JPH08502534A

JPH08502534A - 多孔物質の細孔サイズ選択的修飾法

Info

Publication number: JPH08502534A
Application number: JP6510378A
Authority: JP
Inventors: フレチェット、ジーン、エム．ジェイ．; スベック、フランティセック
Original assignee: コーネルリサーチファウンデーション、インコーポレーテッド
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1993-10-21
Publication date: 1996-03-19
Also published as: WO1994009063A1; DE69316231D1; DE69316231T2; EP0665867B1; US5633290A; EP0665867A1; ATE161866T1; US5593729A

Abstract

(57)【要約】多孔物質の細孔サイズの選択的化学修飾法について開示している。この方法で得られる新規な物質は、クロマトグラフィーにおける分離媒体として、また選択的分離、吸着および触媒として特に有効である。

Description

【発明の詳細な説明】多孔物質の細孔サイズ選択的修飾法発明の背景寸法を如何ほどに決めるかは、主要な自然法則の１つで、細胞膜は細胞体中の小分子の透過を許すが、大分子は排除している。同じような法則が薄膜技術に採用され、広く応用されている。サイズ排除もまた、クロマトグラフィー分離法でよく利用される技術の１つである。最初の文献は、タンパク質を塩から分離する方法を含む、いわゆる「ゲル濾過」について記載しており、1959年にまで逆上る。その後のサイズ排除クロマトグラフィーの発展には、マクロ多孔のポリ（スチレン-コ-ジビニルベンゼン）ビーズを導入してゲル透過クロマトグラフィーを発展させたMoore，J.C．J.Polym．Sci．A2,842，1964によるものがある。多孔性高分子ビーズは一般に、一定数以下のモノマーと架橋剤との共重合によって生成される。こうしたビーズに利用できる細孔表面化学作用の広域性［broa d spectrum］は、新たな基を有するモノマーの共重合によるよりも、基体コポリマーの化学的修飾によって通常得られる。（Sherrington et al.，Syntheses an d Separations Using Functional Polymers，Wiley，N.Y.，1989）前者においては基体マトリックスの物理的特性は変化せず、ただその表面が修飾されるのであるが、後者の場合には、異なる重合材料［feeds］が用いられるときは官能性モノマーがマトリックス内に一部埋め込まれており、コポリマーの物理的特性が変化する。したがって高分子ビーズの化学的修飾は官能性モノマーの直接的共重合よりも、より頻繁に行われる。例えば強陽イオン交換樹脂およびすべての陰イオン交換樹脂は、現在、スチレンジビニルベンゼンコポリマーの化学修飾によって商業的に製造されているが、弱陽イオン交換体だけはアクリル酸含有の混合物を共重合することで産生されている。多孔性高分子の修飾度合は通當、反応速度論、つまり試薬濃度、反応時間、反応温度、拡散、隣接基効果などによって制御される。このように修飾している間は、多孔性高分子の容易に利用できる部分に露出している基を反応させることが好ましい。反応が進むと、より利用しにくい部分にある基はより大きく反応し、利用できるすべての基が消費されることとなる。反応経路の速度論的制御は、修飾されるべき箇所の特定も、多孔ビーズの一定領域内のある基の反応の防止も行わない。この方法は全体的な反応の転換、つまり修飾された基の平均成分を、その箇所を限定することなく制御するに過ぎない。しかしこれよりずっとよい方法は、修飾程度を制御するだけでなく、反応に服する基の箇所をも制御する方法を開発することであろう。そこで本発明は、異なる表面特性を持つように選択的に修飾し得るさまざまな細孔径の多孔性物質を開発することによって、上記目的を達成することを目的とする。発明の概要したがって本発明は、反応基をその細孔中に有する多孔物質を、多孔物質の一定の細孔だけに入り込む孔径修飾剤であって、入り込まれる細孔内においてのみ反応基の化学修飾を修飾もしくは補助する孔径修飾剤で処理することを特徴とする方法である。この多孔物質には、大略約１〜１５００nmの範囲の、さまざまな孔径のものがある。