JP2611545B2 - 液体クロマトグラフィー用充填剤の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシリカゲル又は多孔質ガ
ラスにアルキル基等の化学修飾基を導入した液体クロマ
トグラフィー用充填剤の製造方法に関し、更に詳述する
と、新規なエンドキャッピング法を用いた不活性な充填
剤の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
高速液体クロマトグラフィー用充填剤として、シリカゲ
ルを各種の化学修飾基を有するシラン化合物でシリル化
することにより、シリカゲル表面のシラノール基に化学
修飾基を化学結合させたものが使用されている。なかで
もオクタデシルクロロシラン化合物を用いてシリカゲル
表面にオクタデシル基を導入したオクタデシルシリカゲ
ル充填剤（ＯＤＳ）は広く使われている。また、その他
の化学修飾基としてはオクチル基、ブチル基、メチル
基、シアノプロピル基、フェニル基等が知られている。

【０００３】この場合、上述した化学結合型シリカゲル
充填剤は、高速液体クロマトグラフィーの実施に際し、
基材のシリカゲル表面に存在する残存シラノール基の影
響が問題となっている。即ち、極性溶質、特に塩基性溶
質は残存シラノール基と強く相互作用し、このため塩基
性溶質が溶出しなかったり、溶出が遅れたり、ピークの
テーリング現象が起きたり、再現性の良いクロマトグラ
ムが得られないなどの問題がある。

【０００４】これに対し、残存する未反応シラノール基
の影響を減少させる手段として、化学修飾基を結合させ
たシリカゲルをトリメチルクロロシラン等によって再度
シリル化し、残存シラノール基に短鎖アルキル基を化学
結合させるエンドキャッピングが行なわれている。

【０００５】この場合、従来のエンドキャッピングは、
トルエン等の溶媒中でシリカゲルを二次シリル化するこ
とにより行なわれているが、このエンドキャッピングを
行なってもシラノール基はかなり残存し、ピークのテー
リングが生じるものであった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、新規なエンドキャッピング法を採用した残存シラノ
ール基の影響が極めて少ない液体クロマトグラフィー用
充填剤の製造方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するために鋭意検討を行なった結果、エン
ドキャッピングに際し、従来のように溶媒中で反応を行
なわずに、気相中において２５０℃以上の温度でシリカ
ゲル又は多孔質ガラスとエンドキャップ剤との反応を行
なわせた場合、意外にも残存シラノール基の影響が非常
に少ない充填剤を合成できること見い出し、本発明をな
すに至った。

【０００８】即ち、本発明は、シリカゲル又は多孔質ガ
ラスに、炭素数１〜５０のアルキル基、炭素数６〜５０
のアリール基、及び炭素数１〜５０のアルキル基の水素
原子の１又は２以上がシアノ基、水酸基、カルボキシ
基、酸アミド基、イミド基、スルホン基、アミノ基又は
グリセロイド基に置換された置換アルキル基から選ばれ
る基を化学修飾基として有するクロロシラン化合物、ア
ルコキシシラン化合物、シクロシロキサン化合物又はポ
リシロキサン化合物からなる化学修飾剤を溶媒中で反応
させて、シリカゲル又は多孔質ガラス表面のシラノール
基に上記化学修飾剤を化学結合させる工程と、この化学
修飾したシリカゲル又は多孔質ガラスに下記式（１）〜
（９）から選ばれる２５０〜４２０℃において液状又は
ガス状のエンドキャップ剤を気相中２５０℃以上の反応
温度で気相反応させて、シリカゲル又は多孔質ガラス表
面の残存シラノール基に上記エンドキャップ剤を化学結
合させる工程とを具備することを特徴とする液体クロマ
トグラフィー用充填剤の製造方法を提供する。

【０００９】

【化３】

【００１０】

【化４】

【００１１】以下、本発明につき更に詳しく説明する
と、本発明においては、まず第１工程においてシリカゲ
ル又は多孔質ガラスに化学修飾基を有する化学修飾剤を
反応させることによりシリカゲル又は多孔質ガラス表面
のシラノール基に上記化学修飾基を化学結合させる。

