JPS60150839A - 陰イオン交換体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水酸基と陰イオン交換基を有し、機棹的強度
および化学的安定性にすぐれ、たとえば水溶媒系の液体
りｐマドグラフィー用充填剤や分離用膜として用いるの
に適した陰イオン交換体に関する。

水溶媒系で行ガわれる液体クロマトグラフィー、特にゲ
ルパーミェーションクロマトグラフィー（以下ＧＰＣと
称する）は生体関連物質の分離、分析に用い得るため、
生化学、医学あるいは薬学等の分野で広く用いられてい
る。しかし、ＧＰＣは血清や尿等の体液を直接注入でき
る利点を有するものの、分子量の近接した成分相互の分
離には必ずしも適していない。そのため近年ＧＰＣ用充
填剤にイオン交換基を導入した充填剤を用いて、ＧＰＣ
のもつ操作の簡便性とイオン交換基の作用によるより高
度の分離を同時に満たす液体クロマトグラフィーが注目
を集めている。

たとえば、架橋デキストランや架橋アガロースに陰イオ
ン交換基を導入した構造を有する粒状重合体は、生体成
分の分離、分析を目的とした液体クロマトグラフィー用
の充填剤として用いられている。

しかしながら、これらの重合体はいずれも保持し得る水
の量が極めて高く、湿潤時の機扱的強度が小さいため、
たとえば高速液体クロマトグラフィー用充填剤のような
小粒径で機械的強度を北要とするような用途に用いるこ
とはできない。

又、水酸基と陰イオン交換基を有する架橋重合体の例と
して、コーヒドｐキシエチルメタクリレート等水酸基を
有する単量体と、エチレングリコールジメタクリレート
等のフルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの共
重合体の誘導体を挙げることができる（特公昭ｓｇニー
ｒコ０コ号公報）。

しかしながら、コーヒドｐキシエチル（メタ〕アクリレ
ートとフルキレングリコールジ（メタ）アクリレートの
共重合体は、架橋性単量体であるアルキレングリコール
ジ（メタ）アクリレートの疎水性ゆえに、生体成分の疎
水的吸着が起こる場合があり好ましくない（参考’　Ｃ
ｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ　ｏｆＳｙｎｔｈｅｔｉｃ
　ａｎｄ　Ｂｉｏｌｏｇｆｅａｌ　Ｐｏｌｙｍｅｒｓ　
＋　ｖｏｌ　／、Ｐ／θ／　’　ＥｌｌｉｓＨｏｒｔｖ
ｏｏｄ　ＬＴＤ　）　。

又、スチレンとジビニルベンゼンの共重合体を骨格とす
る陰イオン交換体も公知であるが、骨格でおるスチレン
−ジビニルベンゼン共重合体の疎水性により、生体成分
の疎水的吸着が起こる場合があり好ましくない。

さらに、シリカゲルを母体とし、その表面にイオン交換
基が結合したイオン交換体も公知である（特開昭ｊ；！
−１．４７！ｒｔ号公報）。しかしながら、シリカゲル
を母体とするイオン交換体はシリカゲルがアルカリ条件
下で溶解する等化学的に不安定である欠点を有する。

そこで、本発明者らは鋭意検討の結果、水酸基と陰イオ
ン交換基を有し機械的強度が極めて大きく、かつ化学的
に安定で、疎水的吸着も少ないため、たとえば水溶媒系
の液体クロマトグラフィー用充填剤として用いた場合は
、高流速でかつ広い岨範囲で使用でき、かつ生体成分等
の分析において高回収率をもたらす陰イオン交換体を見
い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は重合体乾燥重量当りビニルアルコー
ル単位に由来する水酸基ｌθ〜／　４＜　Ｏｍｅｑ／ｌ
、陰イオン交換基θＯコ〜ｓＯｍａｑ／ｆを有し、保持
し得る水の量（以下保水量と称する）がＯｊ　−ＩＡ　
Ｏｆ／ｆである架橋共重合体からなる陰イオン交換体に
関する。

