JP7242806B2 - 有機化合物の精製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、有機化合物の精製方法に関する。
目的とする有機化合物を精製する方法として、蒸留、再結晶、クロマトグラフィ、抽出などが一般的に知られている。また、レーザ光を利用した有機化合物の精製方法が特許文献１に開示されている。特許文献１では、結晶形として安定形及び準安定形を含む物質の溶液から準安定形の物質を選択的に製造するにあたり、溶液中へレーザ光を照射することにより気泡を発生させて準安定形結晶核を発生させ、準安定形結晶を選択的に製造している。
しかしながら、特許文献１に記載された方法は準安定形結晶の物質を選択的に製造する方法であり、広く有機化合物の精製方法に適用できるものではなく、汎用性に欠けるという問題があった。また、特許文献１では、レーザ光照射は溶液中に気泡を発生させるために行っており、物質に特有の赤外吸収波長光については着目されていない。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、従来よりも簡便に高い純度で目的とする有機化合物を精製する汎用性の高い方法を提供することを主目的とする。
本発明の有機化合物の精製方法は、
複数種類の有機化合物の中から目的化合物である特定の有機化合物を精製する方法であって、
前記目的化合物には含まれず前記目的化合物以外の有機化合物に含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光を前記複数種類の有機化合物に照射しながら前記目的化合物と前記目的物以外の有機化合物とを分離するか、
又は、
前記目的化合物に含まれ前記目的化合物以外の有機化合物には含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光を前記複数種類の有機化合物に照射しながら前記目的化合物と前記目的物以外の有機化合物とを分離する、
ものである。
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又は、
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ものである。
この精製方法のうち前段の方法では、目的化合物には含まれず目的化合物以外の有機化合物に含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光を複数種類の有機化合物に照射する。これにより、複数種類の有機化合物のうち目的化合物以外の有機化合物は、選択的にエネルギーを供与されるため、通常の沸点よりも低い温度で気化が進んだり、熱運動が活発になって結晶化しにくくなったり、クロマトグラフィに用いる固定相との親和性が低下したりする。このような特性の変化を利用することにより、目的化合物と目的化合物以外の有機化合物とを従来よりも簡便に高い純度で単離することができる。また、種々の有機化合物の精製に適用することができるため、汎用性が高い。
また、後段の方法では、目的化合物に含まれ目的化合物以外の有機化合物には含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光を複数種類の有機化合物に照射する。これにより、目的化合物は、選択的にエネルギーを供与されるため、通常の沸点よりも低い温度で気化が進んだり、熱運動が活発になって結晶化しにくくなったり、クロマトグラフィに用いる固定相との親和性が低下したりする。このような特性の変化を利用することにより、目的化合物と目的化合物以外の有機化合物とを従来よりも簡便に高い純度で単離することができる。また、種々の有機化合物の精製に適用することができるため、汎用性が高い。
なお、分離の手法としては、例えば蒸留、再結晶、クロマトグラフィ、抽出などが挙げられる。本発明で使用する有機化合物は、低分子化合物であってもよいし高分子化合物であってもよい。高分子化合物は、タンパク質などの天然物であってもよいし合成樹脂などの人工物であってもよい。再結晶には、特定構造の化合物の選択的結晶化（例えば結晶多形が存在する化合物の特定結晶のみを選択的に結晶化させる方法）も含まれる。
以下の本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態の第１の精製方法は、複数種類の有機化合物の中から目的化合物である特定の有機化合物を精製する方法であって、目的化合物には含まれず目的化合物以外の有機化合物に含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光を複数種類の有機化合物に照射しながら目的化合物と目的物以外の有機化合物とを分離するものである。