細孔の表面はエポキシ基、アルコール基、アセタール基、アルデヒド基、クロロメチル基、チオール基、アミン基、エステル基、カルボキシル酸および無水物、アミド基、オキシム基、イミン基、ヒドラゾン基、エナミン基、またはオキサゾリン基のような反応基の表面基を有する。細孔内の反応基がその表面の反応性を決定する。本発明の方法は、細孔内の反応基と反応する修飾剤、または別の試薬との反応を触媒する修飾剤を使って、反応表面基を別の表面基に化学修飾し、それによって細孔表面の表面官能性を変化させることで多孔物質の細孔を選択的に修飾するものである。例えば細孔表面の表面官能性を変化させて、親水性反応基を疎水基に、逆に疎水基を親水基に変えることができる。選択的な修飾は、一定サイズの細孔だけに入り込むサイズの触媒または試薬のような修飾剤を使って行うことができる。修飾剤が適合する細孔中に入り込んだら、その化学修飾はその中の反応基をもとの反応基のものとは別の官能性の表面基に変形［transform］させる。サイズが違うため修飾剤が入り込むことができない細孔は、修飾されないまま残る。こうしてできた多孔性物質は異なる表面官能性の細孔を有するものとなる。本発明の方法はまた、さまざまな分子サイズの修飾剤を使った一連の反応によりさまざまなサイズの細孔中にさまざまな反応基を有する物質を調製する方法も含む。こうすれば異なるサイズの細孔中にある２つまたは３つ以上の異なる表面官能性の細孔物質を製造することができる。例えば多孔物質を、ある官能性から別の官能性へ実質的に全部の細孔中の全部の接触可能な基を変形する、比較的低分子量の修飾剤を使ってまず修飾し、次に上記第１の修飾剤より大きな分子量の修飾剤を比較的大きな細孔だけに入り込ませるのに使うことで、その中の官能性を変更するのである。引き続いて、最後のものより相対的に大きな分子量を有する修飾剤は、その修飾剤が適合する細孔中にだけの官能性を変更するのに使われる。こうした相似の方法は無数に異なるサイズの修飾剤を採用することができるわけであるが、一般には約２から５、より好ましくは約２から３の異サイズの修飾剤が使われる。生成された多細孔材料は、一般に約２〜５、そして好ましくは約２〜３の相異なる官能性を有する。この相似の方法は相対的に大きな修飾剤で始めて、次の相似の方法各々で修飾剤のサイズを徐々に小さくしてゆくという逆方向でも行うことができる。あるいは、例えば第１反応段階では比較的小さな分子量の触媒、第２段階で相対的に大きな分子量の触媒と、これら２段階の中間分子量の修飾剤を、その後の段階で最初の２段階で使われた２つを使う組合せとする相似で多岐な方法とすることもできる。その他変形例は、多孔物質自体、修飾剤、反応基および目的産物如何によってさまざまである。本発明の方法で調製される生成物は、ある官能性の表面基を有するあるサイズレンジにある細孔と、別の官能性の表面基を有する別サイズレンジにある細孔という少なくとも２つの異なる細孔径の多孔物質である。例えば、１〜５nmのレンジ内の細孔は親水基で、５〜５０nmレンジ内の細孔は疎水基というようなものである。その他多数の組合せが可能で、細孔径の具体的なサイズは特に重要でない。本発明の方法で調製される物質は、クロマトグラフィーにおける分離媒体、薄膜、診断材、血液灌流カラムのような医療装置、薬物運搬系、トナー、触媒、試薬、生命体生育用の培地、支持体、濾過材、マイクロリアクター、貯蔵装置、その他の関連技術に有用である。好ましい実施例の詳細な説明多孔物質および修飾剤の選択は目的物次第で決まる。このように多孔物質は、最小サイズの細孔以外のすべての細孔が親水基であるように修飾剤によって変化させられることができるように、その細孔中に疎水基を有するものが選択される。あるいは一定サイズの細孔以外のすべての細孔が疎水基となるように修飾剤で変更できるように、その細孔中に親水基を有する多孔物質を選択することもできる。多孔物質の選択と共に修飾剤も一定の結果を出すために選ばなければならない。修飾剤は、それが多孔物質の細孔中における反応基の反応と反応したり触媒となったりすることができるように選択されなければならない。多孔物質中の大きい細孔の表面特性を修飾するだけを望む場合には、（分子サイズが）相対的に大きい修飾剤を使うのがよい。あるいは多孔物質の大部分の細孔を修飾することを望む場合には、相対的に小さい修飾剤を使う。化学修飾の程度および修飾されるべき細孔サイズは、本願の予め選択する技術においては、具体的な最終用途に合わせて予め設計した多孔物質を産生するよう制御することができる。まことにさまざまな種類の多孔物質が本発明では使われる。