本発明の陰イオン交換体は、ビニルアルコールに由来す
る水酸基をｌＯ〜／　’Ａ　Ｏｍｑ／ｆの範囲で含む。

水酸基をこの範囲で含むことにより、この陰イオン交換
体からなる充填剤は親水性を有し、水中において多くの
水溶性物質に対して疎水的吸着や分配を示さない。水酸
基の量は、実用上はｌ！；−／ｌθｍｅｑ／ｆの範囲に
あるのがよい。

水酸基の量は、水酸基を無水酢酸と反応させて消費した
無水酢酸の量、又は架橋陰イオン交換体の重量変化を測
定することによりめることができる。乾燥架橋陰イオン
交換体／ｌが／　ｍｍｏｌの無水酢酸と反応した時の水
酸基の量を／　ｒｒｗａｃ４／ｌとする。

陰イオン交換体が一級又は二級のアミノ基を保有する場
合は、−級又は二級のアミノ基も無水酢酸と反応するの
で、反応した無水酢酸量がら別途求めたイオン交換基の
量を差し引くことによって水酸基の量をめることができ
る。

陰イオン交換体が三級アミノ基を保有する場合、三級ア
ミ７基は無水酢酸と反応しないので、消費した無水酢酸
量から直接求めることができる。

陰イオン交換体が四級アンモニウム塩基を保有する場合
、たとえば対イオンが塩素イオンである該イオン交換体
を無水酢酸と反応後、塩化す）　ＩＩウム水溶液ついで
水で洗浄し、反応前後の乾燥重量の差からめることがで
きる。

陰イオン交換体中の陰イオン交換基は、０θコ〜ｒ　ｏ
　ｍｅｑ／Ｓ’共重合体の範囲で存在する。陰イオン交
換基がこの範囲で存在することにより、共重合体け陰イ
オン交換基に由来する化学的特性、たとえばイオン交換
機能あるいは水溶液中において水溶性物質に対してイオ
ン交換作用に基づく分配特性を示し、かつ液体クロマト
グラフィー用充填剤として必要な強度を有する。陰イオ
ン交換基の量は実用上は０．０５〜二〇ｍｅｑ／？の範
囲にあるのが好ましい。陰イオン交換基の量は通常のイ
オン交換樹脂の交換容量の測定方法でめ得る（参考“イ
オン交換−理論と応用への手引−”　Ｒ，Ｗ、　Ｇｒｌ
ｍｓｈａｗ　ａｎｄＣ，Ｅ、　Ｈａｒｌａｎｄ著、黒田
他訳、　Ｐ７ｆｆ、丸善）。

本発明の陰イオン交換体のイオン交換基としては、−級
アミノ基、二級アミン基、三級アミノ基、四級アンモニ
ウム塩基等を挙げることができる。

これらのイオン交換基の７種類が単独で陰イオン交換体
の中に存在してもよく、又、２種類以上が存在してもか
まわない。

本発明の陰イオン交換体は架橋構造を有する。

架橋構造は特に限定されないが、トリアジン環を有する
架橋性単量体単位によって架橋された構造が好ましい。

トリアジン環を有する架橋性単量体単位とは次式仏）、
（Ｂ）で示される単量体が重合又は共重合して形成する
構造を表わす。

３ （Ａ）　（Ｂ） （ただし、Ｒ＋　、Ｒ２およびＲ３はそれぞれ独立にな
かでも式（Ａ）において、Ｒ＋　ｓ　Ｒ２およびＲ３が
すべて−ＣＨ２−ＣＨ＝ＣＨ２であるトリアリルイソシ
アヌレートは特に好ましい。

陰イオン交換体を形成する全単量体単位中の架橋性単量
体単位の割合は、次式（１）で表わされる範囲にあるの
が好ましい。

００に≦□≦０４１　（１１ ａ　十ｎ　ｂ （ただし、ａは陰イオン交換体中の架橋性単量体単位を
除く単量体単位のモル分率、ｂは架橋性単量体単位のモ
ル分率、ｎは架橋性単量体１分子が有する重合可能なビ
ニル基等の官能基の数である。） 高速液体クロマトグラフィー用充填剤のように特に機械
的強度を必要とする場合は（１）式の左辺はＯコである
ことがさらに好ましい。

