CN103370128B - 纳米大小化学改性材料和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了包含一种多面体式寡聚倍半硅氧烷部分的配体组合物和固定相。本发明还提供了包括这些固定相的色谱装置，和制造与使用本发明的配体、固定相以及色谱装置的方法。

Description

纳米大小化学改性材料和用途
相关申请的交叉引用
本申请是2011年2月14日提交的美国临时申请号61/442,752的非临时申请并且要求了该美国临时申请的优先权。
发明背景
对于液相色谱应用，固定相的选择性和水解稳定性是最重要的方面。硅烷化试剂已经被广泛用来对用于液相色谱和许多其他应用的固体载体(包括硅胶)进行改性。虽然具有不同官能团的硅烷化试剂是可商购的，但是制造具有高表面覆盖率和高水解稳定性的固定相仍然充满挑战。
多面体式寡聚倍半硅氧烷(POSS)是一类具有高度对称性、良好的化学稳定性和热稳定性以及现成的可商购性的纳米大小的化合物。它们可以用作纳米级构造单元来改善广泛范围的材料的性质，这些材料包括医用聚合物、高温复合物、树枝状聚合物、液晶、涂层等。POSS是基于六-、八-以及十-元环的呈三维结构的结晶固体。最常观察到的形式是具有式(RSiO3/2)8的T8立方多面体式八聚物，它由具有来自呈三维安排的立方体的各个角的八条悬臂的一个硅氧烷立方笼组成。除了完全POSS(如T8)之外，不完全地形成的中间物POSS化合物也已被开发出来。举例来说，具有三个经过定向的相邻硅烷醇的不完全T7POSS化合物已经被共价附接到不同的基质上。关于一般性综述，参见科德斯等人，立方多面体式寡聚倍半硅氧烷的化学性质的最新发展，化学评论2010，110，2081-2173(Cordesetal.，RecentDevelopmentsintheChemistryofCubicPolyhedralOligosilsesquioxanes，Chem.Rev.2010，110，2081-2173)。
虽然POSS化合物被充分表征并且广泛使用，但是它们在分离领域中实际上仍然未开发。一份报告描述了一种POSS交联剂用于无机-有机混合式整体柱中的用途，然而这些工作者没有描述POSS接枝到一种固体载体上作为一种色谱用固定相的用途。多面体式寡聚倍半硅氧烷作为一种交联剂用于制备无机-有机混合式整体柱。吴等人，分析化学(2010)，82(13)，5447-5454(PolyhedralOligomericSilsesquioxaneasaCross-linkerforPreparationofInorgamc-OrganicHybridMonolithicColumns.Wu，etal.，.AnalyticalChemistry(2010)，82(13)，5447-5454)。
POSS化合物作为用于色谱应用(例如，液相色谱(LC)、气相色谱(GC)以及样品制备消耗品)的固定相表面改性剂的用途将提供获得具有多种性质的新颖材料的途径。本发明提供具有作为表面改性剂来制造用于色谱应用的固定相的用途的纳米大小POSS化合物，这些色谱应用包括液相色谱(LC)、气相色谱(GC)以及样品制备消耗品。
发明概述
相比于通过常规方法使用硅烷化试剂制备的那些固定相材料，含POSS的色谱用固定相材料展示了若干益处，例如，水解稳定性改善、疏水性增加、高配体覆盖率以及独特的选择性(形状选择性增加、疏水选择性增加)。另外，各种有用的POSS化合物在经济成本下的可商购性使其成为一种用于开发新颖固定相的可行方法。然而，直到本发明，基于POSS的材料才被用作色谱用固定载体的表面改性剂。
在不同的实施例中，本发明提供了具有一个被多面体式寡聚倍半硅氧烷(POSS)共价改性的表面的新颖材料。POSS可以被直接接枝到固体载体上或者它可以通过一种共价结合到固体载体和POSS两者的连接物被间接接枝到固体载体上。在示例性实施例中，本发明还提供了制备和使用这些新颖材料的方法。本发明的示例性材料适用于色谱(例如，液相、气相)和萃取(例如，固相萃取)。
POSS化合物是对称的纳米大小构造部分。相比于常规硅烷偶联剂，它们可以被用于在基质表面上产生不同的表面形态和独特的性质。因此，POSS键合相具有设计并制造提供独特色谱选择性的固定相的用途。相比于硅烷偶联剂，POSS化合物因为其非挥发性性质和低毒性，所以是用于表面改性的更经济和更安全的前体。许多具有多种官能团的POSS化合物是可商购的。
由POSS所提供的一个具体优点是单个分子可以提供相对于由以假定单层方式施加的类似硅烷偶联剂所提供的表面覆盖率高达五倍的表面覆盖率，其中R＝环己基。因此，POSS键合相具有高配体密度，这使得相比于通过硅烷化制备的类似固定相，水解稳定性更佳和疏水性保持力更高。
根据以下详细说明将清楚本发明的其他实施例、目的以及优点。
附图简要说明
图1示出了T7R7(OH)3-POSS(式I)的通用结构。
图2示出了T7R7(OH)3-POSS的实例。
图3示出了T8R7X-POSS(式II)的通用结构。
图4示出了T8R7X-POSS的实例。
图5示出了基质材料的实例。
图6示出了T7-POSS键合相(式III)的通用合成路线。
图7示出了T7-POSS键合相的实例。
图8示出了T8-POSS键合相(式IV)的通用合成路线。
图9示出了T8-POSS键合相50、51以及52的合成。
图10示出了T8-POSS键合相53的合成。
图11示出了T8-POSS键合相54的合成。
图12示出了T8-POSS键合相55的合成。
图13示出了T8-POSS键合相56的合成。
图14示出了T8-POSS键合相57的合成。
图15示出了T8-POSS键合相58和59的合成。
图16示出了T8-POSS键合相60和61的合成。
图17示出了T8-POSS键合相62的合成。
图18示出了T8-POSS键合相63的合成。
图19示出了T8-POSS键合相64、65以及66的合成。
图20示出了T8-POSS键合相67的合成。
图21示出了T8-POSS键合相68的合成。
图22示出了T8-POSS键合相69和70的合成。
图23示出了T8-POSS键合相71的合成。
图24示出了通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相(72)和异辛基三官能相(73)的结构。
图25示出了异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间的疏水性比较。显然，异丁基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相更高(3倍)的疏水性保持力，表明更高的键合密度。
图26示出了异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的疏水性比较。显然，异辛基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相更高(＞2倍)的疏水性保持力，表明更高的键合密度。
图27示出了异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间的疏水选择性比较。显然，异丁基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相更高的疏水选择性，表明更高的键合密度。
图28示出了异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的疏水选择性比较。显然，异辛基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相更高的疏水选择性，表明更高的键合密度。
图29示出了异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间的形状选择性比较。显然，异丁基POSS改性相提供与通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相迥然不同的形状选择性。
图30示出了异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的形状选择性比较。显然，异辛基POSS改性相提供与通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相迥然不同的形状选择性。
图31示出了异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间的低pH水解稳定性比较。显然，异丁基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相更高的水解稳定性，表明在键合位点处的键合覆盖率更佳并且立体选择性更高。
图32示出了异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的低pH水解稳定性比较。显然，异辛基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相更高的水解稳定性，表明在键合位点处的键合覆盖率更佳并且立体选择性更高。
图33对应地示出了异辛基POSS相(44)与正辛基单官能相(73)之间的水解稳定性比较。两个相均具有类似的碳含量(9％)并且是基于同一批未加工的硅胶。显然，两个POSS键合相均提供比通过常规硅烷化学方法制备的单官能C8相更佳的水解稳定性。
发明详细说明
I.介绍
如上文所阐述，诸位发明人已经认识到POSS改性的固体载体(例如，色谱用固定相和萃取用固相)提供了获得具有独特性质的材料的途径并且允许对多种特性进行工程改造，如用于分析物的这些材料的大小和形状选择性，以及这些材料的稳定性。示例性固定相是T7-POSS固定相，它是通过一种固体载体与一种T7R7(OH)3-POSS物质之间的反应所形成。在这种情况下，每一个POSS分子中的三个硅烷醇基团是以一种方式进行定向，该方式使得可以在POSS与二氧化硅表面之间形成三个Si-O-Si键联，从而产生稳定的键合。另外，由于每一个POSS分子中七个R基团的可供使用性，所以POSS的配体密度相对于以假定单层方式施加的类似硅烷偶联剂中的配体密度更高。最后但并非最不重要的，纳米大小并且对称的POSS分子在基质表面上产生独特的表面形态，这产生了新颖的色谱性质。
本发明还提供了具有类似官能团的其他POSS键合相，如T6R5X-POSS、T10R9X-POSS、T12R11X-POSS、T8R7X-POSS、T8R8(OH)2-POSS、T8R8(OH)4-POSS或T4R4(OH)4-POSS，和制造与使用这些固定相的方法。在示例性实施例中，X是一个反应性官能团并且是选自H；烷基或芳基胺；烷基或芳基卤化物；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基酰氯；烷基或芳基磺酰氯；烷基或芳基酸酐；烷基或芳基异氰酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；含烯烃部分；含硅部分；硅烷醇；或可聚合部分。
