エナンチオ選択性複合膜の製造方法
本発明は、光学異性体の分離に有用なエナンチオ選択性複合膜と、その製造方法とを提供する。本発明は、圧力駆動分離処理に基づく、鏡像異性体をそれらの混合物から分離して光学的に純粋な異性体を得るための膜をさらに提供する。また、本発明は、アミノ酸のラセミ混合物を光学分割して光学的に純粋なアミノ酸を得るための、膜に基づく方法を提供する。
【発明の詳細な説明】
【発明の概要】
【０００１】
発明の分野
本発明は、アミノ酸のそれらの水溶液からの分離のためおよびラセミ混合物の光学分割のためのエナンチオ選択性複合膜の製造方法に関する。本発明は、特に、アミノ酸の光学異性体の分離に有用なエナンチオ選択性複合ナノろ過膜の製造方法に関する。
【０００２】
本発明のエナンチオ選択性複合膜は、光学的に純粋な異性体を得るための鏡像異性体のそれらの混合物からの分離に有用である。本発明のエナンチオ選択性複合膜は、光学的に純粋な鏡像異性体を得るための、圧力駆動膜処理たとえば逆浸透、ナノろ過などにおけるアミノ酸およびキラル化合物のラセミ混合物の光学分割に有用でありうる。
【０００３】
発明の背景
立体異性体は、空間内でのそれらの原子の配置のみが互いに異なる分子である。立体異性体はジアステレオマーまたは鏡像異性体に大まかに分類され；後者は互いの鏡像であるそれらを包含し、前者は鏡像ではないそれらである。光学異性体としても知られている鏡像異性体（鏡像）は、同一の物理的および化学的性質を有する。それゆえに、鏡像異性体の混合物は、たいていの場合、普通の分離方法、たとえば分別蒸留（沸点が同一である）、溶媒が光学活性でなければ通常の結晶化（同じ溶解性のため）、吸着剤が光学活性でなければ通常のクロマトグラフィー（なぜならそれらは通常の吸着剤に等しく保持されるからである）では分離できない。鏡像異性体を分離する問題は、通常の合成技術がたいていの場合鏡像異性体の混合物を生成するという事実によってさらに深刻となる。したがって、鏡像異性体の混合物の分離は分析化学における最も挑戦的な問題である。
【０００４】
鏡像異性体の分離は、有機化合物、たとえばアミノ酸、薬品、農薬、殺虫剤などにとって非常に重要である。なぜなら、ほとんどが光学活性であり、光学異性体（鏡像異性体）のペアとして存在しているからである。多くのキラル薬品の鏡像異性体は、それらの生物学的性質および薬理学的性質の違いを顕著に示す。一方の鏡像異性体が薬物活性を有している場合でも、他方が非活性、それどころか有害である場合がある。たとえば、（Ｓ）−ベラパミルはカルシウムチャネル遮断薬として有効であるが、（Ｒ）−ベラパミルは心臓の副作用を起こす；β−遮断薬であるプロパラノロールのｌ−鏡像異性体はｄ体よりも約１００倍活性である；サリドマイドの（Ｒ）（＋）−鏡像異性体は睡眠作用があるが、その（Ｓ）（−）−鏡像異性体は催奇作用があり、このサリドマイドの薬理作用の違いは、妊娠中に服用した女性の新生児の重篤な奇形（1960年代の「サリドマイドの悲劇」）の原因であることが分かっているなどである。それゆえに、「米国食品医薬品局」は近年、キラル薬品の市販を管理する新たな規制を出した。この新たな規制に準拠すると、キラル薬品の各鏡像異性体の薬理学的性質を、治療効能および安全性について別々に試験しなければならない。
【０００５】
鏡像異性体を分離するための種々の方法、たとえばジアステレオマー分割、酵素触媒反応、クロマトグラフィー法、液体膜の塗布、分子認識技術、および包接錯体形成技術が知られている。優先結晶化、ジアステレオマー分割、酵素触媒反応などは、鏡像異性体を補助的なキラル試薬と結合させて、それらを、任意の通常の分離技術で分離できるジアステレオマーに変換することを含む。ジアステレオマー分割に関して述べることができるが、これは"CRC Handbook of Optical Resolutions via Diasteromeric Salt Formation" Kozma D., 2002 ISBN: 0849300193に記載されている。ジアステレオマー分割の主な欠点は、高価でありうるし多くの場合回収できない光学的に純粋な誘導体化試薬（キラル試薬または溶媒）を大量に必要とすることにある。
【０００６】
クロマトグラフィー技術（ＧＣ、ＨＰＬＣ、ＣＥなど）について述べることができるが、これらは"Chiral Separation Techniques - A Practical Approach" Second Edition, Edited by G. Subramanian ISBN 3-527-29875-4に記載されており、ここで、クロマトグラフィー法は、適切なキラルセレクタを固定相に組み込む（キラル固定相）か、カラム充填材の表面にコーティングする（キラルコーティング固定相）ことを必要とする。キラル固定相を有するエナンチオ選択性キラルカラムは費用がかかりかつ有限な可使寿命を有する。それゆえに、分離のコストはかなり高い。
【０００７】
鏡像異性体分離のための分子認識現象について述べることができるが、これは"Chiral Separation Techniques - A Practical Approach" Second Edition, Edited by G. Subramanian ISBN 3-527-29875-4に報告されている。分式認識に基づく種々のキラル固定相、錯体などが開発されてきた。
【０００８】
「Molecularly imprinted polymers grafted on solid supports」という題の米国特許第6759488号を参照できるが、ここでは、鏡像異性体の分離が分子認識現象に基づいている。ＭＩＰ技術の欠点は、分子的にインプリントする膜を製造するのに架橋性モノマーしか使用できないことにある。
【０００９】
「Supported chiral liquid membrane for the separation of enantiomers」という題の米国特許第5,080,795号を参照できるが、ここでは、キラルキャリアを含有する担持キラル液体膜が、２種類の鏡像異性体の一方と錯体を形成し、それを他方から分離させる。この膜の主な欠点は、乏しい安定性と、経時的なエナンチオ選択性の減少とにある。
【００１０】
「Liquid membrane separation of enantiomers」という題の米国特許第6,485,650号を参照できるが、ここでは、ラセミ混合物を含有した供給流体によるキャリアと相間移動試薬とを含有した担持液体膜モジュールでの鏡像異性体の分離方法が、鏡像異性体を液体膜に移動させ、その後この液体膜をスウィープ流体に接触させることを記載している。その後、鏡像異性体をスウィープ流体から回収する。この膜モジュールは、供給流体およびスウィープ流体が近接するが液体膜の反対側に接し、供給流体およびスウィープ流体が液体膜の長さに沿う実質的に連続した界面接点を有するように構成されている。この液−液抽出技術の欠点は低い生産性と膜の界面における２種類の溶液の混合の危険とにある。
【００１１】
「Interfacially synthesized reverse osmosis membrane」という題の米国特許第4,277,344号を参照できるが、ここでは、芳香族ポリアミド膜が、少なくとも２つの一級アミン基を有する芳香族ポリアミドと少なくとも３つのハロゲン化アシル基を有するハロゲン化芳香族アシルとの界面反応生成物である。この特許によると、多孔質ポリスルフォン担体を、水に溶かしたｍ−フェニレンジアミンでコーティングする。過剰なｍ−フェニレンジアミン溶液をコーティングした担体から除去したあと、コーティングした担体を「FREON」 ＴＦ溶媒（トリクロロトリフルオロエタン）に溶かしたトリメシン酸塩化物で被覆する。界面反応のための接触時間は１０秒間であり、反応は実質的に１秒で完了する。次に、得られたポリスルフォン／ポリアミド複合膜を風乾させる。この膜は、良好な流束および塩の阻止を示すことを主張している。しかしながら、膜の性能を向上させるために、種々のタイプの添加剤が、界面重縮合反応で使用する溶液に組み込まれている。この膜の欠点は、エナンチオ選択性でないことである。
【００１２】
「Silicone-derived solvent stable membranes」という題の米国特許第5,205,934号を参照できるが、ここでは、担体上、好ましくはポリアクリロニトリル担体上に固定化されたシリコーンの相を含む複合ナノろ過膜の製造方法が記載されている。これらの複合膜は、溶媒安定性であることが主張されており、有機金属触媒錯体などの高分子量の溶質の有機溶媒からの分離にとっての有用性を有することが主張されている。この膜は、エナンチオ選択性を持たない。
【００１３】
