CN109401364B - 功能化硅胶材料及其生产工艺与使用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含有环状多官能团的改性硅胶材料，这些环状官能团增强了材料与目标物的结合作用。同时，拥有不同结构的官能团组，进一步增强了该材料与来自工艺流、产品流和废液流中目标物结合的能力。这种具有多类作用机制的材料可实现非常高要求的纯化和目标物的去除。该化合物可用于产品纯化，以及从产品流、工艺流和废液流中去除不需要的有机和无机物杂质。

Description

功能化硅胶材料及其生产工艺与使用
本发明涉及含有新型环状多官能团的改性硅胶及其制备工艺与使用，如用于从产品流、工艺流和废液中去除有机和无机化合物，或用作离子交换剂、金属色谱材料、固相纯化或萃取材料、生物分子的固定材料、抗微生物剂、催化剂和催化剂载体、亲水性改性剂、阻燃剂、抗静电剂、生物医学设备的涂层、控释材料、防水膜和涂层、固相合成材料及色谱材料。本发明还涉及其生产工艺。
许多不同行业和市场应用的技术发展驱动着对更高纯度的化学成分的需求，而这也正是此类技术的基石。例如：制药和生物技术行业中有机和无机杂质必须去除到更低的水平；电子工业中常见的残留金属如钠、钙、镁和铁等在产品中的含量必须低于1ppm。此外固体，涂料和薄膜正在使用和开发，其中包含的官能团可为大量应用提供额外的或改进的性能，从实现更低析漏损失的控释药物和控释农用化学品，到捕获空气中有毒气体的特种材料。
由于环境保护的社会压力和立法压力越来越大，对清洁工艺、避免或减少废弃物的产生，尤其是环境中有毒金属和化合物要达到监管要求的更低残留量等需求不断提高。例如，监管要求镍的排放标准为0.1ppm，但目前缺乏有效的技术来达到这一限定值。
钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥等稀土金属在各行业众多应用中的使用不断增加，也强调了能够从产品流、工艺流和废液中有效回收再利用该类金属的新技术及更好技术的需求日益增长。
高价值的有机化合物或聚合物通常通过多步流程生产，且常含有副产物、异构体和杂质。在大多数情况下，所需产品必须纯化才能符合性能及法规要求。这些要求值可能非常低，如钠含量应小于1ppm。因此，越来越需要更有效的纯化技术，以去除特定范围内与目标产物一起存在的副产物、异构体和杂质。现有技术，如结晶，可能导致产品的显著损失，并且在许多情况下无法获得期望的纯度。
功能化材料正在被开发，且是达到这些日益苛刻要求的方法之一。功能化材料可以净化产品，从混合物中选择性地去除所需成分，或从产品流、工艺流和废液中去除有毒和/或高价值的金属或化合物。使用功能化材料的方法包括使流体通过功能化材料，所需成分即被选择性地去除，碳就是这样的材料。由于其工艺条件，碳的表面含有许多含氧有机基团。尽管碳价格便宜，但有一些缺点，包括产品损失率高，以及在最终产品中去除不需要的化合物或金属从而实现低残留水平的性能差。这是非特异性结合性质和表面官能团效力差的结果。总之，使用碳无法获得所需性能和达到监管目标。
功能化有机聚合物是可用于产品纯化的功能化材料实例。有机聚合物骨架如聚苯乙烯和聚烯烃，这些骨架上只能结合极少数、简单的单一官能团，如磺酸或胺基，主要通过离子交换机理起作用，这些官能团对相关金属的亲和力很低。因此，使用现有的有机骨架材料无法实现所需的高水准性能。这些有机树脂有几个关键的限制，其一是不能将该应用所需的官能团结合到有机聚合物骨架上，这是由于可以在这些聚合物上进行的化学反应有限。因此，未来能够将众多不同的、多官能团结合在这些有机聚合物骨架上以获得预期性能水平的希望非常小。进一步的限制包括化学和热稳定性差，而且会在有机溶剂中膨胀和收缩。总体而言，基于这些有机骨架开发所需技术存在严重的局限性。
无机聚合物体系，如二氧化硅、氧化铝和氧化钛也已被披露为功能化材料。无机聚合物骨架相比有机聚合物骨架具备几个优点，即更好的物理、化学和热稳定性，且因其具有规整的孔隙结构表面更易接近官能团，因其具有良好的孔隙结构、且不膨胀而更易操作。然而，只有少数几个简单的官能团可以通过非常有限的化学过程附着到这些骨架上。与有机聚合物相比，这些无机聚合物材料的另一个限制是官能团负载量较低。
现有的功能化无机材料受限于只具备少数几个简单的、单一官能团，通常只有一个或最多两个杂原子，结合机制简单且较弱，对要去除的靶体具有低亲和力且官能团负载率也低，因此在使用中对目标靶体的有效吸附较低。这是由于：
a)制备这些材料所需的初始试剂硅烷不易获得，因为它们难以生产；
b)可使用或可修饰的这种试剂化学范围有限；
c)制造硅烷的化学范围有限；
d)由于其所涉及的化学反应，硅烷制造成本高昂；
e)为了改善性能，从在表面附着简单的官能团转变为附着更复杂的官能团较为困难。
为了满足现有和新的商业、技术、环境和社会挑战，需要新技术在众多市场应用中达到所需的性能水平。
技术上的挑战是创建一个多重结合环境或空间来控制目标金属周边的配位层，并取代目标金属周边的现有配体。几个含有杂原子的柔性多功能链可以创造出这样的空间结合环境。然而，没有有效的合成方法来为所需的一般应用创建这样的结构。这种环的形成以及环连接到材料的表面都意味非常困难的技术挑战。
本发明旨在提供一种“环式链和多官能团共价结合到硅胶表面的”材料，以及制备该种材料的简单、环保的生产工艺。本发明的另一进一步的目的是通过加入“额外的有吸附能力的，能进入目标金属配位层的官能团”来增强对目标杂质的整体结合力。这种联合作用将目标杂质水平降低到远低于所要求的性能标准或法规要求。
发明人发现了一类化合物，在该类化合物中，多种官能团结合到环式链上，这类化合物具有理想的特征组合，以及能够通过灵活简单的化学工艺制备出来，因而该类化合物适用于一系列应用，包括作为无机和有机化合物的清除剂、生物化合物的去除和纯化，也可用作金属色谱材料、固相纯化或萃取材料、离子交换材料、催化剂固定载体、生物分子如酶的固定材料、控释材料、抗微生物剂、亲水性改性剂、防火剂、抗静电剂、固相合成材料和色谱材料，或者上述材料的前体。
首先，本发明给出了结构式I的组成：