由本发明所提供的固定相的益处包括(但不限于)：(1)这些组合物提供了独特的选择性。举例来说，这些组合物可以被用于在同一分析中使用反相和POSS部分来保持和分离分析物；(2)当前组合物的选择性可以通过改变POSS部分或连接物的化学组成来调整；(3)这些组合物与高度含水条件相容(例如，耐水解)；(4)这些组合物不仅适用于制造分析型分离柱，而且适用于开发新的固相萃取(SPE)应用；(5)这些组合物可以与其他色谱填充材料共混来制造用于分离柱和SPE柱两者的多种新颖的填充材料；(6)这些组合物可以用一种通用的、容易的并且经济的方式制备；(7)POSS部分的配体的量、其连接物长度和组成以及一致性是通过使用具有不同的表面积和粒径、不同的配体结构和/或不同的表面化学性质的标准固体载体而容易地调整，从而在该固体载体上形成层。
II.定义
在具有未填满的价态的取代基是通过它们从左到右书写的常规化学式来说明的情况下，它们任选地同样涵盖将因从右到左书写该结构而产生的化学上相同的取代基，例如，-CH2O-旨在也任选地叙述-OCH2-。
除非另外说明，否则术语“烷基”独自或作为另一个取代基的一部分意指一个直链或支链、或环状烃基、或其组合，该烷基可以是完全饱和的、单或多不饱和的，并且可以包括具有指定碳原子数(即，C1-C10意指一个至十个碳)的二价和多价基团。饱和烃基的实例包括(但不限于)如下基团：如甲基、乙基、正丙基(例如，-CH2-CH2-CH3、-CH2-CH2-CH2-)、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、环己基、(环己基)甲基、环丙基甲基，例如正戊基、正己基、正庚基、正辛基等的同系物和异构体。不饱和烷基是具有一个或多个双键或三键的基团。不饱和烷基的实例包括(但不限于)乙烯基、2-丙烯基、巴豆基、2-异戊烯基、2-(丁二烯基)、2，4-戊二烯基、3-(1，4-戊二烯基)、乙炔基、1-丙炔基和3-丙炔基、3-丁炔基以及高级同系物和异构体。除非另外指出，否则术语“烷基”还意在包括以下更详细定义的烷基的衍生物，如“杂烷基”。限于烃基的烷基被称为“同源烷基(homoalkyl)”。在烷基是一个二价基团的情况下，术语“烷基”还可以意指“亚烷基”或“烷二基”以及次烷基(alkylidene)。
术语“亚烷基”或“烷二基”独自或作为另一个取代基的一部分意指衍生自一个烷基的一个二价基团，如由(但不限于)-CH2CH2CH2-(亚丙基或丙烷-1，3-二基)所举例说明，并且进一步包括以下描述为“杂亚烷基”的那些基团。典型地，一个烷基(或亚烷基)将具有从1个到约30个碳原子、优选地是从1个到约25个碳原子、更优选地是从1个到约20个碳原子、甚至更优选地是从1个到约15个碳原子并且最优选地是从1个到约10个碳原子。一个“低级烷基”、“低级亚烷基”或“低级烷二基”是一个较短链的烷基、亚烷基或烷二基，总体上具有约10个或更少个碳原子、约8个或更少个碳原子、约6个或更少个碳原子、或约4个或更少个碳原子。
术语“次烷基”独自或作为另一个取代基的一部分意指衍生自一个烷基的一个二价基团，如由(但不限于)CH3CH2CH2＝(次丙基)所举例说明。典型地，一个次烷基将具有从1个到约30个碳原子、优选地是从1个到约25个碳原子、更优选地是从1个到约20个碳原子、甚至更优选地是从1个到约15个碳原子并且最优选地是从1个到约10个碳原子。一个“低级烷基”或“低级次烷基”是一个较短链的烷基或次烷基，总体上具有约10个或更少个碳原子、约8个或更少个碳原子、约6个或更少个碳原子、或约4个或更少个碳原子。
术语“烷氧基”、“烷氨基”以及“烷硫基”(或硫代烷氧基)是在它们的常规意义上使用的，并且各自是指经由一个氧原子、一个氨基或一个硫原子连接到分子的其余部分上的那些烷基。
除非另外说明，否则术语“杂烷基”独自或与另一个术语组合意指一个稳定的直链或支链、或环状烃基、或其组合，该杂烷基由规定数目的碳原子和至少一个选自下组的杂原子组成，该组由O、N、Si、S以及B组成，并且其中这些氮和硫原子可以任选地被氧化，并且该氮杂原子可以任选地被季铵化。该一个或多个杂原子O、N、B、S以及Si可以被放置在杂烷基的任何内部位置上，或在该烷基与分子的其余部分相连接的位置上。实例包括(但不限于)-CH2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-NH-CH3、-CH2-CH2-N(CH3)-CH3、-CH2-S-CH2-CH3、-CH2-CH2-S(O)-CH3、-CH2-CH2-S(O)2-CH3、-CH＝CH-O-CH3、-Si(CH3)3、-CH2-CH＝N-OCH3以及-CH＝CH-N(CH3)-CH3。最多两个杂原子可以是连续的，例如-CH2-NH-OCH3和-CH2-O-Si(CH3)3。类似地，术语“杂亚烷基”独自或作为另一个取代基的一部分意指一个衍生自杂烷基的二价基团，如由(但不限于)-CH2-CH2-S-CH2-CH2-和-CH2-S-CH2-CH2-NH-CH2-所举例说明。对于杂亚烷基，杂原子还可以占据链末端的任何一端或两端(例如，亚烷基氧基、亚烷基二氧基、亚烷基氨基、亚烷基二氨基等)。任选地，对于亚烷基和杂亚烷基连接基团，连接基团的定向并非由书写该连接基团的式子的方向所暗示。举例来说，式-CO2R′任选地表示-C(O)OR′和-OC(O)R′两者。
除非另外说明，否则术语“环烷基”和“杂环烷基”独自或与其他术语组合各自表示“烷基”和“杂烷基”的环状型式。另外，对于杂环烷基，一个杂原子可以占据该杂环与分子的其余部分相连接的位置。环烷基的实例包括(但不限于)环戊基、环己基、1-环己烯基、3-环己烯基、环庚基等。杂环烷基的实例包括(但不限于)1-(1，2，5，6-四氢吡啶基)、1-哌啶基、2-哌啶基、3-哌啶基、4-吗啉基、3-吗啉基、四氢呋喃-2-基、四氢呋喃-3-基、四氢噻吩-2-基、四氢噻吩-3-基、1-哌嗪基、2-哌嗪基等。
除非另外说明，否则术语“卤基”或“卤素”独自或作为另一个取代基的一部分意指一个氟、氯、溴或碘原子。另外，如“卤烷基”的术语意在包括单卤烷基和多卤烷基。举例来说，术语“卤(C1-C4)烷基”意在包括(但不限于)三氟甲基、2，2，2-三氟乙基、4-氯丁基、3-溴丙基等。
除非另外说明，否则术语“芳基”意指一个多不饱和、芳香族取代基，该取代基可以是单个环或多个环(优选地是从1个到3个环)，这些环稠合在一起或共价连接。术语“杂芳基”是指包含从一个到四个选自N、O、S、Si以及B的杂原子的芳基(或环)，其中这些氮和硫原子是任选地被氧化，并且该一个或多个氮原子是任选地被季铵化。一个杂芳基可以通过一个杂原子连接到分子的其余部分上。芳基和杂芳基的非限制性实例包括苯基、1-萘基、2-萘基、4-联苯、1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、3-吡唑基、2-咪唑基、4-咪唑基、吡嗪基、2-噁唑基、4-噁唑基、2-苯基-4-噁唑基、5-噁唑基、3-异噁唑基、4-异噁唑基、5-异噁唑基、2-噻唑基、4-噻唑基、5-噻唑基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基、2-嘧啶基、4-嘧啶基、5-苯并噻唑基、嘌呤基、2-苯并咪唑基、5-吲哚基、1-异喹啉基、5-异喹啉基、2-喹喔啉基、5-喹喔啉基、3-喹啉基以及6-喹啉基。上述芳基和杂芳基环系统中的每一个的取代基是选自以下所描述的可接受取代基的组。
为了简便起见，术语“芳基”在与其他术语(例如，芳氧基、芳基硫氧基、芳烷基)组合使用时包括如上文所定义的芳基和杂芳基环两者。因此，术语“芳烷基”意在包括一个芳基连接到一个烷基上的那些基团(例如，苯甲基、苯乙基、吡啶基甲基等)，包括一个碳原子(例如一个亚甲基)已经被例如一个氧原子置换的那些芳烷基(例如，苯氧基甲基、2-吡啶氧基甲基、3-(1-萘氧基)丙基等)。
以上术语(例如，“烷基”、“杂烷基”、“芳基”以及“杂芳基”)中的每一个均意在包括所指明基团的被取代和未被取代的形式两者。以下提供了每种类型的基团的优选取代基。
烷基和杂烷基(包括常被称为亚烷基、烯基、杂亚烷基、杂烯基、炔基、环烷基、杂环烷基、环烯基以及杂环烯基的那些基团)的取代基一般被称为“烷基取代基”，并且它们可以是选自(但不限于)以下各项的多种基团中的一个或多个：被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、-OR′、＝O、＝NR′、＝N-OR′、-NR′R″、-SR′、-卤素、-SiR′R″R″′、-OC(O)R′、-C(O)R′、-CO2R′、-CONR′R″、-OC(O)NR′R″、-NR″C(O)R′、-NR′-C(O)NR″R″′、-NR″C(O)2R′、-NR-C(NR′R″R″′)＝NR″″、-NR-C(NR′R″)＝NR″′、-S(O)R′、-S(O)2R′、-OS(O)2R′、-S(O)2NR′R″、-NRSO2R′、-CN以及-NO2，数目范围是从零到(2m′+1)，其中m′是这类基团中的碳原子的总数。R′、R″、R″′以及R″″各自优选地独立地是指氢、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基(例如，被1-3个卤素取代的芳基)、被取代或未被取代的烷基、烷氧基或硫烷氧基、或芳烷基。当一种本发明的化合物包括一个以上R基团时，例如，每一个R基团独立地被选择，当存在R′、R″、R″′以及R″″基团中的一个以上时，这些基团中的每一个也同样如此。当R′和R″被连接到同一个氮原子上时，它们可以与该氮原子组合形成5-、6-或7-元环。举例来说，-NR′R″意在包括(但不限于)1-吡咯烷基和4-吗啉基。从以上关于取代基的论述中，本领域的技术人员将了解到，术语“烷基”意在包括包含与除了氢基以外的基团结合的碳原子的基团，例如卤烷基(例如，-CF3和-CH2CF3)和酰基(例如，-C(O)CH3、-C(O)CF3、-C(O)CH2OCH3等)。示例性烷基取代基包括在此被称为“反应性官能团”和“键联片段”的那些基团。
类似于对于烷基所描述的取代基，芳基和杂芳基的取代基一般被称为“芳基取代基”。这些取代基选自例如：被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、-OR′、＝O、＝NR′、＝N-OR′、-NR′R″、-SR′、-卤素、-SiR′R″R″′、-OC(O)R′、-C(O)R′、-CO2R′、-CONR′R″、-OC(O)NR′R″、-NR″C(O)R′、-NR′-C(O)NR″R″′、-NR″C(O)2R′、-NR-C(NR′R″R″′)＝NR″″、-NR-C(NR′R″)＝NR″′、-S(O)R′、-S(O)2R′、-S(O)2NR′R″、-NRSO2R′、-CN和-NO2、-R′、-N3、-CH(Ph)2、氟(C1-C4)烷氧基以及氟(C1-C4)烷基，数目范围是从零到芳香族环系统上的开放价态的总数；并且其中R′、R″、R″′以及R″优选地独立地选自氢、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基以及被取代或未被取代的杂芳基。当一种本发明的化合物包括一个以上R基团时，例如，每一个R基团独立地被选择，当存在R′、R″、R″′以及R″″基团中的一个以上时，这些基团中的每一个也同样如此。
