二氧化矽基材料的製作方法

2023-06-07 17:09:16 6

專利名稱：：二氧化矽基材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及有機改性的二氧化矽基材料，和製備有機改性的二氧化矽基材料的方法。本發明還涉及有機改性的二氧化矽基材料製備固定相分離材料的用途，製備固定相分離材料的方法，固定相分離材料，和固定相分離材料在色譜分離方法中的用途。
背景技術：
：在液相色鐠中使用的色鐠固定相分離材料常常基於在其上進行了官能化的二氧化矽的多孔載體，以便針對待分離的一些分析物實現所需的分離特徵。常見類型的官能化是製備疏水固定相，例如C18-相，其中十八烷基矽烷通常用作官能化試劑並與多孔二氧化矽上的矽烷醇基反應。然而，難以使所有矽烷醇基與官能化試劑反應，這主要歸因於位阻。殘留的矽烷醇基因其極性性質導致使得該材料對水解非常敏感。因此，通常用例如三甲基氯代矽烷封端殘留的矽烷醇基。然而，基於二氧化矽的固定相分離材料，例如常見的封端C18-相因仍然殘留的矽烷醇基導致在高pH下仍然相當化學不穩定，以及封端的矽烷醇基仍然對水解敏感這一事實。對於一些分析物來說，停留時間和容量，在沒有引入竟爭性相互作用情況下採用的分析物的最大量取決於官能化的實際表面覆蓋率。而且，最佳的表面覆蓋率是分析物和實際的表面官能化二者的函數。在通常釆用的工序下獲得表面覆蓋率(它是在棵露的、充分再羥化的二氧化矽上的表面鍵接)典型地高於針對所有分析物的最佳值。根據現有技術的一種方法，可通過使用不足而不是使用過量的官能化試劑，例如有機基矽烷，實現在二氧化矽上官能團的表面覆蓋率的下降。然而，當使用不足的官能化試劑時，難以再現表面覆蓋率的水平，這歸因於例如殘留溼氣和化學可獲得的表面的精確測定。此外，疏水的有機基矽烷分子常常傾向於形成簇狀，這導致形成"島"，和進而有機基矽烷在二氧化矽表面上的不均勻分布。此外，當使用不足的有機基矽烷用於改性時，仍然存在通常用封端劑，例如低級烷基的有機基矽烷等，例如三曱基氯代矽烷等封端的矽烷醇基。然而，如前所述，封端的矽烷醇基仍然對水解敏感，這意味著在極端的pH值(〈2和>10)下，化學穩定性甚至低於例如常規的C18-相。此外，難以使得封端完全，這意味著通常仍然殘留對水解非常敏感的矽烷醇基存在。殘留的矽烷醇基還不利地與分析物，特別是鹼性分析物相互作用。或者，可通過在官能化之前，封端一些矽烷醇基，進行在二氧化矽上官能團的表面覆蓋率的降低，正如馬紹爾(Marshall)等人在色層學雜誌(J.ofChrom.)，361(1986)71-92中所述。此外，在這一情況下，存在與常規的C18相相比，甚至更低化學穩定性的問題，這歸因於封端的矽烷醇基的數量增加。進行了數種嘗試提供化學穩定的固定相分離材料。US4017528A公開了製備帶有有機基團的'多孔二氧化矽，所述有機基團是在骨架結構和表面二者上的部分。US6686035B2公開了一種多孔的無機/有機混雜材料顆粒，它在整個顆粒當中包括聚有機基烷氧基矽氧烷。然而，這兩類混雜顆粒的機械穩定性比純二氧化矽顆粒小得多。US2005/0191503A1公開了製備化學穩定的分離材料的方法，其中聚碳矽烷(polycarbosilane)層共價鍵合到二氧化矽表面上。US3722181A公開了化學鍵合到二氧化矽基底上的聚合物固定相。仍需要機械穩定、化學穩定的二氧化矽基固定相分離材料。此外，需要在官能化之後，降低在固定相分離材料的二氧化矽表面上殘留的矽烷醇基數量的方法，以便增加固定相分離材料的化學穩定性和最小化與分析物的不利相互作用。還需要以控制的方式具有高度再現性地降低官能團的表面覆蓋率的方法。還需要二氧化矽基固定相分離材料，其中在二氧化矽表面上殘留的矽烷醇基的數量低，從而增加固定相分離材料的穩定性和最小化與分析物的不利相互作用。還需要化學穩定的二氧化矽基固定相材料，它保持用有機基矽烷官能化的棵二氧化矽，即常見的二氧化矽基官能化固定相分離材料的全部性能優勢。因此，本發明的目的是提供二氧化矽基材料，它具有高的化學和機械穩定性，且可按照控制的方式在其上進行官能化。本發明的目的還是提供用於色鐠的固定相分離材料，它具有高的化學和機械穩定性，且具有高的載荷能力。本發明的目的還是提供固定相分離材料，它具有現有技術的基於純二氧化矽的表面官能化的二氧化矽的全部性能優勢，與此同時化學穩定性較高。
發明內容令人驚奇地發現，通過下述製備有機改性的二氧化矽基材料的方法，實現本發明的目的，該方法包括通過在含約25-約100重量％水的含水介質內混合二氧化矽基材料(S)和一種或更多種有機基矽烷化合物(A)，提供反應混合物，和使該混合物反應。合適地，通過任何順序添加一種或更多種有機基矽烷化合物A到含約25-約100重量％水的含水介質內，並在其內至少部分溶解，和添加二氧化矽基材料(S)，從而提供該反應混合物。"含水介質"合適地包括至少約30重量％的水，還合適地約30-約100wt%，優選至少約40重量％的水，還優選約40-約100重量％，更優選至少約60重量°/。的水，還更優選約60-約100重量％,最優選至少約80重量％的水，還最優選約80-約100重量％。含水介質合適地包括小於約10重量％不與水混溶的任何有機溶劑，優選小於約1重量％,最優選含水介質不含不與水混溶的任何有機溶劑。"