適切な多孔物質としては、メタクリル酸グリシジル；メタクリル酸２−ヒドロキシエチルまたはアクリレート；メタクリル酸アリルまたはアクリレート；クロロメチルスチレン；４−第３ブトキシカルボニルオキシスチレン；酢酸ビニル；ビニルアセタール；ビニルアルコール、ビニルベンジルアルコールまたはビニルフェノール及びそのエステルまたはそのエーテル；４−ニトロフェニルアクリレート；２、４、５− トリクロロフェニルアクリレート：アシロイルスクシイミド［acyloyl succin imide］；マレイン酸；ビニルベンズアルデヒド［vinylbenzaldehide］，アクロレインまたはメタクロレインまたはアセタール、イミン、オキシムまたはそのヒドラゾン誘導体；ジビニルベンゼンのいずれかとの架橋物；エチレンジメタクリレート［ethylene dimethacrylate］またはアクリレート；メタクリル酸ジエチレングリコールまたはアクリレート；ジビニルピリジン；ビス−ン−ビニル− ２−ピロリドン；Ｎ，Ｎ−メチレン−ビス−アクリルアミド；またはトリメチルオルプロパントリメタクリレートのポリマーのようなマクロ細孔ポリマーがある。これら以外の多孔物質には、セルロース、キチン、アガロース、グアー［guar］、およびデキストランのような天然多糖をベースとするものがある。多孔物質はまた、シリカ、チタニア、ジルコニア、アルミナ、マグネシア、および多孔質ガラスのような無機酸化物でもよい。その他の適当な多孔物質としては、無機酸化物を１−グリシドキシプロピル−トリメトキシシラン［1-glyc idoxypropyl-trimethoxysilane］、ビニルトリメトキシラン、その他のシランのような反応性シリル化剤と反応させて調製した結合反応性相物質［bonded react ive phase materials］がある。こうした多孔物質のうち中間的孔径のものとしては、約２nm〜約１００nmのものがある。孔径の種類は概して約１nm〜約１５００nmの範囲にある。多孔物質の形状は、ビーズ（球体）、不規則状、棒状、平膜様その他の展延的形状など、どんなものでもよい。こうした多孔物質は、Rohm a nd Haas，Mitsubishi，Dow，Bio-rad，Merkのようなソースから購入可能なものもあるし、米国特許第5130343号発明のような技術に基づき個々に調製してもよい。多孔物質各々は、その細孔内に具体的な反応基を含有している。その多孔物質によって反応基は、エポキシ、アルコール、アセタール、アルデヒド、クロロメチル、チオール、アミン、エステル、カーボネート、カルボン酸、アミド、オキシム、イミン、ヒドラゾン、エナミン、オクサゾリンまたはカルボン無水物の基である。反応基は、多孔物質の細孔の所望表面官能性を得るために、その反応基を修飾するにはどの修飾剤を使う必要があるのかを決定する。最終的表面官能性は、最終的な表面基を作るのに使った反応型と、それに若干は、当初の表面基に左右される。妥当な反応型の例を後に記載する。本発明による表面基は、疎水性、親水性、陰イオン交換、陽イオン交換、親和性、電荷移動、触媒錯体形成および金属イオン錯体形成のような官能性を有する。修飾剤は、そのサイズ、および多孔物質の細孔中の反応基の修飾と反応する能力またはこれを触媒する能力に従い選択される。修飾剤のサイズは、修飾されるべき反応基を有している多孔物質の細孔に基づいて選択される。例えば約１０nm 以上という比較的大きな細孔のための修飾剤としては、ポリ（スチレンスルホン酸）、ポリ（メタクリル酸）、ポリ（アクリル酸）、ポリ（ビニル安息香酸）、またはそれらの過酸物；ポリ（エチレンイミン）およびその第四級化された誘導体、ポリ（トリエチルアミノエチルメタクリレート）、ポリビニルピリジンおよびそのクオーターナイズされた誘導体、またはポリ（トリメチルアミノメチルスチレン）のような高分子触媒、および、高分子カルボジイミドその他類似の高分子カップリング剤；高分子ジメチルアミノピリジンまたは類似のアシル化剤、高分子アミンまたはその他の塩基置換基を有する高分子などの高分子試薬がある。例えば約１〜約１０nmのような比較的小さい細孔のための修飾剤としては、スルホン酸、水酸化ナトリウム、トリエチルアミン、ジメチルアミノピリジンのようなものがある。小細孔用修飾剤は、小細孔を修飾することができるだけでなく大きな細孔をも修飾できる。溶液中の高分子１分子のサイズまたはその流体力学量、すなわちその分子が溶液中に占める量は、その分子の分子量および使われる溶剤によって異なることがよく知られている。（P.J.Flory，Principles of Polymer Chemistry，Cornell University Press，1953）；（G．