芳基或杂芳基环的相邻原子上的取代基中的两个可以任选地被式-T-C(O)-(CRR′)q-U-的一个取代基置换，其中T和U独立地是-NR-、-O-、-CRR′-或一个单键，并且q是从0到3的一个整数。可替代地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的取代基中的两个可以任选地被式-A-(CH2)r-B-的一个取代基置换，其中A和B独立地是-CRR′-、-O-、-NR-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-、-S(O)2NR′-或一个单键，并且r是从1到4的一个整数。如此所形成的新环的这些单键中的一个可以任选地被一个双键置换。可替代地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的取代基中的两个可以任选地被式(CRR′)s-X-(CR″R″′)d-的一个取代基置换，其中s和d独立地是从0到3的整数，并且X是-O-、-NR′-、-S-、-S(O)-、-S(O)2-或-S(O)2NR′-。取代基R、R′、R″以及R″′优选地独立地选自氢或被取代或未被取代的(C1-C6)烷基。示例性烷基取代基包括在此被称为“反应性官能团”和“键联片段”的那些基团。
一个“键联片段”是连接一种连接物的两个组分(例如，图8的L1和L2)，或POSS与该连接物，或该连接物与基质的一个部分，并且总体上是指一个通过反应伴侣的反应所形成的共价键，每个反应伴侣所具有的反应性官能团的反应性与其伴侣的反应性互补。连接任何两个组分的键联片段是独立地被选择。示例性键联片段包括(但不限于)S、NRR′+、RNC(O)NR′、OCH2(OH)CH2NH、HNC(O)CH2(CH2)CH2COOH、SC(O)NH、HNC(O)S、SC(O)O、O、NR、NHC(O)、(O)CNH、NHC(O)O、OC(O)NH、(CH2)aSiOu(a是0或1；u是0、1、2或3)、CH2S、CH2O、CH2CH2O、CH2CH2S、(CH2)oO、(CH2)oS或(CH2)oYx-PEG，其中Yx是S、NH、NHC(O)、C(O)NH、NHC(O)O、OC(O)NH或O，并且o是从1到50的一个整数。R如下文所定义。
如在此所使用，术语“硅烷基取代基”可以是选自(但不限于)以下各项的多种基团中的一个或多个：被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、酰基、-OR′、-NR′R″、-SR′、-卤素、-SiR′R″R″′、-OC(O)R′、-C(O)R′、-CO2R′、-CONR′R″、-OC(O)NR′R″、-NR″C(O)R′、-NR′-C(O)NR″R″′、-NR″C(O)2R′、-NR-C(NR′R″R″′)＝NR″″、-NR-C(NR′R″)＝NR″′、-S(O)R′、-S(O)2R′、-OS(O)2R′、-S(O)2NR′R″、-NRSO2R′、-CN以及-NO2。R′、R″、R″′以及R″″各自优选地独立地是指氢、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基(例如，被1-3个卤素取代的芳基)、被取代或未被取代的烷基、烷氧基或硫烷氧基、或芳烷基。当一种本发明的化合物包括一个以上R基团时，例如，每一个R基团独立地被选择，当存在R′、R″、R″′以及R″″基团中的一个以上时，这些基团中的每一个也同样如此。当R′和R″被连接到同一个氮原子上时，它们可以与该氮原子组合形成5-、6-或7-元环。举例来说，-NR′R″意在包括(但不限于)1-吡咯烷基和4-吗啉基。从以上关于取代基的论述中，本领域的技术人员将了解到，术语“烷基”意在包括包含与除了氢基以外的基团结合的碳原子的基团，如卤烷基(例如，-CF3和-CH2CF3)和酰基(例如，-C(O)CH3、-C(O)CF3、-C(O)CH2OCH3等)。
如在此所使用，术语“非反应性硅烷基取代基”意指不与一种本发明的基质反应以在该硅烷基取代基与该基质之间形成一个共价键的一个“硅烷基取代基”。示例性的“非反应性硅烷基取代基”包括烷基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基以及其他低级烷基)或芳基(例如，苯基)。
如在此所使用，术语“反应性硅烷基取代基”意指是能够与一种本发明的基质(或接枝到一种基质上的一种连接物)反应以在该硅烷基取代基与该基质(或连接物)之间形成一个共价键的一种“硅烷基取代基”。示例性的“反应性硅烷基取代基”包括常规上被定义为离去基团的那些基团，如卤素(例如，Cl和Br)。其他示例性的“反应性硅烷基取代基”包括烷氧基(例如，甲氧基或乙氧基)以及伯和仲氨基。
如在此所使用，“POSS”是指可以与基质或连接部分上的官能团反应的任何含POSS的官能团。
一种示例性POSS是T7R7(OH)3-POSS。这种类型的POSS化合物主要被用于对具有游离硅烷醇基团(如硅胶、有机硅胶等)的任何表面进行官能化。在图1和图2中展示了通用结构和一些实例。
如具有反应性官能团(例如，X)的T8R7X-POSS的POSS能够与基质表面(或连接物)上的反应性官能团偶联，从而形成稳定的键联。在示例性实施例中，这种基质是硅胶、有机硅胶、聚合物树脂等。在图3和图4中展示了通用结构和一些实例。
具有类似官能团的其他示例性POSS化合物包括T6R5X-POSS、T10R9X-POSS、T12R11X-POSS、T8R8(OH)2-POSS、T8R8(OH)4-POSS或T4R4(OH)4-POSS等。
如在此所使用，“POSS键合相”是一种基质(或基质-连接物组合物)与一种POSS的反应产物。
一种示例性POSS键合相T7-POSS键合相是一种T7R7(OH)3-POSS化合物与具有一个含游离硅烷醇基团(如硅胶或有机硅胶)的外表面的一种基质通过Si-O-Si键联反应的产物。在图6中展示了这种类型的POSS键合相的通用结构和反应，并且在图7中展示了基于二氧化硅基质的一些实例。
T8-POSS键合相是一种具有反应性官能团的T8R7X-POSS与基质表面上的反应性官能团偶联从而形成稳定键联的产物。在图8中展示了这种类型的POSS键合相的通用结构和反应，并且在图9-23中展示了基于二氧化硅基质的一些实例。
如在此所使用，术语“酰基”描述了含有一个羰基残基的一个取代基C(O)R。R的示例性物质包括H、卤素、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基。
符号“R”(包括R′、R″、R″′等)是一种通用缩写，它表示一个选自被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基的取代基。
如在此所使用，术语“稠合环系统”意指至少两个环，其中每个环具有至少2个与另一个环共有的原子。“稠合环系统可以包括芳香族以及非芳香族环。“稠合环系统”的实例是萘、吲哚、喹啉、色烯等。
如在此所使用，术语“杂原子”包括氧(O)、氮(N)、硫(S)、硅(Si)以及硼(B)。
如在此所使用，术语“连接物”描述了一种插入在POSS部分与基质之间的部分。一种示例性连接物具有式L1-X-L2，其中L1和L2是选自被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基以及被取代或未被取代的杂芳基部分的成员，它们通过键联片段X共价键合而连接。
该连接物任选地包括内部的离子性、可离子化或极性基团，例如，离子交换基团。在此描述了多种示例性的极性、离子性以及可离子化基团。示例性极性基团包括醚基、酰胺基、磺酰胺基、脲基、氨基甲酸酯基、碳酸酯基等。一种示例性连接部分包括一条具有一定数目的有序的碳原子的碳链，其中这个数目是由下限和/或上限来定义的。对于下限来说，一种示例性连接物具有至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18个、至少19个或至少20个有序的碳原子。对于上限来说，该连接部分优选地包括不超过约50个有序的碳原子、不超过约30个碳原子、不超过约25个碳原子、不超过约20个碳原子、不超过约15个碳原子、不超过约14个、不超过约13个、不超过约12个、不超过约11个、不超过约10个、不超过约9个或不超过约8个有序的碳原子。有序的碳原子数目的示例性范围可以在上述任一上限与下限之间形成。在一个具体实施例中，一个疏水性部分具有至少8个有序的碳原子。在另一个实施例中，该连接部分具有至少8个碳原子，但不超过20个有序的碳原子。在该连接部分内，有序的碳原子中至少两个任选地是一个环(例如，一个5-或6-元环)的一部分，其中该环是选自以下各项的一个成员：芳基、杂芳基、环烷基以及可以包括芳基、杂芳基以及环烷基环的一种稠合环系统。该环任选地例如被一个非极性(疏水性)取代基取代，该取代基如未被取代的烷基(例如，甲基、乙基或丙基)。在一个实例中，该连接部分展现出多种反相特征(例如，至少C8烷基)。
如在此所使用，本发明中所使用的示例性“反应性官能团”包括(但不限于)烯烃、乙炔、醇、酚、醚、氧化物、卤化物、醛、酮、羧酸、酯、酰胺、氰酸酯、异氰酸酯、硫氰酸酯、异硫氰酸酯、胺、肼、腙、酰肼、重氮基、重氮盐、硝基、腈、硫醇、硫化物、二硫化物、亚砜、砜、磺酸、亚磺酸、缩醛、缩酮、酸酐、硫酸酯、次磺酸异腈、脒、酰亚胺、酰亚胺酯、硝酮、羟胺、肟、异羟肟酸硫异羟肟酸、丙二烯、原酸酯、亚硫酸酯、烯胺、炔胺、脲、假脲、氨基脲、碳化二亚胺、氨基甲酸酯、亚胺、叠氮化物、偶氮化合物、氧化偶氮化合物、以及亚硝基化合物。反应性官能团也包括用于制备生物结合物的那些官能团，例如，N-羟基丁二酰亚胺酯、顺丁烯二酰亚胺等。制备这些官能团中的每一个的方法在本领域中是众所周知的，并且其出于一个特定目的的应用或修改在本领域的技术人员的能力范围内(参见例如桑德勒和卡罗编，有机官能团制备，学术出版社，圣地亚哥，1989(SandierandKaro，eds.ORGANICFUNCTIONALGROUPPREPARATIONS，AcademicPress，SanDiego，1989)。
有用的反应性官能团转化包括例如：
(a)羧基，它们易被转化成不同的衍生物，包括(但不限于)活性酯(例如，N-羟基丁二酰亚胺酯、N-羟基苯并三唑酯、硫酯、对硝基苯基酯)、酸卤化物、酰基咪唑、烷基、烯基、炔基以及芳香族酯；
(b)羟基，它们可以被转化成酯、醚、卤化物、醛等；
(c)卤烷基，其中该卤素可以随后被例如一个胺、一个羧酸根阴离子、硫醇阴离子、负碳离子或一个醇盐离子的一个亲核基团置换，由此使得一个新基团共价连接在卤素原子的位置处；
(d)二烯亲和物基团，它们能够参与狄尔斯-阿尔德反应(Diels-Alderreaction)，例如顺丁烯二酰亚胺基；
(e)醛基或酮基，使得通过形成羰基衍生物(例如亚胺、腙、半卡巴腙或肟)或通过如格林纳加成(Grignardaddition)或烷基锂加成的机制，后续衍生是可能的；
(f)磺酰基卤化物基团，用于与胺进行后续反应，例如形成磺酰胺；
(g)硫醇基，它们可以例如被转化成二硫化物或与酰基卤化物反应；
(h)氨基或硫氢基，它们可以例如被酰基化、烷基化或氧化；
(i)烯烃，它们可以经历例如环加成、酰化、迈克尔加成(Michaeladdition)等；
(j)环氧化物，它们可以与例如胺和羟基化合物反应；以及
(k)亚磷酰胺和适用于核酸合成的其他标准官能团。
反应性官能团可以被选择，使得它们不参与或干扰为组装本发明的寡聚物所必需的反应。可替代地，可以通过存在一个保护基而保护一个反应性官能团使其免于参与该反应。本领域的技术人员了解如何保护一个特定官能团，使得它不干扰所选择的一组反应条件。关于有用的保护基的实例，参见例如格林等人，有机合成中的保护基，约翰威利父子出版社，纽约，1991(Greeneetal.，ProtectiveGroupsinOrganicSynthesis，JohnWiley&Sons，NewYork，1991)。