二氧化矽基材料(S)"此處是指二氧化矽或含二氧化矽的材料。優選地，二氧化矽基材料(S)是二氧化矽。在本發明的一個實施方案中，一種或更多種有機基矽烷化合物(A)合適地溶解在含與水混溶的有機溶劑的含水介質內，其用量為約l-約75重量％，優選約5-約60重量％，最優選約10-約50重量％。有機溶劑合適地為醇，優選一元醇或二元醇。優選的醇的實例是甲醇、乙醇、丙醇和異丙醇、乙二醇和丙二醇。最優選醇是甲醇或乙醇。在允許反應混合物中各組分反應的時間過程中，在反應混合物中有機溶劑的用量也可變化。在一個這樣的實施方案中，反應混合物中的液相包括用量在以上規定極限內的有機溶劑，和在某一反應時間之後，通過添加水，或者蒸發有機溶劑，增加水的含量，和進一步使反應混合物反應。加入到含水介質中的一種或更多種有機基矽烷化合物(A)的用量以總的反應混合物的重量％計算，合適地為約1-約25重量°/。，優選約5-約15重量°乂。加入到含水介質中的二氧化矽基材料(S)的用量以總的反應混合物的重量y。計算，合適地為約1-約50重量％，優選約3-約30重量％，最優選約5-約20重量％。反應混合物的溫度合適地為約40-約300C優選約50-約200C更優選約75-約175*C，甚至更優選約80-約175X:，甚至更優選約90-約160x:，最優選約ioo-約150x:。視需要，將反應混合物置於大氣壓以上的壓力下，以便能實現反應混合物的這一溫度。允許反應混合物中的各組分合適地反應至少約1分鐘，還合適地約1分鐘-約500小時，優選至少約30分鐘，還優選約30分鐘-約300小時，更優選至少約1小時，還更優選約1小時-約200小時，最優選至少約3小時，還最優選約3小時-約100小時。在本發明方法的一個實施方案中，反應混合物合適地包括調節PH到鹼性側的鹼。反應混合物的pH合適地為約7.5-約13,優選約10-約11.5。鹼的選擇不是關鍵的。然而，優選屬於氨和有機胺組中的鹼。在允許反應混合物中的各組分反應之後，合適地添加酸，所述酸可以是無機或有機酸。合適地，酸是無機酸，優選硝酸、鹽酸或硫酸。在允許反應混合物中的各組分反應之後，合適地過濾該混合物，並洗滌二氧化矽基材料。作為洗滌介質，優選使用水以及有機溶劑，例如丙酮、四氫呋喃、1，4-或二嚙烷。最後，合適地在約50X:-約140t;的溫度下乾燥有機改性的二氧化矽基材料。在一個實施方案中，該方法包括在製備有機改性的二氧化矽基材料過程中升高溫度。反應混合物的溫度合適地從TEMPI升高到較高的溫度TEMP2。溫度TEMPI和溫度TEMP2二者均在已經規定的反應混合物的溫度範圍內。在一個實施方案中，該方法包括第一步，其中二氧化矽基材料(S)和一種或更多種有機基矽烷化合物(A)的反應混合物在溫度TEMPI下反應，接著第二步，其中包括將第一步生產的已反應的二氧化矽基材料置於溫度TEMP2下，其中TEMP2〉TEMP1。一種替代的方法包括在暴露於第二步的溫度TEMP2下之前，洗滌和乾燥在第一步中生產的已反應的二氧化矽基材料，之後混合它與含水介質。另一替代方法包括保持第一步生產的已反應的二氧化矽基材料在其中它已經反應且升高溫度到TEMP2的溶液內。進一步的替代方法是4束用含有機表面改性劑的二氧化矽基材料作為起始材料，和使該材料置於所述的實施方案的第二步的條件下。含有機表面改性劑的二氧化矽基材料可與一種或更多種有機基矽烷化合物(A)反應，從而在二氧化矽基材料內包括進一步的有機基矽烷部分。在這一情況下，在使該材料置於所述實施方案的第二步的條件下之前進行這一反應步驟。含有機表面改性劑的二氧化矽基材料合適地包括含有機基團的表面改性劑，所述有機基團是C!-C4烷基、C2-C4鏈烯基或C2-C4炔基。在一種或更多種有機基矽烷化合物(A)和二氧化矽基材料(S)之間的反應之後，有機改性的二氧化矽基材料可再次與一種或更多種進一步的有機基矽烷化合物(A)反應，所述進一步的有機基矽烷化合物(A)可以相同或不同於前面所使用的，從而在有機改性的二氧化矽基材料內包括進一步的有機基矽烷部分。溫度TEMPI合適地在約50-約100t:範圍內，優選約75-約100x:，最優選約90-約ioox:。溫度temp2合達地在約ioo-約200x:範圍內，優選約110-約150n，最優選約120-約140"c。在第二步中，反應混合物中的液相合適地包括約80-約100重量%的水，優選約90-約100重量％，最優選約95-約100重量°/0。在一個實施方案中，當溫度從溫度TEMPI升高到溫度TEMP2時，在反應混合物的液相內的水含量增加。合適地通過添加水或者蒸發在反應混合物內可能存在的與水混溶的有機溶劑來增加水含量。將反應混合物置於溫度TEMPI合適地至少約1分鐘，還合適地約1分鐘-約500小時，優選至少約30分鐘，還優選約30分鐘-約300小時，更優選至少約l小時，還更優選約1小時-約200小時，最優選至少約3小時，還最優選約3小時-約IOO小時。將在第一步中生產的有機改性的二氧化矽基材料置於溫度TEMP2下合適地至少約l分鐘，還合適地約1分鐘-約500小時，優選至少約30分鐘，還優選約30分鐘-約300小時，更優選至少約l小時，還更優選約1小時-約200小時，最優選至少約3小時，還最優選約3小時-約100小時。