JPH08503973A - 分離―および賦形材料の為のパール状セルロース生成物およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、パール状セルロース生成物および分離−および賦形材料として使用する為にパール状セルロース生成物を製造する方法に関する。この生成物は、原料として水に湿ったマクロ多孔質のパール状セルロースを使用し、一定に乾燥しそして次いでセルロースマトリックスをヒドロキシアルキル基の同時的導入下に架橋させることによって得られ、広い範囲で意図的に調整できる空隙率、良好な機械的−および化学的安定性に並びに非特異的相互作用が内ことに特徴がある。本発明に従って製造された生成物は、分析および調製の目的の為のクロマトグラフィー分離材料として有利に使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 分離−および賦形材料の為のパール状セルロース 生成物およびその製造方法 本発明は、分析−および調製の目的の為に化学、バイオテクノロジー、薬学お よび製薬学において分離−および賦形材料として使用できる調整可能なポロシテ ィーを持つパール状セルロース生成物およびその製造方法に関する。 個々のセルロース材料は近年、なかんずくクロマトグラフィー分離法および− 精製法において固定層として、また選択性の特別な吸着剤としてますます重要に 成っている。多かれ少なかれ多孔質のかゝるセルロース粒子の製造に、沢山の方 法が既に提案されている。これらの方法の重要な目的設定は、得られる製品をそ れぞれの大抵は相当に特別の分離課題、例えはゲルクロマトグラフィーによる蛋 白質の分離に適合するように球状の多孔質微粒子を製造することである。 多孔質の球状セルロース微粒子の製造は大抵の場合、セルロース−またはセル ロース誘導体溶液を製造し、該溶液から小滴を形成し、該小滴を凝固させそして セルロースを再生することによって行なう。 相違点は中でも、例えばセルロース溶液を適当な沈澱浴中に滴下するかあるい は噴入することによってまたはセルロース溶液を適当な溶剤中に分散させること によって行なう小滴形成の仕方および方法並びにセル ロースの凝固あるいは再生の仕方および方法にある（米国特許第２，５４３，９ ２８号明細書、同第３，５９７，３５０号明細書、ドイツ特許出願公開第２，７ １７，９６５号明細書、同第２，１３８，９０５号明細書、東ドイツ特許第１１ ８，８８７号明細書、ＪＰ−ＰＳ８０−４４３１２参照）。これら全ての方法の 場合に問題なのは、限定された空隙率のセルロース−マトリックスが製造される ことにある。 この理由から、例えばセルロース濃度によって（ドイツ特許出願公開第１，７ ９２，２３０号明細書）または多孔質形成剤としてのセルロース誘導体溶液に添 加することによって（米国特許第４，３１２，９８０号明細書）孔の大きさを変 えることができる様な種々の方法が提案されている。良好な結果は、一般式 Ｘ−Ｒ−Ｚ （式中、ＸおよびＺはハロゲン原子またはエポキシ基でありそしてＲは炭素原子 数３〜１０のアルキレン基である。） で表される二官能性架橋剤を追加的に利用することによって孔の構造を決定する （米国特許第３，５９８，２４５号明細書）。この場合に得られる生成物は溶解 した高分子物質のゲルクロマトグラフィー分離の為に確かに原則として適してい るが、未変性のセルロース微粒子は、種々のプロテインと非特異的相互作用の関 係を持ち、それによってそれの一般的使用性が制限されるという普遍的な欠点を 有している。 最も有利な性質を、米国特許第３，５９８，２４５号明細書によって、乾燥し た再生セルロース粒子と架橋剤とを同時に反応させることによって製造できるヒ ドロキシエチル基−あるいはヒドロキシプロピル基含有生成物が有している。こ の溶液はしかしながら沢山の欠点も有している。例えばクロマトグラフィーカラ ム中での流動挙動が繊維状再生セルロース粒子を使用することによって不利な影 響を受ける。別の欠点は、ゲルの機械的安定性が不十分であり、特にヒドロキシ プロピル基が高含有量である場合および架橋度が低い場合に貫流速度が遅くなる かまたはカラムを塞いでしまい得るという点である。また、これらの高膨潤性の ゲルが既に水に部分的に溶解し（Ｊ．Ｓ．Ａｙｅｒｓ，Ｍ．Ｊ．Ｐｅｔｅｒｓｅ ｎ，Ｂ．Ｅ．Ｓｈｅｅｒｉｎ，Ｇ．Ｓ．