本実施形態の第２の精製方法は、複数種類の有機化合物の中から目的化合物である特定の有機化合物を精製する方法であって、目的化合物に含まれ目的化合物以外の有機化合物には含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光を複数種類の有機化合物に照射しながら目的化合物と目的物以外の有機化合物とを分離するものである。
例えば、目的化合物（成分Ａ）と目的物以外の有機化合物（成分Ｂ）とを含む混合液から再結晶により成分Ａを分離する場合について説明する。ここでは、成分Ａ，Ｂのいずれも結晶性があるものとする。
混合液から直接成分Ａを再結晶させる場合、成分Ａ，Ｂが溶解した混合液（図１（ａ）参照）に、成分Ａには含まれず成分Ｂに含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光を照射しながら、再結晶を行う（図１（ｂ）参照、第１の精製方法）。図１では、溶解している成分を点線、結晶化した成分を実線で示す。成分Ｂは、こうした赤外吸収波長光を照射した場合には照射しない場合に比べて分子の熱運動が活発な状態となることが想定される。その結果、再結晶時、成分Ａ，Ｂが溶解した溶液の冷却に伴い、分子の熱運動が活発になっていない成分Ａから結晶化が始まり、分子の熱運動が活発な成分Ｂについては結晶化が抑制される。これにより、純度の高い成分Ａを得るために必要な再結晶操作の回数を従来に比べて減らすことができる。
混合液中の成分Ａの濃度を高めたあと成分Ａを取り出す場合、まず、成分Ａ，Ｂが溶解した混合液（図２（ａ）参照）に、成分Ａに含まれ成分Ｂには含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光を照射しながら、再結晶を行う（図２（ｂ）参照、第２の精製方法）。図２も、溶解している成分を点線、結晶化した成分を実線で示す。成分Ａは、こうした赤外吸収波長光を照射した場合には照射しない場合に比べて分子の熱運動が活発な状態となることが想定される。その結果、再結晶時、成分Ａ，Ｂが溶解した溶液の冷却に伴い、分子の熱運動が活発になっていない成分Ｂから結晶化が始まり、分子の熱運動が活発な成分Ａについては結晶化が抑制される。続いて、結晶化した成分Ｂをろ過して除去することで、成分Ａを高濃度で含むろ液が得られる（図２（ｃ）参照）。その後、ろ液中の溶媒を留去させれば、高純度の成分Ａを得ることができる（図２（ｄ）参照）。なお、ろ液中の溶媒を留去させる代わりに、そのろ液から成分Ａを再結晶させてもよい。
次に、目的化合物（成分Ａ）と目的物以外の有機化合物（成分Ｂ）とを含む混合液から蒸留により成分Ａを分離する場合について説明する。
成分Ａの沸点よりも成分Ｂの沸点の方が低いならば、成分Ａには含まれず成分Ｂに含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光を混合液に照射しながら蒸留を行う（第１の精製方法）。成分Ｂは、こうした赤外吸収波長光を照射しない場合には通常の沸点前後で気化が進むのに対して、こうした赤外吸収波長光を照射した場合にはエネルギー状態が高くなるため通常の沸点よりも低い温度で気化が進むと考えられる。一方、成分Ａは、こうした赤外吸収波長光の照射の有無によってエネルギー状態が変わらないため、照射の有無にかかわらず通常の沸点で気化が進む。その結果、こうした赤外吸収波長光を照射しながら蒸留した場合には、成分Ａと成分Ｂとの沸点差が広がり、精度よく両者を分離することが可能となる。
成分Ｂの沸点よりも成分Ａの沸点の方が低いならば、成分Ａに含まれ成分Ｂには含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光を混合液に照射しながら蒸留を行う（第２の精製方法）。成分Ａは、こうした赤外吸収波長光を照射しない場合には通常の沸点前後で気化が進むのに対して、こうした赤外吸収波長光を照射した場合にはエネルギー状態が高くなるため通常の沸点よりも低い温度で気化が進むと考えられる。一方、成分Ｂは、こうした赤外吸収波長光の照射の有無によってエネルギー状態が変わらないため、照射の有無にかかわらず通常の沸点で気化が進む。その結果、こうした赤外吸収波長光を照射しながら蒸留した場合には、成分Ａと成分Ｂとの沸点差が広がり、精度よく両者を分離することが可能となる。
例えば、メタノール－水の混合液中からメタノールを選択的に効率よく回収するための具体的な方法を以下に説明する。水のＯ－Ｈ伸縮振動が起こらずメタノールのＯ－Ｈ伸縮振動、Ｃ－Ｈ伸縮振動又はＣ－Ｈ変角振動が起こる約２７００～３０００ｃｍ-1の赤外光のみをメタノール－水の混合液に照射することで、メタノールのみが選択的に赤外エネルギーを吸収する。そのため、こうした赤外光を照射せずに従来の方法で加熱蒸留する場合と比べ、より短時間かつ低温でメタノールの気化が進み、メタノールを水と分離することができる。さらに、水のＯ－Ｈ伸縮振動が起こる約３２００～３６００ｃｍ-1の赤外光のうち、メタノールが吸収しない波数域、又はＯ－Ｈ変角振動が起こる約１６００～１８００ｃｍ-1の赤外光のみをメタノール－水の混合液に照射することで、水のみが選択的に赤外エネルギーを吸収する。そのため、こうした赤外光を照射せずに従来の方法で加熱蒸留する場合と比べ、より短時間かつ低温で水の気化が進み、メタノールを水と分離することができる。
