カラム充填剤及びその製造方法
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカラム充填剤及びその製造方法、特にその活性基修飾状態の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より各種液体試料の分離に充填剤を詰めたカラムが用いられており、血清等の各種物質の混合試料の分離、分析には液体クロマトグラフィー、特に高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）が汎用され、また工業的にも特定成分の分離・抽出にカラム充填剤が応用されている。このうち、ホウ酸基を導入した充填剤は、ジオール骨格、特にシス−ジオール骨格を有する化合物と特異的な相互作用を有し、カテコールアミン（エピネフリン、ノルエピネフリン、ドーパミン、神経伝達物質）、糖、糖化アルブミン、及び糖化ヘモグロビン（糖尿病のマーカー）等を分離する充填剤として重要である。このホウ酸基を導入した充填剤としては、ポリマー系樹脂担体とシリカ系担体の二種類が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリマー系樹脂担体は耐久性に優れるが理論段数が低く、その製造コストも高い。一方、シリカ系担体は理論段数は高いものの、耐久性に劣る等の欠点がある。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、耐久性、理論段数が高く、しかも製造コストが低いホウ酸基を含むカラム充填剤を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために本発明者が鋭意検討した結果、多孔性担体の表面をシリコーンポリマーで被覆し、さらにそのシリコーンポリマー上にホウ酸基を修飾することにより、苛酷な移動相の影響を受けることなく、耐久性、安定性に優れたホウ酸系カラム充填剤が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本出願にかかる充填剤は、Ｓｉ−Ｃ結合により結合したホウ酸基を含むシリコーンポリマーで被覆された多孔性担体よりなることを特徴とする。また、本出願にかかる製造方法は、多孔性担体をシリコーンポリマーで被覆する工程と、前記被覆シリコーンポリマーの−ＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程を含むことを特徴とする。
【０００５】なお、前記方法において、被覆シリコーンポリマーの−ＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にエポキシ基を有する中間基を結合させる中間基修飾工程と、前記中間基のエポキシ基に、アミノ基又は水酸基を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程とを含むことが好適である。また、前記多孔性担体はシリカゲルからなることが好適である。
【０００６】以下、本発明の構成を詳細に説明する。
多孔性担体本発明において用いられる多孔性担体としては、例えば液体クロマトグラフィー用の担体として一般に使用されている任意の粉体であるシリカゲル、アルミナ、ガラスビーズ（例えばポーラスガラス）、ゼオライト、ヒドロキシアパタイト又はグラファイト等を使用することができる。また、複合粉体、例えばポリアミド、アクリル樹脂、又はポリビニルアルコール等の合成樹脂の表面に、微細な無機粉体、例えばシリカゲル、二酸化チタン又はヒドロキシアパタイトを被覆処理した粉体も使用することができる。また、多孔性担体の平均粒径は２〜２００μmで、比表面積２００〜８００ｍ2／ｇ、４０〜１２０Åの細孔を有するものが好適である。特に好適な多孔性担体としては、６０〜８０Åの細孔を持ち、比表面積が４００〜６００ｍ2／ｇで粒径３〜５０μmの球形あるいは破砕型のシリカゲルである。
【０００７】シリコーンポリマー本発明において使用されるＳｉ−Ｈ基を有するシリコーン化合物は、下記一般式化１
【化１】（Ｒ1ＨＳｉＯ）a（Ｒ2Ｒ3ＳｉＯ）b（Ｒ4Ｒ5Ｒ6ＳｉＯ1/2)c（化１中Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は相互に独立に水素原子であるか又はハロゲン原子の少なくとも１個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基であるが、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3が同時に水素原子であることはない。また、Ｒ4，Ｒ5，Ｒ6は相互に独立に水素原子であるか又はハロゲン原子に少なくとも一個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基である。ａは０又は１以上の整数であり、ｂは０又は１以上の整数であり、ｃは０又は２であるが、但しｃが０である場合にはａとｂとの和が３以上の整数であるものとする）の少なくとも一種である。
【０００８】上記化１のシリコーン化合物は２種の群からなる。第１の群は、前記化１においてｃ＝０の場合に相当し、下記一般式化２
