Материал на основе оксида кремния
Изобретение относится к области хроматографии. Предложен органо-модифицированный материал на основе оксида кремния, используемый для изготовления неподвижной фазы для жидкостной хроматографии, который содержит часть, представляющую собой немодифицированный оксид кремния, и часть, которая представляет собой оксид кремния, содержащий органические группы, в частности алкильные группы, алкенильные группы или алкинильные группы, связанные с атомами кремния. Предложен способ приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, предусматривающий смешивание материала на основе оксида кремния и органосиланового соединения и осуществление взаимодействия в полученной смеси. Описаны характеристики разделяющего материала для неподвижной фазы, который приготовлен путем функционализации органо-модифицированного материала на основе оксида кремния. Изобретение обеспечивает получение материала с высокой химической и механической стабильностью. 9 н. и 18 з.п. ф-лы, 7 табл., 4 ил.
Изобретение касается органо-модифицированного материала на основе оксида кремния и способа приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния. Оно также касается применения органо-модифицированного материала на основе оксида кремния для приготовления разделяющего материала для неподвижной фазы, способа приготовления разделяющего материала для неподвижной фазы, разделяющего материала для неподвижной фазы и применения данного разделяющего материала для неподвижной фазы в способах хроматографического разделения.
Введение
Хроматографические разделяющие материалы для неподвижной фазы, применяемые в жидкостной хроматографии, обычно основаны на пористом носителе из оксида кремния, который функционализируют, чтобы достичь желаемых характеристик разделения для определенного анализируемого образца, который разделяют. Обычными типами функционализации являются приготовление гидрофобных неподвижных фаз, например С18-фазы, в которой обычно используют октадецилсилан в качестве функционализирующего агента, реагирующего с силанольными группами пористого оксида кремния. Однако трудно заставить все силанольные группы реагировать с функционализирующим агентом, главным образом, из-за стерических затруднений. Оставшиеся силанольные группы делают материал очень чувствительным к гидролизу из-за их полярной природы. Поэтому обычно осуществляют замыкание оставшихся силанольных групп, например, триметилхлорсиланом. Однако разделяющие материалы для неподвижной фазы на основе оксида кремния, такие как обычная замкнутая С18-фаза, все еще довольно нестабильны химически при высоком рН из-за все еще остающихся силанольных групп, а также вследствие того факта, что замкнутые силанольные группы все еще чувствительны к гидролизу.
Время удерживания, а также емкость, максимальное количество подаваемого анализируемого вещества без введения конкурентного взаимодействия, для определенного анализируемого вещества зависят от действительного поверхностного покрытия функционализации. Кроме того, оптимальное поверхностное покрытие является функцией и анализируемого вещества, и действительной поверхностной функционализации. Поверхностное покрытие, получаемое при обычно применяемых процедурах, которые представляют собой связывание поверхности голого, полностью регидроксилированного оксида кремния, обычно выше, чем оптимальное для всех анализируемых веществ.
Снижение поверхностного покрытия функциональными группами на оксиде кремния достигается согласно одному способу, соответствующему состоянию техники, путем использования дефицита функционализирующего агента, например органосилана, вместо использования его избытка. Однако при использовании дефицита функционализирующего агента уровень поверхностного покрытия трудно воспроизводить вследствие, например, остаточной влажности и точного определения химически доступной поверхности. Также гидрофобные органосилановые молекулы часто имеют тенденцию образовывать кластеры, которые ведут к образованию "островков" и, таким образом, неравномерному распределению органосилана на поверхности оксида кремния. Кроме того, при использовании дефицита органосилана, применяемого для модифицирования, будут существовать остающиеся силанольные группы, которые обычно блокируются замыкающим агентом, таким как низший алкилорганосилан, например триметилхлорсилан. Однако, как уже описано, замкнутые силанольные группы все еще чувствительны к гидролизу, что означает, что химическая стабильность будет даже ниже, чем, например, для обычных С18-фаз, при экстремальных значениях рН (<2 и >10). Также замыкание трудно сделать полным, что означает, что обычно будут присутствовать остающиеся силанольные группы, которые очень чувствительны к гидролизу. Остающиеся силанольные группы также нежелательно взаимодействуют с анализируемыми веществами, особенно основными анализируемыми веществами.
Альтернативно, снижение поверхностного покрытия функциональными группами на оксиде кремния может быть выполнено путем замыкания некоторых силанольных групп перед функционализацией, как описано в Marshall et al., J. of Chrom., 361 (1986) 71-92. Также в данном случае есть проблемы даже меньшей химической стабильности, чем для обычных С18-фаз, вследствие увеличенного числа замкнутых силанольных групп.
Несколько попыток было сделано, чтобы обеспечить разделяющие материалы для неподвижной фазы, которые являются химически стабильными. Патент США 4017528 А описывает приготовление пористого оксида кремния, несущего органические группы, которые представляют собой частично и скелетную структуру, и поверхность. Патент США 6686035 В2 описывает частицы пористого неорганического/органического гибридного материала, содержащие полиорганоалкоксисилоксан по всей частице. Однако оба эти типа гибридных частиц гораздо менее механически стабильны, чем частицы чистого оксида кремния. Заявка США 2005/0191503 А1 описывает способ приготовления химически стабильного разделяющего материала, в котором поликарбосилановый слой ковалентно связан с поверхностью оксида кремния. Патент США 3722181 А описывает полимерную неподвижную фазу, химически связанную с подложкой из оксида кремния.
Существует необходимость в химически стабильных разделяющих материалах для неподвижной фазы на основе оксида кремния, которые являются механически стабильными.
Существует, кроме того, необходимость в способе снижения числа оставшихся силанольных групп на поверхности оксида кремния разделяющего материала для неподвижной фазы после функционализации, чтобы увеличить химическую стабильность разделяющего материала для неподвижной фазы и минимизировать нежелательное взаимодействие с анализируемыми веществами.
Существует также необходимость в способе снижения поверхностного покрытия функциональными группами регулируемым путем, имеющим высокую воспроизводимость.
Существует также необходимость в разделяющем материале для неподвижной фазы на основе оксида кремния, в котором число оставшихся силанольных групп на поверхности оксида кремния невелико, тем самым увеличивается стабильность разделяющего материала для неподвижной фазы и минимизируется нежелательное взаимодействие с анализируемыми веществами.
Существует также необходимость в химически стабильном неподвижном материале на основе оксида кремния, который сохраняет все производительные преимущества голого оксида кремния, функционализированного органосиланами, т.е. обычного функционализированного разделяющего материала для неподвижной фазы на основе оксида кремния.
Поэтому задачей настоящего изобретения является обеспечить материал на основе оксида кремния, который имеет высокую химическую и механическую стабильность и который можно функционализировать регулируемым способом. Также задачей настоящего изобретения является обеспечить разделяющий материал для неподвижной фазы для хроматографии, который имеет высокую химическую и механическую стабильность и который имеет высокую загружаемость. Также задачей настоящего изобретения является обеспечить разделяющий материал для неподвижной фазы, который имеет все производительные преимущества описанного в предшествующем уровне техники, поверхностно функционализированного оксида кремния на основе чистого оксида кремния одновременно с более высокой химической стабильностью.
Изобретение
Неожиданно было обнаружено, что задачи настоящего изобретения достигаются посредством осуществления способа приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, состоящего в приготовлении реакционной смеси путем смешения водной среды, содержащей от приблизительно 25 до приблизительно 100 массовых % воды, материала (S) на основе оксида кремния и одного или нескольких органосилановых соединений (А), и реакцию данной смеси. Данная реакционная смесь подходящим образом приготавливается путем добавления в любом порядке к и, по меньшей мере, частичным растворением в водной среде, содержащей от приблизительно 25 до приблизительно 100 массовых % воды, одного или нескольких органосилановых соединений (А), и добавления материала (S) на основе оксида кремния.