陰イオン交換体から得られる充填剤の分離能と強度をバ
ランスさせるためには、保水量を適正な範囲に保つこと
が必要である。従来、水酸基と陰イオン交換基を有する
架橋アガロースや架橋デキストランから得られる充填剤
は、前述のように含水量が高くて機械的強度が小さく、
その傾向はポアサイズの大きい充填剤で特に犬であった
。本発明の陰イオン交換体から得られる充填剤はポアサ
イズにかかわらず含水量が０５〜’Ｉ　Ｏｆ／？、好ま
しくはθり〜３θり／２の範囲にあり、高速液体クロマ
トグラフィー用充填剤にも用い得る十分な強度を有する
。陰イオン交換体の保水量は、陰イオン交換体重量当り
の量で表わされ、水中で十分膨潤させた共重合体をフィ
ルター付の遠沈管に入れ、共重合体表面の付着水を遠心
分離したのち共重合体を乾燥して、乾燥前後の重量変化
からめ得る。

本発明の陰イオン交換体の形状は特に限定されることは
なく、使用方法に応じて粒状、膜状、糸状、塊状等任意
の形状をとり得る。液体クロマトグラフィー用充填剤と
して用いる場合は粒状又は球状が好ましい。その場合の
粒径は特に限定されないが、通常は重量平均粒径で３〜
！Ｏθμｍの範囲にある。高速液体りμマドグラフィー
用充填剤として用いる場合は３〜．２θμｍ１さらに実
用的には３〜／Ｓμｍの範囲にあるのが好ましい。

次に、本発明の陰イオン交換体の製造法の一例を示す。

本発明の陰イオン交換体は、たとえばカルボン酸ビニル
エステルとトリアジン環を有する架橋性単量体よりなる
共重合体のエステル基の１０−４０チを、ケン化又はエ
ステル交換反応によって水酸基に変換せしめたのち、水
酸基の一部とエビフルルヒドリン等と反応させ、次いで
アンモニアヤ各種アミンと反応させることによって得る
ことができる。さらに四級アンモニウム塩基を有する陰
イオン交換体を得たい場合には、たとえば三級アミノ基
含有陰イオン交換体にヨウ化メチルを反応させることに
よって得ることができる。

ここでカルボン酸ビニルエステルとけ、重合可能なカル
ボン酸ビニルエステル基を一つ以上有する化合物のこと
で、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、吉
草酸ビニルおよびピバリン酸ビニルの中から選ばれ、単
独又は２種以上の組合わせで用いられる。なかでも重合
やエステル交換又はケン化および入手の容易さから酢酸
ビニルやプロピオン酸ビニルが特に好ましい。

又、トリアジン環を有する架橋性単量体とは、前述の成
因又は（Ｂ）で表わされるものである。なかでも囚にお
いてＲ１，Ｒ１およびＲ３がすべて−ＣＨ２−ＣＨ−Ｃ
Ｈ２であるトリアリルインシアヌレートは酢酸ビニルと
の共重合性が良く、かつエステル交換又はケン化に対し
て安定性が大きいので架橋剤として好ましい。

カルボン酸ビニルエステルとトリアジン環を有する架橋
性単量体よりなる共重合体を得るための重合は、懸濁重
合、塊状重合あるいは乳化重合等の通常の重合方法で行
ない得る。液体クロマトグラフィー用充填剤を得る場合
は懸濁重合が好ましい。

カルボン酸ビニルエステルやトリアジン環を有する架橋
性単量体以外の単量体を、′共重合体の物性にほとんど
影響しない程度に併用し共重合させることは本発明の陰
イオン交換体を得るうえで何ら支障ない。

又、カルボン酸ビニルエステルとトリアジン環を有する
架橋性単量体とを共重合させる際に、単量体を溶解する
有機溶媒の７１！以上を単量体に加えることにより得ら
れる共重合体にパーマネントボアを形成させると共にそ
のボアの孔食、孔径あるいは孔径分布を制御する。単量
体を溶解する有機溶媒とけ具体的には、トルエン、キシ
レン等の芳香族炭化水素類、ヘプタ／、オクタン、シク
ロヘキサン、デカリン等の脂肪族炭化水素類、酢酸ｎ−
ブチル、酢酸１ｓｏ−ブチル、酢酸ｎ−ヘキシル、アジ
ピン酸ジオクチル等の脂肪族エステル類、７タル酸ジメ
チル、フタル酸ジオクチル、安息香酸メチル等の芳香族
エステル類、ブタノール、ヘプタツール、オクタツール
等のアルコール類等のことである。懸濁重合を行なう場
合は水に溶解しにくい溶媒が好ましい。これらの有機溶
媒は単量体７００重量部に対して２０〜３θＯ重量部の
範囲で用いられる。特に機械的強度を必要とする高速液
体クロマトグラフィー用充填剤の製造に際しては、有機
溶媒の量は３０〜１００重量部の範囲にあるのがよい。

