場合により１つ以上の溶解した無機塩を含むｐＨ３〜１１の水溶液であり、より好ましいのは、所望のｐＨを確立するのに必要なもの以外の多くの量の任意の溶質を含まないｐＨ３〜１１の水である。最も好ましい溶離液は、ｐＨ６〜８の水である。

連続プロセスでは、新鮮な水溶液を連続的に樹脂ビーズと接触させ、１つ以上の生成物の流れを樹脂ビーズから除去する。好ましい連続プロセスは、擬似移動床式（ＳＭＢ）プロセスである。ＳＭＢプロセスは、例えば、ＴｒｅｎｄｓｉｎＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＴＩＢＴＥＣＨ）ｖｏｌｕｍｅ１８，Ｍａｒｃｈ２０００，ｐｐ１０８−１１８でＪｕｚａらによって、及びＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙＡ，ｖｏｌｕｍｅ１２１６，２００９，ｐｐ７０９−７３８でＲａｊｅｎｄｒａｎらによって、説明されている。ＳＭＢプロセスでの使用に好ましい溶離液（ＳＭＢプロセスでは「脱着剤」とも呼ばれる）は、パルスプロセスについて上述したものと同じである。

いくつかの実施形態においては、連続プロセスの実現可能性を判断するために、パルスプロセスが試験として実行される。例えば、化合物「Ａ」の水溶液は、溶離液として水を使用するパルスプロセスで処理することができ、保持時間（即ち、「Ａ」がカラムを離れるのに必要な時間）が留意される。次いで、同じ条件下で、又水を溶離液として使用して、化合物「Ｂ」の水溶液において別のパルスプロセスを実施することができ、「Ｂ」の保持時間が留意される。「Ａ」と「Ｂ」の保持時間が十分に異なる場合、ＳＭＢプロセスを使って、「Ａ」と「Ｂ」の両方を含む溶液は、一方が「Ａ」を含み、他方が「Ｂ」を含む別々の溶液に分離され得る。

「Ａ」と「Ｂ」の保持時間が十分に異なるかを判断するために分解能を調べる。分解能は、例えば、Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ、２０１５発行の、ＡｎａｌｙｔｉｃａｌＳｅｐａｒａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅｓ（Ａｎｄｅｒｓｏｎら、編集者）の第１章で、Ｆｏｒｎｓｔｅｄｔらによって定義されている。「Ａ」のパルスプロセスでは、カラムからの排出流における「Ａ」の濃度が時間の関数として検討され、溶離液の流れが始まる時点では時間はゼロに等しい。時間に対する濃度はピークを形成し、これは三角形としてモデル化される。三角形の頂点の時間の値が保持時間（ｔ_Ａ）であり、ピーク幅（Ｗ_Ａ）は、ベースラインでの三角形の幅である。「Ｂ」におけるパルス処理によって、保持時間（ｔ_Ｂ）と「Ｂ」のピーク幅（Ｗ_Ｂ）特性が決定される。「Ｂ」がより長い保持時間を有する化合物であるとき、分解能Ｒ_ＡＢは、
Ｒ_ＡＢ＝２（ｔ_Ｂ−ｔ_Ａ）／（Ｗ_Ａ＋Ｗ_Ｂ）
である。

より高い分解能は、「Ａ」と「Ｂ」の対がより容易に分離され得ることを意味する。

以下は本発明の実施例である。

実施例１：樹脂ビーズの調製
樹脂ビーズＤＯＷＥＸ（商標）ＢＳＲ−１を使用した。これらのビーズはマクロ多孔性であり、スチレン／ジビニルベンゼンコポリマーを含み、構造（Ｓ１８）：

（式中、記号

はポリマー主鎖を表す）のペンダント基を含む。（Ｓ１８）の最も右側の２つの炭素原子及びそれらに結合したヒドロキシル基は、シス−ジオール配置にある。本発明の樹脂ビーズを作製するために、１．５ＬのＤＯＷＥＸ（商標）ＢＳＲ−１ビーズを、脱イオン水に溶解した２ＬのＨ_３ＢＯ_３の溶液と混合した。混合物を室温（約２３℃）で２時間撹拌した。次いで、過剰の液体をデカントし、濯ぎ水のｐＨが約７になるまで樹脂を脱イオン水で濯いだ。上記に示したペンダント基は全て、以下の構造（Ｓ１９）：

に変換されたと考えられる。

実施例１で作製された樹脂ビーズの集合体は、調和平均直径が６１１μｍであり、均一係数が１．３９であった。

実施例２：様々な溶質のパルス試験
以下の溶質についてパルス試験を実施した。

パルス試験を以下の通り実施した。単一の溶質の溶液を、水に溶解した２０重量％の溶質で調製した。高さ９１ｃｍ及び直径２．７ｃｍのカラムを使用した。カラムに充填された樹脂の体積は、５２６ｍＬであった。２６．３ｍＬの溶液を、カラム内の樹脂の上に置いた。溶離を６０℃で１時間当たり２．０カラム体積（１７．４７ｍＬ／分）の水で行った。「比較」（「Ｃｏｍ」）試験は、ＤＯＷＥＸ（商標）ＢＳＲ−１樹脂を用いて行い、「実施例」（「Ｅｘ」）試験は、実施例１の方法によって作製した樹脂を用いて行った。