「Process for the separation of enantiomers and enantiopure reagent」という題の米国特許第6,743,373号を参照できるが、ここで、鏡像異性体を含む混合物を、塩基性媒体中で、鏡像的に純粋なアミノ酸に基づく試薬と反応させ、得られたシアステレオマーの混合物に分離作業を施す。このプロセスの欠点は、鏡像異性体の分離のためには、鏡像異性体は少なくとも１つのフリーな有機官能基を有していなければならず、試薬は活性基をもつアミノ酸の少なくとも１つのアミノ基を含み、イソシアナート基の活性前駆体を形成し、ここでは、アミノ酸の少なくとも１つのカルボキシル基が置換される。
【００１４】
上で詳述した従来技術に記載されたエナンチオ選択性ポリマー膜は、キラルポリマーたとえば多糖類およびその誘導体、ポリα−アミノ酸、ポリアセチレン誘導体などから作られる、不斉でありかつ緻密な膜である。これらのポリマーのほとんどは本来的に結晶性であり、膜形成能力を持たない。それゆえに、このようなポリマーから作られた膜は、脆く、ひいては扱いが難しい。乏しい機械的性質は、それらの使用を透析モードの分離に限っていた。透析モードの分離では、駆動力は、溶質の濃度勾配のみであり、それゆえに、これらの膜は非常に低い透過速度を呈した。他のタイプの鏡像異性体分離膜は、グラフトされた鏡像異性体認識分子、すなわちアミノ酸、蛋白質、オリゴペプチドなどを有する、非キラルなポリマーから作られる。これらの膜は優れた機械的性質を有するが、透過中、認識部位が急速に飽和し、ポリマーマトリック中に固定され、それにより、この膜の選択性が時間と共に急激に減少する。
【００１５】
種々の特許に記載されているように、複合膜は、多孔質担体膜を多官能性アミンの水溶液でコーティングし、次に有機溶媒中の多官能性ハロゲン化アシルの溶液でコーティングして、多官能性アミンと多官能性ハロゲン化アシルとの界面重縮合反応によってポリアミドの薄膜識別層を製造することによって、典型的に製造される。
【００１６】
本発明に関する進歩性は以下のとおりである：ｉ）複合膜の認識層が、キラルなアミノ酸および多官能性アミンと多官能性アシル塩化物との界面重合反応の結果得られた、（ｉｉ）界面的な方法によるキラルなエナンチオ選択性層の製造が必要とするキラル化合物は非常に少量であり、均質でキラルな環境を有する非常に大きな膜を製造できる、（iii）この方法が、ラセミ混合物の分離に必須な光学的に純粋なキラル試薬の必要性を最小にする、および（ｉｖ）この方法は、高い流束および高い選択性をもたらす限外ろ過層上に担持されたエナンチオ選択性薄膜の形態にあるポリマー膜に、キラルなミクロ環境をもたらす。
【００１７】
発明の目的
本発明の主たる目的は、圧力駆動膜処理、たとえば逆浸透、ナノろ過などによる鏡像異性体分離のための自己支持性および選択透過性の膜の製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明のもう１つの目的は、非エナンチオ選択性であり、そのため鏡像異性体分離を行わないピペラジンおよびトリメシン酸塩化物をベースにして、複合膜を提供することにある。
【００１９】
本発明のもう１つの目的は、高い安定性およびエナンチオ選択性の経時的な不変性を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらにもう１つの目的は、キラル分子の鏡像異性体の分離のためのエナンチオ選択性複合ナノろ過膜の製造方法を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらにもう１つの目的は、ラセミ混合物を光学的に純粋な異性体に光学分割するための、膜に基づく方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、エナンチオ選択性複合膜のエナンチオ選択性層の化学構造についてのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示している。
【００２３】
発明の概要
したがって、本発明は、鏡像異性体をそれらの混合物から分離して光学的に純粋な異性体を得るのに有用なエナンチオ選択性複合膜の製造方法を提供し、この方法は：
（ａ）湿式転相（phase inversion）法によって製造した限外ろ過（ＵＦ）膜を準備することと；
（ｂ）工程（ａ）で得た限外ろ過膜を、１−２％水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミンおよび酸受容体を含む混合物で、１ないし５分間の期間にわたってディップコーティングし、ｐＨを１０ないし１３の範囲に維持することと；
（ｃ）コーティングしたＵＦ膜を工程（ｂ）で得た混合物から取り出し、過剰な溶液を５ないし３０分間かけてＵＦ膜から除去することと；
（ｄ）工程（ｃ）で得たコーティングした膜を、ハロゲン化トリアシルの０．１−１％ヘキサン溶液中に、１ないし５分間の期間にわたって再度浸漬させ、過剰な溶液を１ないし５分間かけて除去することと；
（ｅ）工程（ｄ）で得た膜を１ないし４時間の期間をかけて乾燥させることと；
（ｆ）工程（ｅ）で得た膜を、１ないし１５分間の期間にわたって７０℃ないし１００℃の範囲内にある温度で加熱し、その後冷まし、１ないし２時間かけて風乾させることと；
（ｇ）工程（ｆ）で得た膜を脱イオン水に２４時間まで浸して、限外ろ過膜に接したエナンチオ選択性層を含むエナンチオ選択性複合膜を得て、それをアミノ酸のそれらの水溶液からの分離について試験することと
を含む。
【００２４】
本発明の１つの実施形態では、使用する複合膜のエナンチオ選択性層は、エナンチオ選択性であり、厚さが４００ないし１６００Åの範囲内にある。
【００２５】
本発明のもう１つの実施形態では、使用するアミノ酸またはアミノ酸の混合物は、少なくとも２つの一級アミノ基からなる群より選択される。
【００２６】
もう１つの実施形態では、使用する複合膜のエナンチオ選択性層は、少なくとも１個のキラル炭素原子を有する架橋ポリアミドポリマーからなる。
【００２７】
もう１つの実施形態では、使用する多官能性アミンはメタフェニレンジアミン、ピペリジンから選択され、使用する酸受容体はトリエチルアミンまたはＮａＯＨから選択される。
【００２８】
さらにもう１つの実施形態では、使用する多官能性ハロゲン化トリアシルは、トリメシン酸塩化物である。
【００２９】
もう１つの実施形態では、使用する限外ろ過膜は、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、およびポリフッ化ビニリジエンから選択され、厚さが２０−６０μｍの範囲内にある。
【００３０】
さらにもう１つの実施形態では、エナンチオ選択性複合膜は、５０−７０％のアルギニンおよび８０−９０％のリシンを水溶液から分離する。
【００３１】
さらにもう１つの実施形態では、エナンチオ選択性の複合膜を使用する、アミノ酸のラセミ混合物の鏡像異性体分離方法であって、前記方法は、逆浸透膜試験ユニットにおいて、３４５ＫＰａないし８６２ＫＰａの範囲内にある膜間圧力差で、０．１ないし１％の範囲内にあるアミノ酸の水溶液および／または緩衝液を供給物として毎分３００ないし８００ｍｌの範囲内にある流量で使用し、２０−３０℃で行う。
【００３２】
さらにもう１つの実施形態では、透過液中のアミノ酸の濃度を紫外可視分光光度計によって測定し、透過液中のｄおよびｌ−鏡像異性体の比を、ＰＤＡ検出器を取り付けたＨＰＬＣにおいて、キラルカラムを使用することによって評価した。
【００３３】
発明の詳細な説明
本発明のエナンチオ選択性薄膜複合膜は、微孔質担体に、塩基性アミノ酸（２つの一級アミノ基を有するアミノ酸、すなわちアルギニン、リシンなど）または塩基性アミノ酸の混合物、多官能性アミン（たとえばメタフェニレンジアミン、ピペラジン、好ましくはピペラジン）および酸受容体（トリエチルアミン、ＮａＯＨ、好ましくはＮａＯＨ）と、次に多官能性ハロゲン化アシル（１以上の反応性を有する）（好ましくはトリメシン酸塩化物）とを段階的にコーティングすることにより製造される。コーティング工程は、特定の順序である必要はないが、好ましくは、アミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミンおよび酸受容体を最初にコーティングし、それに続いて、多官能性ハロゲン化アシルのコーティングを行う。アミノ酸またはアミノ酸の混合物および多官能性アミンは水溶液からコーティングし、多官能性ハロゲン化アシルは有機溶液からコーティングする。
【００３４】
