液相色譜柱的制作方法
【專利說明】液相色譜柱 本申請(qǐng)為一項(xiàng)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)，其母案的申請(qǐng)日為2012年2月14日、申請(qǐng)?zhí)?為201280008744. 7、發(fā)明名稱為"納米大小化學(xué)改性材料和用途"。 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)是2011年2月14日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/442, 752的非臨時(shí)申請(qǐng)并且要 求了該美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。 發(fā)明背景
[0001] 對(duì)于液相色譜應(yīng)用，固定相的選擇性和水解穩(wěn)定性是最重要的方面。硅烷化試劑 已經(jīng)被廣泛用來(lái)對(duì)用于液相色譜和許多其他應(yīng)用的固體載體（包括硅膠）進(jìn)行改性。雖然 具有不同官能團(tuán)的硅烷化試劑是可商購(gòu)的，但是制造具有高表面覆蓋率和高水解穩(wěn)定性的 固定相仍然充滿挑戰(zhàn)。
[0002] 多面體式寡聚倍半硅氧烷（P0S巧是一類具有高度對(duì)稱性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和 熱穩(wěn)定性W及現(xiàn)成的可商購(gòu)性的納米大小的化合物。它們可W用作納米級(jí)構(gòu)造單元來(lái)改善 廣泛范圍的材料的性質(zhì)，運(yùn)些材料包括醫(yī)用聚合物、高溫復(fù)合物、樹枝狀聚合物、液晶、涂層 等。P0SS是基于六一、八一W及十一元環(huán)的呈Ξ維結(jié)構(gòu)的結(jié)晶固體。最常觀察到的形式是 具有式巧Si〇v2)S的T8立方多面體式八聚物，它由具有來(lái)自呈Ξ維安排的立方體的各個(gè)角 的八條懸臂的一個(gè)硅氧烷立方籠組成。除了完全P0SS(如T8)之外，不完全地形成的中間物 P0SS化合物也已被開發(fā)出來(lái)。舉例來(lái)說，具有Ξ個(gè)經(jīng)過定向的相鄰硅烷醇的不完全T7P0SS 化合物已經(jīng)被共價(jià)附接到不同的基質(zhì)上。關(guān)于一般性綜述，參見科德斯等人，立方多面體式 寡聚倍半硅氧烷的化學(xué)性質(zhì)的最新發(fā)展，化學(xué)評(píng)論2010,110,2081 -2173(Cordesetal.， 民ecentDevelopmentsintheChemistryofCubicPolyhedralOligosilsesquioxanes， Chem.Rev. 2010,110, 2081 - 2173)。
[0003] 雖然POSS化合物被充分表征并且廣泛使用，但是它們?cè)诜蛛x領(lǐng)域中實(shí)際上仍然 未開發(fā)。一份報(bào)告描述了一種P0SS交聯(lián)劑用于無(wú)機(jī)一有機(jī)混合式整體柱中的用途，然而 運(yùn)些工作者沒有描述P0SS接枝到一種固體載體上作為一種色譜用固定相的用途。多面體 式寡聚倍半硅氧烷作為一種交聯(lián)劑用于制備無(wú)機(jī)一有機(jī)混合式整體柱。吳等人，分析化學(xué) (2010)，82(13)，5447 - 5454(PolyhedralOligomericSilsesquioxaneasaCross- linkerforPreparationofInorganic-OrganicHybridMonolithicColumns.Wu,et al.，.AnalyticalQiemistry(2010)，82(13)，5447 - 5454)。