【化２】（Ｒ1ＨＳｉＯ）a（Ｒ2Ｒ3ＳｉＯ）b（化２中Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、ａ及びｂは前記と同じ意味であるが、好ましくはＲ1、Ｒ2及びＲ3が相互に独立にハロゲン原子に少なくとも一個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基であり、ａとｂとの和が３以上である）で表わされた環状シリコーン化合物である。この化合物の代表例を挙げれば以下の通りである。
【化３】
【化４】
上記の化３および化４で示される化合物は、それぞれ単独で又はそれらの混合物の形で使用することができる。
【０００９】上記化３及び化４の各式において、ｎ（又はａ＋ｂ）は好ましくは３〜７である。ｎの値が小さくなるのにしたがってその沸点が低下するので、蒸発して担体上に吸着する量が多くなる。特に３量体及び４量体は、その立体性質上、重合しやすいので特に適している。
【００１０】前記式化２の環状シリコーン化合物の具体例としては、ジハイドロジェンヘキサメチルシクロテトラシロキサン、トリハイドロジェンペンタメチルシクロテトラシロキサン、テトラハイドロジェンテトラメチルシクロテトラシロキサン、ジハイドロジェンオクタメチルシクロペンタシロキサン、トリハイドロジェンヘプタメチルシクロペンタシロキサン、テトラハイドロジェンヘキサメチルシクロペンタシロキサン、及びペンタハイドロジェンペンタメチルシクロペンタシロキサン等を挙げることができる。
【００１１】前記式化１のシリコーン化合物の第二の群は、前記式化１においてｃ＝２の場合に相当し、下記一般式化５
【化５】（Ｒ1ＨＳｉＯ）a（Ｒ2Ｒ3ＳｉＯ）b（Ｒ4Ｒ5Ｒ6ＳｉＯ1/2）c（化５中Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、ａ及びｂは前記と同じ意味であり、ｃは２であるが、好ましくはＲ1〜Ｒ6が相互に独立にハロゲン原子の少なくとも１個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基である）で表わされる直鎖状シリコーン化合物である。この化合物の代表例としては、下記一般式化６
【化６】
で表わされる化合物を挙げることができる。
【００１２】上記式化５の直鎖状シリコーン化合物の具体例としては、1,1,1,2,3,4,4,4-オクタメチルテトラシロキサン、1,1,1,2,3,4,5,5,5-ノナメチルペンタシロキサン、及び1,1,1,2,3,4,5,6,6,6-デカメチルヘキサシロキサン等を挙げることができる。前記一般式化１で表わされるシリコーン化合物は、気相状態又は液相状態で前記多孔性担体と接触させる。気相状態での接触（気相処理）は、例えば密閉容器を用い、１２０℃以下好ましくは１００℃以下の温度下で、好ましくは２００mmHg以下さらに好ましくは１００mmHg以下の圧力下において、前記シリコーン化合物の蒸気を分子状態で担体表面上に接触させる方法、１２０℃以下好ましくは１００℃以下の温度下で前記シリコーン化合物とキャリアーガスとの混合ガスを担体と接触させる方法等により行うことができる。この気相処理に適したシリコーン化合物としては、例えばテトラヒドロテトラエチルシクロテトラシロキサン、テトラヒドロテトラメチルシクロテトラシロキサンを挙げることができる。
【００１３】一方、液相状態での接触（液相処理）は、例えば前記シリコーン化合物を溶解することができる揮発性溶媒であるベンゼン、ジクロロメタン、又はクロロホルム等、特にはヘキサンに溶解した１〜５０重量％シリコーン化合物溶液を担体１重量部に対してシリコーン化合物０．０１〜１重量部になるように担体に添加すれば良い。この場合、攪拌下に添加することが好ましい。担体表面上でのシリコーン化合物の表面重合は前記接触処理後の担体を温度５０〜２００℃で２時間以上放置あるいは攪拌することによって行うことができる。
【００１４】この表面重合は、担体自身の表面活性点の作用により促進されるので、特に触媒を加える必要はない。ここで、「活性点」とはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）またはＳｉ−Ｈ（ヒドロシリル）基をもつシリコーン化合物の重合を触媒することのできる部位であり、例えば酸点、塩基点、酸化点、又は還元点を意味する。表面重合は、担体表面の活性点がシリコーンポリマーの被膜で覆われてしまうまで行われる。担体自体の活性が非常に弱い場合には、前記接触処理前又は後の担体にアルカリ触媒例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム若しくは水酸化カルシウム等、アルキル金属触媒例えばジブチル錫等を適宜添加した後に重合させても良い。
【００１５】担体表面を被覆したシリコーンポリマー被覆の構造には２種類のものがある。すなわち、重合がシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）の開裂及び再結合によって起きるシリコーンポリマーでは−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−単位の鎖状構造のみを持ち、一方重合がＨ2Ｏ又はＯ2の存在下におけるヒドロシリル結合（Ｓｉ−Ｈ）同士の架橋反応によって起きる場合には、
【化７】
から誘導される、
【化８】
単位をもつ網状構造をシリコーンポリマーが含むことになる。