【００１２】この場合、第１工程で用いるシリカゲルの
性状は特に制限されないが、粒子径１〜１０００μｍ、
より好ましくは２〜５０μｍ、細孔径０〜１００００
Å、より好ましくは６０〜１０００Å、比表面積１〜１
０００ｍ^２／ｇ、より好ましくは１０〜６００ｍ^２／ｇ
のものが好適に使用できる。なお、シリカゲルは、細孔
径０Å、即ち、実質的に無細孔のものも使用し得る。

【００１３】また、多孔質ガラスとしては、従来から液
体クロマトグラフィー用充填剤として使用されているい
ずれのものも用いることができ、粒子径１〜１０００μ
ｍ、より好ましくは２〜５０μｍ、細孔径０〜１０００
０Å、より好ましくは６０〜１０００Å、比表面積１〜
１０００ｍ^２／ｇ、より好ましくは１０〜６００ｍ^２／
ｇのものが好適に使用できる。なお、多孔質ガラスとし
ては、ＳｉＯ_２８０〜９９重量％、残部の主な成分がＮ
ａ_２Ｏ，Ｂ_２Ｏ_３，Ａｌ_２Ｏ_３の１種又は２種以上であ
るものを使用し得る。

【００１４】化学修飾剤としては、オクタデシル基、オ
クチル基、ｎ−ブチル基等の炭素数１〜５０、より好ま
しくは１〜１８のアルキル基、フェニル基等の炭素数６
〜５０、より好ましくは６〜１６のアリール基、更に炭
素数１〜５０、より好ましくは１〜１８のアルキル基の
水素原子の１又は２以上がシアノ基、水酸基、カルボキ
シル基、酸アミド基、イミド基、スルホン基、アミノ基
又はグリセロイル基に置換された置換アルキル基から選
ばれる基を化学修飾基として１〜３個有するクロロシラ
ンやアルコキシシラン又は上記化学修飾基を複数個、例
えば６〜１００個有するシクロシロキサンやポリシロキ
サンが使用される。なお、上記アルコキシシランのアル
コキシ基としてはメトキシ基等の炭素数１〜３の低級ア
ルコキシ基が好適である。また、シクロシロキサンとし
てはケイ素原子３〜５０が酸素原子を介してリングを形
成したものが好ましい。ポリシロキサンはケイ素原子を
２〜５０有するものが好ましい。上記化学修飾剤として
は、表１に示すものが具体的に挙げられる。

【００１５】

【表１】

【００１６】上述した第１工程の化学修飾剤のうちで
は、ジメチルオクタデシルクロロ（メトキシ）シラン等
のモノクロロシラン化合物やモノアルコキシシラン化合
物を用いることもできるが、メチルオクタデシルジクロ
ロシラン等のジクロロシラン化合物、オクタデシルトリ
クロロシラン等のトリクロロシラン化合物、メチルオク
タデシルジメトキシシラン等のジアルコキシシラン化合
物、オクタデシルトリメトキシシラン等のトリアルコキ
シシラン化合物又は１，３，５，７−テトラオクタデシ
ル−１，３，５，７−テトラメチルシクロテトラシロキ
サン等のシクロシロキサン化合物、ポリシロキサン化合
物を用いることが好ましい。即ち、第２工程のエンドキ
ャッピングにおいては、後述するように反応温度が高い
ほど反応が進み、残存シラノール基が少なくなるが、こ
の反応の際に反応温度が高いほど既にシリカゲルに化学
結合されている化学修飾基の脱離が生じ易くなる。しか
し、第１工程において化学修飾剤としてジもしくはトリ
クロロシラン化合物、ジもしくはトリアルコキシシラン
化合物又はシクロシロキサン化合物やポリシロキサン化
合物を用いることにより、上述したエンドキャッピング
時における化学修飾基の脱離を良好に防止できるもので
あり、この脱離防止の効果はモノクロロあるいはモノア
ルコキシシラン化合物よりも上記化合物を用いたときの
方が大きい。