[(O3/2)SiABASi(O3/2)]a[Si(O4/2)]b[VSi(O3/2)]c[WSi(O3/2)]d 结构式I
结构式I中A为(CH2)mS(CH2)n；B为NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1；其中Z为CONHR2、CS NHR2和CO OR2中的任意一种基团；R选自氢、C1-22-烷基、C2-22-链烯基、C1-22-芳基、C1-22-芳烷基或ASi(O3/2)；R1是C1-22-烷基、C2-22-烯基、C2-22-炔基、芳基、烷基胺基、烷基多烷基胺基和巯基烷基中的任意一种基团；R2可单独选自于氢和C1-22-烷基；V为从C1-22-烷基、C2-22-烯基、C1-22-烷基芳基、C1-20-烷基氨基或C1-20-烷基氨基、烷基(NHC2H4NH)sH中优先选择性取代的基团；W为从C1-20烷基巯基、C2-20烷基硫醚基、C1-22烷基或C2-20亚烷基硫烷基、C2-20烷基硫醚芳基、C2-20-亚烷基硫醚芳基或C2-6烷基SC2-6烷基NHC(＝S)NHR2中优先选择性取代的基团。结构式I中其它基团上的一个或者多个硅原子、氢、直链或支链的C1-22-烷基、端基(R2)3SiO1/2、交叉链烯基或链(R2)qSi(OR3)gOk/2使硅酸盐氧原子的自由价达到饱和态，R3是直链或支链C1-12烷基、芳基和C1-22烷基芳基中的任意一种基团，k为1至3的整数，q为1至2的整数，g为0至2的整数，且满足g+k+q＝4；m和n为2至12的整数，p为2至6的整数，r为2至100的整数，s为2至100的整数，a、b、c和d是使a:b的比率为0.00001至100,000的整数，a和b始终存在，当c或d大于零时，c+d与a+b的比值为0.00001至100,000。含烷氧基[RO-Si]的硅烷很容易与硅胶表面的硅烷醇[Si-OH]形成强键[Si-O-Si]，因此，双硅烷如(RO)3Si-G-Si(OR)3很容易与硅胶表面的每个(RO)3Si基团反应形成环结构，其中G是含有官能团的碳杂原子链的官能团。反应形成的环结构尺寸因G链长的变化而变化，在链上添加不同的官能团能增强其与靶体的结合。掺入其它硅烷，如(RO)3Si-F，可以实现附加结合，其中F是含有官能团的碳链。
这些新化合物的优点在于它们在各种尺寸的环中含有多种不同的多官能团，且每一种组合对于待处理流体中的许多形式的靶体都有很高的具有选择性的亲和力。这些官能团容易以多种不同构型进入材料表面和孔隙内空间排列，以达到期望的效果。此外，每种官能团为靶体提供了不同的结合机制，从而实现很高的靶体去除水平。含有官能团的W和V可以进一步与靶体结合，从而在处理后达到非常低的残留水平。
其他优点包括：各种不同的官能团可以与相同的组合物结合，从而提供多种不同的结合机制，这些结合机制对除去以不同形式存在的多种靶体至非常低的残留水平是必要的。另一个优点是，官能团结合的数量增加和范围扩大实现了更高的靶体负载率，并且能够管理不同批次的多种待去除靶体种类的组成变化。
低官能团负载率是无机聚合物骨架的局限性之一，这是硅胶表面硅烷醇基团的数目导致的。环状设计具有提高官能团负载率的优点，从而实现更高的靶体负载率。
其他优点包括热稳定性高，结构固定且牢固，在多种化学条件下稳定性好，在有机溶剂中不溶解，保质期长，易提纯，可重复使用性高。
进一步的优点包括功能化硅胶表面的疏水/亲水平衡可以简单地通过加入W和V来改变，从而形成更长的链，更高的聚合度、以及疏水烷基与芳基链的结合度。这些疏水或亲水作用影响了含待处理流体的功能化材料表面的湿润性，并且促进了更高水平的靶体去除。
R和R1-3基团可独立成直链基或支链基，且/或可被一个或多个取代基取代。如果有取代基，则可以选自氯、氟、溴、腈、羟基、羧酸、羧酸酯、硫醇、硫化物、亚砜、砜、C1-6烷氧基、C1-22烷基或芳基二取代膦、氨基、氨基C1-22烷基或二(C1-22烷基)氨基。R1-3更优选被单独选自直链或支链C1-12烷基、C2-12烯基、芳基和C1-22烷芳基，且这些基团尤其优选单独从直链或支链C1-8烷基、C2-8链烯基、芳基和C1-8烷基芳基中选出，其中，芳基是指具有芳族特征的五元或六元环、八元至十元环或十元至十三元三环基团，且含有一个或多个杂原子(例如氮、氧或硫)的官能团体系，合适的例子包括苯基、吡啶基和呋喃基。这里使用的术语“烷基芳基”中最前面的碳原子范围包括烷基取代基，不包括任何芳基碳原子。
结构式I的优选组成是：A是(CH2)mS(CH2)n，B是NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1，Z是CO NHR2、CS NHR2和CO OR2中的任意一种基团，其中R可以是氢、C1-22-烷基、C1-22-芳基、C1-22-烷基芳基或ASi(O3/2)，R1是单独选自C1-22烷基、芳基和巯基烷基的基团，R2单独选自于氢和C1-22-烷基，V是可优先从C1-12烷基、C2-12-烯基、C1-12烷基芳基、C1-20烷基氨基或C1-20烷基(NHC2H4NH)sH中选择性取代的基团，W是C1-12烷基巯基、C2-12-烷基硫化物基团、C1-12烷基或C2-12-亚烷基硫醚烷基、C2-12-烷基硫化物芳基、C2-12-亚烷基硫醚芳基或C2-6烷基SC2-6烷基NHC(＝S)NHR2中的任意一种基团。硅酸盐中氧原子与结构式I中其它基团上一个或多个硅原子、氢、直链或支链的C1-22-烷基、端基(R2)3SiO1/2、交叉链烯基或链(R2)qSi(OR3)gOk/2结合，自由价达到饱和，其中R3可单独选自线性或支链C1-12烷基、芳基和C1-22-烷基芳基，k为1到3的整数，q为从1到2的整数，G是从0到2的整数，且满足g+k+q＝4；m和n是从2到6的整数，p是从2到6的整数，r是从2到20的整数，s是从2到20的整数，a、b、c和d是使a:b的比值为0.00001到1000的整数，a和b总是存在，且c或d大于0时，c+d与a+b的比值为0.00001到1000。