如在此所使用，术语“离子交换基团”是指一种离子性基团或一种可离子化基团。离子性基团带电荷(例如，带正电荷的季胺)，而可离子化基团可以带电荷或不带电荷，这取决于该可离子化基团所暴露的条件(即，碱性或酸性基团)。举例来说，一个叔氨基可以通过接受一个质子而带电荷(碱性基团)，而一个羧酸基可以通过供给一个质子而带电荷(酸性基团)。离子交换基团包括阴离子交换基团、阳离子交换基团、两性以及两性离子基团。阴离子交换基团包括伯、仲、叔和季胺，以及任何其他碱性(接受质子)官能团。阳离子交换基团包括磺酸根、硫酸根、羧酸根、膦酸根、磷酸根、硅烷醇、酚类羟基以及任何其他酸性(供给质子)官能团。两性和两性离子配体包括至少一个阴离子交换基团和至少一个阳离子交换基团，这些基团各自可以选自上述离子交换基团。本发明的示例性固定相(例如，基质、配体)基本上不含离子交换基团，由此避免了一种复杂、多模式的分离机制。
如在此所使用，与本发明的固定相有关的术语“具有一个电荷”、“带电荷”、“带正电荷”、“带负电荷”以及其任何语法变体都可以意指结合有“离子性”或“可离子化”基团。
术语“基质”与“载体”或“固体载体”可互换使用。
“接枝”、“结合”以及固定”可互换地用于指一种POSS部分与一种基质的直接共价连接或这个部分与该基质通过一种共价结合到POSS部分和基质两者的连接物的间接连接。
术语“基本上被保持”是指一种分析物(例如，一种离子、一种可离子化的化合物、一种不带电荷的分子等)，并且意指该分析物在空隙体积后从分离介质中洗脱出，例如，产生一个与溶剂峰基线分离的峰。
术语“颗粒的平均直径”、“粒径”、“平均粒径”、“中值粒径”或其任何语法变体是指对于一种本发明的基质(固定载体)的粒径的说明。粒径典型地由制造商提供。粒径可以是指任何类型的颗粒，包括球形和不规则形状的颗粒。
如在此所使用，“基质”是指包含可以与POSS部分、一种连接物或一种连接组分的一个反应性官能团反应的官能团的任何材料，包括(但不限于)裸二氧化硅，有机-二氧化硅混合材料，两种材料的核-壳结构，ZrO2、TiO2以及Al2O3，基于以上所举例说明的四种基质中的任一种的官能化材料(如表面改性的卤化物、胺、异氰酸酯、酸酐、环氧化物、醇、氢化物、烯烃等)，包括表面改性的卤化物、胺、异氰酸酯、酸酐、环氧化物、醇、氢化物、烯烃等的基于聚合物的材料。
示例性基质形态包括微粒或单块、多孔或无孔(针对微粒)、球形或不规则(针对微粒)，粒径(针对微粒)：0.5到100-μm，表面积：0.5到800m2/g，孔径(针对微粒)：40到2000。在图5中展示了带有被接枝的连接组分的基于二氧化硅的基质的一些实例。
本发明的某些配体和固定相拥有不对称碳原子(光学中心)或双键；外消旋物、非对映异构体、几何异构体以及单独的异构体都被涵盖在本发明的范围内。光学活性的(R)-和(S)-异构体可以使用手性合成子或手性试剂制备，或使用常规技术拆分。当在此所述的化合物包含烯系双键或其他几何不对称中心时，并且除非另外指明，否则预期这些化合物包括E和Z两种几何异构体。同样地，还旨在包括所有互变异构形式。
本发明的化合物还可以在构成这类化合物的一个或多个原子上包含非天然比例的原子同位素。举例来说，这些化合物可以被放射性同位素放射性标记，例如氘、氚(3H)、碘-125(125I)以及碳-14(14C)。本发明的化合物的所有放射性或非放射性同位素变体均旨在被涵盖在本发明的范围内。
III.示例性实施例
A.组合物
本发明提供了一种组合物，它包含：(a)一种固体载体；和(b)一种配体，其包含被共价结合到该固体载体的POSS部分。该配体被直接结合到该固体载体上或者通过一种共价结合到POSS部分和固体载体两者的连接物而被间接结合到该载体。在不同的实例中，这些配体包括一种具有选自反相、离子交换的色谱性质的连接物的组合和其除了POSS部分之外的组合。在不同的实施例中，POSS部分不是该组合物的一个交联组分。在不同的实施例中，POSS是通过仅单个位置(例如，硅原子、氧原子或连接物)被接枝到固体载体。在不同的实施例中，单一固体载体具有两个或更多个被接枝到其上的具有不同结构的配体。因此，改变单一固体载体上的POSS和/或配体的连接物的组成/结构是在本发明的范围之内。本发明的配体的多功能性允许通过改变POSS、连接物或两者的一个或多个结构参数而对固定相的性质进行工程改造。
在此描述了适用于这些组合物中的示例性固体载体、连接物和配体以及本发明的方法。
(i).固体载体
本发明的固体载体(基质)可以是可以与配体(或其组分)接枝的任何固体材料，并且可以任选地包含孔(例如，适用作一种色谱用固定相/填充材料的那些固体载体)。在一个实例中，该固体载体包括无机(例如，二氧化硅)材料。在另一个实例中，该固体载体包括有机(例如，聚合)材料(例如，合成树脂)。在又另一个实例中，该固体载体包括一种混合式无机-有机材料。该基质优选地在用于对应的分离的溶剂系统中不可溶。
在一个实施例中，该固体载体包括金属氧化物或类金属氧化物。示例性基质包括基于二氧化硅(例如，氧化硅SiO2)、基于二氧化钛(例如，氧化钛TiO2)、基于锗(例如，氧化锗)、基于氧化锆(例如，氧化锆ZrO2)、基于氧化铝(例如氧化铝Al2O3)的材料或其混合物。其他基质包括交联和非交联的聚合物、碳化材料以及金属。这些基质还可以结合有聚合网络、溶胶-凝胶网络或其混合形式。在一个实施例中，该基质是一种基于二氧化硅的基质。示例性的基于二氧化硅的基质包括硅胶、玻璃、溶胶-凝胶、聚合物/溶胶-凝胶混合物、核壳结构以及二氧化硅单块材料。
适用作本发明中的有机基质的示例性合成树脂描述于史蒂文斯(Stevens)等人的美国专利4,927,539、史蒂文斯等人的美国专利4,351,909、史蒂文斯等人的美国专利4,519,905、巴雷托(Barretto)等人的美国专利4,383,047和美国专利5,532,279中，出于所有目的，这些披露各自通过引用结合在此。
固体载体可以由任何合成树脂材料形成。示例性合成聚合物离子交换树脂包括聚(苯酚-甲醛)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚腈、胺-环氧氯丙烷共聚物、苯乙烯在聚乙烯或聚丙烯上的接枝聚合物、聚(2-氯甲基-1，3-丁二烯)、聚(乙烯基芳香族)树脂(如衍生自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、氯苯乙烯、氯甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基萘或乙烯基吡啶的那些树脂)、丙烯酸和甲基丙烯酸的相应酯、以及类似的不饱和单体、单亚乙烯基单体(包括含单亚乙烯基环的氮杂环化合物)、以及以上树脂的任何共聚物。另外的实例包括基于丙烯酸缩水甘油酯和基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的材料(例如，甲基丙烯酸2-缩水甘油氧基乙酯、乙烯基苯甲基缩水甘油醚、2-(4-乙烯基苯甲氧基)乙基缩水甘油醚)，以及衍生自乙烯基苯甲基氯化物、乙烯基苯甲醇、2-(4-乙烯基苯甲氧基)乙醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯甲酰胺的那些材料。
以上材料中的任何一种可以任选地与结合有离子性或可离子化(以及任选地反相)官能团的单体进行共聚。可以任选地用结合有离子性或可离子化以及任选地反相官能团的一种合适的配体对以上材料中的任何一种进行官能化。
在一个实施例中，该载体包含交联的聚合物或共聚物。一种示例性共聚物是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物(例如，PS-DVB)。在一个实例中，该苯乙烯-二乙烯基苯共聚物包含按重量计约0％到约100％之间的二乙烯基苯单体。在另一个实例中，该苯乙烯-二乙烯基苯共聚物包含按重量计约25％到约80％之间的二乙烯基苯单体。该共聚物可以例如根据伊卡达等人，聚合物科学杂志，第12卷，1829-1839(1974)(Ikadaetal.，JournalofPolymerScience，Vol.12，1829-1839(1974))或如梅特兹南(Meitzner)等人的美国专利4,382,124中所述的方法来制备。
在利用一种聚合物的不同的实施例中，POSS不充当该聚合物内的一种交联剂。
在一个实例中，固体载体包括一种二氧化硅-、氧化铝-、氧化锆-或二氧化钛-聚合树脂混合材料。示例性二氧化硅-有机混合物描述于美国专利6,528,167和美国专利申请公开2006/0070937(申请序列号：11/240,695)中，出于所有目的，这些披露通过引用结合在此。
在一个实例中，本发明的固体载体是通过众所周知的悬浮聚合技术而形成。在这个实例中，这些颗粒典型地来源于一种单体混合物，该混合物在将与这些颗粒相接触的溶剂中不可溶。示例性基质是通过在一种合适的乳化剂存在下加热并搅拌多种单体在一种合适的溶剂中的悬浮液而形成。可替代地，可以通过一种悬浮、本体或溶液方法来进行这种聚合，接着通过机械装置(例如，球磨机、棒磨机等)将树脂研磨成所希望的大小。
固体载体可以具有任何形式，包括微粒(例如，球形、基本上球形；例如，树脂珠粒)、碎片、大块、块料、单块等。当基质呈微粒形式时，这些颗粒(例如，不规则形状或珠粒形状，例如，基本上球形)具有中值粒径(即，直径)。在一个实例中，基质(例如，球形硅胶)的中值粒径是在约0.1(例如，二氧化硅微球)与约10,000μm(微米)之间。在一个实例中，基质的中值粒径是在约1与约5000微米之间、在约1与约1000微米之间、在约1与约500微米之间、在约1与约400微米之间、在约1与约300微米之间、在约1与约200微米之间或在约1与约100微米之间。在又另一个实例中，基质的中值粒径是在约1与约80微米之间、在约1与约70微米之间、在约1与约60微米之间、在约1与约50微米之间、在约1与约40微米之间、在约1与约30微米之间、在约1与约20微米之间或在约1与约10微米之间。在其他实例中，基质的中值粒径是在约10与约100微米之间、在约10与约80微米之间、在约40与约200微米之间、在约40与约100微米之间、在约40与约80微米之间、在约60与约200微米之间、在约60与约100微米之间、在约70与约200微米之间、在约80与约200微米之间、在约100与约200微米之间、在约200与约600微米之间、在约200与约500微米之间或在约200与约400微米之间。在一个具体实例中，基质是基于二氧化硅(例如，硅胶)、具有在约40与80微米之间的中值粒径。粒径还可以用如泰勒等价标度上所定义的“筛目”来测量(颗粒越小，筛目数越高)。典型的筛目特性是在约10与600之间的范围内。一般来说，适用于任何填充床色谱应用(例如，LC、HPLC或超高压色谱)的基质颗粒均适合用于本发明的组合物中。
在不同的实例中，载体是呈微粒形式，并且多个载体颗粒被放置在一个填充床中。举例来说，用载体颗粒填充一个塑料或金属柱。
在其他实例中，基质颗粒是基本上“单分散的”或基本上“均匀分散的”，这表明了这些颗粒中的大部分(例如，这些颗粒的80％、90％或95％)的粒径不会在中值粒径(M)以下或以上实质上(例如，不超过50％)变化。在一个示例性的单分散基质颗粒群体中，这些颗粒中的90％具有在约0.5×M与约1.5×M之间的平均粒径。
在另一个实例中，基质是一种无机或有机单块。在一个实例中，固体载体包括一种二氧化硅单块。在另一个实例中，固体载体包括一种氧化铝单块。在又另一个实例中，固体载体包括一种氧化锆单块。在另一个实例中，固体载体包括一种二氧化钛单块。示例性的基于有机组合物的单块材料和制备这类材料的方法描述于美国专利5,130,343；5,929,214；5,728,457；5,260,094；6,887,384；5,334,310；7,303,671；5,453,185以及7,074,331中，出于所有目的，这些披露通过引用以其全文结合在此。