【００１７】上述したシリカゲル又は多孔質ガラスに対
する化学修飾剤の反応は公知の方法、条件を採用するこ
とができ、シリカゲル又は多孔質ガラスと化学修飾剤と
を溶媒中で反応させることにより化学修飾を行なう。こ
の場合、溶媒としてはトルエン等の化学修飾剤と反応せ
ずかつ反応温度において熱的に安定なものを使用するこ
とができる。また、反応温度は通常０〜４００℃の範囲
であり、時間は３０分〜７２時間の範囲である。

【００１８】本発明の第２工程では、第１工程で得た化
学修飾シリカゲル又は多孔質ガラスを溶媒を用いない気
相反応によってエンドキャップするものである。即ち、
第１工程で得た化学修飾シリカゲル又は多孔質ガラスに
エンドキャップ剤を気相中において２５０℃以上の温度
で反応させ、残存シラノール基をエンドキャップする。

【００１９】この場合、反応温度が２５０℃より低いと
シラノール基の残存量が多くなる。また、温度の上限は
特に制限されないが、温度が高くなり過ぎると残存シラ
ノール基は少なくなるが、既にシリカゲル又は多孔質ガ
ラスに化学結合されている化学修飾基の脱離が多くなる
場合があるので、その上限は５００℃とすることが好ま
しい。なお、より好ましい反応温度は２５０〜４５０
℃、特に２５０〜４００℃である。また、反応時間は３
０分〜９６時間程度、より好ましくは１２〜４８時間と
することが望ましい。

【００２０】反応雰囲気は、窒素、ヘリウム、アルゴン
等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましい。また、エ
ンドキャップ剤の導入量は、適宜選定され、特に限定さ
れるものではないが、０．００１〜５ミリモル／ｍｌ、
特に０．０１〜１ミリモル／ｍｌが通常である。なお、
エンドキャップ剤は２５０〜４２０℃においてガス状の
もの及び液状のものをそのまま導入できる。

【００２１】本発明の第２工程で用いるエンドキャップ
剤としては、種々のシラザン化合物、シラン化合物、シ
ロキサン化合物等を用いることができ、具体的には、下
記式（１）のジシラザン、式（２）のハイドロジエンシ
ラン、式（３）のアルコキシシラン、式（４）のジシラ
ン、式（５）のシロキサンを用いることができる。

【００２２】

【化５】

【００２３】このようなエンドキャップ剤としては、例
えばヘキサメチルジシラザン、ペンタメチルジシロキサ
ン、ジエチルメチルシラン、トリエチルシラン、トリメ
チルメトキシシラン、ヘキサメチルジシラン等を好適に
用いることができる。

【００２４】また、エンドキャップ剤としてはその１分
子が２個以上の残存シラノール基と反応する化合物（以
下橋かけ状エンドキャップ剤という）を好ましく用いる
ことができ、これにより化学修飾基の周囲の複数の残存
シラノール基にエンドキャップ剤が橋かけ状に化学結合
した構造を有し、残存シラノール基の影響が著しく少な
い充填剤を得ることができる。このような橋かけ状エン
ドキャップ剤としては、下記式（６）のシクロシロキサ
ン、式（７）のハイドロジェンシロキサン、式（８）の
アルコキシシラン、式（９）のシロキサンを用いること
ができる。

【００２５】

【化６】

【００２６】上記橋かけ状エンドキャップ剤として具体
的には、例えばヘキサメチルシクロトリシロキサン、オ
クタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロ
ペンタシロキサン、ドデカメチルシクロヘキサシロキサ
ン、１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、１，
１，３，３，５，５−ヘキサメチルトリシロキサン、
１，３−ジメトキシテトラメチルジシロキサン等が挙げ
られるが、特にヘキサメチルシクロトリシロキサンが好
ましい。