"Водная среда" содержит предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 30 массовых % воды, также предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 100 массовых %, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 40 массовых % воды, также предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 100 массовых %, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 60 массовых % воды, также более предпочтительно от приблизительно 60 до приблизительно 100 массовых %, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 80 массовых % воды, также наиболее предпочтительно от приблизительно 80 до приблизительно 100 массовых %.
Водная среда предпочтительно содержит менее чем приблизительно 10 массовых % любого органического растворителя, не смешивающегося с водой, предпочтительно менее чем приблизительно 1 массовый %, наиболее предпочтительно водная среда свободна от любых органических растворителей, не смешивающихся с водой.
"Материал (S) на основе оксида кремния" здесь означает оксид кремния или материал, содержащий оксид кремния. Предпочтительно материал (S) на основе оксида кремния представляет собой оксид кремния.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения одно или несколько органосилановых соединений (А) предпочтительно растворяют в водной среде, содержащей органический растворитель, смешивающийся с водой, в количестве от приблизительно 1 до приблизительно 75 массовых %, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 60 массовых %, наиболее предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 50 массовых %. Органический растворитель предпочтительно является спиртом, который предпочтительно представляет собой одноатомный или двухатомный спирт. Примерами предпочтительных спиртов являются метанол, этанол, пропанол и изопропанол, этиленгликоль и пропиленгликоль. Наиболее предпочтительно спирт является метанолом или этанолом. Количество органического растворителя в реакционной смеси также может меняться по мере того, как реагируют компоненты реакционной смеси. В одном таком варианте осуществления жидкая фаза реакционной смеси содержит органический растворитель в количестве в вышеуказанных границах, после некоторого времени реакции содержание воды увеличивают путем добавления воды или испарения органического растворителя и реакционная смесь реагирует далее.
Количество одного или нескольких органосилановых соединений (А), добавленных к водной среде, вычисляемое в виде массовых % от всей реакционной смеси, предпочтительно составляет от приблизительно 1 до приблизительно 25 массовых %, предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 15 массовых %.
Количество материала (S) на основе оксида кремния, добавленного к водной среде, вычисляемое в виде массовых % от всей реакционной смеси, предпочтительно составляет от приблизительно 1 до приблизительно 50 массовых %, предпочтительно от приблизительно 3 до приблизительно 30 массовых %, наиболее предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 20 массовых %.
Температура реакционной смеси предпочтительно составляет от приблизительно 40 до приблизительно 300°С, предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 200°С, более предпочтительно от приблизительно 75 до приблизительно 175°С, даже более предпочтительно от приблизительно 80 до приблизительно 175°С, даже более предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 160°С, наиболее предпочтительно от приблизительно 100 до приблизительно 150°С. Когда необходимо, к реакционной смеси прикладывают давление выше атмосферного давления, чтобы можно было достичь данных температур реакционной смеси.
Компоненты реакционной смеси реагируют в течение, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1 минуты, также, предпочтительно, от приблизительно 1 минуты до приблизительно 500 часов, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 30 минут, также предпочтительно от приблизительно 30 минут до приблизительно 300 часов, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1 час, также более предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 200 часов, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 часа, также наиболее предпочтительно от приблизительно 3 часов до приблизительно 100 часов.
В одном варианте осуществления данного способа реакционная смесь предпочтительно содержит основание для подстройки рН в сторону щелочных значений. рН реакционной смеси предпочтительно составляет от приблизительно 7,5 до приблизительно 13, предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 11,5. Выбор основания не является критическим. Однако предпочтительны основания, относящиеся к группе из аммиака и органических аминов.
Кислоту, которая может быть неорганической или органической кислотой, подходящим образом добавляют после того, как компоненты реакционной смеси прореагируют. Предпочтительно, кислота является неорганической кислотой, предпочтительно азотной кислотой, соляной кислотой или серной кислотой.
После того как компоненты реакционной смеси прореагируют, смесь предпочтительно фильтруют и материал на основе оксида кремния промывают. В качестве промывающей среды предпочтительно используют воду, а также органический растворитель, такой как ацетон, тетрагидрофуран, 1,4- или диоксан. Наконец, органо-модифицированный материал на основе оксида кремния сушат предпочтительно при температуре от приблизительно 50°С до приблизительно 140°С.
В одном варианте осуществления данный способ состоит в увеличении температуры во время приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния. Температуру реакционной смеси предпочтительно увеличивают от температуры ТЕМР1 до более высокой температуры ТЕМР2. Обе температуры ТЕМР1 и ТЕМР2 лежат внутри уже указанных диапазонов температуры реакционной смеси.
В одном варианте осуществления данный способ содержит первый этап, где реакционная смесь материала (S) на основе оксида кремния и одного или нескольких органосилановых соединений (А) реагирует при температуре ТЕМР1, с последующим вторым этапом, содержащим воздействие на прореагировавший материал на основе оксида кремния, полученный на первом этапе, температуры ТЕМР2, где ТЕМР2>ТЕМР1. Одна альтернатива состоит в промывке и сушке прореагировавшего материала на основе оксида кремния, полученного на первом этапе, перед его смешиванием с водной средой перед воздействием температуры ТЕМР2 на втором этапе. Другая альтернатива состоит в сохранении прореагировавшего материала на основе оксида кремния, полученного на первом этапе, в растворе, где он реагирует, и увеличении температуры до ТЕМР2.
Дополнительной альтернативой является использование материала на основе оксида кремния, имеющего органическую модификацию поверхности, в качестве исходного материала и воздействие на данный материал условий согласно второму этапу описанного варианта осуществления. Материал на основе оксида кремния, имеющий органическую модификацию поверхности, может реагировать с одним или несколькими органосилановыми соединениями (А), тем самым включая дополнительные органосилановые фрагменты в материал на основе оксида кремния. В этом случае данный этап реакции предпочтительно выполняют до воздействия на материал условий согласно второму этапу описанного варианта осуществления. Материал на основе оксида кремния, имеющий органическую модификацию поверхности, предпочтительно имеет модификацию поверхности, содержащую органические группы, представляющие собой С1-С4 алкил, С2-С4 алкенил или С2-С4 алкинил.
После реакции между одним или несколькими органосилановыми соединениями (А) и материалом на основе оксида кремния (S) органо-модифицированный материал на основе оксида кремния может снова реагировать с одним или несколькими дополнительными органосилановыми соединениями (А), которые могут быть такими же или отличными от использованных ранее соединений, тем самым включая дополнительные органосилановые фрагменты в органо-модифицированный материал на основе оксида кремния.
Температура ТЕМР1 предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 100°С, предпочтительно от приблизительно 75 до приблизительно 100°С, наиболее предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 100°С. Температура ТЕМР2 предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 100 до приблизительно 200°С, предпочтительно от приблизительно 110 до приблизительно 150°С, наиболее предпочтительно от приблизительно 120 до приблизительно 140°С.
На втором этапе жидкая фаза реакционной смеси предпочтительно содержит от приблизительно 80 до приблизительно 100 массовых % воды, предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 100 массовых %, наиболее предпочтительно от приблизительно 95 до приблизительно 100 массовых %.
В одном варианте осуществления содержание воды в жидкой фазе реакционной смеси увеличивают при увеличении температуры от ТЕМР1 до температуры ТЕМР2. Данное увеличение содержания воды предпочтительно выполняют путем добавления воды или путем испарения органического растворителя, смешивающегося с водой, который может присутствовать в реакционной смеси.
Реакционную смесь подвергают воздействию температуры ТЕМР1 в течение предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1 минуты, также, предпочтительно, от приблизительно 1 минуты до приблизительно 500 часов, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 30 минут, также предпочтительно от приблизительно 30 минут до приблизительно 300 часов, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1 час, также более предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 200 часов, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 часа, также наиболее предпочтительно от приблизительно 3 часов до приблизительно 100 часов.
Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния, полученный на первом этапе, подвергают действию температуры ТЕМР2 в течение предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1 минуты, также, предпочтительно, от приблизительно 1 минуты до приблизительно 500 часов, предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 30 минут, также предпочтительно от приблизительно 30 минут до приблизительно 300 часов, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 1 час, также более предпочтительно от приблизительно 1 часа до приблизительно 200 часов, наиболее предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно 3 часа, также наиболее предпочтительно от приблизительно 3 часов до приблизительно 100 часов.
Одно или несколько органосилановых соединений А предпочтительно содержит фрагмент с общей формулой (R1)3-n(X)nSiR2-, где R1 представляет собой С1-С4 алкил, С2-С4 алкенил или С2-С4 алкинил, предпочтительно С1-С2 алкил, R2 представляет собой метилен, а Х представляет собой уходящую группу, n=2 или 3. Одно или несколько органосилановых соединений А предпочтительно имеют общую формулу (R1)3-n(X)nSiR3, где R1 представляет собой С1-С4 алкил, С2-С4 алкенил или С2-С4 алкинил, предпочтительно С1-С2 алкил, R3 представляет собой С1-С8 алкил, С2-С8 алкенил или С2-С8 алкинил, предпочтительно С1-С8 алкил, наиболее предпочтительно С1-С2 алкил, а Х представляет собой уходящую группу, n=2 или 3. Альтернативно, одно или несколько органосилановых соединений А предпочтительно имеют общую формулу: (R4)3-n(X)nSiR6Si(R5)3-m(Y)m, где R4 и R5 независимо друг от друга представляют собой С1-С4 алкил, С2-С4 алкенил или С2-С4 алкинил, предпочтительно С1-С2 алкил, R6 представляет собой С1-С8 алкилен, С2-С8 алкенилен или С2-С8 алкинилен, предпочтительно С2-С5 алкилен, С2-С3 алкенилен или С2-С8 алкинилен, наиболее предпочтительно С1-С3 алкилен или С2-С3 алкенилен, а Х и Y представляют собой уходящие группы, n=2 или 3, m=2 или 3.
Примеры предпочтительных R1 групп представляют собой метил, этил, пропил, 2-пропил, бутил, 2-бутил, этенил, 2-пропенил, 1-пропенил, 1-(1-бутенил), 1-(2-бутенил), 4-(1-бутенил), 2-(1-бутенил), 2-(2-бутенил), 3-(1-бутенил), этинил, 1-пропинил, 3-пропинил, 1-(1-бутинил), 1-(2-бутинил), 4-(1-бутинил) и 3-бутинил.
Примеры предпочтительных R3 групп представляют собой метил, этил, пропил, 2-пропил, бутил, 2-бутил, этенил, 2-пропенил, 1-пропенил, 1-(1-бутенил), 1-(2-бутенил), 4-(1-бутенил), 2-(1-бутенил), 2-(2-бутенил), 3-(1-бутенил), этинил, 1-пропинил, 3-пропинил, 1-(1-бутинил), 1-(2-бутинил), 4-(1-бутинил) и 3-бутинил.
Примеры предпочтительных R4 и R5 групп представляют собой метил, этил, пропил, 2-пропил, бутил, 2-бутил, этенил, 2-пропенил, 1-пропенил, 1-(1-бутенил), 1-(2-бутенил), 4-(1-бутенил), 2-(1-бутенил), 2-(2-бутенил), 3-(1-бутенил), этинил, 1-пропинил, 3-пропинил, 1-(1-бутинил), 1-(2-бутинил), 4-(1-бутинил) и 3-бутинил.
Примеры предпочтительных R6 групп представляют собой метилен, этилен, пропилен, 2-пропилен, бутилен, 2-бутилен, этенилен, 2-пропенилен, 1-пропенилен, 1-(1-бутенилен), 1-(2-бутенилен), 4-(1-бутенилен), 2-(1-бутенилен), 2-(2-бутенилен), 3-(1-бутенилен), 1-пропинилен, 3-пропинилен, 1-(1-бутинилен), 1-(2-бутинилен), 4-(1-бутинилен) и 3-бутинилен.
Для всех органосилановых соединений А могут использоваться все типы уходящих групп X и Y, но предпочтительно они представляют собой галоген, алкокси или алкиламин, предпочтительно хлор, метокси или этокси.
Примеры подходящих органосилановых соединений А включают в себя моноалкилтриалкоксисиланы, такие как метилтриметоксисилан, этилтриметоксисилан, метилтриэтоксисилан и этилтриэтоксисилан, диалкилдиалкоксисиланы, такие как диметилдиметоксисилан, диэтилдиметоксисилан, диметилдиэтоксисилан и диэтилдиэтоксисилан, моноалкилтригалогенсиланы, такие как метилтрихлорсилан, этилтрихлорсилан, и диалкилдигалогенсиланы, такие как диметилдихлорсилан и диэтилдихлорсилан. Дополнительные примеры подходящих органосилановых соединений А включают в себя бис(триметоксисилил)метан, бис(триэтоксисилил)метан, бис(триметоксисилил)этан, бис(триэтоксисилил)этан, бис(триметоксисилил)пропан, бис(триэтоксисилил)пропан, бис(триэтоксисилил)бутан, бис(триэтоксисилил)бутан, бис(тригалогенсилил)метан, бис(тригалогенсилил)этан, бис(тригалогенсилил)пропан, бис(тригалогенсилил)бутан. Предпочтительно используют метилтриалкоксисилан, диметилдиалкоксисилан или бис(триалкоксисилил)этан, где алкокси представляет собой метокси или этокси.
Настоящее изобретение также относится к органо-модифицированному материалу на основе оксида кремния, получаемому с помощью описанного выше способа.
Настоящее изобретение также относится к органо-модифицированному материалу, содержащему часть, которая представляет собой немодифицированный оксид кремния, и часть, которая представляет собой оксид кремния, содержащий органические группы, связанные с оксидом кремния, причем данные органические группы относятся к группам, включающим в себя алкил-, алкенил-, алкинил-, алкилен-, алкенилен- или алкиниленовые группы.
Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния предпочтительно содержит органические группы, распределяющиеся от поверхности внутрь материала на основе кремния с постепенно уменьшающейся концентрацией.
Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния предпочтительно содержит часть, которая представляет собой немодифицированый оксид кремния, и часть, содержащую алкильные группы, алкенильные группы или алкинильные группы, связанные с атомами кремния, входящими в состав -OSi≡ группы, и/или алкиленовые группы, алкениленовые группы или алкиниленовые группы, связанные с двумя атомами кремния, входящими в состав -OSi≡ группы. Данные алкильные группы предпочтительно представляют собой С1-С4 алкильные группы, предпочтительно С1-С3 алкильные группы, наиболее предпочтительно С1-С2 алкильные группы. Данные алкенильные группы предпочтительно представляют собой С2-С4 алкенильные группы, предпочтительно С2-С3 алкенильные группы. Данные алкинильные группы предпочтительно представляют собой С2-С4 алкинильные группы, предпочтительно С2-С3 алкинильные группы. Данные алкиленовые группы предпочтительно представляют собой С1-С8 алкиленовые группы, предпочтительно С1-С5 алкиленовые группы, наиболее предпочтительно С1-С3 алкиленовые группы. Данные алкениленовые группы предпочтительно представляют собой С2-С8 алкениленовые группы, предпочтительно С2-С5 алкениленовые группы, наиболее предпочтительно С2-С3 алкениленовые группы. Данные алкиниленовые группы предпочтительно представляют собой С2-С8 алкиниленовые группы, предпочтительно С2-С5 алкиниленовые группы, наиболее предпочтительно С2-С3 алкиниленовые группы.