まず、限外ろ過膜を、ポリマー材料たとえばポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニリジエンなど、好ましくはポリスルフォンから転相技術によって製造する。この技術では、非プロトン性溶媒たとえばジメチルホルムアミド、Ｎ,Ｎジメチルアセトアミドなどに溶けた１２ないし１８重量％の所望の濃度（より正確には１８重量％）の上述のポリマーの溶液を、ポリエステルの不織布（担体）に均一な厚さで塗布し、次に、１０ないし４０秒の規定時間後、この担体をジメチルホルムアミドの２％水溶液を入れた凝固浴槽中に浸漬させる。膜を脱イオン水で数回洗浄する。
【００３５】
このようにして製造した限外ろ過膜を、１−２％の水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物（アルギニン）、多官能性アミン、好ましくはピペラジン（アルギニンおよびピペラジンの比は５０−５０％）および酸受容体すなわちトリエチルアミン、ＮａＯＨなど、好ましくはＮａＯＨを反応させることによる界面重合技術によって、エナンチオ選択性薄膜をその場で限外ろ過膜のエナンチオ選択性層上に製造することによる、本発明のエナンチオ選択性複合ナノろ過膜の製造のために使用する。水溶液のｐＨは、０．１−１％のトリメシン酸塩化物のヘキサン溶液を用いて、１０−１３、好ましくは１２に維持する。
【００３６】
エナンチオ選択性層を限外ろ過膜のエナンチオ選択性層上に製造するために、それを、水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミン、好ましくはピペラジン（アルギニンおよびピペラジンの比は５０−５０％）および酸受容体、すなわちトリエチルアミンおよびＮａＯＨで、１−５分間、正確には３分間にわたって、まずディップコートする。コーティングしたＵＦ膜を溶液から取り出し、過剰な溶液を約５−３０分間、正確には１５分間かけてＵＦ膜から除去し、所望量のモノマーを維持する。
【００３７】
次に、ＵＦ膜を０．１−１％、正確には０．５％のトリメシン酸塩化物のヘキサン溶液に約１−５分間、正確には３分間の期間にわたってディップコーティングする。コーティングして得られたＵＦ膜をトリメシン酸塩化物溶液混合物から取り出し、膜を１−５分間、正確には５分間かけて液抜きをしてトリメシン酸塩化物の過剰溶液を除去する。次に、膜を１−４時間、正確には４時間にかけて風乾させ、次に、７０−１００℃の温度、正確には９０℃で１−１５分間にわたって、正確には１０分間にわたって加熱することによって硬化させる。次に、得られた膜を冷まし、２時間かけて風乾させ、次に、２４時間まで水に浸して、所望のエナンチオ選択性複合膜を得る。
【００３８】
図１：エナンチオ選択性複合膜を、ＡＴＲ−ＦＴＩＲ分光光度計により、そのエナンチオ選択性層の化学構造について特性評価した。コーティング前およびコーティング後でのポリスルフォン膜のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを、Perkin-Elmer分光計（Perkin-Elmer Spectrum GX, ATR-FTIR）において、ゲルマニウム結晶を使用し、４５°の名目入射角で、１００スキャンの速度で、２ｃｍ-1の分解能で記録した。ポリスルフォン膜（Ａ）およびそれをポリ（ピペラジンコアルギニントリメサミド）膜でその場でコーティングした後（Ｂ）のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを以下に示す。１４８７−９０ｃｍ-1および１５８４ｃｍ-1のピークはポリスルフォン担体に特徴的なものである。１４７２−１６４４ｃｍ-1の領域での吸収帯の出現は、Ｃ＝Ｏ、Ｃ＝Ｎ伸縮振動に起因しうるものである。コーティングされた膜のスペクトル中の１６６７ｃｍ-1でのピークは、アミドの生成を表している。１７３１ｃｍ-1（イミド環Ｃ＝Ｏ）、１３６９ｃｍ-1（Ｃ−Ｎ−Ｃ、平面でのイミド）および７４７ｃｍ-1（Ｃ−Ｎ−Ｃ、面外変角）に特性吸収がある。
【００３９】
これらの膜を、アミノ酸、好ましくはアルギニン、リシン、アラニンなどのそれらの水溶液および緩衝液からの分離ならびにアミノ酸のラセミ混合物の鏡像異性体分離について、逆浸透膜試験ユニット上で、３４５−８６２ＫＰａの範囲内にある膜間圧力差、正確には５５２ＫＰａで、０．１−１％の範囲内にあるアミノ酸の水溶液および緩衝液を原水として１分間あたり３００−８００ｍｌの範囲内にある流量、正確には１分間当たり５００ｍｌで使用し、２５℃の温度で試験した。透過液中のアミノ酸の濃度は、紫外可視分光光度計によって２９０ｎｍで測定し、鏡像過剰率（ｅｅ％）を測定するための透過液中のｄおよびｌ−鏡像異性体の比は、ＰＤＡ検出器を備えたＨＰＬＣで、合衆国のDiacel Chemical Industriesによって供給されているChiral column Chromapack(+)を使用して評価した。
【００４０】
鏡像異性体は、同一の分子式および化学構造を有するがそれらの立体配置のみが異なるキラルな分子である。立体配置の違いは、多くのキラルな化合物の生物学的および薬理学的活性が完全に異なるので、多くの意味を持つ。それゆえに、光学的に純粋な形態でのこれら化合物の使用が切迫している。鏡像異性体の分離は難問を示す。様々な技術に基づく鏡像異性体の分離のための多くの技術が当技術において知られている。全ての鏡像異性体分離技術は、ペアになった鏡像異性体を同定するために、ラセミ混合物の近傍のキラルなミクロ環境に基づいている。
【００４１】
ホモキラルな環境の存在は、ペアになった鏡像異性体を識別するのに必須である。本発明の膜の新規性は、限外ろ過膜上に担持されたエナンチオ選択性層薄膜の形態にあるポリマー膜にキラルなミクロ環境をもたらし、より高い流束およびより高い選択性をもたらすことにある。
【００４２】
本発明の複合膜は、限外ろ過膜上にその場で製造されたエナンチオ選択性層のキラル識別層を有する。エナンチオ選択性層識別層は、キラルなアミノ酸および多官能性アミンと多官能性アシル塩化物との界面的重合反応の結果得られた。キラルなエナンチオ選択性層の界面的な方法による製造は、必要なキラル化合物が非常に少量であり、ホモキラルな環境を有する非常に大きな膜を製造することができる。かくして、ラセミ混合物の分離に必須な光学的に純粋なキラル試薬の必要性を最小にする。
【００４３】
以下の例は、説明として示しているので、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。
【００４４】
例１
ポリスルフォンＵＦ膜にアルギニンおよびピペラジン（５０：５０）の１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、１ＮのＮａＯＨを添加することによって溶液のｐＨを１２に維持し、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を２分間かけて除去し、次にこの膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は、６３６ｌ／ｍ2／日の透過速度および７５％のアルギニンの阻止を示した。ｄ−アルギニンに対するエナンチオ選択性は６５％であることが観察された。
【００４５】
例２
ポリスルフォンＵＦ膜にアルギニンおよびピペラジン（５０：５０）の１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、１ＮのＮａＯＨを添加することによって溶液のｐＨを１２に維持し、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の１％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を５分間かけて除去し、次にこの膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は、６時間後に７３４ｌ／ｍ2／日の透過速度および６６％のアルギニンの阻止を示した。ｄアルギニンに対するエナンチオ選択性は５０であった。
【００４６】
例３
ポリスルフォンＵＦ膜にピペラジンの１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、１ＮのＮａＯＨを添加することによって溶液のｐＨを１２に維持し、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を５分間かけて除去し、次にこの膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は、１１２５ｌ／ｍ2／日の透過速度および６０％のアルギニンの阻止を示した。膜はｄアルギニンに対するエナンチオ選択性を示さなかった。
【００４７】