【００１６】以上の二つの異なった型の重合は、担体の種類や反応条件（温度、触媒等）によって、それぞれ単独に進行する場合と、両方の型の重合が同時に進行する場合とがある。そして、重合の程度も様々である。
【００１７】以上のように、本発明においては分子量の低いシリコーン化合物を担体と接触させるので、シリコーン化合物が担体の細孔内部にまで侵入して粉体の実質的全表面上に付着又は吸着して重合し、シリコーンポリマーの極めて薄い被膜（３Å〜３０Åの被膜）が担体上に形成され、担体の多孔性が実質的に元のまま維持される。この多孔性は、続いて実施するビニル化合物付加等によっても実質的に損われない。
【００１８】以上の重合反応により担体表面に形成されたシリコーンポリマーの分子量（重量平均分子量）は１５万以上である。但し、シリコーン化合物の場合、重合により高分子化するにつれ、水や有機溶媒に溶けにくくなってしまい、ポリマーを抽出して分子量を測定することはできず、また担体表面上にコートされている状態でのポリマーの分子量を測定することも不可能である。そこで、重合進行中の各段階のポリマーをクロロホルム抽出し、ポリスチレン換算でポリマーの分子量を求めたところ、最大１５万のポリマーが存在することが確認された。従って、クロロホルムに抽出されない状態にまで充分に重合させたポリマーの分子量は、１５万以上であると言うことができるが、より詳しく分子量を確認することは困難である。
【００１９】ホウ酸基の導入ところで、担体表面を被覆したシリコーンポリマー中には、未反応のＳｉ−Ｈ基が残存している。このＳｉ−Ｈ基に、分子中にビニル基を有する炭化水素を反応させることによって、Ｓｉ−Ｃ結合を有するシリコーンポリマーとすることができる。前記のビニル化合物としては、例えば一般式
【化９】Ｒ8−ＣＨ＝ＣＨ−Ｒ9（式中、Ｒ8及びＲ9は、相互に独立に水素原子、炭素数１〜４０のアルキル基、炭素数４〜８のシクロアルキル基若しくはシクロアルケニル基、又は炭素数１〜２０のアルキル基で置換されていることのあるアリール基である）で表わされる化合物を使用することができる。
【００２０】前記一般式で表わされるビニル化合物は、Ｒ8及びＲ9がともに水素原子であるエチレン、Ｒ8及びＲ9の一方が水素原子であって他方が水素原子以外の置換基であるビニル化合物例えばα−オレフィン化合物、Ｒ8及びＲ9がともに水素原子以外の同じ置換基である対称形ビニル化合物、あるいはＲ8及びＲ9が水素以外の異なる置換基である非対称形ビニル化合物のいずれかであっても良い。
【００２１】好ましいビニル化合物は、前記一般式においてＲ8及びＲ9が相互に独立に、水素原子；炭素数４〜２０のアルキル基例えば１−ヘキシル基、１−オクチル基、１−デシル基、１−ドデシル基、１−ヘキサデシル基、又は１−オクタデシル基；シクロヘキシル基又はシクロヘキセニル基；フェニル基又はナフチル基；又は炭素数１〜４の低級アルキル基で置換されているフェニル基又はナフチル基であるビニル化合物である。Ｒ8が水素原子であり、Ｒ9がエチル基、ヘキシル基、ヘキサデシル基、又はフェニル基であるビニル化合物を付加させると、それぞれ従来の化学結合型充填剤のＣ4−タイプ、Ｃ8−タイプ、Ｃ18−タイプ又はフェニルタイプに相当するものを得ることができる。
【００２２】前記ビニル化合物と前記シリコーンポリマー被覆粉体との反応は、例えば溶媒の存在下において５０〜３００℃、気相あるいは液相で２時間以上接触させることにより行うことができる。触媒としては、白金属触媒すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム又は白金の化合物が適している。特にパラジウム化合物及び白金化合物が良好である。この反応の確認はＦＴ−ＩＲ装置を用いた拡散反射スペクトルの測定により行える。すなわち、2160cm-1のＳｉ−Ｈ基の吸収は、ビニル化合物の付加により吸収強度が大幅に減少し、これに変って2800cm-1〜3000cm-1に新たにアルキル基に基づく吸収が表われる。従って、この吸収強度の比を求めることによって反応率が計算される。
【００２３】なお、このホウ酸基の導入は、例えば末端に二重結合をもち、他の末端にホウ酸基をもつ化合物をシリコーンポリマーに反応させることで、一段階でホウ酸基をもつカラム充填剤を製造することができる。また、シリコーンポリマーで被覆された多孔性担体に、まずエポキシ基を有するエポキシ化合物を導入し、該末端エポキシ基に例えばｍ−アミノフェニルボロン酸ヘミスルフェイトを反応させることで、ホウ酸基をもつ化合物を結合させて、ホウ酸基をもつ充填剤を製造することができる。このようにエポキシ化合物などを中間体として用いることにより、ホウ酸修飾基を導入する際に担体を損傷しにくいという利点がある。
【００２４】なお、ｍ−アミノフェニルボロン酸ヘミスルフェイトはアルカリ性側でしか水に溶解しないが、通常のシリカゲルはアルカリ性側で溶解してしまうという欠点がある。従って、アルカリ性液がシリカゲルに直接接触しないようにシリコーンポリマーを被覆する本方法は、ホウ酸修飾基を効率よく導入する観点からも極めて有利である。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれにより限定されるものではない。また、配合量は重量％で示す。