各パルス試験について保持時間及び幅を決定した。次いで、所定の樹脂の種類と所定の溶質対において、上述の通りＦｏｒｎｓｔｅｄｔらによって定義された分解能計算を用いて分解能を決定した。分解能の値は以下の通りであった。

上記の表にデータがどのように表示されているかの説明として、以下の点に留意する。溶質Ｊ及びＢについては、比較例の樹脂における分解能は０．００４であり、一方、実施例の樹脂における分解能は０．１８４であった。

実施例の樹脂を使用すると、分解能の値に全体的な改善がもたらされる。例えば、特定の溶質対について、分解能の値ＲＱ＝（実施例の樹脂を使用した分解能）／（比較例の樹脂を使用した分解能）の商を考慮することができる。

分解能が比較例の樹脂と実施例の樹脂の両方で低い場合の対において結果が無視される場合、全体的な改善の一態様が明らかになる。例えば、１つの分析では、特定の溶質対についてデータが無視される場合、比較例の樹脂を使用した分解能と実施例の樹脂を使用した分解能の両方が０．１６未満である。この分析では、両方の樹脂がその特定の溶質対の分離能に乏しいため、どちらが優れているかは関係ない。残りのデータ（即ち、一方の分解能又は他方の分解能、或いは両方が０．１６以上である全ての溶質対を考慮した場合、商ＲＱは０．８１（溶質対ＣＬ）から６５９（溶質対ＣＱ）まで変動する。従って、少なくとも１つの樹脂が０．１６以上の分解能を有する場合はいつでも、樹脂は類似しており、又は実施例の樹脂がより優れており、おそらくはるかに優れている。

別の分析では、比較例の樹脂を用いた分解能と実施例の樹脂を用いた分解能の両方が０．２２未満である溶質対について結果が無視される対が考慮される。次いで、商ＲＱは１．１９（溶質対ＬＯ）から６５９（溶質対ＣＱ）まで変動する。従って、少なくとも１つの樹脂が比較的良好な分解能（即ち０．２２以上）を示す任意の溶質対において、実施例の樹脂は常に優れている。このデータセットの代表的なＲＱ値のいくつかを以下に示す。

実施例３：混合した糖溶液の分離
以下の比較例の樹脂を試験した：
ＣＲ−２＝実施例１の樹脂と同様のマクロ多孔性樹脂であり、同じ調和平均直径（６１１μｍ）及び同じ均一係数（１．３９）を有する。しかしながら、（Ｓ１９）の代わりに、ペンダント基は（Ｓ２０）であった。

ＣＲ−３＝ＣＲ−２と同様のマクロ多孔性樹脂であるが、調和平均直径６４０μｍ及び均一係数１．１未満であった。

ＣＲ−４＝ＣＲ−２と同様の樹脂であるが、ゲルの樹脂であり、調和平均直径は３２０μｍであり、均一係数は１．１未満であった。

ＣＲ−５＝ＤＯＷＥＸ（商標）ＢＳＲ−１。この樹脂は、ペンダント基（Ｓ１９）の代わりにペンダント基（Ｓ１８）を有すること以外は実施例１と同様である。

４２重量％のフルクトースを含み、又グルコースを含み、５０．０５重量％の溶解した固形分を含む糖水溶液を調製した。糖濃度は５０ブリックス（Ｂｒｉｘ）であった。

実施例２のように樹脂をカラムに入れた。糖水溶液の試料をカラムの上に置いた。糖水溶液の体積は、カラム体積の１１．２％であった。次いで、カラムを６０℃で１時間当たり１．２床体積の水で溶離した。カラムは、直径２５ｍｍ、長さ１２１９ｍｍを有した。総床体積は５２５ｍＬであった。溶離液の個々の画分をオートサンプラーで集めた。ＡＭＩＮＥＸ（商標）ＨＰＸ−８７Ｃカラム（Ｂｉｏ−ＲａｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ、Ｉｎｃ．）を用いて８５℃、０．６ｍＬ／分、２０μＬの注入量で高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）を用いて、各画分を糖の存在及び種類について分析した。画分からのグルコースとフルクトースの濃度の結果を、溶離体積（床体積）に対してプロットし、分解能を上記の方法を用いて計算した。実施例２と同様に、グルコース及びフルクトースについての分解能が得られた。実験は４つの異なる樹脂を用いて４回行い、結果は以下の通りであった。