一種或更多種有機基矽烷化合物A合適地包括通式(R)3—n(X)nSiR2-的部分,其中^是d-C,烷基、C2-C4鏈烯基或C廣C4炔基，優選d-&烷基，R2是亞甲基，和X是離去基，n-2或3。一種或更多種有機基矽烷化合物A合適地具有通式(R》3-n(X)nSiR3，其中R,是d-C4烷基、C2-C4鏈烯基或C2-C4炔基，優選d-C2烷基，R,是d-Cs烷基、C2-Cs鏈烯基或C2-Cs炔基，優選d-C3烷基，最優選d-C2烷基，和X是離去基，n-2或3。或者，一種或更多種有機基矽烷化合物A合適地具有通式(R4)3-n(X)nSiR6Si(Rs)h(Y)邊，其中R4和R5彼此獨立地為d—C4烷基，C2一&鏈烯基或C2—C4炔基，優選d—C2烷基，R6是Ci-C8亞烷基、C2一C8亞烯基或C2—Cs亞炔基，優選C2—C5亞烷基、C2-C3亞烯基或C2-Cs亞炔基，最優選d-C3亞烷基或C2-C3亞烯基，和X與Y是離去基，n-2或3，m-2或3。優選的K基的實例是甲基、乙基、丙基、2-丙基、丁基、2-丁基、乙烯基、2-丙烯基、l-丙烯基、l-(l-丁烯基)、l-(2-丁烯基)、4-(1-丁烯基)、2-(l-丁烯基)、2-(2-丁烯基)、3-(l-丁烯基)、乙炔基、1-丙炔基、3-丙炔基、l-(l-丁炔基)、l-(2-丁炔基)、4-(l-丁炔基)和3-丁炔基。優選的R3基的實例是甲基、乙基、丙基、2-丙基、丁基、2-丁基、乙烯基、2-丙烯基、l-丙烯基、l-(l-丁烯基)、l-(2-丁烯基)、4-(1-丁烯基)、2-(l-丁烯基)、2-(2-丁烯基)、3-(1-丁烯基)、乙炔基、1-丙炔基、3-丙炔基、l-(l-丁炔基)、l-(2-丁炔基)、4-(l-丁炔基)和3-丁炔基。優選的FU和R5基的實例是甲基、乙基、丙基、2-丙基、丁基、2-丁基、乙烯基、2-丙烯基、1-丙烯基、l-(l-丁烯基)、l-(2-丁烯基)、4-(l-丁烯基)、2-(l-丁烯基)、2-(2-丁烯基)、3-(l-丁烯基)、乙炔基、1-丙炔基、3-丙炔基、1-(l-丁炔基)、1-(2-丁炔基)、4-(1-丁炔基)和3-丁炔基。優選的Re基的實例是亞甲基、亞乙基、亞丙基、2-亞丙基、亞丁基、2-亞丁基、亞乙烯基、2-亞丙烯基、l-亞丙烯基、l-(l-亞丁烯基)、1-(2-亞丁烯基)、4-(l-亞,丁烯基)、2-(l-亞丁烯基)、2-(2-亞丁烯基)、3-(l-亞丁烯基)、l-亞丙炔基、3-亞丙炔基、l-(l-亞丁炔基)、1-(2-亞丁炔基)、4-(l-亞丁炔基)和3-亞丁炔基。對於所有的有機基矽烷化合物A來說，可以使用所有類型的離去基X和Y，但它們合適地為滷素、烷氧基或烷基胺，優選氯、甲氧基或乙氧基。合適的有機基矽烷化合物A的實例包括單烷基三烷氧基珪烷，例如甲基三甲氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、甲基三乙氧基矽烷和乙基三乙氧基矽烷，二烷基二烷氧基矽烷，例如二甲基二甲氧基矽烷、二乙基二甲氧基矽烷、二甲基二乙氧基矽烷和二乙基二乙氧基矽烷、單烷基三卣代矽烷，例如甲基三氯矽烷、乙基三氯矽烷和二烷基二滷代(dihaloeno)矽烷，例如二甲基二氯矽烷和二乙基二氯矽烷。合適的有機基矽烷化合物A的進一步的實例包括雙(三甲氧基甲矽烷基)甲烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)甲烷、雙(三甲氧基甲矽烷基)乙烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)乙烷、雙(三甲氧基甲矽烷基)丙烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)丙烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)丁烷、雙(三乙氧基甲矽烷基)丁烷、雙(三卣素曱矽烷基)甲烷、雙(三卣素甲矽烷基)乙烷、雙(三卣素)丙烷、雙(三卣素甲矽烷基)丁烷。優選使用曱基三烷氧基矽烷、二甲基二烷氧基矽烷、乙基三烷氧基矽烷或雙(三烷氧基甲矽烷基)乙烷，其中烷氧基是甲氧基或乙氧基。本發明進一步涉及通過以上所述的方法可獲得的有機改性的二氧化矽基材料。本發明進一步涉及有;f幾改性的二氧化矽基材料，它包括未改性的二氧化矽部分和含有機基團鍵合到二氧化矽上的二氧化矽部分，其中該有機基團合適地屬於烷基、鏈烯基、炔基、亞烷基、亞烯基或亞炔基中的組。有機改性的二氧化矽基材料合適地包括從表面到二氧化矽基材料內以逐漸降低的濃度方式分布的有機基團，有機改性的二氧化矽基材料合適地包括未改性的二氧化矽部分，以及含烷基、鏈烯基或炔基鍵合到在-OSis基內包括的矽原子上和/或亞烷基、亞烯基或亞炔基鍵合到各自包括在-OSis基內的兩個矽原子上的部分。烷基合適地為d-C^烷基，優選d-C;烷基，最優選d-02烷基。鏈烯基合適地為C2-C,鏈烯基，優選C2-"鏈烯基。炔基合適地為C2-C4炔基，優選C2-C3炔基。亞烷基合適地為d-Cs亞烷基，優選d-Cs亞烷基，最優選d-C3亞烷基。亞烯基合適地為C2-Cs亞烯基，優選C2-Cs亞烯基，最優選C2-C3亞烯基。