【００２６】実施例１ 二段階反応により製造された充填剤製造法約６０Åの細孔を有し、平均粒径５μmの球形シリカゲル粉体（図１（Ａ））１０ｇと環状シリコーン化合物（前記化１において、Ｒ1＝ＣＨ3、ａ＝３〜５、ｂ＝０、ｃ＝０のもの）２ｇとを、両者が連結された別々の密封容器にとり、環状シリコーン化合物を窒素バブリングすることによって気相状態でシリカゲル粉体表面に接触させ表面重合させた（図１（Ｂ）：シリコーンポリマー被覆工程）。続いて、容器からシリカゲル粉体を取り出し、恒温槽内において１０５℃で１時間加熱した。
【００２７】冷却後、粉体８ｇと、触媒として塩化白金酸０．５mgとを２００mlの三口フラスコにとり、イソプロピルアルコール３０ml及びアリルグリシジルエーテル（中間基）１５ｇを加えて、油浴中で５時間還流加熱した（図１（Ｃ）：中間基結合工程）。これをグラスフィルターで濾過し、続いてイソプロピルアルコール、メタノール及びクロロホルムで充分洗浄した後、濾過し８０℃で恒温槽内において１時間減圧乾燥させた。
【００２８】次に、２０mlの水に上記の粉末３ｇと、ｍ−アミノフェニルボロン酸ヘミスルフェイト３ｇを加え、ｐＨを３Ｎ−ＮａＯＨで８．５に調整した後、超音波分散を行ない、２１℃で１６時間インキュベートを行なった（図１（Ｄ）：修飾工程）。その後、グラスフィルターで濾過し、０．５Ｍ ＮａＣｌ，０．１ＭＮａＨＣＯ3，１ｍＭ ＨＣｌ各５００mlで洗浄した後、さらに水、アセトンで洗浄・濾過し、８０℃の恒温槽内において２時間減圧乾燥させて、充填剤を得た。
【００２９】なお、具体的反応様式は、下記化１０に示される。
【化１０】
測定例上記実施例１で作成した充填剤を内径１．５mm、長さ３５mmのステンレススチール製カラムに平衡スラリー法で充填し、充填カラムを作成した。このカラムを用い、エピネフリン、ノルエピネフリン、ドーパミン（各１００μg）の溶離挙動を種々のｐＨの移動相を用いて調べた。移動相には１５mMリン酸緩衝液／ＣＨ3ＣＮ＝９４／６を用い、ｐＨはリン酸を添加することにより変化させた。なお、流速は０．１ml/min.、検出は２５４nmでの吸光度測定で行なった。縦軸に容量比ｋ’，横軸に移動相のｐＨをとったときのグラフを図１に示す。
【００３０】一方、図２には市販カラム充填剤（シリコーン樹脂によりシリカゲルを被覆していないもの）について同様の溶離挙動を調べた。図１及び図２を比較すると、ｐＨ５或いは６において本実施例にかかる充填剤（シリコーンポリマーで被覆したもの）のｋ’は小さく（保持力が小さい）、シリカゲルのシラノール基の影響による保持の増加が認められない。これに対し、市販カラム充填剤はｐＨ５〜６附近から急激に保持力（ｋ’）が上昇し、シリカゲルのシラノール基の影響が著しいことが理解される。この結果、実際の分離においては、大きなテーリングが生じ、分離効率が著しく悪い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるカラム充填剤は、シリコーンポリマーが担体を均一にコートした樹脂カプセル型であるため、個々の粉体の持つ極性基（例えばシリカゲルのシラノール基）の影響をほとんど受けず、しかも該シリコーンポリマーにホウ酸基が結合しているため、ジオール骨格を有する物質を効果的に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるカラム充填剤の製造工程の説明図である。
【図２】本発明にかかるカラム充填剤のｐＨと容量比の関係を示す説明図である。
【図３】従来のカラム充填剤のｐＨと容量比の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 多孔性担体（シリカゲル）
１２ シリコーンポリマー
１４ エポキシ基
１６ ホウ酸基
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はカラム充填剤及びその製造方法、特にその活性基修飾状態の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より各種液体試料の分離に充填剤を詰めたカラムが用いられており、血清等の各種物質の混合試料の分離、分析には液体クロマトグラフィー、特に高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）が汎用され、また工業的にも特定成分の分離・抽出にカラム充填剤が応用されている。このうち、ホウ酸基を導入した充填剤は、ジオール骨格、特にシス−ジオール骨格を有する化合物と特異的な相互作用を有し、カテコールアミン（エピネフリン、ノルエピネフリン、ドーパミン、神経伝達物質）、糖、糖化アルブミン、及び糖化ヘモグロビン（糖尿病のマーカー）等を分離する充填剤として重要である。このホウ酸基を導入した充填剤としては、ポリマー系樹脂担体とシリカ系担体の二種類が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポリマー系樹脂担体は耐久性に優れるが理論段数が低く、その製造コストも高い。一方、シリカ系担体は理論段数は高いものの、耐久性に劣る等の欠点がある。本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、耐久性、理論段数が高く、しかも製造コストが低いホウ酸基を含むカラム充填剤を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために本発明者が鋭意検討した結果、多孔性担体の表面をシリコーンポリマーで被覆し、さらにそのシリコーンポリマー上にホウ酸基を修飾することにより、苛酷な移動相の影響を受けることなく、耐久性、安定性に優れたホウ酸系カラム充填剤が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本出願にかかる充填剤は、Ｓｉ−Ｃ結合により結合したホウ酸基を含むシリコーンポリマーで被覆された多孔性担体よりなることを特徴とする。また、本出願にかかる製造方法は、多孔性担体をシリコーンポリマーで被覆する工程と、前記被覆シリコーンポリマーの−ＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程を含むことを特徴とする。