AllenとJ．Bevington，Eds.，Comprehensive Polymer Science ，Pergamon Press，1989，Volume 2，p.199）試薬の場合は、この試薬はそれが入り込んで別の表面基に化学的に変更させるところの多孔物質の細孔中の反応基と反応する。一方触媒は、この反応基の細孔中の試薬との反応を触媒することによって機能する。例えば細孔表面が反応性のエポキシ基を有していて、触媒が水中の高分子の酸である場合、このエポキシ基は、そうした触媒の存在下のみでは水と加水分解反応してエポキシ基をジオール基に変換する。高分子の酸触媒が存在しない領域では（サイズの制限があるため小さい細孔）、エポキシ基は、触媒がないので加水分解反応が起こり得ず、したがって水と反応しない。所望の細孔修飾がなされたら、触媒を細孔から洗い出して次の修飾用に再使用することもできる。本発明の技術範囲に含まれるいくつかの具体的な反応型につき以下に説明する。これら以外にも無数の反応型が可能だが、以下は本発明の基本概念を明らかにするたの記載である。これ以外の反応や具体例は後述の実施例の欄に記載する。反応型１Ａおよび１Ｂでは、多孔物質はメタクリル酸グリシジルから調製される。したがって反応基はエポキシドである。この反応では強酸スルホン基のある触媒を水と共に試薬として使って、疎水性エポキシ基（Ｉ）をより強い極性と親水性のジオール基（II）に変換する。分子量百万以上のポリ（スチレンスルホン酸）のような強酸基の高分子触媒を修飾剤として使うこともできる。修飾に使われる高分子の酸は、その分子サイズより小さいサイズの細孔に入り込むことができない。このような高分子触媒で加水分解が触媒されると、これら触媒に接触不能な細孔中のエポキシ基、すなわち比較的小さい細孔は不変のまま残り、別の反応に向けてさらに処理するために使われる。望むならば、残っているエポキシ基を含有する細孔の疎水性を増加することができる。これは例えば比較的小さな分子量物質、例えば少なくとも８個の炭素原子を有する高級アルキルアミン類または高級ジアルキルアミン類（例、オクタデシルアミン）、アルキルアリールアミン類またはアリールアミン類との反応により行うことができる。生成物III中の長鎖アルキル鎖またはアリール基の疎水性および低極性がアミノ基の極性を抑制する。反応型１Ａ一方、反応型１Ｂに示したジエチルアミンとの反応のような短いアルキル鎖しかないアミンとの反応は、顕著な陰イオン交換表面官能性の生成物IVを産生する。反応型２では、出発多孔物質は再びメタクリル酸グリシジルのコポリマーとなっている。高分子の触媒とは対照的に、１点に向かうアプローチの最初の反応段階で水性硫酸を触媒として使用することは、最小の細孔中にあるものも含む全ての存在するエポキシド基を加水分解させる。この生成物を水不存在下で高分子の酸の触媒を介してベンズアルデヒドで処理する。大きな高分子の触媒は、その分子サイズより小さい細孔に入り込まず、小細孔内の親水性隣接ジオール基は不変のまま残る。その結果多孔物質は、反応型１で産生されたものと逆の表面官能性を有し、小さい細孔は親水性で、大きい細孔は疎水性となる。修飾した多孔物質を水の存在下に高分子の酸でさらに処理すると、ベンジリデンアセタール基Ｖをもとの隣り合うジオール基に加水分解することになる。高分子の酸触媒ＰＡ１がＰＡ２より小さい分子量であるとすれば（Ｍ_PA1＜Ｍ_P _A2 ）、中間サイズの細孔中のアセタール基は、処理を免れ、小さい細孔は疎水性、中間の細孔も疎水性、そして大細孔は親水性という３つの異なる領域を有する物質ができる。反応型２反応型３反応型３でも、メタクリル酸グリシジルに基づく多孔物質を水性硫酸存在下で加水分解し、ジオール基を無水条件下、スルホン酸存在下でベンズアルデヒドと反応させる。次の段階は高分子触媒で触媒したベンズアルデヒドアセタール基の加水分解である。触媒分子のサイズより小さい細孔の中のアセタール基は不変のまま残るが、その他はジオールに変換され、大きい細孔を親水性にする。最後に、大きい細孔中の水酸基が、水性の水酸ナトリウム存在下でクロロ酢酸と反応して陽イオン交換基を産生する。結果の中身は、相対的に小さい細孔が疎水性ベンジリデンアセタール基を、そして大きい細孔が陽イオン交換基を各々有するということである。反応型１Ａ，１Ｂ、２、および３の各々で、それら多孔物質はメタクリル酸グリシジルから調製されているが、多孔物質の成分如何は最終製品にとり決定的な意味をもたない。むしろ細孔サイズ、そのサイズ分布、出発多孔物質の細孔内の表面基といったものが最終製品にとってより決定的な要素となっている。