[0004]POSS化合物作為用于色譜應(yīng)用（例如，液相色譜化C)、氣相色譜（GC)W及樣品制 備消耗品）的固定相表面改性劑的用途將提供獲得具有多種性質(zhì)的新穎材料的途徑。本 發(fā)明提供具有作為表面改性劑來(lái)制造用于色譜應(yīng)用的固定相的用途的納米大小P0SS化合 物，運(yùn)些色譜應(yīng)用包括液相色譜化0、氣相色譜（GC)W及樣品制備消耗品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 相比于通過常規(guī)方法使用硅烷化試劑制備的那些固定相材料，含P0SS的色譜用 固定相材料展示了若干益處，例如，水解穩(wěn)定性改善、疏水性增加、高配體覆蓋率W及獨(dú)特 的選擇性（形狀選擇性增加、疏水選擇性增加）。另外，各種有用的POSS化合物在經(jīng)濟(jì)成本 下的可商購(gòu)性使其成為一種用于開發(fā)新穎固定相的可行方法。然而，直到本發(fā)明，基于P0SS 的材料才被用作色譜用固定載體的表面改性劑。
[0006] 在不同的實(shí)施例中，本發(fā)明提供了具有一個(gè)被多面體式寡聚倍半硅氧烷（P0S巧 共價(jià)改性的表面的新穎材料。P0SS可W被直接接枝到固體載體上或者它可W通過一種共價(jià) 結(jié)合到固體載體和P0SS兩者的連接物被間接接枝到固體載體上。在示例性實(shí)施例中，本發(fā) 明還提供了制備和使用運(yùn)些新穎材料的方法。本發(fā)明的示例性材料適用于色譜（例如，液 相、氣相）和萃取（例如，固相萃?。?。
[0007] P0SS化合物是對(duì)稱的納米大小構(gòu)造部分。相比于常規(guī)硅烷偶聯(lián)劑，它們可W被用 于在基質(zhì)表面上產(chǎn)生不同的表面形態(tài)和獨(dú)特的性質(zhì)。因此，P0SS鍵合相具有設(shè)計(jì)并制造提 供獨(dú)特色譜選擇性的固定相的用途。相比于硅烷偶聯(lián)劑，P0SS化合物因?yàn)槠浞菗]發(fā)性性質(zhì) 和低毒性，所W是用于表面改性的更經(jīng)濟(jì)和更安全的前體。許多具有多種官能團(tuán)的P0SS化 合物是可商購(gòu)的。
[0008] 由P0SS所提供的一個(gè)具體優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)分子可W提供相對(duì)于由W假定單層方式施 加的類似硅烷偶聯(lián)劑所提供的表面覆蓋率高達(dá)五倍的表面覆蓋率，其中R=環(huán)己基。因此， P0SS鍵合相具有高配體密度，運(yùn)使得相比于通過硅烷化制備的類似固定相，水解穩(wěn)定性更 佳和疏水性保持力更局。
[0009] 根據(jù)W下詳細(xì)說明將清楚本發(fā)明的其他實(shí)施例、目的W及優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0010] 圖1示出了T7R7(0H)3-P0SS(式I)的通用結(jié)構(gòu)。
[0011] 圖 2 示出了T7R7(0H)3-P0SS的實(shí)例。
[001引圖3示出了TsRyX-P0SS(式II)的通用結(jié)構(gòu)。
[001引 圖4示出了TsRyX-P0SS的實(shí)例。
[0014] 圖5示出了基質(zhì)材料的實(shí)例。
[001引圖6示出了T7-POSS鍵合相（式III)的通用合成路線。
[001引圖7示出了Ty-POSS鍵合相的實(shí)例。
[0017] 圖8示出了Ts-P0SS鍵合相（式IV)的通用合成路線。
[001引 圖9示出了Ts-POSS鍵合相50、51W及52的合成。
[0019] 圖10示出了Ts-POSS鍵合相53的合成。
[0020] 圖11示出了Ts_P0SS鍵合相54的合成。
[0021] 圖12示出了Ts-POSS鍵合相55的合成。
[0022] 圖13示出了Ts-P0SS鍵合相56的合成。
[0023] 圖14示出了Ts-P0SS鍵合相57的合成。