当使用一种多孔基质时，该基质的孔可以具有任何大小。在一种典型的基质中，平均孔径等于或小于下文所述的微颗粒。标称孔径典型地以埃(10-10m，)来测量。在一个实例中，基质孔的平均直径是在约1与约5000之间。在另一个实例中，基质孔的体积平均直径是在10与约5000之间、在约10与约4000之间、在约10与约3000之间、在约10与约2000之间、在约10与约1000之间、在约10与约800之间、在约10与约600之间、在约10与约400之间、在约10与约200之间、在约10与约100之间、在约20与约200之间、在约20与约100之间、在约30与约200之间、在约30与约100之间、在约40与约200之间、在约40与约100之间、在约50与约200之间、在约50与约100之间、在约60与约200之间、在约60与约100之间、在约70与约200之间、在约70与约100之间、在约80与约200之间、在约100与约200之间、在约100与约300之间、在约100与约400之间、在约100与约500之间、在约200与约500之间或在约200与约600之间。
基质的比表面积典型地是在约0.1与约2,000m2/g之间。举例来说，基质的比表面积是在约1与约1,000m2/g树脂之间、在约1与约800m2/g树脂之间、在约1与约600m2/g树脂之间、在约1与约400m2/g树脂之间、在约1与约200m2/g树脂之间或在约1与约100m2/g树脂之间。在另一个实例中，基质的比表面积是在约3与约1,000m2/g树脂之间、在约3与约800m2/g树脂之间、在约3与约600m2/g树脂之间、在约3与约400m2/g树脂之间、在约3与约200m2/g树脂之间或在约3与约100m2/g树脂之间。在又另一个实例中，基质的比表面积是在约10与约1,000m2/g树脂之间、在约10与约800m2/g树脂之间、在约10与约600m2/g树脂之间、在约10与约400m2/g树脂之间、在约10与约200m2/g树脂之间或在约10与约100m2/g树脂之间。
在一个实例中，该基质包括可负离子化或可正离子化或带电荷的基团，并且这些可离子化基团是通过与过量的配体或与另一种试剂反应而被“封端”的。
在示例性实施例中，该基质适合于用一种有机配体进行化学改性。在一个实例中，该基质是一种有机聚合基质。可以通过利用聚合物上存在的官能团用一种有机配体来对这类基质进行改性。在一个实例中，该聚合物是用一种结合有一个氨基或一个羧酸基的配体进行官能化的苯乙烯与二乙烯基苯的一种共聚物(PS-DVB)。该配体可以衍生自一种含硫醇基的前体。可以在一种自由基引发剂(如2，2′-偶氮双(2-甲基丙腈))存在下，将该硫醇类似物与该聚合物一起加热。
在另一个实例中，该基质是一种无机基质，如二氧化硅。可以使用反应性硅烷基配体来对二氧化硅进行共价改性。
下文描述了示例性配体、连接物以及将它们连接到基质上的方法。
(ii).配体
在本发明的不同实例中，用至少一种类型的含POSS的配体对该基质进行共价改性。在图1到图4中阐述了可以与一种基质反应以形成一种本发明的材料的示例性POSS基团。图1、3以及4中所示出的POSS中的R基团总体上是选自H、OH、选自以下各项的取代基：被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、或被取代或未被取代的杂环烷基。在一个示例性实施例中，R基团被一个反应性官能团取代，反应性官能团这个术语在合成有机化学领域中所普遍了解的并且在此阐述了这个种类的范例。
在图2中阐述了示例性POSS配体。这些配体可以用一种连接部分来进行改性或与一种被接枝到固体载体的连接物反应。可替代地，这些配体可以被直接连接到固体载体上。
参看图1，示例性R基团包括H；被取代或未被取代的烷基；被取代或未被取代的烯基；被取代或未被取代的芳基；烷基或芳基胺；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基磺酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；氟烷基；聚乙二醇(PEG)；以及含硅部分。
参看图3，示例性R基团包括H；被取代或未被取代的烷基；被取代或未被取代的烯基；被取代或未被取代的芳基；烷基或芳基胺；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基磺酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；氟烷基；聚乙二醇(PEG)；含硅部分；以及OH(硅烷醇)。
参看图3，X是可以与基质表面上的另一个官能团反应的一个反应性官能团。示例性反应性官能团包括H；烷基或芳基胺；烷基或芳基卤化物；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基酰氯；烷基或芳基磺酰氯；烷基或芳基酸酐；烷基或芳基异氰酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；含烯烃部分；含硅部分；硅烷醇；以及可聚合部分。
参看图4，表1提供了本发明的示例性材料。
表1
编号 R X
9 H H
10 异丁基 CH2CH2CH2NH2
11 异辛基 CH2CH2CH2NH2
12 苯基 CH2CH2CH2NH2
13 CH2CH2CH2NH2 CH2CH2CH2NH2
14 异丁基 缩水甘油基
15 缩水甘油基 缩水甘油基
16 异丁基 PhCH2Cl
17 异丁基 CH2CH2CH2Cl
18 环己基 3-(顺丁烯二酰亚胺基)丙基
19 异丁基 丙基丙烯酸酯
20 丙基甲基丙烯酸酯 丙基甲基丙烯酸酯
21 异丁基 烯丙基
22 乙烯基 乙烯基
23 异丁基 CH2CH2CH2SH
24 异辛基 CH2CH2CH2SH
25 环戊基 CH2CH2CH2NCO
26 异丁基 CH2CH2CH2OH
27 异丁基 CH2CH2CH2SO3Cl
28 异丁基 CH2CH2CH2CO2Me
就图6来说，示例性R基团包括H；被取代或未被取代的烷基；被取代或未被取代的烯基；被取代或未被取代的芳基；烷基或芳基胺；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基磺酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；氟烷基；聚乙二醇(PEG)；以及含硅部分。
就图8来说，示例性R基团包括H；被取代或未被取代的烷基，例如，甲基、乙基、异丁基、异辛基；被取代或未被取代的烯基，例如，烯丙基；被取代或未被取代的芳基，例如，苯基；烷基或芳基胺；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基磺酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；氟烷基；聚乙二醇(PEG)；含硅部分；以及OH(硅烷醇)。
就图8来说，X和Y是彼此反应形成Z的反应性官能团。示例性X和Y基团独立地是H；烷基或芳基胺；烷基或芳基卤化物；烷基或芳基醇；烷基或芳基羧酸；烷基或芳基酰氯；烷基或芳基磺酰氯；烷基或芳基酸酐；烷基或芳基异氰酸酯；烷基或芳基酰亚胺；烷基或芳基硫醇；烷基或芳基环氧化物；含烯烃部分；含硅部分；硅烷醇；以及可聚合部分，例如，烯烃、乙烯基等。
就图8来说，Z是一个由Y和X反应形成的键联片段，它可以是(但不限于)-CH2-；酰胺；磺酰胺；氨基甲酸酯；酯；-S-；-O-；-CH2-S-；以及-CH2-CH2-。
就图8来说，L1可以是(但不限于)两个末端均单独地共价连接到基质表面和Z上的被取代或未被取代的烷基或被取代或未被取代的芳基。在一个示例性实施例中，L1是烃基。
就图8来说，L2可以是(但不限于)两个末端均单独地共价连接到POSS部分和Z上的被取代或未被取代的烷基或被取代或未被取代的芳基。在一个示例性实施例中，L2是烃基。
就图9来说，表2提供了示例性实施例。
表2
R POSS化合物 POSS键合相
异丁基 10 50
异辛基 11 51
苯基 12 52
就图15来说，表3提供了示例性的本发明化合物。
表3
R POSS化合物 POSS键合相
异丁基 23 58
异辛基 24 59
就图16来说，表4提供了示例性的本发明化合物。
表4
R POSS化合物 POSS键合相
异丁基 23 60
异辛基 24 61
就图19来说，表5提供了示例性的本发明化合物。
表5
R POSS化合物 POSS键合相
异丁基 10 64
异辛基 11 65
苯基 12 66
就图22来说，表6提供了示例性的本发明化合物。
表6
R POSS化合物 POSS键合相
异丁基 23 69
异辛基 24 70
技术人员应该了解，本发明是参考特定范例来描述的，然而，本发明并不这样就被限制了，并且包括反应性官能团的整个范围内的取代基可以被归入到整个范围内的X、Y以及R基团中，但不限于此。
(iii)配体与固体载体的连接
在不同的实施例中，使用反应性POSS配体对固体载体进行官能化。举例来说，这些反应性配体包括一种适用于连接到固体载体上的反应性官能团(图6和图7)。该配体的反应性官能团能够与固体载体(例如，与在该固体表面上的互补的反应性官能团)反应。在一个示例性实施例中，用一种连接物对POSS配体进行官能化，这种连接物包含一个部分，这个部分提供了一个用于通过该连接物上的互补的反应性基团与固体载体反应而将该连接物接枝到固体载体上的位置(图20和图21)。在另一个示例性实施例中，该固体载体包含一种被接枝到其上的连接物，并且该配体包含一个具有与该连接物上的反应性官能团互补的反应性的反应性官能团，使得连接物与配体共价连接(图23)。在又另一个实施例中，该固体载体包含一个连接片段L1(图5)，并且该POSS配体包含一个第二连接片段(L2)。每一个连接片段所包含的一个反应性官能团所具有的反应性与另一个的反应性互补。在反应时，形成基团“Z”，得到结构SS-L1-Z-L2-POSS(图8到图19以及图22)，其中SS是一种固体载体。
用于将多种配体连接到多种无机基质(如二氧化硅基质)上的多种方法是已知的。示例性方法描述在此以及例如WO2006/088760(2006年2月10日提交)、WO2006/0054559(2004年9月10日提交)、WO2005/047886(2004年10月4日提交)、美国专利申请号11/753,934(2007年5月25日提交)、H.水口等人，分析化学1996，68：3498-3501(H.Minakuchietal.，Anal.Chem.1996，68：3498-3501)、H.水口等人，色谱杂志，1998，797：121-131(H.Minakuchietal.，J.Chromatogr.1998，797：121-131)、美国专利6,248,798、美国专利5,968,363、美国专利5,865,994、美国专利5,936,003以及美国专利5,925,253中，出于所有目的，这些披露各自通过引用结合在此。
在一个实例中，反应性配体(或连接组分)包含一个反应性硅烷基。举例来说，该反应性硅烷基可以与包含表面硅烷醇(例如，Si-OH)基团的一种二氧化硅基质的表面反应，以便在该硅烷基配体与该二氧化硅基质之间形成多个硅氧烷键。在不同的实施例中，反应性配体包含具有根据式(III)的结构的一个活化硅烷基：