结构式I特别优选的组成是：A是(CH2)mS(CH2)n，B是NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1，Z是CS NHR2时，R可以是氢、C1-22-烷基、芳基、C1-6-烷基芳基或ASi(O3/2)，R1是单独选自C1-6烷基、芳基和巯基C1-6烷基的基团，R2单独选自于氢和C1-6-烷基，V是可优先从C1-6烷基、C2-6-烯基、C1-6烷基芳基、C1-6烷基氨基或C1-6烷基(NHC2H4NH)sH中选择性取代的基团，W是C1-6烷基巯基、C2-6-烷基硫化物基团、C1-6烷基或C2-6-亚烷基硫醚烷基、C2-6-烷基硫化物芳基、C2-6-亚烷基硫醚芳基或C2-6烷基SC2-6烷基NHC(＝S)NHR2中的任意一种基团。硅酸盐中氧原子与结构式I中其它基团的一个或多个硅原子、氢、直链或支链的C1-22-烷基、端基(R2)3SiO1/2、交叉链烯基或链(R2)qSi(OR3)gOk/2结合，自由价达到价态饱和，其中R3可单独从线性或支链C1-12烷基、芳基和C1-22-烷基芳基，k为1到3的整数，q是从1到2的整数，g是从0到2的整数，且满足g+k+q＝4；m和n是从2到3的整数，p是从2到3的整数，r是从2到12的整数，s是从2到12的整数，a、b、c和d是使a:b的比值为0.00001到1000的整数，a和b总是存在，且当c或d大于0时，c+d与a+b的比值为0.00001到1000。
本发明还提供了结构式I化合物的生产工艺流程。结构式I化合物中的多种不同环状官能团、相对组成差异以及许多不同的构型及空间排列，可以简单地通过使用一系列新的高产量自由基、取代反应、不同成分和性质的起始试剂和工艺条件来实现。
在一种工艺的第一步中，结构式II化合物(R4O)3Si(CH2)mSH在20-160℃下与结构式III化合物(R5)2NR或(R5)2NZ发生自由基反应生成结构式IV化合物，反应时间为0.5至24小时，结构式III至少含有两个双键。Z可单独从CO NHR2、CS NHR2和CO OR2中选择，R选自氢、C1-22-烷基、C2-22-烯基、C1-22-芳基和C1-22-烷基芳基，R5是含有至少一个双键的线性或支链的C2-12烯基，R4是线性或支链的C1-12烷基。该反应可使用的自由基引发剂有AIBN、叔丁基过氧化氢或二叔丁基过氧化物。
结构式IV化合物通式：(R4O)3Si(CH2)mS(CH2)nP(CH2)nS(CH2)mSi(OR4)3，P为NR或NZ。
在另一种工艺的第一步中，结构式V化合物(R4O)3Si(CH2)mS(CH2)nQ，Q是卤素原子，与胺或多胺(NH2R,NH2Z,NHR(CH2)pNRR1或NHR(C2H4NR)rR1(合适的原料比)在20-160℃下反应0.5至24小时，得到结构式VI化合物。
结构式VI化合物通式：(R4O)3Si(CH2)mS(CH2)nB(CH2)nS(CH2)mSi(OR4)3，B为NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1；
这两种工艺的第二步反应为结构式IV或VI化合物在溶剂中与W和V的硅烷前驱体及硅烷在20-160℃下反应0.5至24小时，典型的溶剂包括甲苯、二甲苯、庚烷、乙醇和甲醇。在反应结束时，通过过滤或离心分离该组合物，然后很好地洗涤以除去任何残留的反应物并最终干燥。该方法可广泛应用于市售硅胶，其粒径尺寸和分布从纳米颗粒级到5至30mm，并且其已知孔径尺寸分布范围广泛，较优孔径范围为
Figure BDA0001881130950000061
在进一步的方法中，结构式IV或VI化合物在溶剂中，以酸或碱作为催化剂的条件下与W和V的硅烷前驱体及硅酸钠或((R6O)4Si(例如原硅酸四乙酯)在20-160℃间反应0.5至48小时，然后研磨固体，洗涤以除去任何残留的反应物并干燥。所用的典型酸和碱分别是盐酸和氨水，但不限于此。溶剂包括但不限于甲醇，乙醇和水及其混合物。R6选自C1-22-烷基，优选乙基。结构式I化合物具有广泛用途。本发明提供了一种处理进料的方法，包括使结构式I化合物与进料的接触，实现方式有如下几种：
i)从进料中去除一个或多个组分，以生成一种不含该去除组分的材料；或
ii)通过催化转化进料材料的组分而影响化学反应，以生成所需产物；或
iii)通过结构式I化合物时将不同组分分离；或
iv)在离子交换过程中去除进料中的离子物质。
进料原料可以是连续流，例如工艺流或中间流，也可以作为分批处理的材料。进料原料，例如产品流、废液流或工艺流，可以选择性地去除进料的成分，被除去的组分可以是进料中不需要的组分，并且，在与结构式I化合物接触后选择性除去进料组分的过程中，该工艺可用于提供所消耗材料的期望组分。例如，该工艺可用于去除药物制造过程或配制过程中原料中不需要的靶体(如金属物质)，以提高药物产品的纯度水平。
该工艺可用于从进料原料中去除所需物质，以供后续处理或分析。例如，生物分子，如酶、肽、蛋白质、内毒素和核酸，可从进料原料中去除，以便进一步处理或分析。
在许多不同的行业和应用中，无论是现有的还是新的，都有重要的经济、环境和性能驱动因素促使提供更高纯度的产品，以回收高价值金属(如：贵金属)，并减少环境中或排放到环境中的有毒金属和有机化合物。结构式I的设计包含多种官能团，这些官能团对环状物周围分散的靶体具有非常高的亲和力，从而提供了多种结合机制，将所需去除的靶体降至非常低的残留水平。
结构式I化合物具有很高的亲和力，从而去除与特定配体(例如：高极性活性药物成分)紧密结合的金属。钯、铂、铑以及镍等贵金属被用作催化剂，生产出许多高纯度的高价值产品，这些金属在生产过程结束时以许多不同的形式存在，并与高价值产品紧密结合。
利用对类似工艺流或产品流的处理方法，实例1-8和13-21的产物都可以实现在含有钯的产品中钯的去除，且可将含量降至小于1ppm，甚至降至检测不到的水平。对来源于钯(0)的含有钯残留物的产品流和工艺流，实例6-9、13-18和21的产品对其去除同样有效。