[0024] 圖15示出了Ts-P0SS鍵合相58和59的合成。
[002引 圖16示出了Ts-P0SS鍵合相60和61的合成。
[0026] 圖17示出了Ts-P0SS鍵合相62的合成。
[0027] 圖18示出了Ts-P0SS鍵合相63的合成。
[0028] 圖19示出了Ts-P0SS鍵合相64、65W及66的合成。
[0029] 圖20示出了Τ8 - POSS鍵合相67的合成。
[0030] 圖21示出了Ts-P0SS鍵合相68的合成。
[0031] 圖22示出了Ts-P0SS鍵合相69和70的合成。
[003引圖23示出了Ts-P0SS鍵合相71的合成。
[0033] 圖24示出了通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異下基Ξ官能相（72)和異辛基Ξ官能相 (73)的結(jié)構(gòu)。
[0034] 圖25示出了異下基P0SS相（43)與異下基Ξ官能相（72)之間的疏水性比較。顯 然，異下基P0SS改性相提供比通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異下基Ξ官能相更高（3倍）的疏 水性保持力，表明更高的鍵合密度。
[003引圖26示出了異辛基P0SS相（44)與異辛基Ξ官能相（73)之間的疏水性比較。顯 然，異辛基P0SS改性相提供比通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異辛基Ξ官能相更高（> 2倍）的 疏水性保持力，表明更高的鍵合密度。
[0036] 圖27示出了異下基P0SS相（43)與異下基Ξ官能相（72)之間的疏水選擇性比 較。顯然，異下基P0SS改性相提供比通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異下基Ξ官能相更高的疏水 選擇性，表明更高的鍵合密度。
[0037] 圖28示出了異辛基P0SS相（44)與異辛基Ξ官能相（73)之間的疏水選擇性比 較。顯然，異辛基P0SS改性相提供比通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異辛基Ξ官能相更高的疏水 選擇性，表明更高的鍵合密度。
[0038] 圖29示出了異下基P0SS相（43)與異下基Ξ官能相（72)之間的形狀選擇性比 較。顯然，異下基P0SS改性相提供與通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異下基Ξ官能相迴然不同的 形狀選擇性。
[0039] 圖30示出了異辛基P0SS相（44)與異辛基Ξ官能相（73)之間的形狀選擇性比 較。顯然，異辛基P0SS改性相提供與通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異辛基Ξ官能相迴然不同的 形狀選擇性。
[0040] 圖31示出了異下基P0SS相（43)與異下基Ξ官能相仍）之間的低抑水解穩(wěn)定 性比較。顯然，異下基P0SS改性相提供比通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異下基Ξ官能相更高的 水解穩(wěn)定性，表明在鍵合位點(diǎn)處的鍵合覆蓋率更佳并且立體選擇性更高。
[00川圖32示出了異辛基P0SS相（44)與異辛基Ξ官能相（73)之間的低抑水解穩(wěn)定 性比較。顯然，異辛基P0SS改性相提供比通過常規(guī)硅烷反應(yīng)制備的異辛基Ξ官能相更高的 水解穩(wěn)定性，表明在鍵合位點(diǎn)處的鍵合覆蓋率更佳并且立體選擇性更高。 圖33對(duì)應(yīng)地示出了異辛基P0SS相（44)與正辛基單官能相（73)之間的水解穩(wěn)定性比 較。兩個(gè)相均具有類似的碳含量巧％ )并且是基于同一批未加工的硅膠。顯然，兩個(gè)P0SS 鍵合相均提供比通過常規(guī)硅烷化學(xué)方法制備的單官能C8相更佳的水解穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】 I.介紹