Примеры предпочтительных алкил-, алкенил- и алкинильных групп представляют собой метил, этил, пропил, 2-пропил, бутил, 2-бутил, этенил, 2-пропенил, 1-пропенил, 1-(1-бутенил), 1-(2-бутенил), 4-(1-бутенил), 2-(1-бутенил), 2-(2-бутенил), 3-(1-бутенил), этинил, 1-пропинил, 3-пропинил, 1-(1-бутинил), 1-(2-бутинил), 4-(1-бутинил) и 3-бутинил.
Примеры предпочтительных алкилен-, алкенилен- и алкиниленовых групп представляют собой метилен, этилен, пропилен, 2-пропилен, бутилен, 2-бутилен, этенилен, 2-пропенилен, 1-пропенилен, 1-(1-бутенилен), 1-(2-бутенилен), 4-(1-бутенилен), 2-(1-бутенилен), 2-(2-бутенилен), 3-(1-бутенилен), 1-пропинилен, 3-пропинилен, 1-(1-бутинилен), 1-(2-бутинилен), 4-(1-бутинилен) и 3-бутинилен.
Часть, которая представляет собой немодифицированный оксид кремния, предпочтительно содержит самую внутреннюю часть органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, т.е. часть, наиболее удаленную от поверхности.
"Немодифицированный оксид кремния" здесь означает оксид кремния, который не содержит каких-либо органических групп, связанных с оксидом кремния, т.е. данный оксид кремния не изменялся посредством какой-либо реакции с каким-либо органическим соединением. Примеры органических групп представляют собой алкильные и алкиленовые группы. В "немодифицированном оксиде кремния" атом кремния предпочтительно связан с, по меньшей мере, одной, предпочтительно четырьмя, -OSi≡ группами, в которых атомы кремния -OSi≡ групп не связаны дополнительно с какой-либо органической группой, образуя область немодифицированного оксида кремния.
Материал (S) на основе оксида кремния, также как и органо-модифицированный материал на основе оксида кремния, предпочтительно присутствует в форме частиц, предпочтительно пористых частиц. Объемный средний размер пористых частиц предпочтительно составляет от приблизительно 0,5 до приблизительно 500 мкм, предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 200 мкм, наиболее предпочтительно от приблизительно 1,5 до приблизительно 50 мкм. Частицы предпочтительно являются приблизительно сферическими. Средний размер пор пористых частиц составляет предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 5000 Å, предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 3000 Å, наиболее предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 2000 Å.
Альтернативно, материал (S) на основе оксида кремния и органо-модифицированный материал на основе оксида кремния предпочтительно присутствуют в форме монолитного материала. Монолитный материал предпочтительно имеет размер мезопор от приблизительно 10 до приблизительно 3000 Å, предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 2000 Ǻ.
Размер пор органо-модифицированного материала на основе оксида кремния предпочтительно составляет от приблизительно 70 до приблизительно 100% от размера пор материала (S) на основе оксида кремния, предпочтительно от приблизительно 80 до приблизительно 100%, наиболее предпочтительно от приблизительно 90 до приблизительно 100%.
Объем пор материала (S) на основе оксида кремния и органо-модифицированного материала на основе оксида кремния предпочтительно составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 4 мл/г, предпочтительно от приблизительно 0,3 до приблизительно 2 мл/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,5 до приблизительно 1,5 мл/г.
Удельная площадь поверхности (по способу БЭТ) материала (S) на основе оксида кремния и органо-модифицированного материала на основе оксида кремния предпочтительно составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1000 м2/г, предпочтительно от приблизительно 25 до приблизительно 700 м2/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 500 м2/г.
Настоящее изобретение также касается разделяющего материала для неподвижной фазы, содержащего органо-модифицированный материал на основе оксида кремния согласно настоящему изобретению, и способа приготовления данного разделяющего материала для неподвижной фазы. Разделяющий материал для неподвижной фазы предпочтительно имеет функционализацию поверхности в виде одной или нескольких функциональных групп. Эти одна или несколько функциональных групп предпочтительно принадлежат к группе из диолзамещенного алкила, аминозамещенного алкила, цианоалкила, фторалкила, фенила, фторфенила, фенилалкила и С1-С30 алкила, предпочтительно С4-, С8- и С18 алкила.
Спектроскопия твердофазного кремниевого (29Si) ядерного магнитного резонанса (ЯМР) может быть использована для определения структуры материала на основе оксида кремния. Это - известный способ, который описан, например, в Albert K., "NMR investigations of stationary phases", J. Sep.Sci. 2003, 26, 215-224. Атом кремния, имеющий присоединенную органическую группу, а также две -OSi≡ группы, присоединенные к данному атому кремния, называют имеющим структуру Т2. Атом кремния, имеющий присоединенную органическую группу, а также три -OSi≡ группы, присоединенные к данному атому кремния, называют имеющим структуру Т3 (фиг.1).
Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния предпочтительно имеет отношение числа атомов кремния, имеющих структуру Т2, к числу атомов кремния, имеющих структуру Т3, менее чем приблизительно 1, также предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 1, предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,9, предпочтительно от приблизительно 0,15 до приблизительно 0,75, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,6, определяемое с помощью твердофазной ЯМР спектроскопии.
Разделяющий материал для неподвижной фазы предпочтительно имеет отношение числа атомов кремния, имеющих структуру Т2, к числу атомов кремния, имеющих структуру Т3, менее чем приблизительно 0,75, также предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,5, предпочтительно менее чем приблизительно 0,5, также предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,5, наиболее предпочтительно менее чем приблизительно 0,3, также предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,3, определяемое с помощью твердофазной ЯМР спектроскопии.
Структура Т1 означает атом кремния, имеющий присоединенную органическую группу и только одну -OSi≡ группу, присоединенную к данному кремнию. Структура Т1 по существу отсутствует в органо-модифицированном материале на основе оксида кремния согласно настоящему изобретению, а также по существу отсутствует в разделяющем материале для неподвижной фазы согласно настоящему изобретению.
Отношение количества Т1 к количеству всех из (Т1+Т2+Т3) в органо-модифицированном материале на основе оксида кремния предпочтительно составляет от приблизительно 0 до приблизительно 0,05, предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,01, наиболее предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,001. Отношение количества Т2 к количеству всех из (Т1+Т2+Т3) в органо-модифицированном материале на основе оксида кремния, определяемое с помощью твердофазной ЯМР- спектроскопии, предпочтительно меньше, чем приблизительно 0,40, также предпочтительно составляет от приблизительно 0,10 до приблизительно 0,40, предпочтительно меньше, чем приблизительно 0,35, также предпочтительно от приблизительно 0,15 до приблизительно 0,35. Отношение количества Т3 к количеству всех из (Т1+Т2+Т3) в органо-модифицированном материале на основе оксида кремния, определяемое с помощью твердофазной ЯМР спектроскопии, предпочтительно больше или равно приблизительно 0,60, также предпочтительно составляет от приблизительно 0,60 до приблизительно 0,90, предпочтительно больше чем приблизительно 0,65, также предпочтительно от приблизительно 0,65 до приблизительно 0,85.
Отношение количества Т1 ко всему количеству всех из (Т1+Т2+Т3) в разделяющем материале для неподвижной фазы предпочтительно составляет от приблизительно 0 до приблизительно 0,05, предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,01, наиболее предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,001. Отношение количества Т2 к количеству всех из (Т1+Т2+Т3) в разделяющем материале для неподвижной фазы, определяемое с помощью твердофазной ЯМР спектроскопии, предпочтительно меньше, чем приблизительно 0,40, также предпочтительно составляет от приблизительно 0 до приблизительно 0,40, предпочтительно меньше, чем приблизительно 0,30, также предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,30, наиболее предпочтительно меньше, чем приблизительно 0,25, также наиболее предпочтительно от приблизительно 0 до приблизительно 0,25. Отношение количества Т3 к количеству всех из (Т1+Т2+Т3) в разделяющем материале для неподвижной фазы, определяемое с помощью твердофазной ЯМР спектроскопии, предпочтительно больше или равно приблизительно 0,70, также предпочтительно составляет от приблизительно 0,70 до приблизительно 1, предпочтительно больше, чем приблизительно 0,75, также предпочтительно от приблизительно 0,75 до приблизительно 1.