【００２７】更に、本発明の第２工程においては、一度
の反応によってエンドキャッピングを完了することもで
きるが、２度以上のエンドキャップ反応を順次行なわせ
ることができ、これにより残存シラノール基の影響をい
っそう減少させることができる。ここで、２度のエンド
キャップ反応を順次行なう場合、１度目の反応のエンド
キャップ剤としては上述した橋かけ状エンドキャップ
剤、特にヘキサメチルシクロトリシロキサンを用い、２
度目の反応のエンドキャップ剤としてはヘキサメチルジ
シラザンを用いることが好適であり、これにより残存シ
ラノール基の影響を著しく少なくすることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の製造方法
は、エンドキャップに気相法を用いているのでシラノー
ル残存量が少ない充填剤を得ることができる。この充填
剤はシラノール残存量が少ないため、塩基性化合物に対
する吸着が少なく、従ってこの充填剤を充填したカラム
は分析に際し塩基性化合物の不溶出や吸着、テーリング
などの不都合が少なく、正確な分析を行なうことができ
る。

【００２９】

【実施例】次に、実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明は下記の実施例に制限されるものではな
い。まず、下記第１工程及び第２工程によって液体クロ
マトグラフィー用充填剤を製造した。

【００３０】第１工程：シリカゲルの化学修飾 細孔径約１００Å、平均粒子径約５μｍの球形シリカゲ
ルに化学修飾剤として表２，３に示すモノクロロシラン
化合物、ジクロロシラン化合物又はトリクロロシラン化
合物を反応させ、表面シラノール基にオクタデシル基、
フェニル基、ｎ−ブチル基又は３−シアノプロピル基を
化学結合させた。この場合、上記シリカゲル１０ｇを１
２０℃で６時間真空乾燥し、ナスフラスコ中で乾燥トル
エン４０ｍｌ、化学修飾剤２０ミリＭ、化学修飾剤と当
量のピリジンを加え、油浴中トルエン還流下で１６時間
反応させた。次に、グラスフィルター（Ｇ−４）を用い
て濾過し、トルエン１５０ｍｌで洗浄濾過した。その
後、化学修飾剤にモノクロロシラン化合物を用いた場合
はの操作を行い、ジクロロシラン化合物及びトリクロ
ロシラン化合物の場合は２の操作を行なった。 メタノール１５０ｍｌ、更にアセトン１００ｍｌで
洗浄濾過後、１２０℃で６時間真空乾燥を行なった。 アセトニトリル１００ｍｌで洗浄濾過後、アセトニ
トリル：水（１：１）の混合液を加え、撹拌して未反応
のクロル基を加水分解して、グラスフィルター（Ｇ−
４）を用いて濾過し、メタノール１００ｍｌ、更にアセ
トン１００ｍｌで洗浄濾過し、１２０℃で６時間真空乾
燥を行なった。

【００３１】

【表２】

【００３２】第２工程：エンドキャッピング 第１工程で化学修飾したシリカゲル３ｇと表３，４に示
すエンドキャッピングのためのシラン化合物２．９ｍＭ
（グループＡ〜Ｆの場合）又は４．４ｍＭ（グループ
Ｇ，Ｈの場合）とを密閉容器に入れ、容器内部を窒素で
置換し密閉した。次に、これを恒温槽内において表３，
４で示す温度で同表に示す時間加熱した後、これをグラ
スフィルターを用いてトルエンで洗浄濾過し、更にメタ
ノールで洗浄濾過してから１２０℃で２時間真空乾燥を
行なった。次に、得られた充填剤の元素分析及び残存シ
ラノール基の影響の検討を下記方法で行なった。結果を
表３，４に示す。

【００３３】元素分析 得られた充填剤の元素分析を行ない、炭素含有量の増減
により、エンドキャッピング時における化学修飾基の脱
離の程度を調べた。この場合、炭素含有量の減少量が小
さいほど化学修飾基の脱離が少ないと認められる。