Ｂｅｔｈｅｌｌ：Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔｏ ｇｒａｐｈｙ２９４（１９８４）、第１９５〜２０５頁）そしてそれ故にクロマ トグラフィーの目的に使用できないという欠点がある。クロマトグラフィー分離 の為に利用できる空隙率範囲は比較狭く制限されており、５×１０⁴ダルトン以 下である。 本発明の目的は、パール状セルロース生成物および改善された性質を持つ多孔 質のパール状セルロース生成物、特に、生物巨大分子との非特異的相互作用を同 時的に抑制しながら、広い範囲内で意図的に調整できる孔構造を持つ親水性の可 逆的膨潤性セルロース・マトリックスを製造する方法を開発することである。 本発明の課題は、化学的変性との関係で再生セルロース粒子を適当に予備処理 して有利な性質を持つパール状セルロース生成物、特に、一定の空隙率および良 好な機械的性質を持ちそしてできるだけ蛋白質と非特異的相互関係を示さない親 水性の可逆的膨潤性セルロース・マトリックスをもたらすことである。 本発明に従って、この課題は、８５〜９５ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有量 の水に湿ったパール状のマクロ多孔質の再生セルロースパール状物を最初に１０ 〜９５ｇ／１００ｇ（全重量）の一定の水分含有量にまで乾燥し、次いで架橋剤 としての二官能性のＣ₂〜Ｃ₄ハロゲン化−および／またはエポキシ化合物および ヒドロキシアルキル化剤としての単官能性のハロゲン化−またはエポキシ化合物 とアルカリ媒体中で密閉系において３１３〜３７３Ｋで１０〜３６０分間反応さ せることによって解決される。得られる多孔質のセルロース誘導体粒子の後処理 あるいは精製は公知の様に過剰のアルカリ金属水酸化物を中和し、副生成物を徹 底的に洗浄し、分級し並びに場合によっては乾燥することによって行なう。乾燥 する場合には、水をメタノール、エタノールまたはアセトンと予め少なくとも部 分的に入れ替えるかあるいは凍結乾燥するのが有利であることが判っている。 本発明によれば、セルロース原料としては巨大分子の排除限界が１０⁵〜３× １０⁷ダルトンである１５０〜５００の平均重合度（ＤＰ）を持つ再生セルロー スより成る水で湿ったマクロ多孔質のパール状粒子を使用する。例えばクロマト グラフィー・カラムで後で使用するには、粒度が使用目的次第で１〜２，０００ μｍ、しかし好ましくは５０〜２５０μｍの範囲内にある球状セルロース粒子か ら出発するのが有利である。 セルロースマトリックスを一定の空隙率に意図的に調整するのには、セルロー ス粒子を１０〜９５ｇ／１００ｇ（全重量）の残留水含有量まで部分的に乾燥す るのが有利であり、その際この乾燥は通例の様に高温のもとで水を蒸発させるこ とによって、場合によっては水と混和し得る溶剤、例えば炭素原子数２〜３のア ルコール、アセトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド 、ジメチルスルホキシドと入れ替えることによって行なうことができる。次いで この様に前処理したセルロース材料を密閉された容器中で加圧下に二官能性架橋 剤およびヒドロキシアルキル化剤としての単官能性ハロゲン化−またはエポキシ 化合物とアルカリ金属水酸化物の添加下に反応させる。二官能性架橋剤としては 例えばエピクロルヒドリン、ジクロロヒドリン、ジブロモプロパノールまたはジ エポキシブタンを使用することができ、一方、単官能性ヒドロキシアルキル化剤 としてはエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、２−クロロエタノールお よび２−クロロプロパノールが特に有利である。生成物の性質は予備乾燥あるい は水の排除の程度による他に、架橋剤あるいはヒドロキシアルキル化剤の使用量 によ って決められる。 本発明によれば、所望の多孔質特性に調整する為には１モルのセルロースモノ マー単位当たり０．０１〜０．５モルの架橋剤および０〜２．５モル、殊に０． ０１〜２．５モルのヒドロキシアルキル化剤を使用する。 アルカリ媒体としてはアルカリ金属水酸化物、殊に水酸化ナトリウムを５〜４ ３重量％の濃度で含有する水溶液を使用し、その使用量は少なくとも反応成分に よって化学量論的に消費される量であるが、特に１モルのセルロースモノマー単 位当たり０．１〜１０モル、殊に０．５〜３モルに相当する量が好ましい。