在根据式(X)的示例性硅烷基中，R20、R21以及R22是独立地选择的硅烷基取代基，并且这些取代基中的至少一个是一个活性硅烷基。一个活性硅烷基包括至少一个反应性硅烷基取代基。一个反应性硅烷基取代基能够与在此所定义的一种基质反应以在该配体(或连接组分)与该基质之间形成一个共价键。因此，R20、R21以及R22中的至少一个是一个反应性硅烷基取代基。示例性反应性硅烷基取代基包括烷氧基、卤素、伯或仲氨基以及羧酸基。
在一个实施例中，R20、R21以及R22是独立地选自以下各项的成员：卤素、OR14、NR14R15、OC(O)R16、OS(O)2R16、酰基、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的环烷基以及被取代或未被取代的杂环烷基。每个R14和每个R15是一个独立地选自以下各项的成员：H、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基以及被取代或未被取代的杂环烷基。每个R16是一个独立地选自以下各项的成员：被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基以及被取代或未被取代的杂环烷基。在一个实施例中，R20、R21以及R22中的至少一个不为OH、未被取代的烷基、未被取代的芳基、未被取代的杂芳基以及未被取代的杂环烷基。在另一个实施例中，R20、R21以及R22中的至少一个是烷氧基或卤素。适用于使一个反应性配体共价键联到固体载体的示例性反应性硅烷基包括：
-Si(OMe)3；-SiMe(OMe)2；-SiMe2(OMe)；-Si(OEt)3；-SiMe(OEt)2；-SiMe2(OEt)、-SiCl3、-SiMeCl2；-SiMe2Cl、-SiCl2(OMe)、以及-SiCl(OMe)2。
在不同的实施例中，R20、R21以及R22中的至少一个是一个非反应性硅烷基取代基，它们包含一种连接物、连接组分或系栓到POSS的连接物。在另一个实例中，R20、R21以及R22中的两个是非反应性硅烷基取代基。除了连接物-POSS部分之外，示例性的非反应性硅烷基取代基还包括烷基或芳基。在一个实施例中，R20、R21以及R22中的一个是连接物-POSS部分，而另一个是一个选自未被取代的C1-C6烷基(例如，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基等)的成员。
在一个实例中，用于对固体载体进行共价改性的反应性配体包含一个POSS部分。可替代地，该反应性配体包含一个在该反应性配体与固体载体偶联之后可以被共价连接到POSS部分上的基团。举例来说，该反应性配体可以包含一个反应性基团或一个受保护的反应性基团，该基团与一个反应性POSS部分反应，由此使该POSS部分与该连接物结合。
许多不同的配体可以被结合到固体载体上。在一个实例中，功能层主要由一种类型的配体组成。在另一个实例中，该功能层包括至少两种不同的配体结构。当两种或更多种配体结构存在时，这些结构在POSS部分的一致性、连接物或两者方面可以是不同的。举例来说，除了连接物-POSS部分之外，本发明的组合物还可以进一步包含结合到同一固体载体的反相(例如，C8或C18)和/或离子交换配体。
这些配体可以任选地包括其他极性基团(例如，醚、硫醚、酰胺、磺酰胺、脲、硫脲、碳酸酯、氨基甲酸酯等)。在一个示例性实施例中，一个或多个极性基团处于连接物内部。
在一个实施例中，该连接物具有至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、至少11个或至少12个有序的碳原子。在不同的实施例中，这些有序的碳原子中的至少两个任选地是被取代或未被取代的环(例如，被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、或被取代或未被取代的环烷基)的一部分。在一个实例中，连接物是一个对于配体具有充分疏水性的疏水性部分，从而展现出反相特性。在这个实例中，该连接物提供了一个反相部分的一个组分。因此，在一个实例中，该连接物包含至少8个、至少9个、至少10个、至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个或至少16个有序的碳原子。举例来说，当该连接物包含一个疏水性部分时，所得本发明的固定相提供除了芳香族和立体选择能力之外的反相能力。除了离子性或可离子化分析物之外，这类材料还可以例如用于分析不带电荷的分子(例如，在同一种样品内)。可以利用这些所附加的反相能力来分析除了离子性或可离子化分子之外还包含有机疏水性和/或极性分子的多种样品。
(iv).配体与有机(聚合)固体载体的连接
用于将多种配体连接到多种有机基质(如聚合树脂)上的多种方法为本领域的技术人员已知的。在一个实例中，该基质是由单体制备，这些单体在聚合之后提供不饱和基团，如乙烯基。在一个实例中，该聚合物是苯乙烯与二乙烯基苯的一种共聚物(PS-DVB)。这些树脂的不饱和基团(例如，乙烯基)可以被用于连接一个离子交换配体。在一个实例中，该配体包含一个硫醇基，该硫醇基通过涉及自由基中间物的一种加成机制而加成到双键上，由此在该配体与该固体载体之间形成一个硫-醚键。这类反应描述于例如WO/03022433(2002年9月5日提交)中。一种示例性方法展示于以下方案1中：
方案1：
在另一种方法中，该有机聚合固体载体结合有提供了一个反应性官能团的一种单体，该反应性官能团可以被用于将配体共价连接到固体载体上。在一个实例中，该单体结合有一个羧酸基或一个酯基，该酯基可以在聚合之后被水解形成一个羧酸基。根据这个实例的示例性单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸烷酯(例如，甲酯或乙酯)以及甲基丙烯酸烷酯(例如，甲酯或乙酯)。该羧酸基可以与配体上的一个互补的反应性官能团反应。在一个实例中，该配体包含一个氨基，该氨基可以与羧酸基反应以在固体载体与配体之间形成一个酰胺键。羧酸基可以例如在与反应性配体反应之前通过形成酰氯来进行活化。
在另一个实例中，聚合固体载体结合有包含一个环氧基的一种单体。该环氧环可以使用一种亲核配体打开，由此在该配体与该固体载体之间形成一个共价键。举例来说，该配体可以包含一个氨基(例如，一个伯氨基)或一个硫氢基，该氨基或硫氢基可以与环氧环反应，以便在该配体与该固体载体之间各自形成例如一个胺或一个硫-醚键联。包含一个环氧环并且可以被结合到一种聚合物中的示例性单体包括丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸2-缩水甘油氧基乙酯、乙烯基苯甲基缩水甘油醚、2-(4-乙烯基苯甲氧基)乙基缩水甘油醚。
在又另一个实例中，聚合固体载体结合有一种单体，该单体包含一个离去基团，如一个卤素取代基，该离去基团可以例如在一种亲核取代反应中被一个亲核配体置换，由此在该配体与该固体载体之间形成一个共价键。一种示例性的单体是乙烯基苯甲基氯。
在另一个实例中，聚合固体载体结合有包含一个羟基或一个硫氢基的一种单体。该羟基可以例如被用于通过各自形成一个醚键或一个硫-醚键来将一个配体共价连接到固体载体上。结合有一个羟基的示例性单体包括乙烯基苯甲醇和2-(4-乙烯基苯甲氧基)乙醇。
B.柱
本发明还提供了多个实施例，其中本发明的组合物被包含在一个容器中。该容器优选地是一种色谱柱。示例性色谱柱包括金属柱、玻璃柱以及由一种聚合材料(如塑料)制成的柱。金属柱可以是那些常用于采用高压的色谱程序(例如，HPLC、超高压)的柱。塑料柱可以是那些常用于制备型色谱系统的柱。这类聚合柱经常是一次性的并且常常被称为滤筒。因此，在一个实施例中，本发明提供了填充有一种分离介质的一种色谱柱，该分离介质包含一种本发明的组合物。在另一个实例中，本发明提供了包含一种本发明的单块组合物的一种色谱柱。在又另一个实例中，本发明提供了在一个流通床中适合用作一种色谱介质的一种本发明的组合物。
IV.方法
本发明的组合物和化合物可以使用本领域已知的多种方法和在此描述的那些方法来合成。可能需要对那些方法进行改变以便合成某些实施例的组合物。那些替代性方法是本领域的技术人员应该清楚的并且在其技术范围内。适用于制备本发明的组合物和化合物的起始物质和试剂是可商购的或可以使用本领域公认的方法来制备。用于制备反应性硅烷基配体和制备示例性经过官能化的基质的示例性方法提供于例如WO2006/088760(2006年2月10日提交)、WO2006/0054559(2004年9月10日提交)以及WO2005/047886(2004年10月4日提交)中，出于所有目的，这些披露各自通过引用结合在此。其他反应性硅烷基配体是可商购的。
制备一种本发明的固定相的一种示例性方法包括将在此所阐述的配体共价键合到固体载体的至少外表面或内表面与外表面两者。如在此所使用，“键合”包括在固体载体上组装一种连接物-POSS盒子的动作。这些配体包括至少一个被共价连接到基质上的POSS部分和至少一个被共价连接到POSS部分上的连接物。
A.色谱方法
本发明进一步提供了一种色谱方法(例如，用于分离一种液体样品中的分析物)。该方法涉及使一种液体样品流过包含一种本发明的组合物的分离介质的一个单块或一个填充床。在一个实例中，该液体包含一种分析物。举例来说，该液体包含至少一种类型的芳香族化合物。在示例性实施例中，本发明的方法允许分离两种或更多种芳香族化合物。本发明的方法进一步允许使一种或更多种芳香族化合物与一种或更多种非芳香族化合物分离。在此上下文中，动词“分离”或其任何语法型式是指从一种分离介质上洗脱至少两种分析物，每种具有一个分离峰，优选地具有在这至少两个峰之间的基线分离。
在一个实例中，适用于本发明的方法中的流动相包括水。流动相的水含量优选地在约0.1％(v/v)与100％(v/v)之间、更优选地在约1％与约100％(v/v)之间、甚至更优选地在约10％与约100％(v/v)之间、并且最优选地在约20％与约100％(v/v)之间。
本发明进一步提供了分离一种液体样品中的分析物的一种方法，包括使所述液体样品流过包含一种本发明的组合物的一种色谱介质。
在一个示例性实施例中，本发明的方法所具有的性质相对于使用并非基于POSS的类似固体载体的方法的性质有所改善。举例来说，如图25所示，异丁基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相更高(3倍)的疏水性保持力，表明更高的键合密度。图26示出了异辛基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相更高(＞2倍)的疏水性保持力，表明更高的键合密度。
图27示出了异丁基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相更高的疏水选择性，表明更高的键合密度。图28示出了异辛基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相更高的疏水选择性，表明更高的键合密度。
图29示出了异丁基POSS改性相提供与通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相迥然不同的形状选择性。
图30示出了异辛基POSS改性相提供与通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相迥然不同的形状选择性。