反応型４では、出発多孔物質は不規則シリカである。反応型１の場合と同様、最初の反応段階で触媒として使われる高分子触媒は、高分子触媒に接触不能により小さい細孔中に隠されてしまっているのでない限り、すべてのエポキシド基を加水分解する。こうして大きい細孔は親水性になる。次の段階では、残りのエポキシド基がジエチルエステルイミノジ酢酸と反応してより小さい細孔中に疎水基を産生する。次にこの産物を最初の修飾段階で使った高分子の酸の分子サイズより小さい分子サイ反応型４ズのポリ（Ｎ，Ｎ−ジエチルービニルベンジルアミン）で処理する。このポリ（Ｎ，Ｎ−ジエチルービニルベンジルアミン）に接触可能な細孔中のエステル基を負電荷カルボキシル基に鹸化する。小さい細孔は疎水性のまま残り、中間サイズの細孔は典型的なイオン交換特性を持つ。本発明で調製される多孔物質はさまざまな用途を有する。特に液体クロマトグラフィーにおける分離媒体として有益である。例えば反応型１Ａで述べた方法で修飾したビーズは血漿から薬物を分離するのに使用することができる。血液タンパク質は細孔中に入り込めないので、細孔中の疎水性オクタデシル基には結合しない。また血液タンパク質は、入り込める大きな細孔の親水性表面にも結合しない。逆に小さい薬物分子も親水性表面には結合しないが、小さい細孔中に入り込んでそれと結合する。これら分子は、周りの液体が小さい分子と表面疎水基との相互反応を破壊するものに変化したとき放出される。細孔サイズを選択的に修飾された多孔ビーズはまた、生体の内在性または外因性の与毒［poisoning］後の血液灌流用装置に使う充填物［packing］として有用である。低分子量の毒性化合物は小さい細孔中の基に結合するのに対し、血液粒子（赤血球、白血球、血小板、等）はこうしたビーズに全く入り込まず、血液タンパク質（アルブミン、ＩｇＧ）は大きい親水性細孔中にだけ入る。毒性化合物の分離は、小さい細孔中の基がその毒性化合物だけに結合するように特別設計することができるから、きわめて随意的である。このように、水銀、カドミウム、鉛などの重金属の除去をするには、小さい細孔中の基はイミノジアセチン酸［iminod iacetic acid］基、チオール基、エチレンジアミン基などである。本発明の方法につき以下に実施例を参照しつつ、より詳細に説明するが、これらは本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明の技術を限定するためのものではない。特に断らない限り部および％はすべて重量部、重量％である。実施例１−３均一なサイズの多孔性ポリ［メタクリル酸グリシジル−コ−エチレンジメタクリル酸］（ＧＭＡ−ＥＤＭＡ）の直径１０μm粒子を、米国特許第5130343号に記載の方法、ただし高分子ポロゲン［porogen］の代わりにシクロヘキサノールおよびドデカノールの混合物をポロゲンとして添加して、修飾し活性化した２段階の膨張と重合法で調製した。細孔サイズの分布は、最後に重合させる前にブタンチオールをその混合物に添加することで制御した。添加したブタンチオール量および多孔性ビーズの特性については表１にまとめてある。エポキシド基の含有量は次のようにして化学的に決定した。すなわちビーズを酢酸中のテトラエチル臭化アンモニウム［tetraethyl-ammoniu m bromide］溶液に分散させて、０．１モル／リットル過塩素酸溶液でクリスタルバイオレットインジケーターの青−緑終点まで滴定する。この技術についての詳細はR.E．BurgerとB.P．Geyer，in G.M．Kline，Analytical Chemistry of Polymers ，Interscience，New York，1959，p．124参照。表１の第２欄、第３欄に記載されているように、比表面積および細孔サイズ分布については、動的窒素脱着［dynamic nitrogen desorption］（ＢＥＴ）で、決定した。また細孔サイズ分布および比細孔容積については、I．HalaszとK．Ma rtin，Angew，Chem.，Int．Ed．Engl.，17（1978）901.が用いたのと同様の逆サイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）で決定した。高分子ビーズの３種類全部（10g）を0.1mol/l硫酸50ml中に別々に入れ、１０時間ときどき撹拌しながら６０℃を維持した。