[004引如上文所闡述，諸位發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到P0SS改性的固體載體（例如，色譜用固定 相和萃取用固相）提供了獲得具有獨(dú)特性質(zhì)的材料的途徑并且允許對(duì)多種特性進(jìn)行工程 改造，如用于分析物的運(yùn)些材料的大小和形狀選擇性，W及運(yùn)些材料的穩(wěn)定性。示例性固定 相是τ,-POSS固定相，它是通過一種固體載體與一種τ7咕(0巧3-POSS物質(zhì)之間的反應(yīng) 所形成。在運(yùn)種情況下，每一個(gè)P0SS分子中的Ξ個(gè)硅烷醇基團(tuán)是W-種方式進(jìn)行定向，該 方式使得可W在P0SS與二氧化娃表面之間形成Ξ個(gè)Si- 0 -Si鍵聯(lián)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定的鍵 合。另外，由于每一個(gè)P0SS分子中屯個(gè)R基團(tuán)的可供使用性，所WP0SS的配體密度相對(duì)于 W假定單層方式施加的類似硅烷偶聯(lián)劑中的配體密度更高。最后但并非最不重要的，納米 大小并且對(duì)稱的P0SS分子在基質(zhì)表面上產(chǎn)生獨(dú)特的表面形態(tài)，運(yùn)產(chǎn)生了新穎的色譜性質(zhì)。 [004引本發(fā)明還提供了具有類似官能團(tuán)的其他P0SS鍵合相，如1^^(-?055、1\術(shù)品一 P0SS、TizRiiX-P0SS、TsRyX-P0SS、TsRs(0H)2-P0SS、T斯(0巧4-P0SS或T4尺4(0巧4- P0SS，和制造與使用運(yùn)些固定相的方法。在示例性實(shí)施例中，X是一個(gè)反應(yīng)性官能團(tuán)并且是 選自Η;烷基或芳基胺；烷基或芳基面化物；烷基或芳基醇；烷基或芳基簇酸；烷基或芳基 酷氯；烷基或芳基橫酷氯；烷基或芳基酸?。煌榛蚍蓟惵人岽?；烷基或芳基酷亞胺；燒 基或芳基硫醇；烷基或芳基環(huán)氧化物；含締控部分；含娃部分；硅烷醇；或可聚合部分。
[0044] 由本發(fā)明所提供的固定相的益處包括（但不限于）：（1)運(yùn)些組合物提供了獨(dú)特的 選擇性。舉例來(lái)說，運(yùn)些組合物可W被用于在同一分析中使用反相和P0SS部分來(lái)保持和分 離分析物；（2)當(dāng)前組合物的選擇性可W通過改變P0SS部分或連接物的化學(xué)組成來(lái)調(diào)整； (3)運(yùn)些組合物與高度含水條件相容（例如，耐水解）；（4)運(yùn)些組合物不僅適用于制造分 析型分離柱，而且適用于開發(fā)新的固相萃?。⊿P巧應(yīng)用；（5)運(yùn)些組合物可W與其他色譜填 充材料共混來(lái)制造用于分離柱和S陽(yáng)柱兩者的多種新穎的填充材料；(6)運(yùn)些組合物可W 用一種通用的、容易的并且經(jīng)濟(jì)的方式制備；（7)P0SS部分的配體的量、其連接物長(zhǎng)度和組 成W及一致性是通過使用具有不同的表面積和粒徑、不同的配體結(jié)構(gòu)和/或不同的表面化 學(xué)性質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)固體載體而容易地調(diào)整，從而在該固體載體上形成層。 II.定義
[0045]在具有未填滿的價(jià)態(tài)的取代基是通過它們從左到右書寫的常規(guī)化學(xué)式來(lái)說明的 情況下，它們?nèi)芜x地同樣涵蓋將因從右到左書寫該結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生的化學(xué)上相同的取代基，例 如，一邸2〇 -旨在也任選地?cái)⑹鲆?邸2-。