【０００５】なお、前記方法において、被覆シリコーンポリマーの−ＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にエポキシ基を有する中間基を結合させる中間基修飾工程と、前記中間基のエポキシ基に、アミノ基又は水酸基を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程とを含むことが好適である。また、前記多孔性担体はシリカゲルからなることが好適である。
【０００６】以下、本発明の構成を詳細に説明する。
多孔性担体本発明において用いられる多孔性担体としては、例えば液体クロマトグラフィー用の担体として一般に使用されている任意の粉体であるシリカゲル、アルミナ、ガラスビーズ（例えばポーラスガラス）、ゼオライト、ヒドロキシアパタイト又はグラファイト等を使用することができる。また、複合粉体、例えばポリアミド、アクリル樹脂、又はポリビニルアルコール等の合成樹脂の表面に、微細な無機粉体、例えばシリカゲル、二酸化チタン又はヒドロキシアパタイトを被覆処理した粉体も使用することができる。また、多孔性担体の平均粒径は２〜２００μmで、比表面積２００〜８００ｍ2／ｇ、４０〜１２０Åの細孔を有するものが好適である。特に好適な多孔性担体としては、６０〜８０Åの細孔を持ち、比表面積が４００〜６００ｍ2／ｇで粒径３〜５０μmの球形あるいは破砕型のシリカゲルである。
【０００７】シリコーンポリマー本発明において使用されるＳｉ−Ｈ基を有するシリコーン化合物は、下記一般式化１
【化１】（Ｒ1ＨＳｉＯ）a（Ｒ2Ｒ3ＳｉＯ）b（Ｒ4Ｒ5Ｒ6ＳｉＯ1/2)c（化１中Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は相互に独立に水素原子であるか又はハロゲン原子の少なくとも１個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基であるが、Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3が同時に水素原子であることはない。また、Ｒ4，Ｒ5，Ｒ6は相互に独立に水素原子であるか又はハロゲン原子に少なくとも一個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基である。ａは０又は１以上の整数であり、ｂは０又は１以上の整数であり、ｃは０又は２であるが、但しｃが０である場合にはａとｂとの和が３以上の整数であるものとする）の少なくとも一種である。
【０００８】上記化１のシリコーン化合物は２種の群からなる。第１の群は、前記化１においてｃ＝０の場合に相当し、下記一般式化２
【化２】（Ｒ1ＨＳｉＯ）a（Ｒ2Ｒ3ＳｉＯ）b（化２中Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、ａ及びｂは前記と同じ意味であるが、好ましくはＲ1、Ｒ2及びＲ3が相互に独立にハロゲン原子に少なくとも一個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基であり、ａとｂとの和が３以上である）で表わされた環状シリコーン化合物である。この化合物の代表例を挙げれば以下の通りである。
【化３】
【化４】
上記の化３および化４で示される化合物は、それぞれ単独で又はそれらの混合物の形で使用することができる。
【０００９】上記化３及び化４の各式において、ｎ（又はａ＋ｂ）は好ましくは３〜７である。ｎの値が小さくなるのにしたがってその沸点が低下するので、蒸発して担体上に吸着する量が多くなる。特に３量体及び４量体は、その立体性質上、重合しやすいので特に適している。
【００１０】前記式化２の環状シリコーン化合物の具体例としては、ジハイドロジェンヘキサメチルシクロテトラシロキサン、トリハイドロジェンペンタメチルシクロテトラシロキサン、テトラハイドロジェンテトラメチルシクロテトラシロキサン、ジハイドロジェンオクタメチルシクロペンタシロキサン、トリハイドロジェンヘプタメチルシクロペンタシロキサン、テトラハイドロジェンヘキサメチルシクロペンタシロキサン、及びペンタハイドロジェンペンタメチルシクロペンタシロキサン等を挙げることができる。
【００１１】前記式化１のシリコーン化合物の第二の群は、前記式化１においてｃ＝２の場合に相当し、下記一般式化５
【化５】（Ｒ1ＨＳｉＯ）a（Ｒ2Ｒ3ＳｉＯ）b（Ｒ4Ｒ5Ｒ6ＳｉＯ1/2）c（化５中Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、ａ及びｂは前記と同じ意味であり、ｃは２であるが、好ましくはＲ1〜Ｒ6が相互に独立にハロゲン原子の少なくとも１個で置換されていることのある炭素数１〜１０の炭化水素基である）で表わされる直鎖状シリコーン化合物である。この化合物の代表例としては、下記一般式化６