次に、目的化合物（成分Ａ）と目的物以外の有機化合物（成分Ｂ）とを含む混合液からカラムクロマトグラフィにより成分Ａを分離する場合について説明する。
成分Ａの溶出時間よりも成分Ｂの溶出時間の方が短いならば、成分Ａには含まれず成分Ｂに含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光をカラムの固定相に照射しながら、成分Ａ，Ｂを移動相と共に固定相を通過させる（第１の精製方法）。成分Ｂは、こうした赤外吸収波長光を照射しない場合に比べて照射した場合には、固定相との親和性が低下すると考えられるため、より早く溶出される。一方、成分Ａは、こうした赤外吸収波長光の照射の有無によって固定相との親和性が変化しないため、照射の有無にかかわらず同じ溶出時間で溶出される。その結果、こうした赤外吸収波長光を照射しながらカラムクロマトグラフィにより分離した場合には、成分Ａと成分Ｂとの溶出時間の差が広がり、精度よく両者を分離することが可能となる。
成分Ｂの溶出時間よりも成分Ａの溶出時間の方が短いならば、成分Ａに含まれ成分Ｂには含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光をカラムの固定相に照射しながら、成分Ａ，Ｂを移動相と共に固定相を通過させる（第２の精製方法）。成分Ａは、こうした赤外吸収波長光を照射しない場合に比べて照射した場合には、固定相との親和性が低下すると考えられるため、より早く溶出される。一方、成分Ｂは、こうした赤外吸収波長光の照射の有無によって固定相との親和性が変化しないため、照射の有無にかかわらず同じ溶出時間で溶出される。その結果、こうした赤外吸収波長光を照射しながらカラムクロマトグラフィにより分離した場合には、成分Ａと成分Ｂとの溶出時間の差が広がり、精度よく両者を分離することが可能となる。
例えば、成分Ａがケトン基を有さないアルコール化合物、成分Ｂがヒドロキシ基を有さないケトン化合物の場合、成分Ａには含まれず成分Ｂに含まれる特定の官能基をケトン基とし、Ｃ＝Ｏ伸縮振動の赤外吸収波長光を照射してもよい。また、成分Ａに含まれ成分Ｂには含まれない特定の官能基をヒドロキシ基とし、Ｏ－Ｈ伸縮振動、Ｃ－Ｏ伸縮振動又はＯ－Ｈ変角振動の赤外吸収波長光を照射してもよい。
さらには、結晶多形と呼ばれる同一分子でありながら結晶中での分子の配列の仕方が異なるものに対しても、これまでに述べた原理により特定の結晶形のみを得ることが可能となる。結晶多形は固体医薬品において重要とされ、それぞれの結晶多形間で溶解性、バイオアベイラビリティー、安定性が異なる。また結晶多形が生じる理由は、溶液から結晶が析出する段階でエネルギー状態の異なった状態で結晶化するため、想定される結晶形それぞれに特徴的な赤外吸収スペクトルから、例えば不要な結晶形のみが吸収する赤外光を照射することで、目的とする結晶形の選択的結晶化により、従来と比べ高収率かつ簡便に得ることが可能となる。
本実施形態の精製方法では、特定の官能基の赤外吸収波長光を照射するにあたり、外から内に向かって金属パターンと誘電体層と金属基板とがこの順に積層された構造体から目的波長にピークを持つ赤外線を放射する赤外線ヒーターを用いることが好ましい。
図３は、赤外線ヒーター１０の斜視図であり、一部を断面で示した。図４は、赤外線ヒーター１０の部分底面図である。なお、左右方向、前後方向及び上下方向は、図３に示した通りとする。赤外線ヒーター１０は、ヒーター本体１１と、構造体３０と、ケーシング７０とを備えている。この赤外線ヒーター１０は、下方に配置された図示しない対象物に向けて赤外線を放射する。
ヒーター本体１１は、いわゆる面状ヒーターとして構成されており、線状の部材をジグザグに湾曲させた発熱体１２と、発熱体１２に接触して発熱体１２の周囲を覆う絶縁体である保護部材１３とを備えている。発熱体１２の材質としては、例えばＷ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｆｅ－Ｃｒ－Ａｌ合金及びＮｉ－Ｃｒ合金などが挙げられる。保護部材１３の材質としては、例えばポリイミドなどの絶縁性の樹脂やセラミックス等が挙げられる。ヒーター本体１１は、ケーシング７０の内部に配置されている。発熱体１２の両端は、ケーシング７０に取り付けられた図示しない一対の入力端子にそれぞれ接続されている。この一対の入力端子を介して、発熱体１２に外部から電力を供給可能である。なお、ヒーター本体１１は、絶縁体にリボン状の発熱体を巻き付けた構成の面状ヒーターとしてもよい。