ビーズ中のエポキシド基全部が、 1,060，906，852cm^-1にエポキシド基の典型的バンド［bands］が消失したこと、及びＩＲスペクトル中3,490cm^-1で広い水酸基バンドの増大が見られたことから、この過程で加水分解されたことが分かった。この修飾は細孔サイズ選択性を何ら示さない。例４−６例１−３で調製したエポキシド基含有ビーズをさまざまな異なる分子量の酸を使って加水分解した。エポキシド基含有ビーズ（0.2g）を50mlビーカーに入れ、１重量％の高分子酸の水溶液10mlを加え、ビーカーをパラフィンで密閉した。分散物を室温で４８時間撹拌した。ビーズをフリットガラスで漉して濾過水が中性になるまで水で洗浄し、アセトンで洗浄後乾燥させた。ビーズ中に残存するエポキシド基の量を例１−３に記載の方法で測定した。表２は、細孔サイズ選択的加水分解後に例１、２または３に従い調製した、及び例４、５及び６で使われた、高分子ビーズ中にある残存エポキシド基の割合を示すことによって細孔サイズ選択的反応の度合を示したものである。ＰＳＳＡ５は、分子量5,000のポリ（スチレンスルホン酸）［poly（styrenesu lfonic acid）］のことである。PSSA４７とは分子量47,000のポリ（スチレンスルホン酸）である。ＰＳＳＡ４００とは分子量400,000のポリ（スチレンスルホン酸）である。PSSA１２００とは分子量1,200,000のポリ（スチレンスルホン酸）である。これらの高分子触媒の全ては、多分散性指標、即ち重量平均分子量と数量平均分子量との比率、Ｍ_w／Ｍ_nが、使った全高分子酸中で１．１より小と証明されたことから、非常に狭い分子量分布であることが分かる。表２は加水分解のサイズ選択性を明確に示している。その選択性の程度は、触媒の分子量および修飾された高分子の細孔サイズ分布の双方に依存する。より小さい細孔中にある残存エポキシド基を、反応型１Ａおよび１Ｂに従いオクタデシルアミンまたはジエチルアミンとさらに修飾反応させるために使った。前者の場合にはポリ（スチレンスルホン酸） PSSA４７で触媒して加水分解した後、例４で得た乾燥ビーズをオクタデシルアミン１gの溶融物に加え、７０℃まで１６時間加熱した。この混合物をジオキサン２mlで希釈し、１時間混合し、ビーズを漉した。次にそれらをジオキサン、水およびメタノールで漸次洗浄し、乾燥した。こうして水中でPSSA４７の分子サイズより大きいサイズの細孔はヒドロキシル基を有し、親水性だが、この限界より小さい細孔は、典型的な疎水性を示すオクタデシルアミン基０．３５mmol/gを有する。その後の修飾は、各々PSSA３７およびPSSA５で加水分解した例５から得たビーズを使ってジエチルアミン２ml中で行った。ジエチルアミノ基含有率は各々１．９mmol/g、１．３mmol/gであった。最初の反応工程における加水分解に使われた高分子酸の分子量より小さい細孔中にあるジエチルアミノ基は陰イオン交換特性をもち、したがってこれらの細孔は極性がより強く、従来からのイオン交換に使うことができる。ジエチルアミノ基で修飾されたものより大きい細孔は、加水分解されたエポキシドからのヒドロキシル基しか有していないから親水性である。例７−８例１および２に従い調製された各々のジオールビーズ（10g）を、13.4gのベンズアルデヒドと0.18gの４-トルエンスルホン酸を含有する200mlのトルエン中に懸濁した。この混合物を４８時間還流し、この反応から生成された水を継続的に除去した。ビーズを分離し、トルエン、アセトンおよびメタノールで連続的に洗浄し、乾燥した。ベンジリデンアセタール基含有のビーズ（200mg）をジオキサンと0.1mol/lの水性硫酸ナトリウムとの１：１混合物中に懸濁し、触媒の１重量％の水溶液10ml を加えた。この混合物を６０時間還流した。細孔選択的修飾ビーズを分離し、水とメタノールで洗浄し、乾燥した。それぞれ異なる高分子酸で触媒したときの反応度合をＩＲスペクトルで測定した。結果を表３に示す。これらの例に用いた高分子酸は例４−６で用いたものと同一である。例７および８では再び、反応度合は触媒の分子量と、修飾された高分子の細孔サイス分布の双方に左右された。ベンジリデンアセタール基を有するビーズ（200mg）をジオキサンと0.1mol/l の水性硫酸ナトリウムとの１：１混合物中に懸濁し、１重量％の触媒の水溶液10 mlを添加した。この混合物を６０時間還流した。細孔選択的修飾ビーズを分離し、水とメタノールで洗浄し、乾燥した。それぞれ異なる高分子酸で触媒したときの反応度合をＩＲスペクトルで測定した。結果を表３に示す。