加氢甲酰化工艺被广泛地应用于制造关键的化学成分，如醛、醇和羧酸。铑催化剂的回收是工艺经济的关键，用实例6-10、12-15和19-21的产品处理各种不同的加氢甲酰化工艺流，达到了残余铑含量小于1ppm的水平。
贵金属铂用于许多不同的工艺和应用。例如，铂催化剂用于生产硅烷和硅树脂的氢化反应，其中，铂或是留在产品中，或被去除至低水平。将此类产品流和工艺流与结构式I化合物(如实例1-5、11-13、15-17和19-21的产物)共同处理，可将残留铂降至非常低的水平。
钌催化剂(例如格拉布催化剂)在制造用于多种应用的复合化合物中的使用越来越广泛。这些毒性催化剂的一个关键问题是，金属在制造过程结束时与所需化合物结合，且无法轻易用标准方法去除。另一个问题是，即使是低残留水平的钌也能进一步催化反应产物的催化重排。结构式I化合物对于从不同起始金属浓度范围的溶液中去除钌是非常有效的，例如，处理钌含量为5ppm的工艺流，实例1-2、11-15和17-21中得到的任意产物都能彻底去除溶液中的钌。
矿业中的工艺流和废液流中含有一系列金属，所需回收的金属浓度很低，而不需要的金属浓度高很多，例如，贵金属铂、钯、铑、铱、钌和金在溶液中的总浓度为2-20ppm，而铁、铜和锌的总浓度为500-50,000ppm。结构式I化合物(实施例17和21的产物)在选择性去除所需贵金属方面非常有效。
结构式I化合物对从不同环境中提取各种阴阳离子非常有效。其中，阳离子包括镧系元素、锕系元素、主族元素和过渡金属元素；阴离子包括砷酸盐、硼酸盐、铬酸盐、高锰酸盐、高氯酸盐和高铼酸盐。
例如，实例6-8、10-15和19-21的产物对从各种溶液中去除亚铜离子和铜离子非常有效，使用实例1-10、15和17-21的产物可简单地去除加氢处理流体中的亚铁离子和三价铁离子。
镍离子毒性很强，可识别的放电量小于0.1ppm。实例1-5,8-14,17-18和21的产品可以为各种不同的镍流实现这个水平。
结构式I化合物可以用作功能化材料，以从反应混合物或不纯的化学产物中去除过量的无机或有机试剂和副产物。
结构式I化合物的进一步应用包括用作色谱分离的材料，金属和有机化合物的选择性分离可以通过选择结构式I化合物和合适的工艺条件来实现，例如，实例1-2和19-20的产物可用于使用优选的亲合机制方法在酸性溶液中选择性地将铜从金中去除，从而使铜先从层析介质中分离出来。
具有光学活性胺基的结构式I化合物可用于手性分离。
结构式I化合物可用作凝胶过滤色谱、高速排阻色谱和高压液相色谱的材料。
结构式I化合物可用于固定生物分子，如酶、多肽、蛋白质和核酸，也可用于其分离和纯化。固定化酶具有许多可操作性和性能优势，可被固定的酶实例包括但不限于脂肪酶、酯酶、水解酶、转移酶和氧化还原酶。
此外，在结构式I化合物上固定的核酸可以用来进行大体积的核酸杂交试验。
结构式I化合物可用作抗微生物剂，本发明还提供了包含化合物I和载体的抗微生物组合物。现在，利用参考本发明的说明性实例来详细描述本发明。
案例1
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.3mol)和二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5mL每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(200g,60-200μm,
Figure BDA0001881130950000091
)和甲苯(400mL)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 400mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的化合物，其中m和n是3，B是NH，c和d是0。
案例2
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.4mol)和二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5mL每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(260g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000092
)和甲苯(520mL)的混合搅拌物中，将该混合物回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 400mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NH，W是3-巯丙基，c是0。
案例3
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.4mol)和N-甲基二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5mL每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(260g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000093
)和甲苯(520mL)的混合搅拌物中，将该混合物回流搅拌6h，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 460mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NCH3，W是3-巯丙基，c是0。
案例4
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.35mol)和N-己基二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(240g,200-500μm,100-
Figure BDA0001881130950000101