图31示出了异丁基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异丁基三官能相更高的水解稳定性，表明在键合位点处的键合覆盖率更佳并且立体选择性更高。图32示出了异辛基POSS改性相提供比通过常规硅烷反应制备的异辛基三官能相更高的水解稳定性，表明在键合位点处的键合覆盖率更佳并且立体选择性更高。
因此，本发明提供了用于分离分析物的色谱方法，该色谱方法所展示的性质相对于类似的基于硅烷基的固定相的性质有所改善，包括(但不限于)比类似的基于硅烷基的固定相更大的疏水性、更大的疏水选择性、更大的形状选择性以及更大的水解稳定性。示例性类似的POSS和基于硅烷基的配体以及固定载体是配体的含碳部分具有相等的碳原子数者(即，异辛基POSS类似于异辛基硅烷基)。尽管这些配体是类似的，但是在示例性实施例中，它们产生具有不同的表面覆盖率性质的固定载体。举例来说，示例性POSS配体提供一种具有含碳物质的“孤立区”的不连续固定相，而类似的硅烷基配体提供一个更均匀的表面。
上文针对本发明的组合物所概述的多个实施例和多个实例中的每一个都同样适用于本发明的方法。举例来说，如上文所概述的关于固体载体的类型、固体载体颗粒的大小、孔径、有机配体的结构和性质、连接部分的类型和性质以及POSS部分的结构的每个实施例同样适用于本发明的所有组合物和方法。
通过参考以下非限制性实例来进一步说明本发明。
实例
实例1
1)官能化-通用条件
制造T7-POSS键合相42-49的通用合成程序
在一个圆底烧瓶中将一种所选择的T7R7(OH)3-POSS化合物溶解在一种适当的高沸点溶剂中。将适量硅胶分散在这份溶液中。在回流24到96小时之后，过滤反应混合物。然后用足量的可以溶解该POSS化合物的合适溶剂洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。
可替代地，在一个圆底烧瓶中将一种T7R7(OH)3-POSS化合物溶解在一种适当的低沸点溶剂中。然后将适量硅胶分散在这份溶液中。在减压下于一个旋转蒸发仪上小心地去除所有挥发物之后，在160℃下加热所得物质12小时。然后过滤反应混合物并且用足量的可以溶解该POSS化合物的合适溶剂洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。
取决于应用，POSS键合相可以用一种封端剂(例如，六甲基二硅氮烷)进行进一步官能化，从而使表面上的硅烷醇基团的数目降到最低。
T8-POSS键合相(50-71)的通用合成程序
在一个圆底烧瓶中将一种所选择的T8R7X-POSS化合物溶解在一种适当的溶剂中。将适量硅胶分散在这份溶液中。取决于反应性质，可以对该溶液进行冷却、加热、或者可以添加有助于转化的附加试剂，如碱或催化剂。在回流24到96小时之后，过滤反应混合物。然后用足量的可以溶解该POSS化合物的合适溶剂洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。取决于应用，POSS键合相可以用一种封端剂(例如，六甲基二硅氮烷)进行进一步官能化，从而使表面上的硅烷醇基团的数目降到最低。
出于示范的目的，本发明中关于POSS键合相制备的实例使用具有以下物理性质的高纯度、多孔、球形硅胶：平均粒径3或5μm；比表面积100、200或300m2/g；平均孔径120、200或300孔隙体积约1.00mL/g。
实例2
合成异丁基-T7POSS相(43)
在一个200-mL圆底烧瓶中将10g三硅烷醇异丁基POSS(3)溶解在100mL癸烷中。将10g未加工的硅胶(5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.00mL/g)分散在这份溶液中。在回流72小时之后，过滤反应混合物。然后用足量庚烷洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。元素分析得到7.01％的碳含量，这对应于3.88μmol/m2的配体密度。
实例3
合成异辛基-T7POSS相(44)
在一个200-mL圆底烧瓶中将10g三硅烷醇异辛基POSS(4)溶解在100mL癸烷中。将10g未加工的硅胶(5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.00mL/g)分散在这份溶液中。在回流72小时之后，过滤反应混合物。然后用足量庚烷洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。元素分析得到9.37％的碳含量，这对应于3.85μmol/m2的配体密度。
实例4
合成苯基T7POSS相(46)
在一个200-mL圆底烧瓶中将10g三硅烷醇苯基POSS(6)溶解在100mL丙酮中。然后将10g未加工的硅胶(5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.0mL/g)分散在这份溶液中。在减压下于一个旋转蒸发仪上小心地去除所有挥发物之后，在160℃下加热所得物质12小时。然后过滤反应混合物并且用足量丙酮洗涤滤饼。元素分析得到9.90％的碳含量，这对应于5.60μmol/m2的配体密度。
实例5
合成异丁基-三官能相(72)
在一个200-mL圆底烧瓶中将10g异丁基三甲氧基硅烷溶解在100mL癸烷中。然后将10g未加工的硅胶(5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.0mL/g)分散在这份溶液中。在回流72小时之后，过滤反应混合物。然后用足量庚烷洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。元素分析得到3.78％的碳含量，这对应于2.94μmol/m2的配体密度。
这种材料被用于在POSS键合相(43)与通过常规硅烷化学方法制备的材料(72)之间的比较研究。
实例6
合成异辛基-三官能相(73)
在一个200-mL圆底烧瓶中将10g异辛基三甲氧基硅烷溶解在100mL癸烷中。然后将10g未加工的硅胶(5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.00mL/g)分散在这份溶液中。在回流72小时之后，过滤反应混合物。然后用足量庚烷洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时。元素分析得到6.33％的碳含量，这对应于2.52μmol/m2的配体密度。
制造这种相是用于在POSS键合相(44)与通过常规硅烷化学方法制备的材料(73)之间的比较研究。
实例7
合成T8-POSS相(50)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g氨基丙基异丁基POSS(10)溶解在25mL辛烷中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的异氰酸酯键合的二氧化硅(30)分散在这份溶液中：粒径5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.0mL/g。在50℃下反应24小时之后，过滤反应混合物。然后用足量THF洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相50。
实例8
合成T8-POSS相(55)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g缩水甘油基POSS(15)溶解在25mL四氢呋喃(THF)中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的丙氨基键合的二氧化硅(31)分散在这份溶液中：粒径5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.00mL/g。在回流24小时后，过滤反应混合物。然后用足量庚烷洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相55。注意相55等可以被用作前体以用于进一步表面改性。
实例9
合成T8-POSS相(57)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g氯苯甲基异丁基POSS(16)溶解在25mLTHF中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的N，N-二甲基丙氨基键合的二氧化硅(32)分散在以上溶液中：粒径5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.0mL/g。在环境温度下反应12小时之后，过滤反应混合物。然后用足量THF洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相57。
实例10
合成T8-POSS相(60)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g巯基丙基异丁基POSS(23)溶解在25mLTHF中。然后将2g甲氧基钠和5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的11-溴十一烷键合的二氧化硅(39)分散在以上溶液中：粒径5.0μm；比表面积200m2/g；平均孔径200孔隙体积1.0mL/g。在环境温度下反应12小时之后，过滤反应混合物。然后相继用足量THF、去离子水以及丙酮洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相60。
实例11
合成T8-POSS相(66)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g氨基丙基苯基POSS(12)溶解在25mL辛烷中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的丙基丁二酸酐键合的二氧化硅(36)分散在以上溶液中：粒径5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.0mL/g。在回流12小时后，过滤反应混合物。然后用足量庚烷洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相66。
实例12
合成T8-POSS相(67)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g烯丙基异丁基POSS(21)溶解在25mLTHF中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的氢化物键合的二氧化硅(33)分散在这份溶液中：粒径5.0μm；比表面积300m2/g；平均孔径120孔隙体积1.0mL/g。在添加0.1g催化剂(例如，氯铂酸)之后，使该反应物回流12小时。然后过滤反应混合物并且用足量THF洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相67。
实例13