この表は、スルホン酸ペンダント基を使用する場合（即ちＳ２０）、０．３を超える分解能の値を有する唯一の樹脂はＣＲ−４であり、これは小さい直径と均一な分布の両方を有したことを示している。実施例１の樹脂（ホウ素含有ペンダント基Ｓ１９を使用）は、比較的大きいサイズ及び比較的大きい均一係数を有していても、最高の分解能の値を達成した。又、実施例１とＣＲ−５の比較は、ホウ素含有基の存在が分解能を大幅に改善することを示している。
（態様）
（請求項１）
構造（Ｓ１）

（式中、構造（Ｓ２）の環状構造は４つ以上の原子を有し、−Ｘ−基に対する多価原子カチオンのモル比は、０：１である、又は０．０１：１以下である）を有する一価の基である）の官能基を含む樹脂ビーズ。
（請求項２）
−Ｙは、構造（Ｓ３）、（Ｓ４）、及び（Ｓ５）：

（式中、−Ａ ^１ −、−Ａ ^２ −、−Ａ ^３ −、−Ａ ^４ −、及び−Ａ ^５ −はそれぞれ、構造（Ｓ６）、（Ｓ７）、及び（Ｓ８）：

（式中、Ｒ ^１、Ｒ ^２、及びＲ ^３はそれぞれ、水素、ヒドロキシル、アミン、非置換アルキル、及び置換アルキルからなる群から独立して選択される）からなる群から独立して選択される）からなる群から選択される、請求項１に記載の樹脂ビーズ。
（請求項３）
−Ｘ−が、１つ以上の構造（Ｓ７）、１つ以上の構造（Ｓ８）、１つ以上の構造（Ｓ９）、又はこれらの組み合わせを含み、構造（Ｓ７）、構造（Ｓ８）、及び構造（Ｓ９）は、以下：

（式中、構造（Ｓ９）の芳香環は置換されていてもいなくてもよく、Ｒ ^１及びＲ ^２はそれぞれ、水素、ヒドロキシル、アミン、非置換アルキル、及び置換アルキルからなる群から独立して選択され、Ｒ ^３は、水素、非置換アルキル、及び置換アルキルからなる群から選択される）の通り定義される、請求項１に記載の樹脂ビーズ。
（請求項４）
−Ｙ基の−Ｘ−基に対するモル比は、０．９９：１以上である、請求項１に記載の樹脂ビーズ。
（請求項５）
前記集合体は、２００μｍ以上の調和平均直径を有する、請求項１に記載の樹脂ビーズの集合体。
（請求項６）
前記集合体は、１．０２以上の均一係数を有する、請求項５に記載の樹脂ビーズの集合体。

Claims

構造（Ｓ１）

（式中、−Ｘ−は二価の連結基であり、−Ｙは構造（Ｓ２）

（式中、構造（Ｓ２）の環状構造は４つ以上の原子を有し、−Ｘ−基に対する多価原子カチオンのモル比は、０．０１：１以下である）を有する一価の基である）の官能基を含む糖および／または糖アルコールの少なくとも１つを分離するための樹脂ビーズ。
−Ｙは、構造（Ｓ３）、（Ｓ４）、及び（Ｓ５）：

（式中、−Ａ^１−、−Ａ^２−、−Ａ^３−、−Ａ^４−、及び−Ａ^５−はそれぞれ、構造（Ｓ６）、（Ｓ７）、及び（Ｓ８）：

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２、及びＲ^３はそれぞれ、水素、ヒドロキシル、アミン、非置換アルキル、及び置換アルキルからなる群から独立して選択される）からなる群から独立して選択される）からなる群から選択される、請求項１に記載の樹脂ビーズ。
−Ｘ−が、１つ以上の構造（Ｓ７）、１つ以上の構造（Ｓ８）、１つ以上の構造（Ｓ９）、又はこれらの組み合わせを含み、構造（Ｓ７）、構造（Ｓ８）、及び構造（Ｓ９）は、以下：

（式中、構造（Ｓ９）の芳香環は置換されていてもいなくてもよく、Ｒ^１及びＲ^２はそれぞれ、水素、ヒドロキシル、アミン、非置換アルキル、及び置換アルキルからなる群から独立して選択され、Ｒ^３は、水素、非置換アルキル、及び置換アルキルからなる群から選択される）の通り定義される、請求項１に記載の樹脂ビーズ。
樹脂ビーズの集合体であって、前記集合体は、２００μｍ以上の調和平均直径を有する、請求項１に記載の樹脂ビーズの集合体。
前記集合体は、１．０２以上のＤ６０／Ｄ１０を有し、ここで樹脂ビーズの集合体のパラメータＤ６０は、集合体における６０体積％のビーズが直径Ｄ６０以下を有する直径であり、樹脂ビーズの集合体のパラメータＤ１０は、集合体における１０体積％のビーズが直径Ｄ１０以下を有する直径である、請求項４に記載の樹脂ビーズの集合体。