JPS5851006B2 - 親水性重合体マトリツクスを有する両性イオン交換体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、その構造中にカチオン性およびアニオン性官
能基を同時に、あるいは双極子イオンを有する親水性重
合体ゲルの製造方法に関し、さらに詳しくは、特に生物
学的物質の単離および分離に好適な両性の親水性巨大気
孔質イオン交換体の製造方法に関するものである。

チェコスロヴアキア特許出願第ＰＶ ７０３７４号、第
ＰＶ７０４−７４号および第ｐｖ８９６−７４号の方法
により製造された制御された気孔率を有するイオン交換
親水性重合体ゲルは、その構造中に、アニオン性官能基
（カチオン交換体）またはカチオン性官能基（アニオン
交換体）のいずれかを有している。

これらの物質は、今日まで使用されてきたセルローズま
たはポリデキストランマトリックスを有するカチオン交
換体およびアニオン交換体より、各種生体高分子の収着
およびクロマトグラフィーにおいて、その物理的並びに
化学的性質において優れている。

一般のカチオン交換樹脂およびアニオン交換樹脂の他に
、その構造中に塩基性および酸性官能基を同時に有する
合成有機ポリスチレン−ジビニルベンゼンイオン交換樹
脂が少し前まで製造されてきた。

酸性成分（たとえば、アクリル酸）は、イオン交換によ
りポリスチレンアニオン交換樹脂に吸収され、アニオン
交換樹脂粒子へ浸透後、交換樹脂の網状構造中へ、とく
に巨大分子鎖のはまり込みにより重合される。

ついで、同様に、塩基性成分をカチオン交換樹脂中に結
合することも可能である。

市販の両性イオン交換樹脂は、これらの方法により製造
され、たとえば遅延イオン（Ｒｅｔａｒｄｉｏｎ ）型
のものであり、これはいわゆるイオン性減速度（１ｏｎ
ｉｃｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）といわれるプロセスにお
いてとくにその用途が見出された。

この分離方法（二工程方法）は、実験室および製造規模
の両者において用いられる。

生体高分子のクロマトグラフィーについての現在の発展
により、巨大分子の浸透を許すマトリックスに結合した
官能基を有する場合の両性イオン交換体の重要性、例え
ばポリデキストランについての重要性が見い出された（
Ｊ−Ｐｏｒａｔｈ、 Ｌ−Ｆｒｙｋｌｕｎｄ ： Ｎ
ａｔｕｒｅ １９７０．２２６．１１６９；Ｊ 、Ｐ
ｏｒａｔｈ 、 Ｎ−Ｆ ｏｒｎｓｔｅｄｔ ： Ｊ
−Ｃｈｒｏｍａｔｏｇ。

１９７０．５１．４７９）。

本発明者らの研究によると、多糖類誘導体より多くの点
で優れている（チェコスロヴアキア特許第１４８８２８
号および同第１５０８１９号の方法により製造された）
親水性ヒドロキシアクリレートまたはヒドロキシメタク
リレートゲルは、その有利な化学的および機械的性質に
より、両性または双極子電解性基に対する極めて好適な
枝体となる。

本発明の目的は、化学的および機械的特性に優れると共
に分離効果に優れ、特に生物学的物質の単離および分離
に好適な両性の親水性巨大気孔質イオン交換体およびそ
の製造方法を提供することにある。

本発明による両性の親水性巨大気孔質イオン交換体の製
造方法は、非電解質ゲルの転化により両性イオン交換体
を製造するものであり、ヒドロキシル基を有するアクリ
ル系、メタクリル系、アクリルアミド系またはメタクリ
ルアミド系の単量体の架橋共重合体を、ホスゲン、エピ
クロルヒドリン、ジエポキサイド、ポリエポキサイド、
ジイソシアネート、ポリイソシアネートなどのような２
個またはそれ以上の反応性基を有する化合物と反応させ
、反応後の残りの反応性基に、解離によりアニオンまた
はカチオンを生成する分子、たとえば、ジアミンとアミ
ノ酸もしくはヒドロキシ酸とを、またはジカルボン酸と
アミノ酸とを同時に結合させることを特徴とするもので
ある。