亞炔基合適地為C2-Cs亞炔基，優選C2-Cs亞炔基，最優選C2-C3亞炔基.優選的烷基、鏈烯基或炔基的實例是甲基、乙基、丙基、2-丙基、丁基、2-丁基、乙烯基、2-丙烯基、l-丙烯基、l-(l-丁烯基)、l-(2-丁烯基)、4-(1-丁烯基)、2-(l-丁烯基)、2-(2-丁烯基)、3-(l-丁烯基)、乙炔基、1-丙炔基、3-丙炔基、l-(l-丁炔基)、l-(2-丁炔基)、4-(l-丁炔基)和3-丁炔基。優選的亞烷基、亞烯基或亞炔基的實例是亞甲基、亞乙基、亞丙基、2-亞丙基、亞丁基、2-亞丁基、亞乙烯基、2-亞丙烯基、1-亞丙烯基、l-(l-亞丁烯基)、1-(2-亞丁烯基)、4-(l-亞丁烯基)、2-(1-亞丁烯基)、2-(2-亞丁烯基)、3-(1-亞丁烯基)、l-亞丙炔基、3-亞丙炔基、l-(l-亞丁炔基)、1-(2-亞丁炔基)、4-(l-亞丁炔基)和3-亞丁炔基。為未改性的二氧化矽的部分合適地包括有機改性的二氧化矽基材料的最裡面部分，即離表面距離最遠的部分。"未改性的二氧化矽"此處是指不包括任何鍵合到二氧化矽上的有機基團的二氧化矽，即二氧化矽沒有因與任何有機化合物反應而改性。有機基團的實例是烷基和亞烷基。在"未改性的二氧化矽"中，矽原子合適地鍵合到至少一個，優選4個-0Sis基上，其中-0Sis基上的矽原子沒有進一步鍵合到任何有機基團上，從而形成未改性的二氧化矽區域。二氧化矽基材料(S)以及有機改性的二氧化矽基材料合適地為顆粒，優選多孔顆粒形式。多孔顆粒的體均粒度合適地為約0.5-約500微米，優選約1-約200微米，最優選約1.5-約50微米。顆粒優選基本上為球形。多孔顆粒的平均孔徑合適地為約1-約5000埃，優選約10-約3000埃，最優選約50-約2000埃。或者，二氧化矽基材料(S)和有機改性的二氧化矽基材料合適地為單片材料形式。單片材料合適地具有約10-約3t)00埃，優選約50-約2000埃的中孔尺寸。有機改性的二氧化矽基材料的孔徑合適地為二氧化矽基材料(S)的孔徑的約70-約100%，優選約80-約100%，最優選約90-約100%。二氧化矽基材料(S)和有機改性的二氧化矽基材料的孔體積合適地為約0.1-約4毫升/克，優選約0.3-約2毫升/克，最優選約0.5-約1.5毫升/克。二氧化矽基材料(S)和有機改性的二氧化矽基材料的比表面積(BET方法)合適地為約1一約1000平方米/克，優選約25-約700平方米/克，最優選約50-約500平方米/克。本發明還涉及含本發明的有機改性的二氧化矽基材料的固定相分離材料，和製備該固定相分離材料的方法。該固定相分離材料合適地包括以一個或更多個官能團形式的表面官能化。一個或更多個官能團合適地屬於二醇取代的烷基、氨基取代的烷基、氰烷基、氟代烷基、苯基、氟代苯基、苯烷基和d-C3。烷基優選C4、C8和ds烷基中的組。可使用固態矽("Si)核磁共振(NMR)光鐠法測定二氧化矽基材料的結構。這是已知的方法，它公開於例如阿爾伯特k.(AlbertK.)"固定相核磁共振研究(NMRinvestigationofstationaryphases)"，分離科學雜誌(J.Sep.Sci.)2003，26，215-224中。具有有機基團連接到矽上以及兩個-OSis基連接到矽上的矽原子據說具有T2結構，具有有機基團連接到矽上以及三個-OSis基連接到矽上的矽原子據說具有T3結構(圖1)。有機改性的二氧化矽基材料中具有n結構的矽原子的含量與具有T3結構的珪原子的含量之比合適地小於約1,還合適地為約0-約l,優選約0.1-約0.9，優選約0.15-約0.75，最優選約0.2-約0.6，這通過固態核磁共振(NMR)譜法來測定。固定相分離材料中具有T2結構的矽原子的含量與具有T3結構的矽原子的含量之比合適地小於約Q.75,還合適地為約G-約0.5，優選小於約0.5,還優選約0-約0.5，最優選小於約0.3，還優選約0-約0.3，這通過固態核磁共振(NMRH普法來測定。Tl結構代表具有有機基團連接到矽上且僅僅一個-OSis基連接到矽上的矽原子。Tl結構基本上不存在於本發明有機改性的二氧化矽基材料內，且還基本上不存在於本發明的固定相分離材料內。Tl含量與有機改性的二氧化矽基材料內所有的(Tl+T2+T3)的含量之比合適地為約0-約0.05，優選約O-約O.01，最優選約0-約0.001。T2含量與有機改性的二氧化矽基材料內所有的(T1+T7+T3)的含量(這通過固態核磁共振(NMR)譜法來測定)之比合適地為小於約0.40，還合適地為約0.10-約0.40，優選小於約0.35，還優選約0.15-約0.35。T3含量與有機改性的二氧化矽基材料內所有的(T1+T2+T3)的含量(這通過固態核磁共振(醒R)鐠法來測定)之比合適地大於或等於約0.60，還合適地為約0.60-約0.90，優選大於約O.65，還優選為約0.65-約0.85。Tl含量與固定相分離材料內所有的(Tl+T2+T3)的含量之比合適地為約0-約0.05，優選約0-約0.01,最優選約0-約0.001。T2含量與固定相分離材料內所有的(Tl+T2+T3)的含量(這通過固態核磁共振(麗RH普法來測定)之比合適地為小於約0.40，還合適地為約0-約0.40,優選小於約0.3Q，還優選約0-約0.30，最優選小於約0.25，還最優選為約0-約0.25。