例４
ポリスルフォンＵＦ膜に、１ＮのＮａＯＨを添加することによってｐＨを１２としたアルギニンの１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、過剰な溶液を１５分かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を２分間かけて除去し、次に膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は１１２５ｌ／ｍ2／日の透過速度および４８％のアルギニンの阻止を示し、および膜はｄ−アルギニンに対する５０％のエナンチオ選択性を示した。
【００４８】
例５
ポリスルフォンＵＦ膜に１２ｐＨのリシンおよびピペラジン（５０：５０）の１％水溶液を５分間にわたって含浸させ、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に５分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を５分間かけて除去し、次に膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし；２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、標準状態で、ラセミのリシンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は５８７．１９ｌ／ｍ2／日の透過速度および８３％のリシンの排除を示した。膜はｄリシンに対する９０％のエナンチオ選択性を呈した。
【００４９】
例６
例１で製造したエナンチオ選択性複合膜を、標準状態で、ラセミのリシンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。この膜は２９３．５４ｌ／ｍ2／日の透過速度、４６％のリシンの阻止を示し、ｄ−リシンに対するエナンチオ選択性は６０％であった。
【００５０】
例７
例１で製造したエナンチオ選択性複合膜を、標準条件で、ラセミアラニンの０．０５％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量および５５２ＫＰａで使用して試験した。この膜は３４２．３０ｌ／ｍ2／日の流束および７２％のリシン阻止を示した。ｄ−アラニンに対するエナンチオ選択性は５６％であった。
【００５１】
本発明の主な利点
１）従来技術に記載されたエナンチオ選択性ポリマー膜は、不斉でありかつ緻密な膜であり、キラルポリマーたとえば、多糖類およびその誘導体、ポリα−アミノ酸、ポリアセチレン誘導体などから製造される。ほとんどの膜が脆く、乏しい機械的性質を有し、そのため膜を扱うのが難しく、その結果、それらの使用は透析モードの分離に限られる。透析モードの分離では、駆動力が膜を横切る溶質の濃度であり、そのため、膜は非常に低い投下速度を呈する。優れた機械的性質を有する膜は、最初はエナンチオ選択性を呈するが、認識部位の飽和により、選択性は時間と共に急激に低下する。
２）本発明の複合膜は、従来技術に記載された膜の上述した欠点を回避する。
３）本発明の複合膜は、鏡像異性体分離を商業規模で実施するのに使用できる。
４）本発明の複合膜は、膜間圧力差に依存するが、６−２４ガロン／フィート2／日の透過速度を呈する。
５）本発明の複合膜は、圧力駆動分離処理において、３４５ないし８６２ＫＰａの範囲内にある圧力で使用できる。膜間圧力差が高ければ、流量が高くなり、それにより生産性が向上する。
６）本発明の複合膜は、安定でありかつ機械的に優れており、それにより、それは処理および変換されてモジュラー形態になる。
７）従来技術に記載された鏡像異性体分離は、多くの場合バッチプロセスであり、連続的なものであっても、対規模な連続分離には適用できなかった。本発明の膜を使用する鏡像異性体分離は連続的な方法であり、大規模な連続分離に適合できる。
８）本発明の鏡像異性体分離方法は、大規模なアミノ酸のそれらの水溶液および混合物からの分離を可能にする妥当な期間で、高い移動速度と分離度とを呈する。
【発明の概要】
【０００１】
発明の分野
本発明は、アミノ酸のそれらの水溶液からの分離のためおよびラセミ混合物の光学分割のためのエナンチオ選択性複合膜の製造方法に関する。本発明は、特に、アミノ酸の光学異性体の分離に有用なエナンチオ選択性複合ナノろ過膜の製造方法に関する。
【０００２】
本発明のエナンチオ選択性複合膜は、光学的に純粋な異性体を得るための鏡像異性体のそれらの混合物からの分離に有用である。本発明のエナンチオ選択性複合膜は、光学的に純粋な鏡像異性体を得るための、圧力駆動膜処理たとえば逆浸透、ナノろ過などにおけるアミノ酸およびキラル化合物のラセミ混合物の光学分割に有用でありうる。
【０００３】
発明の背景
立体異性体は、空間内でのそれらの原子の配置のみが互いに異なる分子である。立体異性体はジアステレオマーまたは鏡像異性体に大まかに分類され；後者は互いの鏡像であるそれらを包含し、前者は鏡像ではないそれらである。光学異性体としても知られている鏡像異性体（鏡像）は、同一の物理的および化学的性質を有する。それゆえに、鏡像異性体の混合物は、たいていの場合、普通の分離方法、たとえば分別蒸留（沸点が同一である）、溶媒が光学活性でなければ通常の結晶化（同じ溶解性のため）、吸着剤が光学活性でなければ通常のクロマトグラフィー（なぜならそれらは通常の吸着剤に等しく保持されるからである）では分離できない。鏡像異性体を分離する問題は、通常の合成技術がたいていの場合鏡像異性体の混合物を生成するという事実によってさらに深刻となる。したがって、鏡像異性体の混合物の分離は分析化学における最も挑戦的な問題である。
【０００４】
鏡像異性体の分離は、有機化合物、たとえばアミノ酸、薬品、農薬、殺虫剤などにとって非常に重要である。なぜなら、ほとんどが光学活性であり、光学異性体（鏡像異性体）のペアとして存在しているからである。多くのキラル薬品の鏡像異性体は、それらの生物学的性質および薬理学的性質の違いを顕著に示す。一方の鏡像異性体が薬物活性を有している場合でも、他方が非活性、それどころか有害である場合がある。たとえば、（Ｓ）−ベラパミルはカルシウムチャネル遮断薬として有効であるが、（Ｒ）−ベラパミルは心臓の副作用を起こす；β−遮断薬であるプロパラノロールのｌ−鏡像異性体はｄ体よりも約１００倍活性である；サリドマイドの（Ｒ）（＋）−鏡像異性体は睡眠作用があるが、その（Ｓ）（−）−鏡像異性体は催奇作用があり、このサリドマイドの薬理作用の違いは、妊娠中に服用した女性の新生児の重篤な奇形（1960年代の「サリドマイドの悲劇」）の原因であることが分かっているなどである。それゆえに、「米国食品医薬品局」は近年、キラル薬品の市販を管理する新たな規制を出した。この新たな規制に準拠すると、キラル薬品の各鏡像異性体の薬理学的性質を、治療効能および安全性について別々に試験しなければならない。
【０００５】
鏡像異性体を分離するための種々の方法、たとえばジアステレオマー分割、酵素触媒反応、クロマトグラフィー法、液体膜の塗布、分子認識技術、および包接錯体形成技術が知られている。優先結晶化、ジアステレオマー分割、酵素触媒反応などは、鏡像異性体を補助的なキラル試薬と結合させて、それらを、任意の通常の分離技術で分離できるジアステレオマーに変換することを含む。ジアステレオマー分割に関して述べることができるが、これは"CRC Handbook of Optical Resolutions via Diasteromeric Salt Formation" Kozma D., 2002 ISBN: 0849300193に記載されている。ジアステレオマー分割の主な欠点は、高価でありうるし多くの場合回収できない光学的に純粋な誘導体化試薬（キラル試薬または溶媒）を大量に必要とすることにある。
【０００６】
クロマトグラフィー技術（ＧＣ、ＨＰＬＣ、ＣＥなど）について述べることができるが、これらは"Chiral Separation Techniques - A Practical Approach" Second Edition, Edited by G. Subramanian ISBN 3-527-29875-4に記載されており、ここで、クロマトグラフィー法は、適切なキラルセレクタを固定相に組み込む（キラル固定相）か、カラム充填材の表面にコーティングする（キラルコーティング固定相）ことを必要とする。キラル固定相を有するエナンチオ選択性キラルカラムは費用がかかりかつ有限な可使寿命を有する。それゆえに、分離のコストはかなり高い。
【０００７】