合成T8-POSS相(69)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g巯基丙基异丁基POSS(23)溶解在25mLTHF中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的长链烯丙基键合的二氧化硅(37)分散在这份溶液中：粒径3.0μm；比表面积100m2/g；平均孔径300孔隙体积1.0mL/g。在添加2g引发剂(例如，AIBN)之后，使该反应物在回流下维持12小时。然后过滤反应混合物并且用足量THF洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相69。
实例14
合成T8-POSS相(71)
在一个100-mL圆底烧瓶中将5g八氢POSS(9)溶解在25mLTHF中。然后将5g基于未加工的硅胶的具有以下物理规格的长链烯丙基键合的二氧化硅(37)分散在这份溶液中：粒径3.0μm；比表面积100m2/g；平均孔径300孔隙体积1.0mL/g。在添加0.1g催化剂(例如，氯铂酸)之后，使该反应物回流12小时。然后过滤反应混合物并且用足量THF洗涤滤饼。在一个真空烘箱中在60℃下干燥所得材料12小时，得到相71。注意相71等可以被用作前体以用于进一步表面改性。
柱填充-通用程序
在用POSS化合物进行官能化之后，使用传统高压注浆技术将所得POSS键合相填充到3×50mm不锈钢柱中以用于色谱评估。
实例15
色谱评估
疏水性
图25和图26各自示出了在异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间和在异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的疏水性比较。疏水性探针是戊苯。测试条件：柱3×50-mm，5-μm；流动相乙腈/去离子水(50∶50v/v)；流动速率0.45mL/min；注射体积1μL；温度25℃；以及检测254nm。显然，POSS键合相提供比通过常规硅烷反应制备的相应三官能相更高的疏水性保持力。
这些色谱条件阐述如下：
图25
柱：异丁基POSS，5μm(43)
异丁基三官能，5μm(72)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝50/50(v/v)
温度：25℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.5mg/mL(每种)
图26
柱：异辛基POSS，5μm(44)
异辛基三官能，5μm(73)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝50/50(v/v)
温度：25℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.5mg/mL(每种)
实例16
疏水选择性
图27和图28各自示出了在异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间和在异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的疏水选择性比较。测试探针是丁苯和戊苯。亚甲基选择性(α)被定义为戊苯与丁苯的保持力(k′)比率。测试条件：柱3×50-mm，5-μm；流动相乙腈/去离子水(50∶50v/v)；流动速率0.45mL/min；注射体积1μL；温度25℃；以及检测254nm。显然，POSS键合相提供比通过常规硅烷反应制备的相应三官能相更高的疏水选择性。
色谱条件阐述如下：
图27
柱：异丁基POSS，5μm(43)
异丁基三官能，5μm(72)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝50/50(v/v)
温度：25℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254mm)
样品：0.5mg/mL(每种)
图28
柱：异辛基POSS，5μm(44)
异辛基三官能，5μm(73)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝50/50(v/v)
温度：25℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.5mg/mL(每种)
实例17
形状选择性
标准参考物质(SRM)是三种多环芳香烃(PAH)于乙腈中的混合物：苯并[a]芘(BaP)、1，2：3，4：5，6：7，8-四苯并萘(TBN，别名二苯并[g，p]屈)以及菲并[3，4-c]菲(PhPh)，并且被用来表征用于分离PAH的液相色谱(LC)柱的形状选择性。形状选择性(α)被定义为TBN与BaP的保持力(k′)比率。图29和图30各自示出了在异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间和在异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的形状选择性比较。测试探针是BaP和TBN。测试条件：柱3×50-mm，5-μm；流动相甲醇/去离子水(80∶20v/v)；流动速率0.45mL/min；注射体积2μL；温度25℃；以及检测254nm。显然，POSS键合相具有与通过常规硅烷反应制备的相应三官能相不同的形状选择性。
色谱条件展示如下：
图29
柱：异丁基POSS，5μm(43)
异丁基三官能，5μm(72)
尺寸：3.O×50mm
流动相：MeOH/H2O＝80/20(v/v)
温度：25℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.5mg/mL(每种)
图30
柱：异丁基POSS，5μm(44)
异辛基三官能，5μm(73)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeOH/H2O＝80/20(v/v)
温度：25℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.5mg/mL(每种)
实例18
水解稳定性
水解稳定性是分析固定相质量的一个重要参数。测试探针是一种中性的疏水性探针菲。通过在将柱暴露于一种酸性条件(0.2％三氟乙酸)和在高温(50℃)下持续一段时间(50小时)之后菲所剩余的保持力(k′)来测量水解稳定性。测试方案由三个步骤组成：初始测试、老化以及最终测试。将水解稳定性测量为剩余保持力的百分比。关于初始和最终测试的条件：柱3×50-mm，5-μm；流动相乙腈/去离子水(40∶60v/v)；流动速率0.45mL/min；注射体积2μL；温度30℃；以及检测254nm。老化方案：在50℃下用0.2％三氟乙酸(水溶液)以0.45mL/min净化该柱120分钟。然后用95％甲醇以0.45mL/min洗涤该柱20分钟。重复以上循环25次。图31和图32各自示出了在异丁基POSS相(43)与异丁基三官能相(72)之间和在异辛基POSS相(44)与异辛基三官能相(73)之间的水解稳定性比较。显然，两种POSS键合相均提供比通过常规硅烷化学方法制备的相应三官能相更佳的水解稳定性。
图33对应地示出了异辛基POSS相(44)与正辛基单官能相(73)之间的水解稳定性比较。两个相均具有类似的碳含量(9％)并且是基于同一批未加工的硅胶。显然，两个POSS键合相均提供比通过常规硅烷化学方法制备的单官能C8相更佳的水解稳定性。
色谱条件阐述如下：
图31
柱：异丁基POSS，5μm(43)
异丁基三官能，5μm(72)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝40/60(v/v)
温度：30℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.2mg/mL
图32
柱：异辛基POSS，5μm(44)
异辛基三官能，5μm(73)
正辛基单官能，5μm(73)
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝40/60(v/v)
温度：30℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.2mg/mL
探针：菲
图33
柱：异辛基POSS，5μm(44)
正辛基单官能，5μm
尺寸：3.0×50mm
流动相：MeCN/H2O＝40/60(v/v)
温度：30℃
流动速率：0.45mL/min
注射体积：2μL
检测：UV(254nm)
样品：0.2mg/mL
探针：菲
＊＊

Claims (22)

1.一种液体色谱方法，包括使一种液体流过一个含有组合物的分离介质的床，该组合物包含：
一种固体载体，该固体载体具有一个外表面；
一种配体，该配体包含一个共价结合到该外表面的多面体式寡聚倍半硅氧烷部分。
2.如权利要求1所述的色谱方法，其中该液体包含阴离子、阳离子以及不带电荷的分子，各自基本上被该分离介质所保持。
3.一种分离液体样品中的分析物的方法，包括使该液体样品流过一种包含组合物的色谱介质，该组合物包含：
一种固体载体，该固体载体具有一个外表面；
一种配体，该配体包含一个共价结合到该外表面的多面体式寡聚倍半硅氧烷部分。
4.权利要求3所述的方法，进一步包含分离该液体样品中的分析物。
5.权利要求3所述的方法，其中该分析物是疏水性的。
6.权利要求3所述的方法，进一步包括使流动相流过色谱介质，其中该流动相包括乙腈和水。
7.权利要求3所述的方法，进一步包括使酸性流动相流过色谱介质。
8.权利要求7所述的方法，其中该酸性流动相在50℃。
9.权利要求3所述的方法，其中该多面体式寡聚倍半硅氧烷部分具有7个硅原子。
10.权利要求9所述的方法，其中每一个多面体式寡聚倍半硅氧烷分子中的三个硅烷醇基团是以一种方式进行定向，该方式使得在多面体式寡聚倍半硅氧烷与二氧化硅表面之间能够形成三个Si-O-Si键联。
11.权利要求3所述的方法，其中该多面体式寡聚倍半硅氧烷部分包括一个或多个异丁基基团。
12.权利要求3所述的方法，其中该多面体式寡聚倍半硅氧烷部分包括一个或多个异辛基基团。
13.权利要求3所述的方法，其中该寡聚倍半硅氧烷部分通过与该寡聚倍半硅氧烷部分和该表面二者共价结合的连接基团共价结合到该表面。
14.权利要求13所述的方法，其中该连接基团包含至少4个有序的碳原子。
15.权利要求13所述的方法，其中该连接基团包含至少一个选自N、O、S以及其组合的杂原子。
16.如权利要求3所述的方法，其中该固体载体是一种颗粒。
17.如权利要求3所述的方法，其中该载体包括一个选自二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆以及其组合的成员。
18.权利要求3所述的方法，其中所述载体进一步包括多个孔，每个孔界定一个内部空间并且所述配体被共价结合到该内部空间。
19.权利要求3所述的方法，其中所述配体包含一条具有至少11个有序的碳原子的烷基链。
20.权利要求14所述的方法，其中所述有序的碳原子中的至少两个是选自被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基以及被取代或未被取代的环烷基的一个环的一部分。
21.权利要求3所述的方法，其中所述配体包含一条具有足够的长度的烷基链以赋予所述组合物反相色谱性质。
22.权利要求3所述的方法，其中所述配体包含一个离子交换部分，以赋予所述组合物离子交换性质。
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