Атом кремния, имеющий четыре -OSi≡ группы, присоединенные к данному кремнию, называют имеющим структуру Q4 (фиг.2). Чистый оксид кремния содержит по существу Q4 атомы кремния. Атом кремния, имеющий одну присоединенную гидроксильную группу, а также три -OSi≡ группы, присоединенные к данному кремнию, называют имеющим структуру Q3 (фиг.3). Структуры Q4 и Q3 можно анализировать с помощью твердофазной кремниевой ЯМР спектроскопии.
Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния и разделяющий материал для неподвижной фазы предпочтительно содержат атомы кремния, имеющие структуру Q4.
Поверхность органо-модифицированного материала на основе оксида кремния содержит атомы кремния, которые являются частью материала на основе оксида кремния, которые не имеют каких-либо органических групп, связанных с ними.
Отношение количества Q3 после полной функционализации и/или замыкания силанольных групп органо-модифицированного материала на основе оксида кремния к количеству Q3 до функционализации и/или замыкания органо-модифицированного материала на основе оксида кремния предпочтительно составляет от приблизительно 0,01 до приблизительно 0,99, предпочтительно от приблизительно 0,10 до приблизительно 0,95, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,25 до приблизительно 0,90.
Размер пор разделяющего материала для неподвижной фазы предпочтительно составляет от приблизительно 20 до приблизительно 100% от объема пор материала (S) на основе оксида кремния, предпочтительно от приблизительно 30 до приблизительно 95%, наиболее предпочтительно от приблизительно 40 до приблизительно 90%.
Объем пор разделяющего материала для неподвижной фазы предпочтительно составляет от приблизительно 0,1 до приблизительно 4 мл/г, предпочтительно от приблизительно 0,2 до приблизительно 2 мл/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 0,3 до приблизительно 1,2 мл/г.
Удельная площадь поверхности (по способу БЭТ) разделяющего материала для неподвижной фазы составляет от приблизительно 1 до приблизительно 1000 м2/г, предпочтительно от приблизительно 25 до приблизительно 700 м2/г, наиболее предпочтительно от приблизительно 50 до приблизительно 500 м2/г. Удельная площадь поверхности (по способу БЭТ) обычно уменьшается, когда материал функционализируют. Таким образом, функционализированный органо-модифицированный материал на основе оксида кремния обычно имеет меньшую удельную площадь поверхности (по способу БЭТ), чем сам органо-модифицированный материал на основе оксида кремния.
Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния и разделяющий материал для неподвижной фазы предпочтительно имеют механическую прочность, которая приблизительно равна прочности материала (S) на основе оксида кремния.
Стабильность органо-модифицированного материала на основе оксида кремния и разделяющего материала для неподвижной фазы в щелочной среде может быть измерена путем упаковки данного материала в колонну, прокачки щелочного раствора через колонну и определения содержания кремния в элюате (с помощью элементного анализа). Щелочная стабильность органо-модифицированного материала на основе оксида кремния и разделяющего материала для неподвижной фазы, предпочтительно имеющих С18-, С8- или С4 функционализацию, определяемая в ч/млн кремния на удельную площадь поверхности (по способу БЭТ) [ч/млн Si/м2/г] в элюате от процедуры прокачки 41,5 мл 10 мМ NаОН, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, при 1 мл/мин, при температуре 25°С, через колонну длиной 215 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, упакованную приблизительно 2,5 г органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, составляет менее чем приблизительно 0,035 [ч/млн Si/м2/г] или от приблизительно 0 до приблизительно 0,035 [ч/млн Si/м2/г], предпочтительно менее чем приблизительно 0,025 [ч/млн Si/м2/г] или от приблизительно 0 до приблизительно 0,025 [ч/млн Si/м2/г]. Щелочная стабильность органо-модифицированного материала на основе оксида кремния и разделяющего материала для неподвижной фазы, предпочтительно имеющих С18-, С8- или С4 функционализацию, определяемая в ч/млн кремния на удельную площадь поверхности (по способу БЭТ) [ч/млн Si/м2/г] в элюате от процедуры прокачки 41,5 мл 100 мМ NаОН, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, при 1 мл/мин, при температуре 25°С, через колонну длиной 215 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, упакованную приблизительно 2,5 г органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, предпочтительно составляет менее чем приблизительно 0,2 [ч/млн Si/м2/г] или от приблизительно 0 до приблизительно 0,2 [ч/млн Si/м2/г], предпочтительно менее чем приблизительно 0,15 [ч/млн Si/м2/г] или от приблизительно 0 до приблизительно 0,15 [ч/млн Si/м2/г].
Способ приготовления разделяющего материала для неподвижной фазы состоит в поверхностной функционализации органо-модифицированного материала на основе оксида кремния согласно настоящему изобретению посредством реакции органо-модифицированного материала на основе оксида кремния с одним или несколькими функционализирующими агентами, содержащими функциональную группу, такую как диолзамещенный алкил, аминозамещенный алкил, цианоалкил, фторалкил, фенил, фторфенил, фенилалкил и С1-С30 алкил, предпочтительно С4-, С8- и С18 алкил. Предпочтительно функционализирующий агент представляет собой органосилан, содержащий функциональную группу. Поверхностная функционализация оксида кремния является хорошо известной процедурой, и подробности подходящих процедур описаны, например, в Silica Gel and Bonded Phases - Their Production, Properties and Use in LC. Raymond P.W. Scott., John Wiley & Sons Ltd., 1993, England, UK, p. 159-160. Поверхностную функционализацию предпочтительно проводят в неводной среде, например толуоле.
После реакции органо-модифицированного материала на основе оксида кремния с функционализирующим агентом предпочтительно выполняют этап замыкания. В качестве функционализирующего агента предпочтительно применяют триметилхлорсилан или диметилдихлорсилан.
Настоящее изобретение дополнительно относится к применению разделяющего материала для неподвижной фазы в способах хроматографического разделения. Такие способы хроматографического разделения могут представлять собой, например, ВЭЖХ, хроматографию со сверхкритической подвижной фазой (ХСФ) и псевдодвижущимся слоем (ПДС).
Настоящее изобретение также относится к упакованной разделяющей колонке для хроматографии, содержащей разделяющий материал для неподвижной фазы настоящего изобретения.
Настоящее изобретение также относится к приготовлению упакованной колонки для хроматографии, содержащему этап упаковки разделяющего материала для неподвижной фазы согласно настоящему изобретению в колонку.
Настоящее изобретение дополнительно относится к способу отделения химических соединений от смеси, состоящему в контактировании данной смеси с разделяющим материалом для неподвижной фазы согласно настоящему изобретению.
Настоящее изобретение теперь будет описано в последующих примерах, которые, однако, не следует понимать в качестве ограничивающих объем изобретения.
Примеры
Пример 1 (Приготовление органо-модифицированного материала на основе оксида кремния):
21,50 мл метилтриметоксисилана добавляли к 300 мл Milli-Q-воды при комнатной температуре. Добавляли 30,00 г частиц оксида кремния (Kromasil®), имеющих средний размер частиц 5 мкм, средний размер пор 120 Å и удельную площадь поверхности 320 м2/г, и смесь нагревали до 95°С. Данную температуру поддерживали в течение 3 ч. Температуру затем снижали до 80°С посредством добавления 21 мл 25% NН3(вод). Данную температуру поддерживали в течение 2 ч. Затем температуру снижали до комнатной температуры и добавляли 21 мл 65% НNО3(вод). Смесь нагревали до 95°С, и эту температуру поддерживали в течение 88 ч, после чего смесь фильтровали и промывали Milli-Q-водой, ТГФ и ацетоном. Материал окончательно сушили при 90°С в течение 4 ч.