構造体３０は、発熱体１２の下方に配設された板状の部材である。構造体３０は、赤外線ヒーター１０の下方外側から内側に向かって、第１導体層３１と、誘電体層３４と、第２導体層３５と、支持基板３７とがこの順に積層されている。構造体３０は、ケーシング７０の下方の開口を塞ぐように配置されている。
第１導体層３１は、図４に示すように、誘電体層３４上に同じ形状で同じサイズの金属電極３２が互いに等間隔に配設された周期構造をもつ金属パターンとして構成されている。具体的には、第１導体層３１は、複数の四角形状の金属電極３２が誘電体層３４上で左右方向に間隔Ｄ１ずつ離れて互いに等間隔に配設されると共に前後方向に間隔Ｄ２ずつ離れて互いに等間隔に配設された金属パターンとして構成されている。金属電極３２は、厚さ（上下高さ）が横幅Ｗ１（左右方向の幅）及び縦幅Ｗ２（前後方向の幅）よりも小さい形状をしている。金属パターンの横方向の周期はΛ１＝Ｄ１＋Ｗ１、縦方向の周期はΛ２＝Ｄ２＋Ｗ２である。ここではＤ１とＤ２とは等しく、Ｗ１とＷ２とは等しいとする。金属電極３２の材料としては、例えば金、アルミニウム（Ａｌ）などが挙げられる。金属電極３２は、図示しない接着層を介して誘電体層３４に接合されている。接着層の材質としては、例えばクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）などが挙げられる。
誘電体層３４は、上面が第２導体層３５に接合された平板状の部材である。誘電体層３４は、第１導体層３１と第２導体層３５との間に挟まれている。誘電体層３４の下面のうち金属電極３２が配設されていない部分は、対象物に赤外線を放射する放射面３８となっている。誘電体層３４の材質としては、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3），シリカ（ＳｉＯ2）などが挙げられる。
第２導体層３５は、上面が支持基板３７に図示しない接着層を介して接合された金属板である。第２導体層３５の材質は、第１導体層３１と同様の材質を用いることができる。接着層の材質としては、例えばクロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）などが挙げられる。
支持基板３７は、ケーシング７０の内部に図示しない固定具などにより固定された平板状の部材であり、第１導体層３１、誘電体層３４及び第２導体層３５を支持する。支持基板３７の材質としては、例えばＳｉウェハ、ガラスなどのように、平滑面が維持しやすく、耐熱性が高く、熱反りが低い素材が挙げられる。支持基板３７は、ヒーター本体１１の下面に接触していてもよいし、接触せず空間を介して上下に離間して配設されていてもよい。支持基板３７とヒーター本体１１とが接触している場合には両者は接合されていてもよい。
こうした構造体３０は、特定の波長の赤外線を選択的に放射する特性を有するメタマテリアルエミッターとして機能する。この特性は、マグネティックポラリトン（Magneticpolariton）で説明される共鳴現象によるものと考えられている。なお、マグネティックポラリトンとは、上下２層の導体（第１導体層３１及び第２導体層３５）間の誘電体（誘電体層３４）内において強い電磁場の閉じ込め効果が得られる共鳴現象のことである。これにより、構造体３０では、誘電体層３４のうち第２導体層３５と金属電極３２とによって挟まれる部分が赤外線の放射源となる。そして、その放射源から放たれる赤外線は金属電極３２をまわり込んで、誘電体層３４のうち金属電極３２が配設されていない部分（すなわち放射面３８）から周囲環境に放射される。また、この構造体３０では、第１導体層３１、誘電体層３４及び第２導体層３５の材質や、第１導体層３１の形状及び周期構造を調整することで、共鳴波長を調整することができる。これにより、構造体３０の放射面３８から放射される赤外線は、特定の波長の赤外線の放射率が高くなる特性を示す。本実施形態では、構造体３０が、波長０．９μｍ以上２５μｍ以下（好ましくは２．５μｍ以上２５μｍ以下（４０００～４００ｃｍ-1））の範囲内に半値幅が１．５μｍ以下（好ましくは１．０μｍ以下）で放射率が０．７以上（好ましくは０．８以上）の最大ピークを有する赤外線を放射面３８から放射する特性（以下、単に「所定の放射特性」と称する）を有するように、上述した材質、形状及び周期構造などが調整される。すなわち、構造体３０は、半値幅が比較的小さく放射率が比較的高い急峻な最大ピークを有する赤外線を放射する特性を有する。
なお、このような構造体３０は、例えば以下のように作製することができる。まず、支持基板３７の表面（図３の下面）にスパッタリングにより接着層（図示せず）及び第２導体層３５をこの順に形成する。次に、第２導体層３５の表面（図３の下面）にＡＬＤ法（atomiclayerdeposition：原子層堆積法）により誘電体層３４を形成する。続いて、誘電体層３４の表面（図３の下面）に所定のレジストパターンを形成してからヘリコンスパッタリング法により接着層（図示せず）及び第１導体層３１の材質からなる層を順次形成する。そして、レジストパターンを除去することにより、第１導体層３１（複数の金属電極３２）を形成する。