カルボキシメチル化においては、25mlバイアル中の従前に修飾しておいた高分子を0.8ml水中0.4gの水酸化ナトリウムの溶液中に懸濁し、0,2ml水中に0.3gのクロロアセチル酸と0.4gのヨウ化カリウムの溶液を室温で撹拌しながら添加した。温度を６０℃まで上げ、混合物を３時間撹拌した。生成物をビーカーに移し、数回に亙って水で徹底的に洗浄した。その反応経路を反応型３に示す。例７から得たビーズをPSSA４７を触媒にして部分的に加水分解した。水中の高分子酸の分子サイズより大きい細孔中の基は全て、最初水酸基に転換された後カルボキシメチル基に転換した。最終産物も、ポリ（スチレンサルホン酸）PSSA４７の水中分子サイズより小さい細孔中の疎水性ベンジリデン基を含有しており、より大きい細孔中の基は典型的な陽イオン交換性の負電荷されたカルボン酸塩であった。例９−１０例１および２各々で調製されたジオールビーズ（0.5g）を、0.08gの４−トルエンスルホン酸を含有する10mlのジヒドロピラン中に懸濁した。その混合物を８時間還流して冷却した。ビーズを分離し、ジオキサン、アセトンおよびメタノールで漸次洗浄し、乾燥した。テトラヒドロピラニルエーテル基を含有するビーズ（200mg）をジオキサンと0 .1mol/lの水性硫酸ナトリウムとの１：１混合物中に懸濁し、１重量％の触媒の水溶液10mlを添加した。この混合物を３０時間還流した。細孔選択性修飾ビーズを分離し、水とメタノールで洗浄し、乾燥した。それぞれ異なる高分子酸で触媒したときの反応度合をＩＲスペクトルで測定した。結果を表４に示す。この例で用いた高分子酸は例４−６で用いたものと同一である。例９および１０でも、反応度合は触媒の分子量と、修飾された高分子の細孔サイズ分布の双方に左右された。例１１スチレン、塩化４−ビニルベンジルおよびジビニルベンゼンの共重合体を標準的な懸濁重合で調製した。25mlのスチレン、25mlの塩化4-ビニルベンジル、および50mlのジビニルベンゼン（工業品級）、１ｇのアゾビスイソブチロニトリル、および100mlのトルエンを含有する混合物を300mlのポリビニルアルコールの水溶液中に分散させた。その混合物を碇形をした撹拌棒で１０分間室温で撹拌した。次に温度を７０℃にまで上げ、重合を２４時間続行し、平均サイズ0.18mmの多孔性ビーズを産出した。この多孔性ビーズを沈降分離し、500mlの蒸留水中に３回に亙って傾瀉した。洗浄工程をメタノール、トルエン、そして再びメタノールで続けて行った後、ビーズを乾燥させた。ビーズ中の塩素成分は、元素分析で測定すると5.5重量％であった。水銀多孔度計測法で測定すると中間的細孔サイズは1 35nmで、多孔度は54％であった。比表面積は、ＢＥＴ測定法によると120m²/gであった。水素化ナトリウム（50％w/wのパラフィン油0.1mmol）を1g/lのポリ（エチレンオキシド）（分子量100,000ダルトン）のテトラヒドロフラン溶液に反応させて調製したナトリウム塩のテトラヒドロフラン溶液10ml中に、クロロメチル基含有のビーズ（1g）を、９６時間還流した。テトラヒドロフラン、メタノール、水で洗浄後、ビーズをトリメチルアミンの33％水溶液5mlに移し、50℃で１０時間保持した。その結果得られた多孔性高分子の大きい細孔は親水性のポリエチレン酸化物鎖で被覆され、小さい細孔は強い陰イオン交換第４級アンモニウム基を有する。例１２新たに蒸留したメタクロレイン4ml、工業用ジビニルベンゼン4ml、ベンゾイル過酸化物0.8g、およびシクロヘキサノール12mlの混合物を窒素でパージングして脱空気し、ステンレススチール封管（10mm I.D.）中で２０時間加熱する。高分子ブロックを乳鉢で粉末にし、ソックスレー器具を用いてトルエン、メタノールそして再びトルエンで抽出する。多孔性高分子物質（1g）を50ml丸底フラスコに移し、2gの1,2-ドデカンジオールおよび20mgの4-トルエンスルホン酸を含有する20mlのトルエン溶液を加えた。このフラスコの内容を６０時間還流し、排出水は除去し続けた。生成物をトルエン、メタノールおよび水中に傾瀉してフラスコ中で洗浄した。これらの処理は、ＩＲスペクトルで観察したところ1720cm^-1についてのバンドを著しく減少させていた。このバンドは重合されたメタクロレインのアルデヒド基の特徴である。アセタール基の細孔選択的加水分解を例７と同様に分子量1,200,000のポリ（スチレンスルホン酸）で接触すると、残存するアセタール基の概算見積は元の量の50％であった。大きな細孔中にあるアルデヒド基は水素化ホウ素ナトリウムによって水酸基に還元され、それら大きな細孔をより親水性にする。最後には、その多孔物質は小さい細孔中に疎水鎖を、また大きい細孔中には親水基を有していた。