反応 混合物中の水含有量は高い反応剤収率を達成する為にできるだけ僅かに維持する 。この場合、不活性かまたは十分に不活性の有機溶剤、例えばトルエン、ベンゼ ン、クロロベンゼン、エタノール、プロパノールまたはアセトンも反応成分を良 好に十分に混合する為におよび良好に分散させる為に添加してもよい。添加する 溶剤の量は、用いるセルロースの重量を基準として２〜５０倍であるのが有利で ある。 本発明の方法の特別な実施形態においては、追加的な官能性基の導入の為に別 のエーテル化剤を添加する。この添加は架橋剤、ヒドロキシアルキル化剤および 苛性ソーダと同時に行なうかまたは水に湿ったマクロ多孔質パール状セルロース の乾燥以前に既に行なっていてもよい。イオン性基を導入する為の適するエーテ ル 化剤には、ハロゲン化アルキルカルボン酸、例えばモノクロロ酢酸：ハロゲン化 アルキルホスホン酸、例えばクロロメチルホスホン酸；ハロゲン化アルキルスル ホン酸、例えば２−クロロエチルスルホン酸またはそれらの塩並びにハロゲン化 アルキルアミン、例えば２−クロロエチルジエチルアミンがある。通例の交換能 力を達成する為に必要とされる量のエーテル化剤は、１モルのセルロースモノマ ー単位当たり０．２〜１．０モルである。 この方法の長所は中でも、原料としてマクロ多孔質セルロース材料およびそれ の意図的に部分的に乾燥したものを使用してセルロースの空隙系を一定の状態に 調整することができることにある。この場合に得られるパール状セルロース材料 はその良好な機械的性質の為に、１０⁶ダルトンの分子量までゲルクロマトグラ フィーの目的に特に適している。強い親水性のヒドロキシアルキル基を同時に導 入することによって生物の巨大分子との非特異的相互作用が抑制される。更に、 この生成物はその強い親水性の為に未変性再生セルロースと反対に適当に乾燥し た後に殆ど完全に可逆的に膨潤することができ、それによって取扱性が改善され ているだけでなく使用可能範囲も拡大されている。実施例１ ８０〜２００μｍの粒度、８９ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有量および１０⁷ ダルトンの排除限界を持つ水に湿った２５０の重合度のパール状再生セルロー ス９１ｇ（＝１０ｇ＝６２ミリモルのセルロース）を、１５ミリリットルの３０ 重量％濃度苛性ソーダ（１５０ミリモル）、５ミリリットルのプロピレンオキサ イド（７２ミリモル）および０．４ミリリットルのエピクロルヒドリン（５ミリ モル）と一緒に激しく混合しそして３００ミリリットルの容量の耐圧スチール製 ビーカー中に移す。ビーカーを封じた後にウオーターバス中でビーカーを定常的 に動かしながら反応混合物を１．５時間３３３Ｋに加熱する。次いでビーカーを 約３０３Ｋに冷却し、開放しそして反応混合物を５００ミリリットルの水の入っ たガラス製ビーカー中に導入する。生成物を吸引濾過器で吸引濾過し、残留する アルカリを薄い（１Ｎ）塩酸で中和しそして塩化物を含まなく成るまで水で洗浄 する。１３．４ミリリットル／ｇの沈降体積および４８５％の保水能力を持つ白 色のパール状セルロース誘導体が得られる（乾燥重量１０．４ｇ）。デキストラ ン類によって区別される分子量（ＭＧ）並びに模型物質（Modellsubstanzen）と しての蛋白質にてクロマトグラフィー的に測定される分配係数（Ｋav）を表１に 示す（試料１）。 実施例２ 実施例１と同様に水で湿ったパール状再生セルロースを誘導体化し、その際に ０．４ミリリットルのエピクロルヒドリンの代わりに１．６ミリリットル（２０ ミリモル）のエピクロルヒドリンを使用する。 １４．９ミリリットル／ｇの沈降体積および４６２ ％の保水能力を持つ白色のパール状セルロース誘導体が得られる（試料２）。 架橋剤の量を著しく変えたにもかかわらず、空隙容積の目安である生成物の膨 潤は実施例１および２と実質的に相違していないという驚くべき結果が得られる 。Ｋav−値も同じ大きなオーダである。実施例３ ８０〜２００μｍの粒度および８９ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有量の水に 湿ったパール状再生セルロースを、最初に回転式蒸発器中で４９ｇ／１００ｇ（ 全重量）の水含有量まで乾燥する。２０ｇの予備乾燥した材料を実施例１と同様 に、１５ミリリットルの３０重量％濃度苛性ソーダ、５ミリリットルのプロピレ ンオキサイドおよび０．