鏡像異性体分離のための分子認識現象について述べることができるが、これは"Chiral Separation Techniques - A Practical Approach" Second Edition, Edited by G. Subramanian ISBN 3-527-29875-4に報告されている。分式認識に基づく種々のキラル固定相、錯体などが開発されてきた。
【０００８】
「Molecularly imprinted polymers grafted on solid supports」という題の米国特許第6759488号を参照できるが、ここでは、鏡像異性体の分離が分子認識現象に基づいている。ＭＩＰ技術の欠点は、分子的にインプリントする膜を製造するのに架橋性モノマーしか使用できないことにある。
【０００９】
「Supported chiral liquid membrane for the separation of enantiomers」という題の米国特許第5,080,795号を参照できるが、ここでは、キラルキャリアを含有する担持キラル液体膜が、２種類の鏡像異性体の一方と錯体を形成し、それを他方から分離させる。この膜の主な欠点は、乏しい安定性と、経時的なエナンチオ選択性の減少とにある。
【００１０】
「Liquid membrane separation of enantiomers」という題の米国特許第6,485,650号を参照できるが、ここでは、ラセミ混合物を含有した供給流体によるキャリアと相間移動試薬とを含有した担持液体膜モジュールでの鏡像異性体の分離方法が、鏡像異性体を液体膜に移動させ、その後この液体膜をスウィープ流体に接触させることを記載している。その後、鏡像異性体をスウィープ流体から回収する。この膜モジュールは、供給流体およびスウィープ流体が近接するが液体膜の反対側に接し、供給流体およびスウィープ流体が液体膜の長さに沿う実質的に連続した界面接点を有するように構成されている。この液−液抽出技術の欠点は低い生産性と膜の界面における２種類の溶液の混合の危険とにある。
【００１１】
「Interfacially synthesized reverse osmosis membrane」という題の米国特許第4,277,344号を参照できるが、ここでは、芳香族ポリアミド膜が、少なくとも２つの一級アミン基を有する芳香族ポリアミドと少なくとも３つのハロゲン化アシル基を有するハロゲン化芳香族アシルとの界面反応生成物である。この特許によると、多孔質ポリスルフォン担体を、水に溶かしたｍ−フェニレンジアミンでコーティングする。過剰なｍ−フェニレンジアミン溶液をコーティングした担体から除去したあと、コーティングした担体を「FREON」 ＴＦ溶媒（トリクロロトリフルオロエタン）に溶かしたトリメシン酸塩化物で被覆する。界面反応のための接触時間は１０秒間であり、反応は実質的に１秒で完了する。次に、得られたポリスルフォン／ポリアミド複合膜を風乾させる。この膜は、良好な流束および塩の阻止を示すことを主張している。しかしながら、膜の性能を向上させるために、種々のタイプの添加剤が、界面重縮合反応で使用する溶液に組み込まれている。この膜の欠点は、エナンチオ選択性でないことである。
【００１２】
「Silicone-derived solvent stable membranes」という題の米国特許第5,205,934号を参照できるが、ここでは、担体上、好ましくはポリアクリロニトリル担体上に固定化されたシリコーンの相を含む複合ナノろ過膜の製造方法が記載されている。これらの複合膜は、溶媒安定性であることが主張されており、有機金属触媒錯体などの高分子量の溶質の有機溶媒からの分離にとっての有用性を有することが主張されている。この膜は、エナンチオ選択性を持たない。
【００１３】
「Process for the separation of enantiomers and enantiopure reagent」という題の米国特許第6,743,373号を参照できるが、ここで、鏡像異性体を含む混合物を、塩基性媒体中で、鏡像的に純粋なアミノ酸に基づく試薬と反応させ、得られたシアステレオマーの混合物に分離作業を施す。このプロセスの欠点は、鏡像異性体の分離のためには、鏡像異性体は少なくとも１つのフリーな有機官能基を有していなければならず、試薬は活性基をもつアミノ酸の少なくとも１つのアミノ基を含み、イソシアナート基の活性前駆体を形成し、ここでは、アミノ酸の少なくとも１つのカルボキシル基が置換される。
【００１４】
上で詳述した従来技術に記載されたエナンチオ選択性ポリマー膜は、キラルポリマーたとえば多糖類およびその誘導体、ポリα−アミノ酸、ポリアセチレン誘導体などから作られる、不斉でありかつ緻密な膜である。これらのポリマーのほとんどは本来的に結晶性であり、膜形成能力を持たない。それゆえに、このようなポリマーから作られた膜は、脆く、ひいては扱いが難しい。乏しい機械的性質は、それらの使用を透析モードの分離に限っていた。透析モードの分離では、駆動力は、溶質の濃度勾配のみであり、それゆえに、これらの膜は非常に低い透過速度を呈した。他のタイプの鏡像異性体分離膜は、グラフトされた鏡像異性体認識分子、すなわちアミノ酸、蛋白質、オリゴペプチドなどを有する、非キラルなポリマーから作られる。これらの膜は優れた機械的性質を有するが、透過中、認識部位が急速に飽和し、ポリマーマトリック中に固定され、それにより、この膜の選択性が時間と共に急激に減少する。
【００１５】
種々の特許に記載されているように、複合膜は、多孔質担体膜を多官能性アミンの水溶液でコーティングし、次に有機溶媒中の多官能性ハロゲン化アシルの溶液でコーティングして、多官能性アミンと多官能性ハロゲン化アシルとの界面重縮合反応によってポリアミドの薄膜識別層を製造することによって、典型的に製造される。
【００１６】
本発明に関する進歩性は以下のとおりである：ｉ）複合膜の認識層が、キラルなアミノ酸および多官能性アミンと多官能性アシル塩化物との界面重合反応の結果得られた、（ｉｉ）界面的な方法によるキラルなエナンチオ選択性層の製造が必要とするキラル化合物は非常に少量であり、均質でキラルな環境を有する非常に大きな膜を製造できる、（iii）この方法が、ラセミ混合物の分離に必須な光学的に純粋なキラル試薬の必要性を最小にする、および（ｉｖ）この方法は、高い流束および高い選択性をもたらす限外ろ過層上に担持されたエナンチオ選択性薄膜の形態にあるポリマー膜に、キラルなミクロ環境をもたらす。
【００１７】
発明の目的
本発明の主たる目的は、圧力駆動膜処理、たとえば逆浸透、ナノろ過などによる鏡像異性体分離のための自己支持性および選択透過性の膜の製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明のもう１つの目的は、非エナンチオ選択性であり、そのため鏡像異性体分離を行わないピペラジンおよびトリメシン酸塩化物をベースにして、複合膜を提供することにある。
【００１９】
本発明のもう１つの目的は、高い安定性およびエナンチオ選択性の経時的な不変性を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらにもう１つの目的は、キラル分子の鏡像異性体の分離のためのエナンチオ選択性複合ナノろ過膜の製造方法を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらにもう１つの目的は、ラセミ混合物を光学的に純粋な異性体に光学分割するための、膜に基づく方法を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、エナンチオ選択性複合膜のエナンチオ選択性層の化学構造についてのＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを示している。
【００２３】
発明の概要
したがって、本発明は、鏡像異性体をそれらの混合物から分離して光学的に純粋な異性体を得るのに有用なエナンチオ選択性複合膜の製造方法を提供し、この方法は：
（ａ）湿式転相（phase inversion）法によって製造した限外ろ過（ＵＦ）膜を準備することと；
（ｂ）工程（ａ）で得た限外ろ過膜を、１−２％水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミンおよび酸受容体を含む混合物で、１ないし５分間の期間にわたってディップコーティングし、ｐＨを１０ないし１３の範囲に維持することと；
（ｃ）コーティングしたＵＦ膜を工程（ｂ）で得た混合物から取り出し、過剰な溶液を５ないし３０分間かけてＵＦ膜から除去することと；
（ｄ）工程（ｃ）で得たコーティングした膜を、ハロゲン化トリアシルの０．１−１％ヘキサン溶液中に、１ないし５分間の期間にわたって再度浸漬させ、過剰な溶液を１ないし５分間かけて除去することと；