)和二甲苯(520mL)的混合搅拌物中，将该混合物回流搅拌8小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 450mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NC6H11，W是3-巯丙基，c是0。
案例5
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.35mol)和N-甲基二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后，将该溶液与三乙氧基苯基硅烷(0.1mol)加入硅胶(300g,40-64μm,
Figure BDA0001881130950000104
)和二甲苯(600mL)的搅拌混合物中，将该混合物在120℃下回流搅拌8小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 600mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NCH3，W是3-巯丙基，V是苯基。
案例6
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.3mol)和N,N'-二烯丙基硫脲(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(200g,60-200μm,
Figure BDA0001881130950000105
)和甲苯(400mL)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 400mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NCSNH2，c和d是0。
案例7
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.4mol)和N，N-二烯丙基-N'-甲基硫脲(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(260g,100-140μm,
Figure BDA0001881130950000102
)和二甲苯(520mL)的搅拌混合物中，将该混合物在120℃下回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 460mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是N CS NHCH3，W是巯丙基，c是0。
案例8
将2-巯乙基三甲氧基硅烷(0.35mol)和N，N-二烯丙基-N'-甲基硫脲(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后，将该溶液与乙二胺基丙基三甲氧基硅烷(0.1mol)加入硅胶(260g,40-60μm,
Figure BDA0001881130950000103
)和二甲苯(520mL)的搅拌混合物中，将该混合物在120℃下回流搅拌5小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 560mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是3，B是N CS NHCH3，W是2-巯乙基，V是乙二胺基丙基。
案例9
将2-巯乙基三甲氧基硅烷(0.3mol)和N，N，二己基-5-乙基-N'-乙基硫脲(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后与乙二胺基丙基三甲氧基硅烷(0.07mol)加入硅胶(260g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000111
)和二甲苯(580mL)的搅拌混合物中，将该混合物在120℃下回流搅拌8小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 600mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是6，B是N CS NHC2H5，W是2-巯乙基，V是乙二胺基丙基。
案例10
将2-巯乙基三甲氧基硅烷(0.3mol)和N，N，二己基-7-乙基-N'-乙基硫脲(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后与乙二胺基丙基三甲氧基硅烷(0.05mol)加入硅胶(260g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000112
)和二甲苯(580mL)的搅拌混合物中，将该混合物在120℃下回流搅拌8小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 600mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是8，B是N CS NHC2H5，W是2-巯乙基，V是乙二胺基丙基。
案例11
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.4mol)和N，N′二烯丙基丙基二胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(260g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000113
)和二甲苯(520mL)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 600mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NHC3H6NH，W是3-巯丙基，c是0。
案例12