Содержание углерода, измеренное с помощью элементного анализа, составляло 3,9 массовых %.
Пример 2 (Приготовление органо-модифицированного материала на основе оксида кремния):
40,5 мл (33-36) этилтриметоксисилана добавляли к 500 мл Milli-Q-воды, содержащей 50 г частиц оксида кремния (Kromasil®), имеющих средний размер частиц 5 мкм, средний размер пор 120 Å и удельную площадь поверхности 320 м2/г. Смесь нагревали до 98°С, и данную температуру поддерживали в течение 16 ч. Температуру снижали ниже 40°С, фильтровали и промывали Milli-Q-водой и ацетоном. Материал сушили при 90°С в течение 4 ч.
Содержание углерода, измеренное с помощью элементного анализа, составляло 7,1 массовых %.
Пример 3 (Приготовление органо-модифицированного материала на основе оксида кремния):
Продукт примера 2 диспергировали в Milli-Q-воде и данную смесь помещали в автоклав. Температуру повышали до 130°С и поддерживали в течение 72 часов. Температуру затем снижали ниже 40°С, фильтровали и промывали Milli-Q-водой и ацетоном. Материал сушили при 90°С в течение 4 ч.
Содержание углерода, измеренное с помощью элементного анализа, составляло 7,1 массовых %.
Пример 4 (Приготовление разделяющего материала для неподвижной фазы):
Органо-модифицированные материалы на основе оксида кремния, приготовленные согласно примеру 1, подвергали функционализации в С18-фазу, используя диметилоктадецилхлорсилан, применяя стандартные процедуры (т.е. используя катализатор на основе амина в толуоле). После функционализации полученную фазу замыкали, используя триметилхлорсилан.
Содержание углерода от С18-функциональности составляло 8,6 массовых %.
Пример 5 (Приготовление разделяющего материала для неподвижной фазы):
Органо-модифицированные материалы на основе оксида кремния, приготовленные согласно примеру 3, функционализировали таким же образом, как описано в примере 4.
Содержание углерода от С18-функциональности составляло 7,3 массовых %.
Примеры 6-14 (Приготовление органо-модифицированных материалов на основе оксида кремния):
Дополнительные органо-модифицированные материалы на основе оксида кремния изготавливали согласно примеру 2 и примеру 3, используя от 30 до 40 мл органосиланов и такие же количества других компонентов. В качестве органосиланов использовали метилтриметоксисилан, метилтриэтоксисилан, этилтриметоксисилан, пропилтриметоксисилан и бис(триэтоксисилил)этан. Полученные материалы в некоторых случаях подвергали С18-функционализации таким же образом, как описано в примере 4. С18 функционализирующий агент представлял собой диметилокстадецилхлорсилан ("С18") или метилокстадецилдихлорсилан ("ди-С18"). Таблица 1 суммирует используемые компоненты, их количества и указывает, применяли или нет автоклавный этап согласно примеру 3.
| Таблица 1 | ||||
| Пример | Органосилан | Автоклав | Содержание углерода в органо-модифицированном материале [%] | Функционализация |
| 6 | метилтриметоксисилан | нет | 2,9 | С18 |
| 7 | метилтриметоксисилан | да | 3,1 | С18 |
| 8 | этилтриметоксисилан | нет | 6,9 | - |
| 9 | этилтриметоксисилан | нет | 6,9 | С18 |
| 10 | этилтриметоксисилан | да | 7,2 | - |
| 11 | этилтриметоксисилан | да | 7,2 | С18 |
| 12 | бис(триэтоксисилил)этан | да | 2,6 | - |
| 13 | бис(триэтоксисилил)этан | да | 2,6 | С18 |
| 14 | пропилтриметоксисилан | да | 6,4 | С18 |
Пример 15 (Тестирование химической стабильности разделяющего материала для неподвижной фазы)
Колонки, имеющие размер 250*4,6 мм, набивали приблизительно 2,5 г разделяющих материалов для неподвижной фазы, приготовленных согласно примерам 4 и 6. В качестве сравнения, другую колонку набивали обычной С18 фазой (Kromasil 100-5-C18), которая содержит С18-фунционализированные частицы оксида кремния.
В ВЭЖХ оборудовании использовали ацетонитрил/50 мМ НОАс-NЕt3 50:50 в качестве подвижной фазы. Значение составляло рН 12. Скорость потока составляла 1 мл/мин во время анализа и 0,1 мл/мин между анализами. Температура была 25°С. Анализируемые вещества толуол, нортриптилин, имипрамин и амитриптилин тестировали с регулярными интервалами.
Фактор емкости k', который представляет собой измерение поведения относительного удерживания, определяли для всех анализируемых веществ.
Таблицы 2-4 показывают результаты. Δk'/Δt представляет собой изменение k' за последние 40 минут.
| Таблица 2 Неподвижная фаза согласно данному изобретению (пример 2) |
||||||||
| Время (ч) | k' толуол |
Δk'/Δt | k' нортриптилин |
Δk'/Δt | k' имипрамин |
Δk'/Δt | k' амитриптилин |
Δk'/Δt |
| 0 | 7,62 | - | 12,15 | - | 19,55 | - | 24,58 | - |
| 40 | 7,74 | 0,003 | 13,76 | 0,040 | 20,96 | 0,035 | 26,33 | 0,044 |
| 80 | 7,68 | -0,0015 | 14,09 | 0,0082 | 21,16 | 0,0050 | 26,56 | 0,0058 |
| 120 | 7,66 | -0,0005 | 14,26 | 0,0042 | 21,25 | 0,0022 | 26,68 | 0,0030 |
| Таблица 3 Неподвижная фаза согласно данному изобретению (пример 5) |
||||||||
| Время (ч) | k' толуол |
Δk'/Δt | k' нортриптилин |
Δk'/Δt | k' имипрамин |
Δk'/Δt | k' амитриптилин |
Δk'/Δt |
| 0 | 7,22 | - | 11,41 | - | 18,92 | - | 23,73 | - |
| 40 | 7,37 | -0,0038 | 13,42 | 0,050 | 20,90 | 0,050 | 26,21 | 0,062 |
| 80 | 7,36 | -0,0002 | 13,78 | 0,0090 | 21,13 | 0,025 | 26,55 | 0,0085 |
| 120 | 7,33 | -0,0008 | 14,00 | 0,0055 | 21,31 | 0,0045 | 26,77 | 0,0055 |
| Таблица 4 Обычная С18-фаза (Kromasil) |
||||||||
| Время (ч) | k' толуол |
Δk'/Δt | k' нортриптилин |
Δk'/Δt | k' имипрамин |
Δk'/Δt | k' амитриптилин |
Δk'/Δt |
| 0 | 8,45 | - | 15,22 | - | 25,18 | - | 32,67 | - |
| 40 | 8,61 | 0,0040 | 19,94 | 0,12 | 27,76 | 0,064 | 35,89 | 0,080 |
| 80 | 8,61 | 0 | 21,69 | 0,044 | 28,49 | 0,018 | 36,69 | 0,020 |
| 120 | 8,62 | 0,0002 | 22,88 | 0,030 | 29,07 | 0,014 | 37,37 | 0,017 |
В случае обычной С18 фазы результаты показывают, что для толуола, который взаимодействует существенно только с гидрофобной С18 функциональностью, нет ухудшения С18 функциональности со временем. Однако результаты для других анализируемых веществ, которые также взаимодействуют с гидрофильными структурами, такими как силанольные группы, показывают, что существует увеличивающееся взаимодействие со временем, которое указывает на процесс повреждения поверхности оксида кремния. Для С18 фазы согласно настоящему изобретению С18 функциональность повреждается в гораздо меньшей степени, чем для обычной С18-фазы. Таким образом, химическая стабильность С18 фазы согласно настоящему изобретению существенно выше, чем для обычной С18 фазы.