例１３約５〜25mmのサイズ、比表面積500m2/g（BET）、細孔容積0.75m1/g、平均細孔径6nmの不規則粒子の形状のシリカ１ｇに、2mlの1-グリシドキシプロピル-トリメトキシシランを含有する水8mlを加えた。この混合物を水中７５℃で２時間おき、こうして修飾したシリカを漉してから水で洗浄し、乾燥させた。この生成物は１ｇにつき0.15mmolのエポキシド基を有していた。この粒子を例５と同様にして１重量％のPSSA４７（分子量47,300）のポリ（スチレンスルホン酸）の水溶液2mlで処理した。相対的に大きい細孔中のエポキシド基を親水性ジオール官能基に加水分解した後は、多孔性粒子中の残存エポキシド基は元の量の７３％であった。次に残留エポキシドをイミノ二酢酸ジエチルエステル（IADE）と反応させた。粒子（0.2g）をジオキサン中で10重量％のIADE溶液1ml中に懸濁し、７０℃まで２４時間加熱した。酢酸エチル基の部分的加水分解を分子量8,000のポリ（N,N-ジエチルビニルベンジルアミン）で接触反応した。この粒子をポリ（N,N-ジエチルビニルベンジルアミン）の１重量％THF-水溶液に混合し、水浴中で２４時間６０℃に加熱した。この反応中、エステル基の約50 ％が加水分解されて約0.1mmol/gの負電荷カルボキシル基を生成したが、約0.05m ol/gの疎水性ジアミノ酢酸基は不変化のまま残った。これら反応経路の全体を反応型４に示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スベック、フランティセックアメリカ合衆国、14850 ニューヨーク州、イチャッカ、アパートメントディ25、レイクストリート 210

Claims

【特許請求の範囲】１．細孔中に反応基を有する多孔物質を、修飾剤が入り込むのに十分な大きさの細孔のみに透過する大きさを有し、修飾剤が透過する細孔中にある反応基だけを化学的に修飾する修飾剤で処理することを特徴とする多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。２．多孔物質が、少なくとも１種の修飾剤が入り込むことを許容する大きさの細孔、および同一修飾剤の入り込むことを阻止する大きさの細孔を有していることを特徴とする請求項１に記載の多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。３．多孔物質が無機酸化物であることを特徴とする請求項２に記載の多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。４．多孔物質が無機酸化物とシリル化剤との反応生成物からなる結合物質であることを特徴とする請求項３に記載の多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。５．多孔物質が多糖質多孔性高分子であることを特徴とする請求項２に記載多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。６．多孔物質の細孔中の反応基が、最初疎水基で、後にそれら細孔の一部中の基が親水性のより極性の強い基に転換させられることを特徴とする請求項１に記載の多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。７．多孔物質の細孔中の反応基が最初親水基で、後にそれら細孔の少なくとも一部の中の基がより少なく親水性の、より弱い極性の基に転換させられることを特徴とする請求項１に記載の多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。８．極性を減少させることによって残存する疎水基の疎水性を増大させる工程を追加することを特徴とする請求項６に記載の多孔物質の細孔サイズ選択的化学修飾法。９．ある１つの官能性の表面基を有するある１つのサイズレンジの細孔と、別の１つの官能性に表面基を有するもう１つのサイズレンジの細孔との少なくとも２つの異なるサイズレンジの細孔を有する多孔物質からなる選択的に修飾された物質。１０．疎水性、親水性、陰イオン交換、陽イオン交換、親和性、電荷移動、触媒錯体形成、金属イオン錯体形成のいずれかから官能性を選択したことを特徴とする請求項９に記載の多孔物質からなる選択的に修飾された物質。１１．多孔物質が無機酸化物、無機酸化物とシリル化剤との反応生成物からなる結合物質、および天然多糖質多孔性高分子から選択されたものであることを特徴とする請求項９に記載の多孔物質からなる選択的に修飾された物質。