ケーシング７０は、内部に空間を有し且つ底面が開放された略直方体の形状をしている。このケーシング７０内部の空間に、ヒーター本体１１及び構造体３０が配置されている。ケーシング７０は、発熱体１２から放出される赤外線を反射するように金属（例えばＳＵＳやアルミニウム）で形成されている。
こうした赤外線ヒーター１０の使用例を以下に説明する。まず、図示しない電源から入力端子を介して発熱体１２の両端に電力を供給する。電力の供給は、発熱体１２の温度が予め設定された温度（特に限定するものではないが、ここでは３５０℃とする）になるように行う。所定の温度に達した発熱体１２からは、伝導・対流・放射の伝熱３形態のうち１以上の形態によって周囲にエネルギーが伝達され、構造体３０が加熱される。その結果、構造体３０は所定温度に上昇し、二次放射体となって、赤外線を放射するようになる。このとき、構造体３０が上述したように第１導体層３１、誘電体層３４及び第２導体層３５を有することで、赤外線ヒーター１０は所定の放射特性に基づいた赤外線を放射する。
図５は、放射面３８から放射される赤外線の放射特性の一例を示すグラフである。図５に示す曲線ａ～ｄは、金属電極３２の横幅Ｗ１及び縦幅Ｗ２を変化させた場合の放射面３８からの赤外線の放射率を測定して、測定値をグラフにしたものである。放射率の測定は、以下のように行った。まず、積分球を有するＦＴ－ＩＲ（フーリエ変換赤外分光計）で放射面３８からの赤外線の垂直入射半球反射率を測定した。次に、透過率を値０として、キルヒホッフの法則を適用することで得られる、（放射率）＝１－（反射率）の式により換算した値を、放射率の測定値とした。なお、曲線ａ～ｄのいずれも、第１導体層３１及び第２導体層３５を金とし、誘電体層３４をアルミナとし、第１導体層３１の厚さを１００μｍとし、間隔Ｄ１及び間隔Ｄ２を１．５０μｍとし、誘電体層３４の厚さを１２０μｍとし、構造体３０の温度を２００℃とした状態での結果である。曲線ａ（細い実線）、曲線ｂ（破線）、曲線ｃ（一点鎖線）、曲線ｄ（太い実線）は、それぞれ横幅Ｗ１（＝縦幅Ｗ２）を１．６５μｍ、１．７０μｍ、１．７５μｍ、１．８０μｍとした場合のグラフである。曲線ａ～ｄのいずれも、最大ピークの半値幅は１．５μｍ以下で更に１．０μｍ以下であり、最大ピークの放射率が０．７（＝７０％）を超え更に０．８（＝８０％）を超えていた。また、金属電極３２の幅が１．６５μｍから１．８５μｍに大きくなるに従って、ピーク波長（共鳴波長）は長波長側にシフトしていくことがわかった。表１にピ
ーク波長の計算値と測定値を示す。計算値は、ＬＣ回路モデルによる共鳴波長の理論予測値とした。表１から計算値と測定値とは概ね良く一致していた。ここでは、金属電極３２の幅を０．０５μｍ刻みで作製したところ、ピーク波長はコンマ数μｍ刻みで発生した。そのため、ピーク波長を目的波長に精度よく合わせることができる。なお、金属電極３２の幅を０．０１μｍ刻みで設計すれば、ピーク波長を数１０ｎｍ刻みで発生させることができると予測される。その場合、ピーク波長を目的波長により精度よく合わせることが可能になる。
ーク波長の計算値と測定値を示す。計算値は、ＬＣ回路モデルによる共鳴波長の理論予測値とした。表１から計算値と測定値とは概ね良く一致していた。ここでは、金属電極３２の幅を０．０５μｍ刻みで作製したところ、ピーク波長はコンマ数μｍ刻みで発生した。そのため、ピーク波長を目的波長に精度よく合わせることができる。なお、金属電極３２の幅を０．０１μｍ刻みで設計すれば、ピーク波長を数１０ｎｍ刻みで発生させることができると予測される。その場合、ピーク波長を目的波長により精度よく合わせることが可能になる。
上述した赤外線ヒータ－１０は、目的波長の赤外線を主として放射するように設計されてはいるが、構造体３０の赤外線放射において、目的波長以外の放射をすべて除外することは困難であり、また大気下では、ヒーター各部からの周囲への対流放熱も予測される。したがって、実際のプロセスを構成する場合、こうした付随の熱流動が起因となって原料等が過度に温度上昇しないよう、装置形状等に各種考慮がなされるべきである。
以上詳述した本実施形態の第１の精製方法によれば、複数種類の有機化合物のうち目的化合物以外の有機化合物は、選択的にエネルギーを供与されるため、通常の沸点よりも低い温度で気化が進んだり、熱運動が活発になって結晶化しにくくなったり、クロマトグラフィに用いる固定相との親和性が低下したりする。このような特性の変化を利用することにより、目的化合物と目的化合物以外の有機化合物とを従来よりも簡便に高い純度で単離することができる。