陰イオン交換体の孔径や孔径分布を制御するために、あ
るいは陰イオン交換体の柔軟性を増すために単量体混合
物に溶解する線状重合体やゴムを単量体混合物に添加し
てもよい。単量体混合物に溶解する線状重合体やゴムと
は、たとえばポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、りｐμプ
レンゴム、ブタジェンゴム等のことで、単量体１０θ重
量部に対して２０重量部以下、好ましくは７０重量部以
下で用いられる。

重合に際して用いられる開始剤の種類や量は、重合方法
に合わせて任意に選び得る。通常の懸濁重合や塊状重合
では一般的なラジカル重合開始剤、たとえば、２．．２
’−アゾビスイソブチロニトリル、ユ。

コ′−アゾビス−（２，ＩＩ−ジメチルバレロニトリル
）等のアゾ系の開始剤や、過酸化ベンゾイル、過酸化ラ
ウルイル等の過酸化物系の開始剤を用いることができる
。

重合によって得られた共重合体のエステル交換又はケン
化反応は、水やアルコール又はその混合液を溶媒として
酸又はアルカリを用いて行なわれる。ただし、十分な機
械的強度を有する充填剤を得るためにはエステル基が水
酸基へ変わった割合、つまり反応率が７θ〜ｇＯ％の節
回になるようにコントロールするのがよい。反応率のコ
ントロールは反応溶媒、反応温度又は反応時間を変える
ことより適当な条件を選び得る。

ケン化および／又はエステル交換によって得られたゲル
に陰イオン交換基を導入する方法としては、以下の方法
を挙げることができる。

ケン化および／又はエステル交換によって得られたゲル
の水酸基に、たとえばエピクロルヒドリンやブタンジオ
ールグリシジルエーテル等を反応させてエポキシ基結合
ゲルを得る。エポキシ基の結合ｔけ、エピクロルヒドリ
ンやブタンジオールジグリシジルエーテル等の量や、反
応時間、反応温度等でコントルールできる。

ついで、エポキシ基結合ゲルに、アンモニア、エチルア
ミン等の一級アミン、ジエチルアミン等の二級アミンを
反応させることによって、それぞれイオン交換基として
一級アミノ基、二級アミノ基、三級アミ７基を有する架
橋陰イオン交換体を得ることができる。

又、四級アンモニウム塩基を有する陰イオン交換体は、
たとえば三級アミン基を有する陰イオン交換体の三級ア
ミノ基にヨウ化メチルを反応させることによって得るこ
とができる。

本発明の陰イオン交換体は硬質であり、たとえば液体ク
ロマトグラフィー用充填剤として用いた場合、溶離液を
高流速で流すことができ、迅速分析が可能になる。

又、本発明の陰イオン交換体は、広いｐＨ範囲で安定で
あり、たとえばシリカゲルを骨格とするゲルでは適用で
きないアルカリ条件下でも変質がなく安定に使い得るメ
リットを有している。

さらに、本発明の陰イオン交換体は、多量の水酸基を有
するため、十分な親水性を有し、生体成分等に対し疎水
的吸着が少ない利点を有している。

以下の実施例において、本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明は実施例に何ら限定されるものではない。