同様な効果は、解離して双極子イオンを生成するアミノ
酸やアミノアルキルスルホン酸の化学結合によっても達
成できる。

シアノーゲンブロマイドによる活性化は、ヒドロキシル
基を有するゲルにアミンおよびアミノ酸を結合するのに
有効に用いることができる。

前記変性前の架橋共重合体は、ヒドロキシル基を有する
アクリル系、メタクリル系、アクリルアミド系またはメ
タクリルアミド系の単量体、例えばヒドロキシアルキル
アクリレート、ヒドロキシアルキルメタクリレート、Ｎ
−ヒドロキシアルキルアクリルアミド、Ｎ−ヒドロキシ
アルキルメタクリルアミド、ポリグリコールモノアクリ
レート、ポリグリコールモノメタクリレート等の単量体
を、アルキレンジアクリレート、アルキレンジメタクリ
レート、オリゴ−およびポリグリコールジアクリレート
、オリゴ−およびポリグリコールジメタクリレート、ビ
スアクリルアミド、ビスメタクリルアミドおよびジビニ
ルベンゼンよりなる群から選ばれた少なくとも１種のジ
アクリレートもしくはジメタクリレート型の架橋性単量
体（架橋剤）とともに共重合させることにより得られる
。

この架橋剤は、共重合しうるアクリロイル基またはメタ
クリロイル基を２個以上含むことができる。

また、上記架橋共重合体は、反応性化合物の反応に支障
のない範囲でさらに他の単量体も含むことができる。

つぎの重要な要求は、両性ゲルの合成にしばしば生ずる
ものであり、すなわち、転化のために供給された基は、
化学量論的当量だけでなく、溶液中でそれぞれが独立し
た回転をしうるような方法で配向させるべきで、そのス
ペイサ−アームの長さにより分境された空間に位置をと
るべきである、ということである。

また、ある個所で相互に出会い、かつ、イオン性結合を
生成することも要求される。

この両性イオン交換親水性ゲルは、精密分別法の開発に
重要である。

これらは、溶離勾配の適用を除外することなく、線状ク
ロマトグラフィーによるたんばく質と核酸との混合物を
分離する。

この両性イオン交換体によってなされる分離の結果は、
通常の単官能イオン交換誘導体ＣＪ −Ｆｏｒａｔｈ
：Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｍｅｔｈｏｄｓ
１ｎＦｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｎｚ
ｙｍｅｓ ： ｉｎＢ ｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｎｄ Ｂ ｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｍｐ
。

Ａ３、ＰＰ、１４５〜１６６、（１９７２））によって
えもれる分離効果より優れている。

従来、この目的に使用されてきたポリデキストランの誘
導体であるセファデックス（５ｅｐｈａｄｅｘ ）およ
びセファロス（５ｅｐｈｏｒｏｓｓ ） （登録商標）
は、ヒドロキシアクリレートまたはヒドロキシメタクリ
レートゲルの親水性誘導体に比して、化学的ならびに機
械的安定性が本質的に低い。

さらに、本発明方法により製造された新規なイオン交換
体は、極めて僅かに膨潤するだけであり、また、高い通
液速度下においても充填されたカラム内でクロラギング
を起すことはない。

このゲルは細菌感染にたいして耐性があり、かつ、必要
により、煮沸により消毒できるという利点がある。

つぎの実施例は、本発明による両性イオン交換体の製造
方法を示すものであるが、なんら本発明を限定するもの
ではない。

実施例 １ 分子量限外限界３０００００を有する２−ヒドロキシエ
チルメタクリレートとエチレンジアクリレートとの共重
合体を、アルカリ性媒体中でエピクロルヒドリンと加熱
して変性した。