また、本実施形態の第２の精製方法によれば、目的化合物は、選択的にエネルギーを供与されるため、通常の沸点よりも低い温度で気化が進んだり、熱運動が活発になって結晶化しにくくなったり、クロマトグラフィに用いる固定相との親和性が低下したりする。このような特性の変化を利用することにより、目的化合物と目的化合物以外の有機化合物とを従来よりも簡便に高い純度で単離することができる。
更に、発熱体１２からのエネルギーを吸収した構造体３０から特定波長にピークを持つ赤外線を放射する赤外線ヒーター１０を用いる。この赤外線ヒーター１０は、放射する赤外線のピーク波長を目的波長（特定の官能基の赤外吸収波長光）に精度よく合うように設計することができる。
更にまた、第１導体層３１は、同じ形状で同じサイズの金属電極３２が互いに等間隔に配設された周期構造をもつ金属パターンとして構成されている。赤外線ヒーター１０は、金属電極３２の横幅Ｗ１及び縦幅Ｗ２に応じて放射する赤外線のピーク波長が変化する。金属電極３２の横幅Ｗ１及び縦幅Ｗ２は、例えば周知の電子線描画装置による描画とリフトオフにより設計値通りに精度よく作ることができる。そのため、赤外線ヒーター１０から放射される赤外線のピーク波長を目的波長に合わせる作業を、比較的簡単に且つ精度よく行うことができる。
そしてまた、目的波長は、波長０．９μｍ以上２５μｍ以下（好ましくは波長２．５μｍ以上２５μｍ以下（４０００～４００ｃｍ-1））の範囲で設定されるため、通常の赤外吸収スペクトルの測定範囲を網羅することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態では、精製方法として、再結晶や蒸留、カラムクロマトグラフィを例示したが、特にこれに限定されるものではなく、例えば抽出に本発明の精製方法を適用してもよい。
上述した実施形態では、金属電極３２は四角形状としたが、これに限られない。例えば、金属電極３２は、円形状や十字形状（長方形が垂直に交差した形状）としてもよい。金属電極３２が円形状の場合、円の直径が横幅Ｗ１及び縦幅Ｗ２に相当し、十字形状の場合、交差する２つの長方形の各々の長辺の長さが横幅Ｗ１及び縦幅Ｗ２に相当する。また、金属電極３２は左右方向及び前後方向に沿って等間隔に格子状に配列されていたが、これに限られない。例えば金属電極３２は左右方向のみ又は前後方向のみに等間隔に配列されていてもよい。
上述した実施形態では、構造体３０は支持基板３７を備えていたが、支持基板３７を省略してもよい。また、構造体３０において、第１導体層３１と誘電体層３４とが接着層を介さずに直接接合されていてもよいし、第２導体層３５と支持基板３７とが接着層を介さずに直接接合されていてもよい。
［実施例１］
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は８５℃に加熱し、さらに蒸留装置のうちメタノール水溶液を含むフラスコ上部から３０００ｃｍ-1にピークをもつ２９５０～３０５０ｃｍ-1の赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）を開始し、照射を継続しながら蒸留操作を行った。蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液（メタノール濃縮液）の量をそれぞれ測定した。照射した赤外線の波長域は、メタノールのＣ－Ｈ伸縮振動又はＣ－Ｈ変角振動が起こる波長域である。その結果を表２に示す。
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は８５℃に加熱し、さらに蒸留装置のうちメタノール水溶液を含むフラスコ上部から３０００ｃｍ-1にピークをもつ２９５０～３０５０ｃｍ-1の赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）を開始し、照射を継続しながら蒸留操作を行った。蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液（メタノール濃縮液）の量をそれぞれ測定した。照射した赤外線の波長域は、メタノールのＣ－Ｈ伸縮振動又はＣ－Ｈ変角振動が起こる波長域である。その結果を表２に示す。
［実施例２］
実施例１のうち、赤外線の照射条件を１０８０ｃｍ-1にピークをもつ１０３０～１１３０ｃｍ-1の赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）とし、蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液（メタノール濃縮液）の量をそれぞれ測定した。照射した赤外線の波長域は、メタノールのＣ－Ｏ伸縮振動が起こる波長域である。その結果を表２に示す。