将2-巯乙基三甲氧基硅烷(0.4mol)和N，N'-二烯丙基-N，N'-二甲基丙基乙二胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(260g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000114
)和二甲苯(520mL)的搅拌混合物中，将该混合物在120℃下回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x600mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是3，B是N(CH3)C3H6N(CH3)，W是2-巯乙基，c是0。
案例13
将4-巯基丁基三甲氧基硅烷(0.4mol)和N,N'-己基二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5mL每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入硅胶(260g,147-500μm,
Figure BDA0001881130950000121
)和二甲苯(580mL)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 600mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是4，n是3，B是NHC6H12NH，W是4-巯基丁基，c是0。
案例14
将3-(3-氯丙基硫)丙基三甲氧基硅烷(0.6mol)和二乙烯三胺(0.2mol)的混合溶液加热到90-100℃，持续加热2小时后加入甲醇(100mL)，再加热30分钟，冷却后将该溶液加入硅胶(400g,147-500μm,
Figure BDA0001881130950000122
)和甲苯(800mL)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌6小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 800mL)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NHC2H4NRC2H4NH，R是C3H6SC3H6Si(O3/2)，c和d是0。案例15
将3-(3-氯丙基硫)丙基三甲氧基硅烷(0.7mol)和二乙烯三胺(0.2mol)的混合溶液加热到90-100℃，持续加热2小时后加入甲醇(100mL)，再加热30分钟，待该溶液冷却后，将该溶液与2-巯基乙基三甲氧基硅烷(0.1mol)加入硅胶(560g,40-200μm,
Figure BDA0001881130950000123
)和二甲苯(1.4L)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌9小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x1.4L)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是3，B是NHC2H4NRC2H4NH，R is C2H4SC3H6Si(O3/2)，W是2-巯基乙基，c是0。
第一步：a)(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nQ，Q是卤素原子，与相应的胺类化学物NH2R,NH2Z,NHR(CH2)pNRR1或NHR(C2H4NR)rR1(合适的原料比)反应合成化学式VI(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nB(CH2)nS(CH2)mSi(OR3)3；
B是NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1，
案例16
将2-(3-氯丙基硫)乙基三甲氧基硅烷(0.7mol)和二乙烯三胺(0.2mol)的混合溶液加热到90-100℃，持续加热2小时后加入甲醇(100mL)，再加热30分钟，待该溶液冷却后，将该溶液与辛基三甲氧基硅烷(0.05mol)、3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.1mol)加入硅胶(620g,40-200μm,
Figure BDA0001881130950000131
)和甲苯(1.5L)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌9小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(1.5L)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是3，B是NHC2H4NRC2H4NH，R是C2H4SC3H6Si(O3/2)Si(O3/2)，W是3-巯丙基，V是辛基。
案例17
将3-(3-氯丙基硫)丙基三甲氧基硅烷(0.7mol)和四乙烯五胺(0.12mol)的混合溶液加热到90-100℃，持续加热2小时后加入甲醇(100mL)，再加热30分钟，待该溶液冷却后，将该溶液与3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.1mol)加入硅胶(560g,40-200μm,
Figure BDA0001881130950000132
)和甲苯(1.2L)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌9小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 1.2L)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NH[C2H4NR]3C2H4NH，R是C3H6SC3H6Si(O3/2)，W是3-巯丙基，c是0。