（ｅ）工程（ｄ）で得た膜を１ないし４時間の期間をかけて乾燥させることと；
（ｆ）工程（ｅ）で得た膜を、１ないし１５分間の期間にわたって７０℃ないし１００℃の範囲内にある温度で加熱し、その後冷まし、１ないし２時間かけて風乾させることと；
（ｇ）工程（ｆ）で得た膜を脱イオン水に２４時間まで浸して、限外ろ過膜に接したエナンチオ選択性層を含むエナンチオ選択性複合膜を得て、それをアミノ酸のそれらの水溶液からの分離について試験することと
を含む。
【００２４】
本発明の１つの実施形態では、使用する複合膜のエナンチオ選択性層は、エナンチオ選択性であり、厚さが４００ないし１６００Åの範囲内にある。
【００２５】
本発明のもう１つの実施形態では、使用するアミノ酸またはアミノ酸の混合物は、少なくとも２つの一級アミノ基からなる群より選択される。
【００２６】
もう１つの実施形態では、使用する複合膜のエナンチオ選択性層は、少なくとも１個のキラル炭素原子を有する架橋ポリアミドポリマーからなる。
【００２７】
もう１つの実施形態では、使用する多官能性アミンはメタフェニレンジアミン、ピペリジンから選択され、使用する酸受容体はトリエチルアミンまたはＮａＯＨから選択される。
【００２８】
さらにもう１つの実施形態では、使用する多官能性ハロゲン化トリアシルは、トリメシン酸塩化物である。
【００２９】
もう１つの実施形態では、使用する限外ろ過膜は、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、およびポリフッ化ビニリジエンから選択され、厚さが２０−６０μｍの範囲内にある。
【００３０】
さらにもう１つの実施形態では、エナンチオ選択性複合膜は、５０−７０％のアルギニンおよび８０−９０％のリシンを水溶液から分離する。
【００３１】
さらにもう１つの実施形態では、エナンチオ選択性の複合膜を使用する、アミノ酸のラセミ混合物の鏡像異性体分離方法であって、前記方法は、逆浸透膜試験ユニットにおいて、３４５ＫＰａないし８６２ＫＰａの範囲内にある膜間圧力差で、０．１ないし１％の範囲内にあるアミノ酸の水溶液および／または緩衝液を供給物として毎分３００ないし８００ｍｌの範囲内にある流量で使用し、２０−３０℃で行う。
【００３２】
さらにもう１つの実施形態では、透過液中のアミノ酸の濃度を紫外可視分光光度計によって測定し、透過液中のｄおよびｌ−鏡像異性体の比を、ＰＤＡ検出器を取り付けたＨＰＬＣにおいて、キラルカラムを使用することによって評価した。
【００３３】
発明の詳細な説明
本発明のエナンチオ選択性薄膜複合膜は、微孔質担体に、塩基性アミノ酸（２つの一級アミノ基を有するアミノ酸、すなわちアルギニン、リシンなど）または塩基性アミノ酸の混合物、多官能性アミン（たとえばメタフェニレンジアミン、ピペラジン、好ましくはピペラジン）および酸受容体（トリエチルアミン、ＮａＯＨ、好ましくはＮａＯＨ）と、次に多官能性ハロゲン化アシル（１以上の反応性を有する）（好ましくはトリメシン酸塩化物）とを段階的にコーティングすることにより製造される。コーティング工程は、特定の順序である必要はないが、好ましくは、アミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミンおよび酸受容体を最初にコーティングし、それに続いて、多官能性ハロゲン化アシルのコーティングを行う。アミノ酸またはアミノ酸の混合物および多官能性アミンは水溶液からコーティングし、多官能性ハロゲン化アシルは有機溶液からコーティングする。
【００３４】
まず、限外ろ過膜を、ポリマー材料たとえばポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフッ化ビニリジエンなど、好ましくはポリスルフォンから転相技術によって製造する。この技術では、非プロトン性溶媒たとえばジメチルホルムアミド、Ｎ,Ｎジメチルアセトアミドなどに溶けた１２ないし１８重量％の所望の濃度（より正確には１８重量％）の上述のポリマーの溶液を、ポリエステルの不織布（担体）に均一な厚さで塗布し、次に、１０ないし４０秒の規定時間後、この担体をジメチルホルムアミドの２％水溶液を入れた凝固浴槽中に浸漬させる。膜を脱イオン水で数回洗浄する。
【００３５】
このようにして製造した限外ろ過膜を、１−２％の水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物（アルギニン）、多官能性アミン、好ましくはピペラジン（アルギニンおよびピペラジンの比は５０−５０％）および酸受容体すなわちトリエチルアミン、ＮａＯＨなど、好ましくはＮａＯＨを反応させることによる界面重合技術によって、エナンチオ選択性薄膜をその場で限外ろ過膜のエナンチオ選択性層上に製造することによる、本発明のエナンチオ選択性複合ナノろ過膜の製造のために使用する。水溶液のｐＨは、０．１−１％のトリメシン酸塩化物のヘキサン溶液を用いて、１０−１３、好ましくは１２に維持する。
【００３６】
エナンチオ選択性層を限外ろ過膜のエナンチオ選択性層上に製造するために、それを、水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミン、好ましくはピペラジン（アルギニンおよびピペラジンの比は５０−５０％）および酸受容体、すなわちトリエチルアミンおよびＮａＯＨで、１−５分間、正確には３分間にわたって、まずディップコートする。コーティングしたＵＦ膜を溶液から取り出し、過剰な溶液を約５−３０分間、正確には１５分間かけてＵＦ膜から除去し、所望量のモノマーを維持する。
【００３７】
次に、ＵＦ膜を０．１−１％、正確には０．５％のトリメシン酸塩化物のヘキサン溶液に約１−５分間、正確には３分間の期間にわたってディップコーティングする。コーティングして得られたＵＦ膜をトリメシン酸塩化物溶液混合物から取り出し、膜を１−５分間、正確には５分間かけて液抜きをしてトリメシン酸塩化物の過剰溶液を除去する。次に、膜を１−４時間、正確には４時間にかけて風乾させ、次に、７０−１００℃の温度、正確には９０℃で１−１５分間にわたって、正確には１０分間にわたって加熱することによって硬化させる。次に、得られた膜を冷まし、２時間かけて風乾させ、次に、２４時間まで水に浸して、所望のエナンチオ選択性複合膜を得る。
【００３８】
図１：エナンチオ選択性複合膜を、ＡＴＲ−ＦＴＩＲ分光光度計により、そのエナンチオ選択性層の化学構造について特性評価した。コーティング前およびコーティング後でのポリスルフォン膜のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを、Perkin-Elmer分光計（Perkin-Elmer Spectrum GX, ATR-FTIR）において、ゲルマニウム結晶を使用し、４５°の名目入射角で、１００スキャンの速度で、２ｃｍ-1の分解能で記録した。ポリスルフォン膜（Ａ）およびそれをポリ（ピペラジンコアルギニントリメサミド）膜でその場でコーティングした後（Ｂ）のＡＴＲ−ＦＴＩＲスペクトルを以下に示す。１４８７−９０ｃｍ-1および１５８４ｃｍ-1のピークはポリスルフォン担体に特徴的なものである。１４７２−１６４４ｃｍ-1の領域での吸収帯の出現は、Ｃ＝Ｏ、Ｃ＝Ｎ伸縮振動に起因しうるものである。コーティングされた膜のスペクトル中の１６６７ｃｍ-1でのピークは、アミドの生成を表している。１７３１ｃｍ-1（イミド環Ｃ＝Ｏ）、１３６９ｃｍ-1（Ｃ−Ｎ−Ｃ、平面でのイミド）および７４７ｃｍ-1（Ｃ−Ｎ−Ｃ、面外変角）に特性吸収がある。
【００３９】
これらの膜を、アミノ酸、好ましくはアルギニン、リシン、アラニンなどのそれらの水溶液および緩衝液からの分離ならびにアミノ酸のラセミ混合物の鏡像異性体分離について、逆浸透膜試験ユニット上で、３４５−８６２ＫＰａの範囲内にある膜間圧力差、正確には５５２ＫＰａで、０．１−１％の範囲内にあるアミノ酸の水溶液および緩衝液を原水として１分間あたり３００−８００ｍｌの範囲内にある流量、正確には１分間当たり５００ｍｌで使用し、２５℃の温度で試験した。透過液中のアミノ酸の濃度は、紫外可視分光光度計によって２９０ｎｍで測定し、鏡像過剰率（ｅｅ％）を測定するための透過液中のｄおよびｌ−鏡像異性体の比は、ＰＤＡ検出器を備えたＨＰＬＣで、合衆国のDiacel Chemical Industriesによって供給されているChiral column Chromapack(+)を使用して評価した。
【００４０】