T3含量與固定相分離材料內所有的(Tl+T2+T3)的含量(這通過固態核磁共振(薩RH普法來測定)之比合適地為大於或等於約0.70,還合適地為約0.70-約l，優選大於約0.75，還優選為約0.75-約1。具有4個-OSis基連接到矽上的矽原子據說具有Q4結構(圖2)。純的二氧化矽包括基本上Q4矽。具有1個羥基連接到矽上和另外3個-OSis基連接到矽上的矽原子據說具有Q3結構(圖3)。Q4和Q3結構可通過固態矽核磁共振(NMR)鐠法來測定。有機改性的二氧化矽基材料和固定相分離材料合適地包括具有Q4結構的矽原子。有機改性的二氧化矽基材料的表面合適地包括矽原子，它是沒有任何有機基團連接到其上的二氧化矽基材料的一部分。在完全官能化和/或封端有機改性的二氧化矽基材料的矽烷醇基之後的Q3含量與在官能化和/或封端有機改性的二氧化矽基材料之前的Q3含量之比合適地為約0.01-約0.99，優選約0.10-約0.95,最優選約0.25-約0.90。固定相分離材料的孔徑合適地為二氧化矽基材料(S)的孔徑的約20-約100%，優選約30-約95%,最優選約40-約90%。固定相分離材料的孔體積合適地為約0.1-約4毫升/克，優選約0.2-約2毫升/克，最優選約0.3-約1.2毫升/克。固定相分離材料的比表面積(BET方法)合適地為約1-約1000平方米/克，優選約25-約700平方米/克，最優選約50-約500平方米/克。當材料被官能化時，比表面積(BET方法)通常下降。因此，官能化的有機改性的二氧化矽基材料通常具有比有機改性的二氧化矽基材料本身低的比表面積(BET方法)。有機改性的二氧化矽基材料和固定相分離材料合適地具有大致等於二氧化矽基材料(S)的機械強度。可通過將材料填充在柱子內，使鹼性溶液泵送經過該柱子和測定在洗出液內的矽含量(通過元素分析)，從而測量有機改性的二氧4匕矽基材料和固定相分離材料在鹼性環境內的穩定性。有機改性的二氧化矽基材料和固定相分離材料(其優選C18、C8或C4官能化)的鹼性穩定性合適地為小於約0.035[ppmSi/平方米/克]，或者約0-約0.035[ppmSi/平方米/克]，優選小於約0.025[卯邁Si/平方米/克]，或約0-約0.025[ppmSi/平方米/克]，這以在洗出液內單位比表面積(BET方法)上的ppm矽為單位(ppmSi/平方米/克)，根據在1毫升/分鐘的速度下，在25匸的溫度下泵送41.5毫升與乙醇以1:1的體積關係混合的10mMNaOH穿過填充約2.5克有機改性的二氧化矽基材料的長度為215毫米和內徑為;4.6毫米的柱子而測定。有機改性的二氧化矽基材料和固定相分離材料(其優選C18、C8或CM官能化)的鹼性穩定性合適地小於約0.2[ppmSi/平方米/克]，或為約0-約0.2[ppmSi/平方米/克]，優選小於約0.15[ppmSi/平方米/克]，或約O-約0.15[ppmSi/平方米/克]，這以在洗出液內單位比表面積(BET方法)上的ppm矽為單位(ppmSi/平方米/克)，根據在1毫升/分鐘的速度下，在25t:的溫度下泵送41.5毫升與乙醇以1:1的體積關係混合的lOOmMNaOH穿過填充約2.5克有機改性的二氧化矽基材料的長度為215毫米和內徑為4.6毫米的柱子而測定。製備固定相分離材料的方法包括通過使有機改性的二氧化矽基材料與一種或更多種含官能團的官能化試劑反應，表面官能化本發明的有機改性的二氧化矽基材料，所述官能團例如是二醇取代的烷基、氨基取代的烷基、氰烷基、氟代烷基、苯基、氟代苯基、苯烷基或d—C3。烷基，優選C"Cs和ds烷基。合適地，官能化試劑是含官能團的有機基矽烷。二氧化矽的表面官能化是已知的工序，且在例如"矽膠和鍵合相-它們在液晶中的生產、性能和用途(SilicaGelandBondedPhases-TheirProduction,PropertiesandUseinLC.)，，RaymondP.W.Scott，JohnWiley&SonsLtd.，1993，England,UK,第159-160頁中公開了合適的工序的細節。合適地在非水介質，例如甲苯中進行表面官能化。在使有機改性的二氧化矽基材料與官能化試劑反應之後，優選進行封端步驟。作為封端劑，優選使用三甲基氯代矽烷或二甲基二氯矽烷。本發明進一步包括固;定相分離材料在色鐠分離方法中的用途。這種色語分離方法可以是例如高壓液相色譜(HPLC)、超臨界流體色譜法(SFC)和模擬移動床(SMB)。本發明還涉及用於色譜的分離填充柱，它包括本發明的固定相分離材料。本發明還涉及製備用於色譜的填充柱的方法，該方法包括在柱內填充本發明的固定相分離材料的步驟。本發明進一步包括從混合物中分離化合物的方法，該方法包括使該混合物與本發明的固定相分離材料接觸。在下述實施例中描述本發明，然而，下述實施例不應當解釋為限制本發明的範圍。實施例實施例1(製備有機改性的二氧化矽基材料)在室溫下將21.50毫升甲基三甲氧基矽烷加入到300毫升Milli-Q-水中。加入30.00g平均粒度為5微米、平均孔徑為120埃和比表面積為320平方米/克的二氧化珪顆粒(Kromasi1⑧)，並加熱該混合物到95匸。保持該溫度3小時。之後降低溫度到8or:，隨後添加21毫升25%NH3(a。。