案例18
将3-(3-氯丙基硫)丙基三甲氧基硅烷(0.7mol)和多乙烯多胺(0.06mol)的混合溶液加热到90-100℃，持续加热2小时后加入甲醇(100mL)，再加热30分钟，待该溶液冷却后，将该溶液与3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.1mol)加入硅胶(560g,40-200μm,
Figure BDA0001881130950000133
)和甲苯(1.2L)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌9小时，冷却后将里面的固体过滤，用甲醇(3x 1.2L)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NH[C2H4NR]8C2H4NH，R是C3H6SC3H6Si(O3/2)，W是3-巯丙基，c是0。
案例19
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.3mol)和二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后加入正硅酸乙酯(1.6mol)的甲醇溶液(1.3L)和盐酸(200ml,1M)的搅拌混合物中，将该混合物加热到80℃，回流搅拌6小时，直到甲醇全部蒸发且行成玻璃，冷却后将玻璃研磨，先在回流水中搅拌，再在甲醇中搅拌，然后过滤。所得材料干燥后得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NH，c和d是0。
案例20
将3-巯丙基三甲氧基硅烷(0.35mol)和二烯丙基胺(0.15mol)的混合溶液加热到120℃后以0.5ml每15分钟的速度加入二叔丁基过氧化物，持续加热2小时。待该溶液冷却后与苯基三甲氧基硅烷(0.05mol)加入硅酸钠(1.4mol)的甲醇溶液(1.3L)和盐酸(200ml,1M)的搅拌混合物中，将该混合物加热到80℃，回流搅拌6小时，直到甲醇全部蒸发且生成玻璃。冷却后将玻璃研磨，先在回流水中搅拌，再在甲醇中搅拌，然后过滤。所得材料干燥后得到结构式I的一种化合物，其中m和n是3，B是NH，W是3-巯丙基，V是苯基。
案例21
将2-(3-氯丙基硫)乙基三甲氧基硅烷(0.7mol)和二乙烯三胺(0.2mol)的混合溶液加热到90-100℃，持续加热2小时后加入甲醇(100mL)，再加热30分钟，待该溶液冷却后，将该溶液与(CH3O)3SiC3H6SC3H6NHC(＝S)NH2(0.2mol)加入硅胶(720g,200-500μm,
Figure BDA0001881130950000141
)和甲苯(1.5L)的搅拌混合物中，将该混合物回流搅拌9小时，冷却后将固体过滤，用甲醇(1.5L)洗涤离心干燥。由此我们可以得到结构式I的一种化合物，其中m是2，n是3，B是NHC2H4NRC2H4NH，R是C2H4SC3H6Si(O3/2)，W是C3H6SC3H6NHC(＝S)NH2，c是0。
案例22
将案例21的产品(0.05g)加入到由三氯化铱溶于稀酸而形成的含有205ppm铱的样品溶液(6mL)中，在30℃下混合搅拌5小时后过滤，分析得知滤液中的铱元素含量已被去除至低于0.1ppm。用案例1,6-10和15的产品在该实验中可以同样可以达到<1ppm。
案例23
将案例21的产品(0.03g)加入到由氯羰基双(三苯基膦)铱(I)催化而形成的含有55ppm铱的样品溶液(10mL)中，在60℃下混合搅拌6小时后过滤，分析得知滤液中的铱元素含量已被去除至低于0.1ppm。用案例6-10的产品在该实验中可以同样可以达到<1ppm。
案例24
将案例6的产品(0.03g)加入到由氯代三(三苯基膦)铑(I)催化而形成的含有150ppm铑的样品溶液(3mL)中，在室温下混合搅拌4小时后过滤,分析得知滤液中的铑元素含量已被去除至低于0.1ppm。用案例7-10，14和21的产品在该实验中可以得到相同的效果。
案例25
将案例21的产品(0.03g)加入到由乙酰丙酮二羰基铑(I)催化而形成的含有187ppm铑的样品溶液(3mL)中，在室温下混合搅拌5小时后过滤，分析得知滤液中的铑元素含量已被去除至低于0.1ppm。用案例1,6-10,14-15和17-18的产品在该实验中同样可以达到<1ppm。
案例26
将案例1的产品(0.01g)加入到由钯(II)在酸性溶液中作为催化剂而形成的含有60ppm钯的样品溶液(3mL)中，在30℃下混合搅拌3小时后过滤，分析得知滤液中的钯元素已被完全除去。用案例2-6,9-10和12-21的产品在该实验中可以达到相同的效果。
案例27
将案例6的产品(0.01g)加入到由钯(II)在酸性溶液中作为用于生产药物化合物的碳-碳偶联反应催化剂而形成的含有111ppm钯的样品溶液(3mL)中，在40-50℃下混合搅拌2小时后过滤，分析得知滤液中的钯浓度已被降低至小于0.05ppm。用案例1-4,7-10和13-21的产品在该实验中可以达到相同的效果。
案例28
将案例21的产物(0.03g)加入到含有120ppm钯的样品溶液中(3mL)，其中钯源于用来制备药物化合物的催化剂四(三苯基膦)钯(0)，在30℃下混合搅拌2.5小时后过滤，分析得知滤液中的钯浓度已被降低到小于0.05ppm。用案例6-8和13-18的产品在该实验中可以达到相同的效果。
案例29
将案例18的产物(0.03g)加入含有200ppm钯的样品溶液中(2mL)，其中钯源于电子工业中使用的生产高价值化学品的催化剂三(二亚苄基丙酮)二钯(0)。在30℃下混合搅拌1小时后过滤，分析得知滤液中的钯浓度已被降低到小于0.05ppm。用案例6-8,13-17和21的产品在该实验中可以得到相同的效果。
案例30
将案例1的产物(0.04g)加入含有50ppm铂的样品溶液中(15mL)，其中铂源于催化剂氯铂酸。在60℃下混合搅拌6小时后过滤，分析得知滤液中的铂浓度已被降低到小于0.2ppm。用案例2-5,11-13和19-21的产品在该实验中可以达到相同的效果。