実施例／ 酢酸ビニル１００？、）リアリルイソシアヌレー）＋、
ｌｆ、酢酸ｎ−ブチル　ｇ０２、デカリンク。

ｆおよびコ、ユ′−アゾビスイソブチロニトリル３ＩＩ
ｔよりなる均一混合液と、少量のポリビニルアルコール
およびリン酸ナトリウムを溶解した水ｇＯ０−とを還流
冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備えた３１の三つロフラ
スコに入れ十分攪拌したのち、６５℃で７３時間、さら
にり５℃で３時間加熱して懸濁重合を行ない粒状共重合
体を得た。次に、−過、水洗、ついでアセトン抽出後、
カセイソーダ　６５ｆを溶解したメタノールコｌと共に
還流冷却器、窒素導入管、撹拌棒を備えたＳｌ三つロフ
ラスコ中で７５℃で２０時間攪拌して共重合体のケン化
反応を行なったのち粒子を濾過、水洗、さらに乾燥した
。

該粒子３０ｙを還流冷却器、９素導入管、撹拌棒を備え
たｌＯθθ−三つロフラスコに入れ、サラにジメチルス
ルホキサイド、３００ｍ１、エピクロルヒドリン５Ｏ−
１３０チ水酸化ナトリウム水溶液１０ｔｄを加え、攪拌
しつつ３０℃で２００時間反応た。該ゲルをＥ過、洗浄
後、さらに吸引濾過した。吸引−過した粒子を還流冷却
器、窒素導入管、撹拌棒を備えた１０θＯ−三つロフラ
スコに入れ、／θチジエチルアミン水溶液りＯＯ−を加
え攪拌しつつ６０℃で５時間反応させた。粒子をｐ別、
水洗したのち、分級して平均粒径９０ｐｍのポリマーを
得た。該ポリマーの水酸基密度はダ９　ｍｅｑ／ｆ陰イ
オン交換体、イオン交換容量は０．！ｒｍｅｑ／ｆ陰イ
オン交換体、保水廿はｌｑ９水／２　陰イオン交換体で
あった０ 陰イオン交換基を保有する該ポリマー（以下陰イオン交
換体と称する）をステンレス製カラム（内径７３ｔＩｍ
×長さ１０ｃｍ）に充填し、５０ｍＭ　トリス・塩酸バ
ッファーと２００ｍＭ塩化ナトリウムを含む水溶液（ｐ
Ｈ７＆）を移動相として、カラム温度３０℃、流速２　
ｍｅ１分で卵アルブミン（分子ＨｔＨ，ｏｏｏ）とα−
キモトリプシノーゲンＡ（分子量２’７，０００）を分
析したところ、溶出溶量はそれぞれｓ、ｏｍｔおよび２
−／ｍｌ！であり、両者を完全に分離できた。又、回収
率はいずれも９０チ以上であった。

比較として、重合後ケン化のみ行なった陰イオン交換基
を保有していない共重合体を同様にステンレスカラムに
充填して、上記と同じ条件で、卵アルブミンとα−キモ
トリプシノーゲンＡを分析したところ、溶出溶量けそれ
ぞれ、２−５−と２７−と極めて近接しており、完全分
離はできなかった。

ついで、陰イオン交換体を充填した該カラムに、３０℃
で０．０ＩＮカセイソーダ水溶液を／−分の流速で７６
時間通液した。

ついで、該カラムを用いて再び上記と同様の条件で卵ア
ルブミンとα−キモトリプシノーゲンＡを分析したとこ
ろ、溶出溶量は０．０ＩＮカセイソーダ水溶液を流す前
とほとんど変らず、又、回収率はいずれも９０％以上で
あった。又、該カラ人中の陰イオン交換体を抜き出して
、水酸基密度、交換容量を測定したが変化がなかった。

これらのことから、本発明の陰イオン交換体はアルカリ
溶液中でも極めて安定であることがわかる。

なお、移動相送液ポンプとしては、）（ＩＴＡＣＴ（Ｔ
Ａ、３ｇ−３０（ｍ日立製作所）、検出器けＵＶＩＤＥ
Ｃ１００−ｍＶ　（日本分光工業■）、検出波長は、２
！：０．ｎｍを用いた。

実施例コ 実施例／と同様の方法で陰イオン交換基として三級アミ
ン基を有し、イオン交換容量が１０２ｍｅｑ／ｆ陰イオ
ン交換体、水酸基密度がＩＡ　Ａ　ｍｅｑ／ｆ陰イオン
交換体、保水量がユ／ｆ水汐陰イオン交換体の陰イオン
交換体を得た。