保持該溫度2小時。之後，降低溫度到室溫，並添加21亳升65%HN03(aq)。加熱該混合物到95X:並保持這一溫度88小時，之後過濾該混合物並用Milli-Q-水、四氫呋喃(THF)和丙酮洗滌。最終在90X:下千燥該材料4小時。通過元素分析測定碳含量為3.9重量％。實施例2(製備有機改性的二氧化矽基材料)將40.5亳升(33-36)乙基三甲氧基矽烷加入到具有50克平均粒度為5微米、平均孔徑為120埃和比表面積為320平方米/克的二氧化矽顆粒(Kromasi1⑧100埃)的500毫升Milli-Q-水中。加熱該混合物到98"C，並保持該溫度16小時。冷卻該溫度到40X:以下，過濾並用Milli-Q-水和丙酮洗滌。在90X:下乾燥該材料4小時。通過元素分析測定碳含量為7.1重量％。實施例3(製備有機改性的二氧化矽基材料)將實施例2的產品分散在Milli-Q-水中，並將該混合物放入高壓釜中，升高溫度到130ic並保持72小時。然後冷卻溫度到"x:以下，過濾並用Milli-Q-水和丙酮洗滌。在901C下乾燥該材料4小時。通過元素分析測定碳含量為7.1重量％。實施例4(製備固定相分離村料)使用標準工序(即使角在甲苯內的氨基為基礎的催化劑)，使用二甲基十八烷基氯代矽烷將實施例1製備的有機改性的二氧化矽基材料進行官能化變為C18-相。在官能化之後，使用三甲基氯代矽烷封端所得相。測定到來自C18官能度的碳含量為8.6重量％。實施例5(製備固定相分離材料)按照與實施例4所述相同的方式官能化實施例3製備的有機改性的二氧化矽基材料。測定來自C18官能度的碳含量為7.3重量％。實施例6-14(製備有機改性的二氧化矽基材料)使用30至40毫升的;(or)有,機基矽烷，和相同量的其他組分，根據實施例2和實施例3製備進一步的有機改性的二氧化矽基材料。作為有機基矽烷，使用甲基三曱氧基矽烷、曱基三乙氧基矽烷、乙基三甲氧基矽烷、丙基三甲氧基矽烷和雙(三乙氧基甲矽烷基)乙烷。所得材料在一些情況下以與實施例4所述相同的方式進行C18-官能化。C18官能化試劑或者是二甲基十八烷基氯代矽烷("C18")或者是甲基十八烷基二氯矽烷("二-C18")。表l概述了所使用的組分、其用量和是否使用實施例3的高壓釜化步驟。表ltableseeoriginaldocumentpage20實施例15(固定相分離材料的化學穩定性試驗)尺寸為250x4.6毫米的柱子填充有約2.5克#^據實施例4和6製備的固定相分離材料。作為參考，另一柱子填充有含C18-官能化的二氧化矽顆粒的常規C18相(Kromasil100-5-C18)。在高壓液相色鐠(HPLC)設備中，乙腈/50邁MHOAc-NEt350:50用作移動相。PH為12。在分析過程中，流速為l毫升/分鐘。和在其間為0.l毫升/分鐘。溫度為251C。在規則的時間間隔處測試分析物甲苯、去甲替林、丙米嗪和阿米替林。對所有分析物測定容量因子，k、，它是相對保留行為的量度。表2-4示出了結果。厶k、/厶t是在最後40分鐘內的k、變化。表2.本發明的固定相(實施例2)tableseeoriginaldocumentpage20表3.本發明的固定相(實施例5)tableseeoriginaldocumentpage21對於常規的C18相來說，結果表明對於僅僅與疏水C18官能度顯著地相互作用的甲苯來說，隨著時間流逝C18官能度沒有劣化。然而，還與親水結構，例如矽烷醇基相互作用的其他分析物的結果表明隨著時間流逝，相互作用增加，從而表明在二氧化矽表面處的劣化過程。對於本發明的C18相來說，C18官能度比常規的C18相在小得多的程度上劣化。因此，本發明的C18相的化學穩定性顯著高於常規的C18相。實施例16(固定相分離材料的化學穩定性試驗)尺寸為250x4.6毫米的柱子各自填充有約2.5g根據實施例7、8、10、12、13和15製備的固定相分離材料。作為參考，一根柱子填充有含C18-官能化的二氧化矽顆粒的常規C18相(Kromasil100-5-C18)。在高壓液相色譜(HPLC)設備中，使用25mMK-P04緩沖液(pH6)/甲醇50:50作為移動相，測試分析物去甲替林和阿米替林。流速為l毫升/分鐘，和溫度為251C。對每一分析物測定容量因子，k、，它是相對保留行為的量度。之後使柱子置於0.畢NaOH(含水)/乙醇50:50中5小時。在柱子平衡之後，使用與前面相同的條件再次測定分析物的容量因子。表5中示出了容量因子的變化。表5complextableseeoriginaldocumentpage22結論在鹼性條件下，本發明的材料在容量因子的穩定性方面得到比常規C18-相好的結果。實施例17(當矽損耗(leakage)時固定相分離材料的化學穩定性)將全部根據結合的實施例2和3(乙基改性，高壓釜處理)製造並根據實施例4的工序用甲基十八烷基二氯矽烷官能化的三個批次的固定相分離材料各2.5克各自填充在長度215毫米和內徑4.6毫米的三根柱子內。材料的比表面積各自為約140平方米/克。在l毫升/分鐘的速度下，在25X:的溫度下，泵送41.5毫升與乙醇以l:l的體積關係混合的10mMNaOH經過每一柱子。通過元素分析測定洗出液內的珪含量。還提供具有常規的C18改性固定相填充的柱子。