鏡像異性体は、同一の分子式および化学構造を有するがそれらの立体配置のみが異なるキラルな分子である。立体配置の違いは、多くのキラルな化合物の生物学的および薬理学的活性が完全に異なるので、多くの意味を持つ。それゆえに、光学的に純粋な形態でのこれら化合物の使用が切迫している。鏡像異性体の分離は難問を示す。様々な技術に基づく鏡像異性体の分離のための多くの技術が当技術において知られている。全ての鏡像異性体分離技術は、ペアになった鏡像異性体を同定するために、ラセミ混合物の近傍のキラルなミクロ環境に基づいている。
【００４１】
ホモキラルな環境の存在は、ペアになった鏡像異性体を識別するのに必須である。本発明の膜の新規性は、限外ろ過膜上に担持されたエナンチオ選択性層薄膜の形態にあるポリマー膜にキラルなミクロ環境をもたらし、より高い流束およびより高い選択性をもたらすことにある。
【００４２】
本発明の複合膜は、限外ろ過膜上にその場で製造されたエナンチオ選択性層のキラル識別層を有する。エナンチオ選択性層識別層は、キラルなアミノ酸および多官能性アミンと多官能性アシル塩化物との界面的重合反応の結果得られた。キラルなエナンチオ選択性層の界面的な方法による製造は、必要なキラル化合物が非常に少量であり、ホモキラルな環境を有する非常に大きな膜を製造することができる。かくして、ラセミ混合物の分離に必須な光学的に純粋なキラル試薬の必要性を最小にする。
【００４３】
以下の例は、説明として示しているので、本発明の範囲を限定するように解釈されるべきでない。
【００４４】
例１
ポリスルフォンＵＦ膜にアルギニンおよびピペラジン（５０：５０）の１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、１ＮのＮａＯＨを添加することによって溶液のｐＨを１２に維持し、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を２分間かけて除去し、次にこの膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は、６３６ｌ／ｍ2／日の透過速度および７５％のアルギニンの阻止を示した。ｄ−アルギニンに対するエナンチオ選択性は６５％であることが観察された。
【００４５】
例２
ポリスルフォンＵＦ膜にアルギニンおよびピペラジン（５０：５０）の１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、１ＮのＮａＯＨを添加することによって溶液のｐＨを１２に維持し、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の１％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を５分間かけて除去し、次にこの膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は、６時間後に７３４ｌ／ｍ2／日の透過速度および６６％のアルギニンの阻止を示した。ｄアルギニンに対するエナンチオ選択性は５０であった。
【００４６】
例３
ポリスルフォンＵＦ膜にピペラジンの１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、１ＮのＮａＯＨを添加することによって溶液のｐＨを１２に維持し、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を５分間かけて除去し、次にこの膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は、１１２５ｌ／ｍ2／日の透過速度および６０％のアルギニンの阻止を示した。膜はｄアルギニンに対するエナンチオ選択性を示さなかった。
【００４７】
例４
ポリスルフォンＵＦ膜に、１ＮのＮａＯＨを添加することによってｐＨを１２としたアルギニンの１％水溶液を３分間にわたって含浸させ、過剰な溶液を１５分かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に２分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を２分間かけて除去し、次に膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし、２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、アルギニンに対する分離およびエナンチオ選択性について、標準状態で、ラセミのアルギニンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は１１２５ｌ／ｍ2／日の透過速度および４８％のアルギニンの阻止を示し、および膜はｄ−アルギニンに対する５０％のエナンチオ選択性を示した。
【００４８】
例５
ポリスルフォンＵＦ膜に１２ｐＨのリシンおよびピペラジン（５０：５０）の１％水溶液を５分間にわたって含浸させ、過剰な溶液を１５分間かけて除去し、次に膜をトリメシン酸塩化物の０．５％ヘキサン溶液に５分間にわたって浸漬し、過剰な溶液を５分間かけて除去し、次に膜を４時間かけて空気中で乾燥させて、エナンチオ選択性複合膜を製造した。この膜を５分間かけて９０℃の温度で熱硬化させ、２５℃の温度まで冷まし；２時間かけて風乾させ、その後脱イオン水に２４時間まで浸した。この膜を、標準状態で、ラセミのリシンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。膜は５８７．１９ｌ／ｍ2／日の透過速度および８３％のリシンの排除を示した。膜はｄリシンに対する９０％のエナンチオ選択性を呈した。
【００４９】
例６
例１で製造したエナンチオ選択性複合膜を、標準状態で、ラセミのリシンの０．１％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量で５５２ＫＰａで使用して試験した。この膜は２９３．５４ｌ／ｍ2／日の透過速度、４６％のリシンの阻止を示し、ｄ−リシンに対するエナンチオ選択性は６０％であった。
【００５０】
例７
例１で製造したエナンチオ選択性複合膜を、標準条件で、ラセミアラニンの０．０５％水溶液を供給物として毎分５００ｍｌの流量および５５２ＫＰａで使用して試験した。この膜は３４２．３０ｌ／ｍ2／日の流束および７２％のリシン阻止を示した。ｄ−アラニンに対するエナンチオ選択性は５６％であった。
【００５１】
本発明の主な利点
１）従来技術に記載されたエナンチオ選択性ポリマー膜は、不斉でありかつ緻密な膜であり、キラルポリマーたとえば、多糖類およびその誘導体、ポリα−アミノ酸、ポリアセチレン誘導体などから製造される。ほとんどの膜が脆く、乏しい機械的性質を有し、そのため膜を扱うのが難しく、その結果、それらの使用は透析モードの分離に限られる。透析モードの分離では、駆動力が膜を横切る溶質の濃度であり、そのため、膜は非常に低い投下速度を呈する。優れた機械的性質を有する膜は、最初はエナンチオ選択性を呈するが、認識部位の飽和により、選択性は時間と共に急激に低下する。
２）本発明の複合膜は、従来技術に記載された膜の上述した欠点を回避する。
３）本発明の複合膜は、鏡像異性体分離を商業規模で実施するのに使用できる。
４）本発明の複合膜は、膜間圧力差に依存するが、６−２４ガロン／フィート2／日の透過速度を呈する。
５）本発明の複合膜は、圧力駆動分離処理において、３４５ないし８６２ＫＰａの範囲内にある圧力で使用できる。膜間圧力差が高ければ、流量が高くなり、それにより生産性が向上する。
６）本発明の複合膜は、安定でありかつ機械的に優れており、それにより、それは処理および変換されてモジュラー形態になる。
７）従来技術に記載された鏡像異性体分離は、多くの場合バッチプロセスであり、連続的なものであっても、対規模な連続分離には適用できなかった。本発明の膜を使用する鏡像異性体分離は連続的な方法であり、大規模な連続分離に適合できる。
８）本発明の鏡像異性体分離方法は、大規模なアミノ酸のそれらの水溶液および混合物からの分離を可能にする妥当な期間で、高い移動速度と分離度とを呈する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鏡像異性体をそれらの混合物から分離して光学的に純粋な異性体を得るのに有用なエナンチオ選択性複合膜の製造方法であって：
（ａ）湿式転相法によって製造した限外ろ過（ＵＦ）膜を準備する工程と；
（ｂ）工程（ａ）で得た限外ろ過膜を、１−２％水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミンおよび酸受容体を含む混合物で、１ないし５分間の期間にわたってディップコーティングし、ｐＨを１０ないし１３の範囲に維持する工程と；
（ｃ）コーティングしたＵＦ膜を工程（ｂ）で得た前記混合物から取り出し、過剰な溶液を５ないし３０分間かけてＵＦ膜から除去する工程と；