【化６】
で表わされる化合物を挙げることができる。
【００１２】上記式化５の直鎖状シリコーン化合物の具体例としては、1,1,1,2,3,4,4,4-オクタメチルテトラシロキサン、1,1,1,2,3,4,5,5,5-ノナメチルペンタシロキサン、及び1,1,1,2,3,4,5,6,6,6-デカメチルヘキサシロキサン等を挙げることができる。前記一般式化１で表わされるシリコーン化合物は、気相状態又は液相状態で前記多孔性担体と接触させる。気相状態での接触（気相処理）は、例えば密閉容器を用い、１２０℃以下好ましくは１００℃以下の温度下で、好ましくは２００mmHg以下さらに好ましくは１００mmHg以下の圧力下において、前記シリコーン化合物の蒸気を分子状態で担体表面上に接触させる方法、１２０℃以下好ましくは１００℃以下の温度下で前記シリコーン化合物とキャリアーガスとの混合ガスを担体と接触させる方法等により行うことができる。この気相処理に適したシリコーン化合物としては、例えばテトラヒドロテトラエチルシクロテトラシロキサン、テトラヒドロテトラメチルシクロテトラシロキサンを挙げることができる。
【００１３】一方、液相状態での接触（液相処理）は、例えば前記シリコーン化合物を溶解することができる揮発性溶媒であるベンゼン、ジクロロメタン、又はクロロホルム等、特にはヘキサンに溶解した１〜５０重量％シリコーン化合物溶液を担体１重量部に対してシリコーン化合物０．０１〜１重量部になるように担体に添加すれば良い。この場合、攪拌下に添加することが好ましい。担体表面上でのシリコーン化合物の表面重合は前記接触処理後の担体を温度５０〜２００℃で２時間以上放置あるいは攪拌することによって行うことができる。
【００１４】この表面重合は、担体自身の表面活性点の作用により促進されるので、特に触媒を加える必要はない。ここで、「活性点」とはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）またはＳｉ−Ｈ（ヒドロシリル）基をもつシリコーン化合物の重合を触媒することのできる部位であり、例えば酸点、塩基点、酸化点、又は還元点を意味する。表面重合は、担体表面の活性点がシリコーンポリマーの被膜で覆われてしまうまで行われる。担体自体の活性が非常に弱い場合には、前記接触処理前又は後の担体にアルカリ触媒例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化アンモニウム若しくは水酸化カルシウム等、アルキル金属触媒例えばジブチル錫等を適宜添加した後に重合させても良い。
【００１５】担体表面を被覆したシリコーンポリマー被覆の構造には２種類のものがある。すなわち、重合がシロキサン結合（−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）の開裂及び再結合によって起きるシリコーンポリマーでは−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−単位の鎖状構造のみを持ち、一方重合がＨ2Ｏ又はＯ2の存在下におけるヒドロシリル結合（Ｓｉ−Ｈ）同士の架橋反応によって起きる場合には、
【化７】
から誘導される、
【化８】
単位をもつ網状構造をシリコーンポリマーが含むことになる。
【００１６】以上の二つの異なった型の重合は、担体の種類や反応条件（温度、触媒等）によって、それぞれ単独に進行する場合と、両方の型の重合が同時に進行する場合とがある。そして、重合の程度も様々である。
【００１７】以上のように、本発明においては分子量の低いシリコーン化合物を担体と接触させるので、シリコーン化合物が担体の細孔内部にまで侵入して粉体の実質的全表面上に付着又は吸着して重合し、シリコーンポリマーの極めて薄い被膜（３Å〜３０Åの被膜）が担体上に形成され、担体の多孔性が実質的に元のまま維持される。この多孔性は、続いて実施するビニル化合物付加等によっても実質的に損われない。
【００１８】以上の重合反応により担体表面に形成されたシリコーンポリマーの分子量（重量平均分子量）は１５万以上である。但し、シリコーン化合物の場合、重合により高分子化するにつれ、水や有機溶媒に溶けにくくなってしまい、ポリマーを抽出して分子量を測定することはできず、また担体表面上にコートされている状態でのポリマーの分子量を測定することも不可能である。そこで、重合進行中の各段階のポリマーをクロロホルム抽出し、ポリスチレン換算でポリマーの分子量を求めたところ、最大１５万のポリマーが存在することが確認された。従って、クロロホルムに抽出されない状態にまで充分に重合させたポリマーの分子量は、１５万以上であると言うことができるが、より詳しく分子量を確認することは困難である。
【００１９】ホウ酸基の導入ところで、担体表面を被覆したシリコーンポリマー中には、未反応のＳｉ−Ｈ基が残存している。このＳｉ−Ｈ基に、分子中にビニル基を有する炭化水素を反応させることによって、Ｓｉ−Ｃ結合を有するシリコーンポリマーとすることができる。前記のビニル化合物としては、例えば一般式
【化９】Ｒ8−ＣＨ＝ＣＨ−Ｒ9（式中、Ｒ8及びＲ9は、相互に独立に水素原子、炭素数１〜４０のアルキル基、炭素数４〜８のシクロアルキル基若しくはシクロアルケニル基、又は炭素数１〜２０のアルキル基で置換されていることのあるアリール基である）で表わされる化合物を使用することができる。