通過分別泵送體積關係為1:1的10mMNaOH:乙醇和體積關係為1:1的lOOmMNaOH:乙醇經過新鮮的柱子，重複該工序。表6中示出了結果。表6.在洗出液內的磣含量complextableseeoriginaldocumentpage22結論本發明的材料顯示出比常規C18相高得多的抗強鹼溶液的穩定性。在不同批次之間穩定性可以再現。實施例18(固定相分離材料的機械穩定性)通過使用40巴的壓力，填充約25毫米二氧化矽顆粒在內徑為50毫米的柱子內，測量多孔二氧化矽顆粒的機械穩定性。移動相泵送經過該柱子，和為了使移動相穿過該柱子，測量需要過量的反壓。之後將二氧化珪顆粒置於60、80、100、120、150、200、250和300巴的壓力下，其中在每一活塞壓力下測量反壓。測定在每一活塞壓力下增加到40巴的壓力[%〗。通過所述的方法測定才艮據實施例3製備的有機改性的二氧化珪基材料(乙基改性)的機械穩定性。作為比較，測試常規的材料(KromasilC4)，它在(純)棵二氧化矽上C4官能化。表7中示出了結果。，表7tableseeoriginaldocumentpage23結論本發明的有機改性的二氧化矽基材料具有優良的機械穩定性。實施例19(官能化程度的對照)根據結合的實施例2和3的方法，改變有機基矽烷(乙基三甲氧基矽烷)的用量，製備有機改性的二氧化矽基材料。然後按照實施例4的工序C18官能化。殘留的矽烷醇用三甲氧基矽烷封端。測定在有機改性的二氧化矽基材料內和在C18官能化的相內的碳含量。圖4中示出了關係。結論在有機改性的二氧化矽基材料內的碳含量和在官能化的相同材料內的碳含量之間存在清楚的關係。圖4示出了該關係。這一關係使得可有效地控制官能化程度。權利要求1.製備有機基改性的二氧化矽基材料的方法，該方法包括在含約25-約100重量％水的含水介質內混合二氧化矽基材料(S)和一種或更多種有機基矽烷化合物(A)，提供反應混合物，和使該混合物反應。2.權利要求1的製備有機基改性的二氧化矽基材料的方法，其中通過任何順序，(i)添加一種或更多種有機基矽烷化合物A到含約25-約100重量％水的含水介質內，並在其內至少部分溶解，和(ii)添加二氧化矽基材料(S)，提供該反應混合物。3.權利要求1-2任何一項的方法，其中反應混合物的溫度為約75-約175X:。4.權利要求l-3任何一項的方法，包括第一步，其中二氧化矽基材料(S)和一種或更多種有機基矽烷化合物(A)的反應混合物在溫度TEMPI下反應，接著第二步，其中包括將第一步生產的已反應的二氧化矽基材料置於溫度TEMP2下，其中TEMP2〉TEMP1。5.權利要求4的方法，其中溫度TEMP1在約75_約IOOX:範圍內，和溫度TEMP2在約100-約175"範圍內。6.權利要求l-5任何一項的方法，其中一種或更多種有機基矽烷化合物A包括通式(!Uh(X)nSiR「的部分，其中K是d-G烷基、C2-C4鏈烯基或C2-"炔基，R2是亞甲基，和X是離去基，n-2或3。7.權利要求1-6任何一項的方法，其中一種或更多種有機基矽烷化合物A具有通式0U)3—n(X)nSiR6Si(R5)3—m(Y)m，其中R4和Rs彼此獨立地為d-。烷基，C2-C4鏈烯基或C2-C4炔基，R6是d-Cs亞烷基、C2-C8亞烯基或C2-Cs亞炔基，和X與Y是離去基，n-2或3，m-2或3。8.權利要求1-7任何一項的方法，其中二氧化矽基材料(S)為多孔顆粒形式。9.權利要求1-7任何一項的方法，其中二氧化矽基材料(S)為單片材料形式。10.通過權利要求1-9任何一項的方法可獲得的有機基改性的二氧化矽基材料。11.有機基改性的二氧化矽基材料，它包括未改性的二氧化矽部分，和含有機基團鍵合到二氧化矽上的二氧化矽部分。12.權利要求11的有機基改性的二氧化矽基材料，其中有機基團屬於烷基、鏈烯基、炔基、亞烷基、亞烯基或亞炔基中的組。13.權利要求1G-12任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，它包括未改性的二氧化矽部分，以及含烷基、鏈烯基或炔基鍵合到在-OSis基內包括的矽原子上和/或亞烷基、亞烯基或亞炔基鍵合到各自包括在-OSis基內的兩個矽原子上的部分；包括未改性的二氧化矽部分，以及含烷基鍵合到在-OSi=基內包括的矽原子上和/或亞烷基鍵合到各自包括在-0Si=基內的兩個矽原子上的部分。14.權利要求12-13任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，其中烷基是d-a烷基，鏈烯基是C2-C4鏈烯基，炔基是C2-C4炔基。15.權利要求12-14任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，其中亞烷基是d-Cs亞烷基，亞烯基是C2-Cs亞烯基，亞炔基是C2-Cs亞炔基。16.權利要求10-15任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，其中具有T2結構的矽原子含量與具有T3結構的矽原子的含量之比小於約l，這通過固態核磁共振鐠法來測定。17.