（ｄ）工程（ｃ）で得た前記コーティングした膜を、ハロゲン化トリアシルの０．１−１％ヘキサン溶液中に、１ないし５分間の期間にわたって再度浸漬させ、過剰な溶液を１ないし５分間かけて除去する工程と；
（ｅ）工程（ｄ）で得た膜を１ないし４時間の期間をかけて乾燥させる工程と；
（ｆ）工程（ｅ）で得た膜を、１ないし１５分間の期間にわたって７０℃ないし１００℃の範囲内にある温度で加熱し、その後冷まし、１ないし２時間かけて風乾させる工程と；
（ｇ）工程（ｆ）で得た膜を脱イオン水に２４時間まで浸して、前記限外ろ過膜に接したエナンチオ選択性層を含むエナンチオ選択性複合膜を得て、それをアミノ酸のそれらの水溶液からの分離について試験する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記複合膜の前記エナンチオ選択性層は、４００ないし１６００Åの範囲内にある厚さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用するアミノ酸またはアミノ酸の混合物は、少なくとも２つの一級アミノ基からなる群より選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複合膜の前記エナンチオ選択性層は、少なくとも１個のキラル炭素原子を有する架橋ポリアミドポリマーからなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
使用する多官能性アミンはメタフェニレンジアミン、ピペリジンから選択され、使用する酸受容体はトリエチルアミンまたはＮａＯＨから選択される請求項１（ｂ）に記載の方法。
【請求項６】
使用する多官能性ハロゲン化トリアシルは、トリメシン酸塩化物である請求項１（ｄ）に記載の方法。
【請求項７】
複合膜の製造に使用する前記限外ろ過膜は、２０−６０μｍの範囲内にある厚さを有する、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、およびポリフッ化ビニリジエンから選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
エナンチオ選択性複合膜は、５０−７０％のアルギニンおよび８０−９０％のリシンを水溶液から分離する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法によって得られるエナンチオ選択性の複合膜を使用する、アミノ酸のラセミ混合物の鏡像異性体分離方法であって、逆浸透膜試験ユニットにおいて、３４５ＫＰａないし８６２ＫＰａの範囲内にある膜間圧力差で、０．１ないし１％の範囲内にあるアミノ酸の水溶液および／または緩衝液を供給物として毎分３００ないし８００ｍｌの範囲内にある流量で使用して行う方法。
【請求項１０】
透過液中のアミノ酸の濃度を紫外可視分光光度計によって測定し、透過液中のｄおよびｌ−鏡像異性体の比を、ＰＤＡ検出器を取り付けたＨＰＬＣにおいて、キラルカラムを使用することによって評価した請求項９に記載の方法。
【請求項１】
鏡像異性体をそれらの混合物から分離して光学的に純粋な異性体を得るのに有用なエナンチオ選択性複合膜の製造方法であって：
（ａ）湿式転相法によって製造した限外ろ過（ＵＦ）膜を準備する工程と；
（ｂ）工程（ａ）で得た限外ろ過膜を、１−２％水溶液のアミノ酸またはアミノ酸の混合物、多官能性アミンおよび酸受容体を含む混合物で、１ないし５分間の期間にわたってディップコーティングし、ｐＨを１０ないし１３の範囲に維持する工程と；
（ｃ）コーティングしたＵＦ膜を工程（ｂ）で得た前記混合物から取り出し、過剰な溶液を５ないし３０分間かけてＵＦ膜から除去する工程と；
（ｄ）工程（ｃ）で得た前記コーティングした膜を、ハロゲン化トリアシルの０．１−１％ヘキサン溶液中に、１ないし５分間の期間にわたって再度浸漬させ、過剰な溶液を１ないし５分間かけて除去する工程と；
（ｅ）工程（ｄ）で得た膜を１ないし４時間の期間をかけて乾燥させる工程と；
（ｆ）工程（ｅ）で得た膜を、１ないし１５分間の期間にわたって７０℃ないし１００℃の範囲内にある温度で加熱し、その後冷まし、１ないし２時間かけて風乾させる工程と；
（ｇ）工程（ｆ）で得た膜を脱イオン水に２４時間まで浸して、前記限外ろ過膜に接したエナンチオ選択性層を含むエナンチオ選択性複合膜を得て、それをアミノ酸のそれらの水溶液からの分離について試験する工程と
を含む方法。
【請求項２】
前記複合膜の前記エナンチオ選択性層は、４００ないし１６００Åの範囲内にある厚さを有する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
使用するアミノ酸またはアミノ酸の混合物は、少なくとも２つの一級アミノ基からなる群より選択される請求項１に記載の方法。
【請求項４】
複合膜の前記エナンチオ選択性層は、少なくとも１個のキラル炭素原子を有する架橋ポリアミドポリマーからなる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
使用する多官能性アミンはメタフェニレンジアミン、ピペリジンから選択され、使用する酸受容体はトリエチルアミンまたはＮａＯＨから選択される請求項１（ｂ）に記載の方法。
【請求項６】
使用する多官能性ハロゲン化トリアシルは、トリメシン酸塩化物である請求項１（ｄ）に記載の方法。
【請求項７】
複合膜の製造に使用する前記限外ろ過膜は、２０−６０μｍの範囲内にある厚さを有する、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、およびポリフッ化ビニリジエンから選択される請求項１に記載の方法。
【請求項８】
エナンチオ選択性複合膜は、５０−７０％のアルギニンおよび８０−９０％のリシンを水溶液から分離する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法によって得られるエナンチオ選択性の複合膜を使用する、アミノ酸のラセミ混合物の鏡像異性体分離方法であって、逆浸透膜試験ユニットにおいて、３４５ＫＰａないし８６２ＫＰａの範囲内にある膜間圧力差で、０．１ないし１％の範囲内にあるアミノ酸の水溶液および／または緩衝液を供給物として毎分３００ないし８００ｍｌの範囲内にある流量で使用して行う方法。
【請求項１０】
透過液中のアミノ酸の濃度を紫外可視分光光度計によって測定し、透過液中のｄおよびｌ−鏡像異性体の比を、ＰＤＡ検出器を取り付けたＨＰＬＣにおいて、キラルカラムを使用することによって評価した請求項９に記載の方法。
【図１】
【公表番号】特表２０１２−５２１８６９（Ｐ２０１２−５２１８６９Ａ）
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０１５０７（Ｐ２０１２−５０１５０７）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＮ２０１０／０００１８８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０９４９０
【国際公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５９６０２０６９１）カウンスィル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ (42)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＵＮＣＩＬ ＯＦ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＆ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＮ２０１０／０００１８８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１０９４９０
【国際公開日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（５９６０２０６９１）カウンスィル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ (42)
【氏名又は名称原語表記】ＣＯＵＮＣＩＬ ＯＦ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＆ ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ
【Ｆターム（参考）】
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