【００３４】残存シラノール基の影響の検討 得られた充填剤を、内径４．６ｍｍ、長さ１５ｃｍのス
テンレススチール製カラムに充填し、移動相としてアセ
トニトリル／水（容量比３０／７０）、流速１分間に１
ｍｌ、ＵＶ検出器の波長２５４ｎｍの分析条件にてピリ
ジン１５０μｇ／ｍｌとフェノール１０００μｇ／ｍｌ
とを含む混合試料を３μｌ注入し、クロマトグラムを得
た。このクロマトグラムよりピリジンのテーリングファ
クター及びピリジンとフェノールとの分離係数αを算出
した。この場合、残存シラノールの影響が小さいほど塩
基物質であるピリジンはフェノールと比較して早く溶出
するようになり、αの値は大きくなる。またテーリング
は小さくなり、テーリングファクターの値は小さくな
る。ここで、テーリングファクターと分離係数αは次の
ように定義される。

【００３５】

【数１】

【００３６】

【表３】

【００３７】

【表４】

【００３８】ここで表の実施例グループＡ〜Ｈは下記の
基準で分類してある。 Ａ：化学修飾剤としてオクタデシルモノクロロシラン化
合物を用いたもの Ｂ：化学修飾剤としてオクタデシルジクロロシラン化合
物を用いたもの Ｃ：化学修飾剤としてオクタデシルトリクロロシラン化
合物を用いたもの Ｄ：２度のエンドキャッピングを行なったもの Ｅ：化学修飾剤としてフェニルモノクロロシラン化合物
を用いたもの Ｆ：化学修飾剤としてフェニルジクロロシラン化合物を
用いたもの Ｇ：化学修飾剤としてフェニルトリクロロシラン化合物
を用いたもの Ｈ：化学修飾剤として上記以外のトリクロロシラン化合
物を用いたもの

【００３９】また、上記実施例の充填剤の性能と市販の
充填剤の性能とを比較するため、４種の代表的な市販Ｏ
ＤＳカラム（比較例１〜４）のピリジンのテーリングフ
ァクター及びピリジンとフェノールとの分離係数αを調
べた。結果を表５に示す。

【００４０】

【表５】

【００４１】更に、実施例４，１１，１６，２９，３
６，３７，３８及び比較例１〜４の充填剤を用い、液体
クロマトグラフィーによってピリジン及びフェノールの
クロマトグラムを得た。結果を図２〜１２に示す。

【００４２】以上の結果より、下記（１）〜（４）のこ
とがわかる。 （１）実施例のＯＤＳ（グループＡ〜Ｄ）は市販のＯＤ
Ｓ（比較例１〜４）に比べてピリジンとフェノールとの
分離係数αが大きく、ピリジンのテーリングファクター
が小さかった。即ち、気相中において所定温度でエンド
キャッピングを行なうことにより残存シラノール基の影
響が非常に小さい充填剤を合成できた。 （２）ジクロロシラン化合物又はトリクロロシラン化合
物によってシリカゲルを化学修飾した場合、モノクロロ
シラン化合物で化学修飾した場合に比べて気相中でのエ
ンドキャッピング時におけるシリカゲルからの化学修飾
基の脱離が少なく、より炭素含有率の高い充填剤を合成
することができた。なお、残存シラノール基の影響の程
度はいずれのクロロシラン化合物を用いた場合でも同程
度であった。 （３）エンドキャッピングにヘキサメチルシクロトリシ
ロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、テト
ラメチルジシロキサン等の２個以上のシラノール基と反
応するシラン化合物を用いることにより、残存シラノー
ル基の影響がいっそう少ない充填剤を合成できた。これ
は、これらのシラン化合物が修飾基周囲のシリカゲル表
面において橋かけ状に化学結合し、効果的にシリカ表面
を覆っているためであると考えられる。 （４）エンドキャッピング工程において最初にヘキサメ
チルシクロトリシランを用いてエンドキャッピングを行
ない、次にヘキサメチルジシラザンを用いてエンドキャ
ッピングを行なった場合、一度のエンドキャッピング処
理に比べて残存シラノール基の影響が更に小さくなっ
た。しかし、２度目のエンドキャッピングにヘキサメチ
ルシクロトリシロキサン又はジエチルメチルシランを用
いた場合にはあまり効果はなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】テーリングファクターの計算方法を示す説明図
である。