４ミリリットルのエピクロルヒドリンと反応させそして 後処理する。１６ミリリットル／ｇの沈降体積および５５０％の保水能力を持つ 白色のパール状セルロース生成物が得られる。Ｋav−値を表に示す（試料３）。 この値は試料１と比較して明らかに低い。実施例４ ８０〜２００μｍの粒度および８９ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有量の水に 湿ったマクロ多孔質パール状再生セルロースを、最初に回転式蒸発器中で１０ｇ ／１００ｇ（全重量）の水含有量まで３３３Ｋのもとで乾燥する。１１．０ｇの 予備乾燥したパール状セルロース材料を実施例１と同様に、１５ミリリットルの ３０重量％濃度苛性ソーダ、５ミリリットルのプロピレンオキサイドおよび０． ４ミリリットルのエピクロルヒドリンと反応させそして後処理する。２１．９ミ リリットル／ｇの沈降体積および６５５％の保水能力を持つほぼ透明の膨潤した セルロース誘導体が得られる。Ｋav−値を同様に表１に示す。この値は試料１お よび３の場合よりも明らかに低い。 実施例５ 実施例４と同様にパール状セルロースを乾燥しそして誘導する。その際に０． ４ミリリットルのエピクロルヒドリンの代わりに１．６ミリリットル（２０ミリ モル）のエピクロルヒドリン（試料５）あるいは０．２ミリリットル（２．５ミ リモル）のエピクロルヒドリン（試料６）を使用する。得られる生成物の沈降体 積は７．９および４７．４ミリリットル／ｇでありそして保水能力の値は２９４ および８９４％である。湿ったまま使用したマクロ多孔質パール状生成物と反対 に、予備乾燥したパール状セルロースの場合には、架橋剤量を増やすと膨潤値が 非常に増加する。しかしながらＫav−値は、増加した膨潤値にもかかわらず、１ ０および５０ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有量の予備乾燥したパール状セルロ ースの場合よりも明らかに低い（表１）。実施例６ 水で湿った９１ｇのマクロ多孔質セルロースを、３０ミリリットルの水に３ｇ の２−クロロエチル−ジエ チルアミン−ヒドロクロライドを溶解した溶液と回転式蒸発器中で３０分間混合 し、次いで１０ｇ／１００ｇ（全重量）の残留水含有量にまで乾燥する。含浸処 理したセルロースパール状物をステンレス製ビーカー中に移し、１５ミリリット ルの３０重量％濃度苛性ソーダ、５ミリリットルのプロピレンオキサイドおよび １．６ミリリットルのエピクロルヒドリンと混合しそしてビーカーを閉じた後に １．５時間、３５３Ｋに加熱する。生成物の後処理は実施例１におけるのと同様 に行う。得られるジエチルアミノエチル−パール状セルロースは、０．８ｍｅｑ ／ｇの交換能力および５．２ミリリットル／ｇの沈降体積を有している。 実施例７ 実施例６と同様にパール状セルロースを変性するが、しかしその際に６ｇの２ −クロロエチル−ジエチルアミン−ヒドロクロライド、０．４ミリリットルのエ ピクロルヒドリンを使用するが、プロピレンオキサイドを使用しない。得られる ジエチルアミノエチル−パール状セルロースは、１．３ｍｅｑ／ｇの交換能力お よび７．２ミリリットル／ｇの沈降体積を有している。 実施例８ 実施例６と同様にパール状セルロースを変性するが、しかしその際に２−クロ ロエチル−ジエチルアミン−ヒドロクロライドの代わりに３ｇのモノクロロ酢酸 ナトリウムを架橋剤として使用する。得られるカルボキシメチル−パール状セル ロースは、１．０ｍｅｑ／ｇ の交換能力および１０．１ミリリットル／ｇの沈降体積を有している。 実施例９ 実施例６と同様にパール状セルロースを変性し、その際に２−クロロエチル− ジエチルアミン−ヒドロクロライドの代わりに架橋剤としての６ｇのモノクロロ 酢酸ナトリウム、０．４ミリリットルのエピクロルヒドリンを用いるが、プロピ レンオキサイドを使用しない。得られるカルボキシメチル−パール状セルロース は、１．５ｍｅｑ／ｇの交換能力および８．２ミリリットル／ｇの沈降体積を有 している。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ８５〜９５ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有量、１０⁵〜３×１０⁷ダルト ンの排除限界を持ち、１０〜９０ｇ／１００ｇ（全重量）の一定の水含有量に部 分的に乾燥された水に湿った１〜２０００μｍの大きさのマクロ多孔質の再生セ ルロースパール状物を、５〜４５重量％濃度のアルカリ金属水酸化物水溶液とし ての、１モルのセルロースモノマー単位当たり０．