生成物を５縦の４０％ＮａＯＨ中に分散させ、この混合
物に、５灰ｌの２０％ＮａＯＨ中に溶解した１、５ｚの
アルギニンを加えた。

この混合物を攪拌しながら完全に均質化し、６０℃で５
時間加熱した。

ゲルを濾別し、水、メタノール、アセトンおよびエーテ
ルで洗浄し、最初は空気中で、ついで、減圧下に乾燥し
た。

生成物中の窒素含有量は、キエールダル法により測定し
た。

実施例 ２ 分子量限外限界１０００００を有する２−ヒドロキシエ
チルアクリレートとメチレンビスアクリルアミドとの共
重合体３グを、Ｋ２ＨＰＯ３の１０％水溶液２０ｍ１中
で膨潤させ、ＫＯＨを用いてｐＨを１２に調整した。

ゲルの分散体を１０℃に冷却し、３０分間攪拌した。

ついでシアノーゲンブロマイドの１０％水溶液１０ｍ１
を１０〜１５℃で添加し、その混合物を２分間攪拌し、
アルギニンの１０％非緩衝水溶液１０１ｒＬｌを加えた
。

その混合物を室温で適度に１９時間攪拌した。

ゲルを濾別し、水洗し、５０ＴｒＬｌの１０％ＨＣＩと
ともに５分間攪拌した。

ついで、濾別し、水、メタノール、アセトンおよびエー
テルで洗浄した。

ゲルに結合したアルギニンの含有量は、自動アミノ酸分
析機中で６ＮのＨＣＩで加水分離して測定した。

実施例 ３ 分子量限外限界２０００００を有する２−ヒドロキシエ
チルメタクリレートとエチレンジメタクリレートとの共
重合体３ｔを、Ｋ２ＨＰＯ４の１０％水溶液２０ｍ１中
で膨潤させ、ＫＯＨでｐＨを１２に調整した。

ゲルの分散液を１０分間攪拌し、ついで、１０℃に冷却
し、また、１ｍｌのシアノーゲンプロマイド１０％水溶
液を加えた。

分散液を１０〜１５℃で１０分間攪拌した。

ついで、ゲルを氷水およびｐＨ６，５の冷却したリン酸
塩緩衝溶液で洗浄し、緩衝溶液を吸引し、このゲルに１
０ＴＬｌの１０％アルギニン水溶液を添加した。

分散液を１９時間攪拌し、ゲルは前記実施例と同様な方
法で洗浄した。

結合したアルギニンの含有量も同一方法で測定した。

実施例 ４ 分子量限外限界２０００００を有する２−ヒドロキシエ
チルメタクリレートとエチレンジメタクリレートとの共
重合体２１を、１０Ｔｌｌの冷却した４０％ＮａＯＨ溶
液中に分散させ、過剰のＮａＯＨ溶液は吸引した。

このゲルにジェポキシエタン２．５１を加え、混合物を
完全に攪拌した。

ＫＯＨの３０％水溶液を冷却しながら混合物に滴下し、
混合物を各添加後に攪拌して完全に均質化した。

ついで、混合物を６０℃に加熱し、２時間反応させた。

ついで冷却し、過剰のＮａＯＨを吸引除去し、３０％Ｎ
ａＯＨ１０ｍｌ中に溶解した２１のアルギニンの溶液を
添加した。

ついで、混合物を完全に均質化し、６０℃で４時間加熱
した。

ついで、ゲルを濾別し、水、メタノール ５％ＮａＯＨ
，水、１０％ＨＣ１、水、メタノール、アセトンおよび
エーテルで洗浄した。

生成物を空気中で、ついで、減圧下に乾燥した。

窒素含有量は、キエールダル法により測定した。

実施例 ５ 分子量限外限界１０００００を有するジエチレングリコ
ールモノメタクリレートとエチレンジアクリレートとの
共重合体１１を、ヘキサメチレンジイソシアネートの２
５％ベンゼン溶液１０７７１１と混合した。