実施例１のうち、赤外線の照射条件を１０８０ｃｍ-1にピークをもつ１０３０～１１３０ｃｍ-1の赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）とし、蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液（メタノール濃縮液）の量をそれぞれ測定した。照射した赤外線の波長域は、メタノールのＣ－Ｏ伸縮振動が起こる波長域である。その結果を表２に示す。
［比較例１］
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は８５℃に加熱し、蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液（メタノール濃縮液）の量をそれぞれ測定した。その結果を表２に示す。
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は８５℃に加熱し、蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液（メタノール濃縮液）の量をそれぞれ測定した。その結果を表２に示す。
表２より、３０００ｃｍ-1にピークをもつ２９５０～３０５０ｃｍ-1の赤外線の照射を行った実施例１と、１０８０ｃｍ-1にピークをもつ１０３０～１１３０ｃｍ-1の赤外線の照射を行った実施例２と、いずれの赤外線の照射を行わなかった比較例１とでは、照射を行った実施例１，２の方が蒸留が早く進行することが確認できた。この結果から、メタノールがもつ赤外吸収波長領域の赤外線を照射しながら蒸留を行うことにより、そうした照射を行わない場合と比べて高速に留出液を得ることができることが示された。なお、留出液中のメタノール濃度はいずれも８０～８５％であった。
［実施例３］
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は３５℃に加熱し、さらに蒸留装置のうちメタノール水溶液を含むフラスコ上部から１７００ｃｍ-1にピークをもつ１６５０～１７５０ｃｍ-1の赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）を開始し、照射を継続しながら蒸留操作を行った。蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液量をそれぞれ測定した。留出液の組成はいずれもほぼ水（９５ｖｏｌ％以上）であることを確認した。照射した赤外線の波長域は、水のＨ－Ｏ－Ｈ変角振動が起こる波長域である。その結果を表３に示す。
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は３５℃に加熱し、さらに蒸留装置のうちメタノール水溶液を含むフラスコ上部から１７００ｃｍ-1にピークをもつ１６５０～１７５０ｃｍ-1の赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）を開始し、照射を継続しながら蒸留操作を行った。蒸留開始から５分後、１０分後、２０分後の留出液量をそれぞれ測定した。留出液の組成はいずれもほぼ水（９５ｖｏｌ％以上）であることを確認した。照射した赤外線の波長域は、水のＨ－Ｏ－Ｈ変角振動が起こる波長域である。その結果を表３に示す。
［比較例２］
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は３５℃に加熱し、蒸留開始から１０分後、３０分後、６０分後の留出の状況を確認するも、留出は確認できなかった。
５０ｖｏｌ％のメタノール水溶液５００ｍＬおよび沸騰石を蒸留装置に加え、常圧蒸留を行った。蒸留装置は３５℃に加熱し、蒸留開始から１０分後、３０分後、６０分後の留出の状況を確認するも、留出は確認できなかった。
表３より、１７００ｃｍ-1にピークをもつ１６５０～１７５０ｃｍ-1の赤外線の照射を行った実施例３では、照射を行うことで水が選択的に気化されることが確認できた。
［実施例４］
０．０４２ｍｏｌの１，４－ジブロモベンゼン（１０．０ｇ：東京化成工業株式会社製）と０．０４２ｍｏｌのｐ－アミノ安息香酸（５．８ｇ：東京化成工業株式会社製）を２５ｍＬのエタノール（９９．５％）（関東化学株式会社製）の入った冷却管付きフラスコに加え、６０℃に加熱して加えた試薬を溶解させた。続いて、溶液中の不純物を除くためろ過を行った後、フラスコ上部開口部から６．２５μｍにピークをもつ６～６．５μｍの赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）を開始し、照射を継続しながら、ろ液を２３℃の部屋内で静置させたところ、結晶が析出することを確認した。照射した赤外線の波長域は、ｐ－アミノ安息香酸の芳香環のＣ＝Ｃ伸縮振動及びカルボン酸のＣ＝Ｏ伸縮振動が起こる波長域である。