權利要求10-16任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，其中T3的含量與在有機基改性的二氧化矽基材料內的所有(T1+T2+T3)含量之比大於或等於約0.糹0，這通過固態核磁共振譜法來測定。18.權利要求10-17任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，它為多孔顆粒形式。19.權利要求10-17任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，它為單片材料形式。20.權利要求10-19任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，其鹼穩定性小於約0.035[ppmSi/平方米/克]，其中以在洗出液內單位比表面積(BET方法)上的ppm矽為單位[ppmSi/平方米/克]，根據在1毫升/分鐘的速度下，在25t:的溫度下泵送41.5毫升與乙醇以l:l的體積關係混合的lOmMNaOH穿過填充約2.5克有機基改性的二氧化矽基材料的長度為215毫米和內徑為4.6毫米的柱子而測定。21.權利要求10-19任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，其鹼穩定性小於約0,2[ppmSi/平方米/克]，其中以在洗出液內單位比表面積(BET方法)上的ppm矽為單位[ppmSi/平方米/克]，根據在1亳升/分鐘的速度下，在25C的溫度下泵送41.5毫升與乙醇以l:l的體積關係混合的100mMNaOH穿過填充約2.5克有衝幾基改性的二氧化矽基材料的長度為215毫米和內徑為4.6亳米的柱子而測定。22.權利要求10-21任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料，它包括在表面到二氧化矽基材料內以濃度逐漸降低的方式分布的有機基團。23.權利要求10-22任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料作為色譜用固定相分離材料的用途。24.權利要求10-22任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料作為當製備色譜用固定相分離材料時供進一步官能化的基礎材料的用途。25.固定相分離材料，包括權利要求10-22任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料。26.權利要求25的固定相分離材料，進一步包括一個或更多個官能團形式的表面官能化劑。27.權利要求26的固定相分離材料，其中一個或更多個官能團屬於二醇取代的烷基、氨基取代的烷基、氰烷基、氟代烷基、苯基、氟代苯基、苯烷基或d-C3。烷基中的組。28.權利要求25-27任何一項的固定相分離材料，其中T3含量與在固定相分離材料內的所有(H+T2+T3)含量之比大於或等於約0.70，這通過固態核磁共振譜法來測量。29.權利要求25-28任何一項的固定相分離材料，其鹼穩定性小於約0.035[ppmSi/平方米/克]，其中以在洗出液內單位比表面積(BET方法)上的ppm矽為單位[ppmSi/平方米/克]，根據在1毫升/分鐘的速度下，在25t:的溫度下泵送41.5毫升與乙醇以1:1的體積關係混合的10mMNaOH穿過填充約2.5克有機基改性的二氧化矽基材料的長度為215毫米和內徑為4.6毫米的柱子而測定。30.權利要求25-2$任何一項的固定相分離材料，其鹼穩定性小於約0.2[ppniSi/平方米/克]，其中以在洗出液內單位比表面積(BET方法)上的ppm矽為單位[ppmSi/平方米/克]，根據在1毫升/分鐘的速度下，在25X:的溫度下泵送41.5毫升與乙醇以1:1的體積關係混合的100mMNaOH穿過填充約2.5克有機基改性的二氧化矽基材料的長度為215亳米和內徑為4.6毫米的柱子而測定。31.製備固定相分離材料的方法，該方法包括使權利要求10-22任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料與含官能團的官能化試劑反應。32.權利要求31的方法，其中官能團是二醇取代的烷基、氨基取代的烷基、氰烷基、氟代烷基、苯基、氟代苯基、苯烷基或Ci-C3。烷基。33.權利要求31-32,任何一項的方法，其中官能化試劑是有機基矽烷。34.權利要求10-22任何一項的有機基改性的二氧化矽基材料或者權利要求25-30任何一項的固定相分離材料在色譜分離方法中的用途。35.用於色譜的分離柱，包括權利要求25-30任何一項的固定相分離材料。全文摘要製備用於液相色譜的固定相所使用的有機基改性的二氧化矽基材料，它包括未改性的二氧化矽部分，和含有機基團鍵合到二氧化矽上的二氧化矽部分。製備有機改性的二氧化矽基材料的方法包括在含水介質內混合二氧化矽基材料和有機基矽烷化合物，並使該混合物反應。還公開了通過官能化有機基改性的二氧化矽基材料製備的固定相分離材料。文檔編號B01J20/286GK101356003SQ200680047477公開日2009年1月28日申請日期2006年12月11日優先權日2005年12月16日發明者J·艾克羅斯申請人:阿克佐諾貝爾公司