混合物は、過剰の水分なしに２０℃で２時間攪拌した。

ついで、ゲルを濾別し、乾燥ジオキサン、ベンゼンおよ
びアセトンで洗浄し、３ｍｌのピリジン、７ｍｌの水お
よび１グのＬ−アルギニンよりなる混合物を配合した。

混合物を、５０℃で３分間加熱し、ついで、加熱を中止
し、混合物をさらに４時間攪拌した。

ゲルを濾別し、１５％ＨＣ■、水、メタノール、ジオキ
サンおよびアセトンで洗浄した。

結合したアルギニンの量は、反応前後の窒素含有量の差
から測定した（差はＮ１％であった。

）。実施例 ６ 分子量限外限界１０００００を有する２−ヒドロキシエ
チルメタクリレートとエチレンジメタクリレートとの共
重合体を、やや過剰のブチルリチウムのテトラヒドロフ
ラン溶液と混合した。

反応は、窒素雰囲気中で攪拌および冷却しながら３０分
間行ない、ついで、ゲルを乾燥テトラヒドロフランで洗
浄した。

フラスコに７ｚのこのゲルを入れ、２７１ｉ？のブタン
ジエポキサイド（分子篩ＰｔａｓｉｔＡ３上で乾燥）を
添加した。

フラスコを、時々攪拌しながら過剰の水分なしに７０℃
で３時間加熱した。

混合物を一夜放置し、ついで、還流しながら１００℃で
１０分間加熱した。

フラスコ内の温度が１３０℃に達したら、混合物を同温
度に５分間保ち、ついで、冷却した。

ゲルを、アセトン、エーテル、アセトンで、急速に水で
、大過剰のアセトンで、ついで、エーテル、クロロホル
ムおよびエーテル洗浄し、減圧乾燥した。

この方法によりブタンジエポキサイドで変性されたゲル
０．３１を、１．６ｍｌの水に溶解した０、２１’のタ
ウリンと混合した。

混合物を均一化し、１時間放置し、ついで、９５℃に４
時間加熱した。

混合物を室温で２日間放置したのち、ゲルを濾別し、水
、エタノール、アセトンおよびエーテルで洗浄し、乾燥
した。

元素分析およびキエールダル法による分析結果は、それ
ぞれ８０．７１％およびＮＯ，４５％であった。

実施例 ７ 実施例６の方法によりブタンジエポキサイドで変性した
ゲル０．３Ｐを、１ｍｇの蒸留水に溶解した０、２５？
のＬ−アルギニンと混合した。

混合物を均一化し、室温に１時間放置し、ついで、浴中
で９５℃で４時間加熱し、再び室温で２日間放置した。

ゲルを、蒸留水、エタノール、アセトンおよびエーテル
で洗浄し、乾燥した。

キエールダル法による窒素の分析値は、Ｎ３３８％であ
った。

実施例 ８ 実施例７と同様な条件下でゲルをε−アミノカプロイン
酸（１ｒｆＬｌの水に溶解した０、：１１’のε−アミ
ノカプロイン酸）と反応させた。

測定値Ｎ００６８％。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アルキレンジアクリレート、アルキレンジメタクリ
   レート、オリゴ−およびポリグリコールジアクリレート
   、オリゴ−およびポリグリコールジメタクリレート、ビ
   スアクリルアミド、ビスメタクリルアミドおよびジビニ
   ルベンゼンよりなる群から選ばれた架橋性単量体により
   架橋されたヒドロキシル基を有するアクリル系、メタク
   リル系、アクリルアミド系またはメタクリルアミド系単
   量体の架橋共重合体を、ホスゲン、エピクロルヒドリン
   、ジエポキサイド、ポリエポキサイド、ジイソシアネー
   ト ポリイソシアネートなどのような分子中に２個以上
   の反応性基を有する化合物と反応させ、反応後の残余の
   反応性基を、アミノ酸やアミノアルキルスルホン酸のよ
   うに解離して双極子イオンを生成する化合物、またはジ
   アミンとアミノ酸もしくはヒドロキシル酸、およびジカ
   ルボン酸とアミノ酸のように解離してアニオンとカチオ
   ンを生成する化合物と結合させて変性させるかまたはシ
   アノーゲンプロマイドによる活性化後に変性させること
   を特徴とするとくに生物学的物質の分離に有用な両性の
   親水性巨大気孔質イオン交換体の製造方法。