Пример 16 (Тестирование химической стабильности разделяющего материала для неподвижной фазы)
Колонки, имеющие размер 250*4,6 мм, набивали каждую приблизительно 2,5 г разделяющего материала для неподвижной фазы, приготовленного согласно примерам 7, 8, 10, 12, 13 и 15. В качестве сравнения, одну колонку набивали обычной С18 фазой (Kromasil 100-5-C18), которая содержит С18-фунционализированные частицы оксида кремния.
В ВЭЖХ оборудовании анализируемые вещества нортриптилин и амитриптилин тестировали, используя 25 мМ К-РО4-буфер (рН 6)/метанол 50:50 в качестве подвижной фазы. Скорость потока составляла 1 мл/мин и температура была 25°С. Фактор емкости k', который представляет собой измерение поведения относительного задерживания, определяли для каждого анализируемого вещества.
Колонку затем обрабатывали 0,1 М NаОН (вод.)/этанол 50:50 в течение пяти часов. После уравновешивания колонки факторы емкости снова определяли для анализируемых веществ, используя те же условия, как ранее.
Изменение фактора емкости показано в таблице 5.
| Таблица 5 | ||||||
| Фаза | нортриптилин | амитриптилин | ||||
| k' до | k' после | % изменение | k' до | k' после | % изменение | |
| Обычная С18-фаза | 1,08 | 5,73 | +433 | 4,46 | 10,89 | +144 |
| Данное изобретение (пример 7) |
0,91 | 4,46 | +392 | 3,77 | 6,57 | +74 |
| Данное изобретение (пример 8) |
0,89 | 1,74 | +95 | 3,37 | 3,92 | +16 |
| Данное изобретение (пример 9) |
0,84 | 3,30 | +292 | 3,57 | 5,79 | +62 |
| Данное изобретение (пример 11) |
0,77 | 1,27 | +64 | 3,06 | 3,37 | +10 |
| Данное изобретение (пример 13) |
1,33 | 3,46 | +160 | 5,08 | 6,62 | +30 |
| Данное изобретение (пример 14) |
0,91 | 1,96 | +115 | 3,75 | 4,70 | +25 |
Можно заключить, что материалы согласно настоящему изобретению дают лучшие результаты, с точки зрения стабильности фактора емкости в щелочных условиях, чем обычная С18-фаза.
Пример 17 (Химическая стабильность разделяющего материала для неподвижной фазы, с точки зрения потери кремния)
2,5 г каждой из трех партий разделяющих материалов для неподвижной фазы, изготовленных согласно объединенным примерам 2 и 3 (этилмодифицированные, обработанные в автоклаве) и функционализированных метилоктадецилдихлорсиланом согласно процедуре в примере 4, набивали каждые в три колонки длиной 215 мм и внутренним диметром 4,6 мм. Удельная площадь поверхности данных материалов каждая была приблизительно 140 м2/г. 41,5 мл 10 мМ NаОН, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, прокачивали при 1 мл/мин при температуре 25°С через каждую колонку. Содержание кремния определяли в элюатах с помощью элементного анализа. Также обеспечивали колонку, набитую обычной С-18 модифицированной неподвижной фазой. Процедуру повторяли, прокачивая 10 мМ NаОН:этанол в объемном отношении 1:1 и 100 мМ NаОН:этанол в объемном отношении 1:1 через свежие колонки соответственно. Таблица 6 показывает результаты.
| Таблица 6 Содержание кремния в элюате |
||
| Содержимое колонки | Концентрация раствора NаОН [мМ] |
|
| 10 | 100 | |
| Материал согласно данному изобретению Партия 1 |
0,016 [ч/млн Si/м2/г] | 0,098 [ч/млн Si/м2/г] |
| Материал согласно данному изобретению Партия 2 |
0,015 [ч/млн Si/м2/г] | 0,13 [ч/млн Si/м2/г] |
| Материал согласно данному изобретению Партия 3 |
0,016 [ч/млн Si/м2/г] | 0,13 [ч/млн Si/м2/г] |
| Обычный С18-материал | 0,039 [ч/млн Si/м2/г] | 0,21 [ч/млн Si/м2/г] |
Можно заключить, что материал согласно настоящему изобретению демонстрирует гораздо более высокую стабильность в сильных щелочных растворах, чем обычная С18-фаза. Стабильность также воспроизводится между разными партиями.
Пример 18 (Механическая стабильность разделяющего материала для неподвижной фазы)
Механическую стабильность частиц пористого оксида кремния измеряют путем упаковки приблизительно 25 мм частиц оксида кремния в колонку, имеющую внутренний диаметр 50 мм, используя давление 40 бар. Подвижную фазу прокачивают через колонку и определяют противодавление, которое необходимо преодолевать, чтобы двигать подвижную фазу сквозь колонку. Затем частицы оксида кремния подвергают давлению 60, 80, 100, 120, 150, 200, 250 и 300 бар, где противодавление измеряют при каждом давлении поршня. Определяют увеличение давления [%] на 40 бар при каждом давлении поршня.
Механическую стабильность органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, приготовленного согласно примеру 3 (этил-модифицированного), определяли с помощью описанного способа. В качестве сравнения тестировали обычный материал (Kromasil C4), представляющий собой С4-функционализированный (чистый) голый оксид кремния.
Результаты показаны в таблице 7.
| Таблица 7 | ||
| Увеличение давления (%) | ||
| Давление поршня | Материал данного изобретения (пример 3) | Обычная С4-фаза (Kromasil C4), |
| 40 | 0 | 0 |
| 60 | 3,3 | 8,3 |
| 80 | 9,9 | 13,9 |
| 100 | 16,5 | 22,2 |
| 120 | 19,8 | 30,6 |
| 150 | 27,5 | 38,9 |
| 200 | 40,7 | 44,4 |
| 250 | 54,9 | 69,4 |
| 300 | 65,9 | 108,3 |
Можно заключить, что органо-модифицированный материал на основе оксида кремния настоящего изобретения имеет прекрасную механическую стабильность.
Пример 19 (Регулирование степени функционализации)
Органо-модифицированные материалы на основе оксида кремния готовили согласно способу комбинированных примеров 2 и 3, варьируя количество органосилана (этилтриметоксисилан). Затем проводили С18-функционализацию, следуя процедуре примера 4. Оставшиеся силанольные группы замыкали триметоксисиланом. Определяли содержание углерода в органо-модифицированных материалах на основе оксида кремния и в С18-функционализированных фазах. Отношение показано на фиг.4.
Можно заключить, что существует явная корреляция между содержанием углерода в органо-модифицированном материале на основе оксида кремния и содержанием углерода в таком же материале, подвергнутом функционализации. Данная корреляция показана на фиг.4. Эта корреляция делает возможным эффективно регулировать степень функционализации.
1. Способ приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, заключающийся в приготовлении реакционной смеси путем смешения среды, содержащей от приблизительно 25 до приблизительно 100 мас.% воды, материал (S) на основе оксида кремния и одно или несколько органосилановых соединений (А), и взаимодействие данной смеси, причем одно или несколько органосилановых соединений А имеют:
общую формулу (R1)3-n(X)nSiR3-, где R1 представляет собой C1-C4алкил, C2-С4алкенил или С2-С4алкинил, R3 представляет собой C1-C8алкил, C2-C8алкенил или С2-С8алкинил, а Х представляет собой уходящую группу, n=2 или 3, или
общую формулу: (R4)3-n(X)nSiR6Si(R5)3-m(Y)m, где R4 и R5 независимо друг от друга представляют собой C1-C4алкил, С2-С4алкенил или С2-С4алкинил, R6 представляет собой C1-C8алкилен, С2-С8алкенилен или C2-C8алкинилен, а Х и Y представляют собой уходящие группы, n=2 или 3, m=2 или 3,
материал (S) на основе оксида кремния существует в форме пористых частиц или в форме монолитного материала, который имеет размер мезопор от приблизительно 10 до приблизительно 3000 Å.