ただし、実施例／において用いたエピクロルヒドリンｊ
Ｏｔｔの代りにエピクロルヒドリンデθ−を用いた。

実施例３〜４（ 実施例／と同様の方法で得られたエポキシ基結合ポリマ
ーに、エチルアミン、アンモニアを反応させ、それぞれ
表／に示す陰イオン交換体を得た。

表　ｌ 実施例ｊ 実施例／と同様の方法で得られた三級アミノ基を有する
イオン交換体（イオン交換容量θ！ｍｅｑ／ｆポリマー
、水酸基密度１ｊｍｅｑ／ｆポリマー、保水量ｌ　Ａ　
ｔ　ｙｋ／　ｔポリマー）　３０　ｆを還流冷却器、窒
素導入管、撹拌棒を備えたｌθ０ＯＩＩ＋／三つロフラ
スコに入れ、さらにアセトン３０θ−、ヨウ化メチル３
０−を加え、攪拌しつつｙｏ℃で２０時間反応し四級ア
ンモニウム塩基を保有する陰イオン交換体を得た。該陰
イオン交換体の交換容量は０．！ｍｅｑ／を陰イオン交
換体、水酸基密度はダデｒｒａｑ／？陰イオン交換体、
保水量は１９ｆ水／２陰イオン交換体であった。

実施例６ 酢酸ビニル１００り、トリアリルイソシアヌレート３ユ
コ２、酢酸ｎ−ブチル　１１０９および２．２’−７ゾ
ビスイソプチロニトリル　３３２よりなる均一混合液を
用い、実施例／と同様に懸濁重合、さらにケン化反応を
行なった。得られた乾燥粒子３０ｆｌを還流冷却器、窒
素導入管、撹拌棒を備えたｉｏｏ。

−三つロフラスコに入れ、さらにジメチルスルホキサイ
ド３θＯｍｌ、エピクロルヒドリン！；Ｏｍｌ、３０チ
水酸化ナトリウム水溶液コーを加え、攪拌しつつ３０℃
で２０時間反応した。該粒子を濾過、水洗後、さらに吸
引−過した。吸引濾過した粒子を還流冷却器、窒素導入
管、撹拌棒を備えた１０１００Ｏ三つロフラスコに入れ
、／Ｑ％ジエチルアミン水溶液グＯＯ−を加え攪拌しつ
つ、１０℃でＳ時間反応させた。粒子をｐ別、水洗した
のち分級して平均粒径１０．１μｍ　のポリマーを得た
。該ポリマーの水酸基密度け９θｍｅｑ／ｆポリマー、
イオン交換容量は０．／　ｍｅｑ／ｆポリマー、保水量
はｌｌｆ水／？ポリマーであった。

特許出願人　旭化成工業株式会社 代理人弁理士　星　野　透

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）０重合体重量当り、ビニルアルコール単位ニ由来
   する水酸基１０〜／　’Ａ　Ｏｍｅｑ／　ｆ、陰イオン
   交換基Ｏθλ〜ふθｍｅｑ／ｆを有し、保持し得る水の
   量が０３〜ＩＡ　ｏ　ｆ／ｆである架橋共重合体よりな
   る陰イオン交換体・ （２）、陰イオン交換基が、−級アミノ基、二級アミノ
   基、三級アミノ基、および四級アンモニウム塩基から選
   ばれた７種、又は２種以上である特許請求の範囲第１項
   記載の陰イオン交換体。 （８）、架橋共重合体が、トリアジン環を有する架橋性
   単量体単位により架橋されたものである特許請求の範囲
   第１項又は第一項記載の陰イオン交換体。 （４）、架橋性単量体単位の割合が下記式（１）の範囲
   にある特許請求の範囲第１項、第−項又は第３項記載の
   陰イオン交換体。 ｂ ｏ、ｏｓ≦　ａ　十ｎ　ｂ　≦０．１１　（ｔｌ（ただ
   し、ａは陰イオン交換体中の架橋性単量体単位を除く単
   量体単位のモル分率、ｂは架橋性単量体単位のモル分率
   、ｎは架橋性単量体単位／分子が有するビニル基の数で
   ある。）