【００２０】前記一般式で表わされるビニル化合物は、Ｒ8及びＲ9がともに水素原子であるエチレン、Ｒ8及びＲ9の一方が水素原子であって他方が水素原子以外の置換基であるビニル化合物例えばα−オレフィン化合物、Ｒ8及びＲ9がともに水素原子以外の同じ置換基である対称形ビニル化合物、あるいはＲ8及びＲ9が水素以外の異なる置換基である非対称形ビニル化合物のいずれかであっても良い。
【００２１】好ましいビニル化合物は、前記一般式においてＲ8及びＲ9が相互に独立に、水素原子；炭素数４〜２０のアルキル基例えば１−ヘキシル基、１−オクチル基、１−デシル基、１−ドデシル基、１−ヘキサデシル基、又は１−オクタデシル基；シクロヘキシル基又はシクロヘキセニル基；フェニル基又はナフチル基；又は炭素数１〜４の低級アルキル基で置換されているフェニル基又はナフチル基であるビニル化合物である。Ｒ8が水素原子であり、Ｒ9がエチル基、ヘキシル基、ヘキサデシル基、又はフェニル基であるビニル化合物を付加させると、それぞれ従来の化学結合型充填剤のＣ4−タイプ、Ｃ8−タイプ、Ｃ18−タイプ又はフェニルタイプに相当するものを得ることができる。
【００２２】前記ビニル化合物と前記シリコーンポリマー被覆粉体との反応は、例えば溶媒の存在下において５０〜３００℃、気相あるいは液相で２時間以上接触させることにより行うことができる。触媒としては、白金属触媒すなわちルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム又は白金の化合物が適している。特にパラジウム化合物及び白金化合物が良好である。この反応の確認はＦＴ−ＩＲ装置を用いた拡散反射スペクトルの測定により行える。すなわち、2160cm-1のＳｉ−Ｈ基の吸収は、ビニル化合物の付加により吸収強度が大幅に減少し、これに変って2800cm-1〜3000cm-1に新たにアルキル基に基づく吸収が表われる。従って、この吸収強度の比を求めることによって反応率が計算される。
【００２３】なお、このホウ酸基の導入は、例えば末端に二重結合をもち、他の末端にホウ酸基をもつ化合物をシリコーンポリマーに反応させることで、一段階でホウ酸基をもつカラム充填剤を製造することができる。また、シリコーンポリマーで被覆された多孔性担体に、まずエポキシ基を有するエポキシ化合物を導入し、該末端エポキシ基に例えばｍ−アミノフェニルボロン酸ヘミスルフェイトを反応させることで、ホウ酸基をもつ化合物を結合させて、ホウ酸基をもつ充填剤を製造することができる。このようにエポキシ化合物などを中間体として用いることにより、ホウ酸修飾基を導入する際に担体を損傷しにくいという利点がある。
【００２４】なお、ｍ−アミノフェニルボロン酸ヘミスルフェイトはアルカリ性側でしか水に溶解しないが、通常のシリカゲルはアルカリ性側で溶解してしまうという欠点がある。従って、アルカリ性液がシリカゲルに直接接触しないようにシリコーンポリマーを被覆する本方法は、ホウ酸修飾基を効率よく導入する観点からも極めて有利である。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の好適な実施例をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれにより限定されるものではない。また、配合量は重量％で示す。
【００２６】実施例１ 二段階反応により製造された充填剤製造法約６０Åの細孔を有し、平均粒径５μmの球形シリカゲル粉体（図１（Ａ））１０ｇと環状シリコーン化合物（前記化１において、Ｒ1＝ＣＨ3、ａ＝３〜５、ｂ＝０、ｃ＝０のもの）２ｇとを、両者が連結された別々の密封容器にとり、環状シリコーン化合物を窒素バブリングすることによって気相状態でシリカゲル粉体表面に接触させ表面重合させた（図１（Ｂ）：シリコーンポリマー被覆工程）。続いて、容器からシリカゲル粉体を取り出し、恒温槽内において１０５℃で１時間加熱した。
【００２７】冷却後、粉体８ｇと、触媒として塩化白金酸０．５mgとを２００mlの三口フラスコにとり、イソプロピルアルコール３０ml及びアリルグリシジルエーテル（中間基）１５ｇを加えて、油浴中で５時間還流加熱した（図１（Ｃ）：中間基結合工程）。これをグラスフィルターで濾過し、続いてイソプロピルアルコール、メタノール及びクロロホルムで充分洗浄した後、濾過し８０℃で恒温槽内において１時間減圧乾燥させた。
【００２８】次に、２０mlの水に上記の粉末３ｇと、ｍ−アミノフェニルボロン酸ヘミスルフェイト３ｇを加え、ｐＨを３Ｎ−ＮａＯＨで８．５に調整した後、超音波分散を行ない、２１℃で１６時間インキュベートを行なった（図１（Ｄ）：修飾工程）。その後、グラスフィルターで濾過し、０．５Ｍ ＮａＣｌ，０．１ＭＮａＨＣＯ3，１ｍＭ ＨＣｌ各５００mlで洗浄した後、さらに水、アセトンで洗浄・濾過し、８０℃の恒温槽内において２時間減圧乾燥させて、充填剤を得た。
【００２９】なお、具体的反応様式は、下記化１０に示される。
【化１０】
測定例上記実施例１で作成した充填剤を内径１．５mm、長さ３５mmのステンレススチール製カラムに平衡スラリー法で充填し、充填カラムを作成した。このカラムを用い、エピネフリン、ノルエピネフリン、ドーパミン（各１００μg）の溶離挙動を種々のｐＨの移動相を用いて調べた。移動相には１５mMリン酸緩衝液／ＣＨ3ＣＮ＝９４／６を用い、ｐＨはリン酸を添加することにより変化させた。なお、流速は０．１ml/min.、検出は２５４nmでの吸光度測定で行なった。縦軸に容量比ｋ’，横軸に移動相のｐＨをとったときのグラフを図１に示す。