2. Способ приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния по п.1, где одно или несколько органосилановых соединений А имеют:
общую формулу (R1)3-n(X)nSiR3-, где R1 представляет собой C1-C2алкил, R3 представляет собой C1-C2алкил, а Х представляет собой уходящую группу, n=2 или 3, или
общую формулу: (R4)3-n(X)nSiR6Si(R5)3-m(Y)m, где R4 и R5 независимо друг от друга представляют собой C1-C2алкил, R6 представляет собой C1-С3алкилен, а Х и Y представляют собой уходящие группы, n=2 или 3, m=2 или 3.
3. Способ приготовления органо-модифицированного материала на основе оксида кремния по любому из пп.1 и 2, где реакционную смесь приготовляют в любом порядке:
(i) добавляют к и, по меньшей мере, частично растворяют в водной среде, содержащей от приблизительно 25 до приблизительно 100 мас.% воды, одно или несколько органосилановых соединений А, и (ii) добавляют материал (S) на основе оксида кремния.
4. Способ по любому из пп.1 и 2, где температура реакционной смеси составляет от приблизительно 40 до приблизительно 300°С.
5. Способ по любому из пп.1 и 2, где температура реакционной смеси составляет от приблизительно 75 до приблизительно 175°С.
6. Способ по любому из пп.1 и 2, содержащий первый этап, где реакционная смесь материала (S) на основе оксида кремния и одного или нескольких органосилановых соединений (А) реагирует при температуре TEMPI, с последующим вторым этапом, где подвергают прореагировавший материал на основе оксида кремния, полученный на первом этапе, действию температуры ТЕМР2, где ТЕМР2>ТЕМР1.
7. Способ по п.6, где температура TEMP1 лежит внутри диапазона от приблизительно 75 до приблизительно 100°С, а температура ТЕМР2 лежит внутри диапазона от приблизительно 100 до приблизительно 175°С.
8. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния, содержащий часть, которая представляет собой немодифицированный оксид кремния, и часть, содержащую алкильные группы, алкенильные группы или алкинильные группы, связанные с атомами кремния, входящими в состав -OSi≡группы, и/или алкиленовые группы, алкениленовые группы или алкиниленовые группы, связанные с двумя атомами кремния, входящими в состав -OSi≡группы, причем алкильные группы, алкенильные группы или алкинильные группы распределяются от поверхности внутрь материала на основе кремния с постепенно уменьшающейся концентрацией, а органо-модифицированный материал на основе оксида кремния присутствует в форме пористых частиц или в форме монолитного материала, который имеет размер мезопор от приблизительно 10 до приблизительно 3000 Å.
9. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по п.8, в котором алкильные группы представляют собой C1-C4алкильные группы, алкенильные группы представляют собой С2-С4алкенильные группы, алкинильные группы представляют собой С2-С4алкинильные группы.
10. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, в котором алкиленовые группы представляют собой C1-C8алкиленовые группы, алкениленовые группы представляют собой C2-C8алкениленовые группы, алкиниленовые группы представляют собой С2-C8алкиниленовые группы.
11. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, в котором алкильные группы представляют собой C1-С2алкильные группы, алкенильные группы представляют собой С2-С3алкенильные группы, алкинильные группы представляют собой С2-С3алкинильные группы.
12. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, в котором алкиленовые группы представляют собой C1-С3алкиленовые группы, алкениленовые группы представляют собой С2-С3 алкениленовые группы, алкиниленовые группы представляют собой С2-С3 алкиниленовые группы.
13. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, содержащий часть, содержащую C1-C4алкильные группы, связанные с атомами кремния, входящими в состав -OSi≡группы.
14. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, имеющий щелочную стабильность, определяемую в ч./млн кремния на удельную площадь поверхности (по способу БЭТ) (ч./млн Si/м2/г) в элюате от процедуры прокачки 41,5 мл 10 мМ NaOH, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, при 1 мл/мин, при температуре 25°С, через колонку длиной 215 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, упакованную приблизительно 2,5 г органо-модифицированного материала на основе оксида кремния, менее чем приблизительно 0,035 [ч/млн Si/м2/г].
15. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, имеющий щелочную стабильность, определяемую в ч./млн кремния на удельную площадь поверхности (по способу БЭТ) (ч./млн Si/м2/г) в элюате от процедуры прокачки 41,5 мл 100 мМ NaOH, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, при 1 мл/мин, при температуре 25°С, через колонку длиной 215 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, упакованную приблизительно 2,5 г органо-модифицированного материала на основе оксида кремния менее чем приблизительно 0,2 (ч./млн Si/м2/г).
16. Органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8 и 9, который содержит органические группы, распределяющиеся от поверхности внутрь материала на основе кремния с постепенно уменьшающейся концентрацией.
17. Применение органо-модифицированного материала на основе оксида кремния по любому из пп.8-16 в качестве разделяющего материала для неподвижной фазы для хроматографии.
18. Применение органо-модифицированного материала на основе оксида кремния по любому из пп.8-16 в качестве основы для дополнительной функционализации при приготовлении разделяющего материала для неподвижной фазы для хроматографии.
19. Разделяющий материал для неподвижной фазы, содержащий органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8-16.
20. Разделяющий материал для неподвижной фазы по п.19, который дополнительно имеет поверхностную функционализацию в форме одной или нескольких функциональных групп.
21. Разделяющий материал для неподвижной фазы по п.20, в котором одна или несколько функциональных групп принадлежат к группе из диол-замещенного алкила, амино-замещенного алкила, цианоалкила, фторалкила, фенила, фторфенила, фенилалкила или C1-С30алкила.
22. Разделяющий материал для неподвижной фазы по любому из пп.19-21, имеющий щелочную стабильность, определяемую в ч./млн кремния на удельную площадь поверхности (по способу БЭТ) (ч./млн Si/м2/г) в элюате от процедуры прокачки 41,5 мл 10 мМ NaOH, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, при 1 мл/мин, при температуре 25°С, через колонку длиной 215 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, упакованную приблизительно 2,5 г органо-модифицированного материала на основе оксида кремния менее чем приблизительно 0,035 (ч./млн Si/м2/г).
23. Разделяющий материал для неподвижной фазы по любому из пп.19-21, имеющий щелочную стабильность, определяемую в ч./млн кремния на удельную площадь поверхности (по способу БЭТ) (ч./млн Si/м2/г) в элюате от процедуры прокачки 41,5 мл 100 мМ NaOH, смешанного с этанолом в объемном отношении 1:1, при 1 мл/мин, при температуре 25°С, через колонку длиной 215 мм и внутренним диаметром 4,6 мм, упакованную приблизительно 2,5 г органо-модифицированного материала на основе оксида кремния менее чем приблизительно 0,2 (ч./млн Si/м2/г).
24. Способ приготовления разделяющего материала для неподвижной фазы, где органо-модифицированный материал на основе оксида кремния по любому из пп.8-16 реагирует с органосиланом, содержащим функциональную группу, выбранную из диол-замещенного алкила, амино-замещенного алкила, цианоалкила, фторалкила, фенила, фторфенила, фенилалкила или C1-С30алкила.
25. Применение органо-модифицированного материала на основе оксида кремния по любому из пп.8-16 в способах хроматографического разделения.
26. Применение разделяющего материала для неподвижной фазы по любому из пп.19-23 в способах хроматографического разделения.
27. Разделяющая колонка для хроматографии, содержащая разделяющий материал для неподвижной фазы по любому из пп.19-23.