[0046] 除非另外說明，否則術(shù)語(yǔ)"烷基"獨(dú)自或作為另一個(gè)取代基的一部分意指一個(gè)直鏈 或支鏈、或環(huán)狀控基、或其組合，該烷基可W是完全飽和的、單或多不飽和的，并且可W包括 具有指定碳原子數(shù)（即，Cl-Cl。意指一個(gè)至十個(gè)碳）的二價(jià)和多價(jià)基團(tuán)。飽和控基的實(shí) 例包括（但不限于）如下基團(tuán)：如甲基、乙基、正丙基（例如，一邸2-邸2-邸3、一邸2-邸2-邸2-）、異丙基、正下基、叔下基、異下基、仲下基、環(huán)己基、（環(huán)己基）甲基、環(huán)丙基甲 基，例如正戊基、正己基、正庚基、正辛基等的同系物和異構(gòu)體。不飽和烷基是具有一個(gè)或多 個(gè)雙鍵或Ξ鍵的基團(tuán)。不飽和烷基的實(shí)例包括（但不限于）乙締基、2-丙締基、己豆基、 2-異戊締基、2-(下二締基）、2,4一戊二締基、3- (1，4一戊二締基）、乙烘基、1 -丙烘 基和3 -丙烘基、3 -下烘基W及高級(jí)同系物和異構(gòu)體。除非另外指出，否則術(shù)語(yǔ)"烷基"還 意在包括W下更詳細(xì)定義的烷基的衍生物，如"雜烷基"。限于控基的烷基被稱為"同源燒 基（homoa化yl)"。在烷基是一個(gè)二價(jià)基團(tuán)的情況下，術(shù)語(yǔ)"烷基"還可W意指"亞烷基"或 "燒二基及次烷基（a&}didene)。
[0047] 術(shù)語(yǔ)"亞烷基"或"燒二基"獨(dú)自或作為另一個(gè)取代基的一部分意指衍生自一個(gè)燒 基的一個(gè)二價(jià)基團(tuán)，如由（但不限于）一CH2CH2CH2-(亞丙基或丙烷一1，3-二基）所舉 例說明，并且進(jìn)一步包括w下描述為"雜亞烷基"的那些基團(tuán)。典型地，一個(gè)烷基（或亞燒 基）將具有從1個(gè)到約30個(gè)碳原子、優(yōu)選地是從1個(gè)到約25個(gè)碳原子、更優(yōu)選地是從1個(gè) 到約20個(gè)碳原子、甚至更優(yōu)選地是從1個(gè)到約15個(gè)碳原子并且最優(yōu)選地是從1個(gè)到約10 個(gè)碳原子。一個(gè)"低級(jí)烷基"、"低級(jí)亞烷基"或"低級(jí)燒二基"是一個(gè)較短鏈的烷基、亞烷基 或燒二基，總體上具有約10個(gè)或更少個(gè)碳原子、約8個(gè)或更少個(gè)碳原子、約6個(gè)或更少個(gè)碳 原子、或約4個(gè)或更少個(gè)碳原子。
[0048] 術(shù)語(yǔ)"次烷基"獨(dú)自或作為另一個(gè)取代基的一部分意指衍生自一個(gè)烷基的一個(gè)二 價(jià)基團(tuán)，如由（但不限于）CH3CH2C&=(次丙基）所舉例說明。典型地，一個(gè)次烷基將具有 從1個(gè)到約30個(gè)碳原子、優(yōu)選地是從1個(gè)到約25個(gè)碳原子、更優(yōu)選地是從1個(gè)到約20個(gè) 碳原子、甚至更優(yōu)選地是從1個(gè)到約15個(gè)碳原子并且最優(yōu)選地是從1個(gè)到約10個(gè)碳原子。 一個(gè)"低級(jí)烷基"或"低級(jí)次烷基"是一個(gè)較短鏈的烷基或次烷基，總體上具有約10個(gè)或更 少個(gè)碳原子、約8個(gè)或更少個(gè)碳原子、約6個(gè)或更少個(gè)碳原子、或約4個(gè)或更少個(gè)碳原子。
[0049] 術(shù)語(yǔ)"烷氧基"、"燒氨基"W及"燒硫基"（或硫代烷氧基）是在它們的常規(guī)意義上 使用的，并且各自是指經(jīng)由一個(gè)氧原子、一個(gè)氨基或一個(gè)硫原子連接到分子的其余部分上 的那些烷基。
[0050] 除非另外說明，否則術(shù)語(yǔ)"雜烷基"獨(dú)自或與另一個(gè)術(shù)語(yǔ)組合意指一個(gè)穩(wěn)定的直鏈 或支鏈、或環(huán)狀控基、或其組合，該雜烷基由規(guī)定數(shù)目的碳原子和至少一個(gè)選自下組的雜原 子