【図２】実施例４の充填剤を用いて液体クロマトグラフ
によりピリジンとフェノールを測定したときのクロマト
グラムである。

【図３】実施例１１の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図４】実施例１６の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図５】実施例２９の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図６】実施例３６の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図７】実施例３７の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図８】実施例３８の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図９】比較例１の充填剤を用いて液体クロマトグラフ
によりピリジンとフェノールを測定したときのクロマト
グラムである。

【図１０】比較例２の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図１１】比較例３の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

【図１２】比較例４の充填剤を用いて液体クロマトグラ
フによりピリジンとフェノールを測定したときのクロマ
トグラムである。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリカゲル又は多孔質ガラスに、炭素数
   １〜５０のアルキル基、炭素数６〜５０のアリール基、
   及び炭素数１〜５０のアルキル基の水素原子の１又は２
   以上がシアノ基、水酸基、カルボキシ基、酸アミド基、
   イミド基、スルホン基、アミノ基又はグリセロイド基に
   置換された置換アルキル基から選ばれる基を化学修飾基
   として有するクロロシラン化合物、アルコキシシラン化
   合物、シクロシロキサン化合物又はポリシロキサン化合
   物からなる化学修飾剤を溶媒中で反応させて、シリカゲ
   ル又は多孔質ガラス表面のシラノール基に上記化学修飾
   剤を化学結合させる工程と、この化学修飾したシリカゲ
   ル又は多孔質ガラスに下記式（１）〜（９）から選ばれ
   る２５０〜４２０℃において液状又はガス状のエンドキ
   ャップ剤を気相中２５０℃以上の反応温度で気相反応さ
   せて、シリカゲル又は多孔質ガラス表面の残存シラノー
   ル基に上記エンドキャップ剤を化学結合させる工程とを
   具備することを特徴とする液体クロマトグラフィー用充
   填剤の製造方法。 【化１】 【化２】
2. 【請求項２】 化学修飾剤として、炭素数１〜５０のア
   ルキル基、炭素数６〜５０のアリール基、及び炭素数１
   〜５０のアルキル基の水素原子の１又は２以上がシアノ
   基、水酸基、カルボキシ基、酸アミド基、イミド基、ス
   ルホン基、アミノ基又はグリセロイド基に置換された置
   換アルキル基から選ばれる基を化学修飾基として有する
   ジクロロシラン化合物、トリクロロシラン化合物、ジア
   ルコキシシラン化合物、トリアルコキシシラン化合物、
   シクロシロキサン化合物及びポリシロキサン化合物から
   選ばれる１種以上を用いた請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】 エンドキャップ剤としてその１分子がシ
   リカゲル又は多孔質ガラスの２個以上の残存シラノール
   基と反応する上記式（６）〜（９）で示される２５０〜
   ４２０℃において液状又はガス状の化合物を用いた請求
   項１又は２記載の製造方法。
4. 【請求項４】 エンドキャップ剤としてその１分子がシ
   リカゲル又は多孔質ガラスの２個以上の残存シラノール
   基と反応する上記式（６）〜（９）で示される２５０〜
   ４２０℃において液状又はガス状の化合物及びヘキサメ
   チルジシラザンをそれぞれ用い、化学修飾したシリカゲ
   ル又は多孔質ガラスに上記（６）〜（９）で示される２
   ５０〜４２０℃において液状又はガス状の化合物を反応
   させた後、ヘキサメチルジシラザンを反応させるように
   した請求項１又は２記載の製造方法。