【００３０】一方、図２には市販カラム充填剤（シリコーン樹脂によりシリカゲルを被覆していないもの）について同様の溶離挙動を調べた。図１及び図２を比較すると、ｐＨ５或いは６において本実施例にかかる充填剤（シリコーンポリマーで被覆したもの）のｋ’は小さく（保持力が小さい）、シリカゲルのシラノール基の影響による保持の増加が認められない。これに対し、市販カラム充填剤はｐＨ５〜６附近から急激に保持力（ｋ’）が上昇し、シリカゲルのシラノール基の影響が著しいことが理解される。この結果、実際の分離においては、大きなテーリングが生じ、分離効率が著しく悪い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明にかかるカラム充填剤は、シリコーンポリマーが担体を均一にコートした樹脂カプセル型であるため、個々の粉体の持つ極性基（例えばシリカゲルのシラノール基）の影響をほとんど受けず、しかも該シリコーンポリマーにホウ酸基が結合しているため、ジオール骨格を有する物質を効果的に分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるカラム充填剤の製造工程の説明図である。
【図２】本発明にかかるカラム充填剤のｐＨと容量比の関係を示す説明図である。
【図３】従来のカラム充填剤のｐＨと容量比の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 多孔性担体（シリカゲル）
１２ シリコーンポリマー
１４ エポキシ基
１６ ホウ酸基
【特許請求の範囲】
【請求項１】 Ｓｉ−Ｃ結合により結合したホウ酸基を含むシロキサン結合を骨格とするシリコーンポリマーで被覆された多孔性担体よりなることを特徴とするカラム充填剤。
【請求項２】 請求項１記載の充填剤において、多孔性担体はシリカゲルからなることを特徴とするカラム充填剤。
【請求項３】 多孔性担体をシリコーンポリマーで被覆する工程と、前記被覆シリコーンポリマーのＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程とを含むことを特徴とするカラム充填剤の製造方法。
【請求項４】 請求項３記載の方法において、被覆シリコーンポリマーのＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にエポキシ基を有する中間基を結合させる中間基結合工程と、前記中間基のエポキシ基に、アミノ基又は水酸基を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程とを含むことを特徴とするカラム充填剤の製造方法。
【請求項５】 請求項３又は４記載の製造方法において、多孔性担体はシリカゲルからなることを特徴とするカラム充填剤の製造方法。
【請求項１】 Ｓｉ−Ｃ結合により結合したホウ酸基を含むシロキサン結合を骨格とするシリコーンポリマーで被覆された多孔性担体よりなることを特徴とするカラム充填剤。
【請求項２】 請求項１記載の充填剤において、多孔性担体はシリカゲルからなることを特徴とするカラム充填剤。
【請求項３】 多孔性担体をシリコーンポリマーで被覆する工程と、前記被覆シリコーンポリマーのＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程とを含むことを特徴とするカラム充填剤の製造方法。
【請求項４】 請求項３記載の方法において、被覆シリコーンポリマーのＳｉＨ基に、二重結合を有し同時にエポキシ基を有する中間基を結合させる中間基結合工程と、前記中間基のエポキシ基に、アミノ基又は水酸基を有し同時にホウ酸基を有する修飾基を結合させる修飾工程とを含むことを特徴とするカラム充填剤の製造方法。
【請求項５】 請求項３又は４記載の製造方法において、多孔性担体はシリカゲルからなることを特徴とするカラム充填剤の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【特許番号】第２６１５４３８号
【登録日】平成９年（１９９７）３月１１日
【発行日】平成９年（１９９７）５月２８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−３４１２０２
【出願日】平成６年（１９９４）１２月１３日
【公開番号】特開平８−１６６３７６
【公開日】平成８年（１９９６）６月２５日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【参考文献】
【文献】色譜，（１９８７），５（４），Ｐ．２２１−２２４
【登録日】平成９年（１９９７）３月１１日
【発行日】平成９年（１９９７）５月２８日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）１２月１３日
【公開番号】特開平８−１６６３７６
【公開日】平成８年（１９９６）６月２５日
【出願人】（０００００１１４４）工業技術院長 (75)
【参考文献】
【文献】色譜，（１９８７），５（４），Ｐ．２２１−２２４
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