１〜１０モルのアルカリ金属 水酸化物を含有する水性アルカリ媒体中で、１モルのセルロースモノマー単位当 たり０．０１〜０．５モルの式 Ｘ−Ｒ’−Ｙ （式中、ＸおよびＹはハロゲン原子またはエポキシ基でありそしてＲ’は炭素 原子数２〜４のアルキレン基、−ＣＨ（ＣＨ₂ＯＨ）−ＣＨ₂−または−ＣＨ₂− ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ₂−を意味する。） で表される二官能性化合物および１モルのセルロースモノマー単位当たり０〜 ２．５モルの式 Ｚ−Ｒ （式中、Ｚがエポキシ基でそしてＲがＨまたはＣＨ₃であるかまたはＺがハロ ゲン原子でそしてＲがＣ₂Ｈ₄−ＯＨ−、−ＣＨ₂−ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ₂−または Ｃ₃Ｈ₆−ＯＨ−基である。） で表される単官能性化合物と、場合によっは、十分に不活性の有機溶剤および ／または１モルのセルロースモノマー単位当たり０．２〜１．０モルの別の架橋 剤 の添加下に密閉系において２１３〜３７３Ｋの温度で１０〜３６０分の時間反応 させることによって得られる、架橋したヒドロアルキル化再生セルロース粒子を 基礎とする分離材料および賦形材料の為のパール状セルロース生成物。 ２． 原料として使用したマクロ多孔質パール状セルロース粒子が５０〜２５０ μｍの粒度を有している請求項１に記載のパール状セルロース生成物。 ３． 二官能性化合物としてエピクロルヒドリンが１モルのセルロースモノマー 単位当たり０．１〜０．４モルの量で使用されている請求項１または２に記載の パール状セルロース生成物。 ４． 単官能性エポキシ化合物としてプロピレンオキサイドが１モルのセルロー スモノマー単位当たり０．０１〜２．５モルの量で使用されている請求項１また は２に記載のパール状セルロース生成物。 ５． 別の架橋剤としてハロゲン化アルキルカルボン酸、−ホスホン酸、−スル ホン酸および／またはそれらの塩またはハロゲン化アルキルアミンが使用されて いる請求項１に記載のパール状セルロース生成物。 ６． 別の架橋剤として２−クロロエチル−ジエチルアミン−ヒドロクロライド またはモノクロロ酢酸および／またはモノクロロ酢酸ナトリウムが使用されてい る請求項１または請求項５に記載のパール状セルロース生成物。 ７． 十分に不活性の溶剤として炭素原子数１〜３のア ルコール、アセトン、ジメチルホルムアミドおよび／またはジメチルスルホキシ ドが、１００ｇの液相を基準として１０〜８０ｇの量で使用されている請求項１ に記載のパール状セルロース生成物。 ８． 再生セルロース粒子をアルカリ性媒体中で架橋と同時にヒドロキシアルキ ル化することによって分離−および賦形材料として使用されるパール状セルロー ス生成物を製造する方法において、８５〜９５ｇ／１００ｇ（全重量）の水含有 量、１０⁵〜３×１０⁷ダルトンの排除限界を持つ１〜２０００μｍの大きさの水 に湿ったマクロ多孔質の再生セルロースパール状物を１０〜９０ｇ／１００ｇ（ 全重量）の一定の水分含有量にまで乾燥し、次いで５〜４５重量％の濃度のアル カリ金属水酸化物水溶液としての、１モルのセルロースモノマー単位当たり０． １〜１０モルのアルカリ金属水酸化物を含有する水性アルカリ媒体中で、０．０ １−０．５モルの式 Ｘ−Ｒ’−Ｙ （式中、ＸおよびＹはハロゲン原子またはエポキシ基でありそしてＲ’は炭素 原子数２〜４のアルキレン基、−ＣＨ（ＣＨ₂ＯＨ）−ＣＨ₂−または−ＣＨ₂− ＣＨ（ＯＨ）−ＣＨ₂−を意味する。） で表される二官能性化合物および１モルのセルロースモノマー単位当たり０〜 ２．５モルの式 Ｚ−Ｒ （式中、Ｚがエポキシ基でそしてＲがＨまたはＣＨ₃ であるかまたはＺがハロゲン原子でそしてＲがＣ₂Ｈ₄−ＯＨ−、−ＣＨ₂−ＣＨ （ＯＨ）−ＣＨ₂−またはＣ₃Ｈ₆−ＯＨ−基である。） で表される単官能性化合物と、場合によっは、十分に不活性の有機溶剤および／ または１モルのセルロースモノマー単位当たり０．２〜１．０モルの別の架橋剤 の添加下に密閉系において２１３〜３７３Ｋの温度で１０〜３６０分の時間反応 させ、公知のように洗浄し、分級しそして場合によっは乾燥することを特徴とす る、上記方法。