０．０４２ｍｏｌの１，４－ジブロモベンゼン（１０．０ｇ：東京化成工業株式会社製）と０．０４２ｍｏｌのｐ－アミノ安息香酸（５．８ｇ：東京化成工業株式会社製）を２５ｍＬのエタノール（９９．５％）（関東化学株式会社製）の入った冷却管付きフラスコに加え、６０℃に加熱して加えた試薬を溶解させた。続いて、溶液中の不純物を除くためろ過を行った後、フラスコ上部開口部から６．２５μｍにピークをもつ６～６．５μｍの赤外線の照射（５Ｗ：赤外線照射面積３ｃｍ角／単位面積当たりの照射エネルギー：約０．５Ｗ／ｃｍ2）を開始し、照射を継続しながら、ろ液を２３℃の部屋内で静置させたところ、結晶が析出することを確認した。照射した赤外線の波長域は、ｐ－アミノ安息香酸の芳香環のＣ＝Ｃ伸縮振動及びカルボン酸のＣ＝Ｏ伸縮振動が起こる波長域である。
［比較例３］
０．０４２ｍｏｌの１，４－ジブロモベンゼン（１０．０ｇ：東京化成工業株式会社製）と０．０４２ｍｏｌのｐ－アミノ安息香酸（５．８ｇ：東京化成工業株式会社製）を２５ｍＬのエタノール（９９．５％）（関東化学株式会社製）の入った冷却管付きフラスコに加え、６０℃に加熱して加えた試薬を溶解させた。続いて、溶液中の不純物を除くため、ろ過を行い、ろ液を２３℃の部屋内で静置させたところ結晶が析出することを確認した。
０．０４２ｍｏｌの１，４－ジブロモベンゼン（１０．０ｇ：東京化成工業株式会社製）と０．０４２ｍｏｌのｐ－アミノ安息香酸（５．８ｇ：東京化成工業株式会社製）を２５ｍＬのエタノール（９９．５％）（関東化学株式会社製）の入った冷却管付きフラスコに加え、６０℃に加熱して加えた試薬を溶解させた。続いて、溶液中の不純物を除くため、ろ過を行い、ろ液を２３℃の部屋内で静置させたところ結晶が析出することを確認した。
実施例４及び比較例３にて析出した各結晶を回収し、冷エタノール（４℃）、純水（４℃）、冷エタノール（４℃）の順で洗浄し、乾燥させた。サンプルそれぞれのＮＭＲ測定を行い、そのスペクトルのシグナルの積分比の結果から、析出した結晶の１，４－ジブロモベンゼンとｐ－アミノ安息香酸のｍｏｌ％を算出した。結果を表４に示す。
表４より、６．２５μｍにピークをもつ６～６．５μｍの赤外線の照射を行った実施例４といずれの赤外線の照射を行わなかった比較例３とでは、実施例４の方がより１，４－ジブロモベンゼンを選択的に再結晶化できることが確認できた。この結果から、６～６．５μｍの赤外線を照射することで、ｐ－アミノ安息香酸に特有の吸収が起こり、ｐ－アミノ安息香酸の再結晶化を抑制し、１，４－ジブロモベンゼンの結晶化を優位的に行えることが示された。
本出願は、２０１６年８月１９日に出願された日本国特許出願第２０１６－１６１４３５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
本発明は、有機化合物を精製する際に利用可能である。
１０ 赤外線ヒーター、１１ ヒーター本体、１２ 発熱体、１３ 保護部材、３０ 構造体、３１ 第１導体層、３２ 金属電極、３４ 誘電体層、３５ 第２導体層、３７ 支持基板、３８ 放射面、７０ ケーシング、Ｗ１ 横幅、Ｗ２ 縦幅、Ｄ１，Ｄ２ 間隔。
Claims (5)
- 複数種類の有機化合物の中から目的化合物である特定の有機化合物を精製する方法であって、
前記目的化合物には含まれず前記目的化合物以外の有機化合物に含まれる特定の官能基の赤外吸収波長光を前記複数種類の有機化合物に照射しながら前記目的化合物と前記目的化合物以外の有機化合物とを分離するか、
又は、
前記目的化合物に含まれ前記目的化合物以外の有機化合物には含まれない特定の官能基の赤外吸収波長光を前記複数種類の有機化合物に照射しながら前記目的化合物と前記目的化合物以外の有機化合物とを分離する、
有機化合物の精製方法であり、
前記特定の官能基の赤外吸収波長光は、波長２．５μｍ以上２５μｍ以下の範囲で設定され、前記特定の官能基の赤外吸収波長光のピークの半値幅は、１．５μｍ以下であり、最大ピークの放射率は、０．７以上である、
有機化合物の精製方法。 - 最大ピークの放射率は、０．８以上である、
請求項１に記載の有機化合物の精製方法。 - 前記特定の官能基の赤外吸収波長光を照射するにあたり、外から内に向かって金属パターンと誘電体層と金属基板とがこの順に積層された構造体から前記特定の官能基の赤外吸収波長光を放射する赤外線ヒーターを使用する、
請求項１又は２に記載の有機化合物の精製方法。 - 前記金属パターンは、前記誘電体層上に同じ形状で同じサイズの金属電極が互いに等間隔に配設されたものであり、
前記赤外線ヒーターは、前記金属電極の幅に応じて放射する赤外線のピーク波長が変化する、
請求項３に記載の有機化合物の精製方法。 - 前記特定の官能基の赤外吸収波長光を照射するにあたり、前記特定の官能基の赤外吸収波長光にピークを持つ赤外線を放射する板状の赤外線ヒーターを使用する、
請求項１～４に記載の有機化合物の精製方法。
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