案例31
将案例11的产物(0.04g)加入含有5ppm铂的样品溶液中(20mL)，其中铂源于催化剂氯铂酸，在50℃下混合搅拌6小时后过滤。分析得知滤液中的铂浓度已被降低到小于0.3ppm。用案例1-8,12-13,15-17和19-21的产品在该实验中可以达到相同的效果。
案例32
将含有40ppm铂的硅烷废液(200L)在50℃下通入含有案例11的产物(100g)的柱子，分析处理过的流体显示残留铂含量小于0.5ppm。
案例33
将含有300ppm铑的加氢甲酰化废液(50L)在80℃下通入含有案例6的产物(100g)的柱子，分析处理过的流体显示残余铑含量小于1ppm。
案例34
将案例7的产物(0.04g)加入到含有126ppm铑的样品(20mL)中，其中铑来源于制备丁醛的加氢甲酰化工艺。在50℃下搅拌6小时后过滤，滤液分析显示铑含量已被去除至低于0.5ppm。案例6,8-10,12-15和19-21在该实验中同样有效。
案例35
将案例2的产物(0.04g)加入到含有243ppm铑的样品(20mL)中，其中铑来源于制备乙酸的加氢甲酰化工艺。在50℃下搅拌6小时后过滤混合物，滤液分析显示铑含量已经被去除至低于0.8ppm。案例11-15和17-21在该实验中同样有效。
案例36
将案例17的产物(0.04g)加入到含有50ppm钌的样品(4mL)中，其中钌源于格拉布斯催化剂双(三环己基膦)苄基二氯化钌(IV)。在30℃下搅拌6小时后过滤混合物，滤液分析显示钌含量已经被去除至低于1ppm。案例11-16和18-21在该实验中同样有效。
案例37
将250L含有10000ppm的锌和铁、各4ppm的铂和钯、3ppm的钌和1.5ppm的铑的溶液以2.4升/小时的速率通过案例17的产物(300g)的固定床，处理过的溶液中金属降低量为：铂99％、钯99％、钌60％和铑80％。
案例38
将案例8的产物(0.2g)加入含有60ppm铜的工艺流样品(40mL)中，其中铜源于铜(I)催化剂，在室温下混合搅拌2小时后过滤，分析得知滤液中的铜浓度已被降低到小于0.2ppm。用案例5-7,9-10,13-15和21的产品在该实验中可以得到相同的效果。
案例39
将案例15的产物(0.03g)加入到含有25ppm亚铁离子和铁离子的废物流的样品(3mL)中，在30℃下搅拌6小时后过滤混合物，分析滤液显示铁含量已被去除至低于0.5ppm。案例1-5和17-18在该实验中同样有效。
案例40
将案例14的产物(0.03g)加入到含有30ppm镍离子的废液样品(3mL)中，在20℃下搅拌6小时后过滤混合物，分析滤液显示镍含量已被去除至低于0.05ppm。案例1-5,8-13和17-18在该实验中同样有效。

Claims (13)

1.结构式I化合物：
[(O3/2)SiABASi(O3/2)]a[Si(O4/2)]b[VSi(O3/2)]c[WSi(O3/2)]d
结构式I
式中A是(CH2)mS(CH2)n；B是NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1，其中Z独立选自CONHR2，CS NHR2和CO OR2，R选自氢、C1-22-烷基、C2-22-烯基、C1-22-芳基、C1-22-烷基芳基或ASi(O3/2)，R1独立选自C1-22-烷基、C2-22-烯基、C2-22-炔基、芳基、烷基胺基、烷基聚烷基胺基和巯基烷基，R2独立选自氢和C1-22-烷基；V为选择性取代的基团，选自C1-22-烷基、C2-22-烯基、C1-22-烷基芳基、C1-20-烷基胺基或C1-20-烷基(NHC2H4NH)sH；W为选择性取代的基团，选自C1-20-烷基巯基、C2-20-烷基硫醚、C1-22-烷基、C2-20-亚烷基硫醚烷基、C2-20-烷基硫醚芳基、C2-20-亚烷基硫醚芳基或C2-6烷基SC2-6烷基NHC(＝S)NHR2；结构式I中其他基团的硅原子、氢原子、直链或支链C1-22-烷基、端基(R2)3SiO1/2、交联剂或链状(R2)qSi(OR3)gOk/2的其中一个或多个使硅酸盐氧原子的化合价达到饱和，其中R3独立选自直链或支链C1-22-烷基、芳基和C1-22-烷基芳基，k是1至3的一个整数，q是1至2的一个整数，g是0至2的一个整数，并且满足g+k+q＝4；m和n都是2至12的一个整数；p是2至6的一个整数；r是2至100的一个整数；s是2至100的一个整数；a、b、c和d均为整数，a和b始终存在，且a:b的比例为0.00001到100,000，当c或d大于0时，c+d与a+b的比例为0.00001至100,000。
2.一种根据权利要求1所述的化合物，其结构式1中的A是(CH2)mS(CH2)n；B是NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1，其中Z独立选自CO NHR2、CS NHR2和CO OR2，R选自氢、C1-22-烷基、C1-22-芳基、C1-22-烷基芳基或ASi(O3/2)，R1独立选自C1-22-烷基、芳基和巯基烷基，R2独立选自氢和C1-22-烷基；V为选择性取代的基团，选自C1-12-烷基、C2-12-烯基、C1-12-烷基芳基、C1-20-烷基胺基或C1-20-烷基(NHC2H4NH)sH；W为选择性取代的基团，选自C1-12-烷基巯基、C2-12-烷基硫醚、C1-12-烷基、C2-12-亚烷基硫醚烷基、C2-12-烷基硫醚芳基、C2-12-亚烷基硫醚芳基或C2-6烷基SC2-6烷基NHC(＝S)NHR2；结构式I中其他基团的硅原子、氢原子、直链或支链C1-22-烷基、端基(R2)3SiO1/2、交联剂或链状(R2)qSi(OR3)gOk/2的其中一个或多个使硅酸盐氧原子的化合价达到饱和，其中R3独立选自直链或支链C1-12-烷基、芳基和C1-22-烷基芳基，k是1至3的一个整数，q是1至2的一个整数，g是0至2的一个整数，并且满足g+k+q＝4；m和n都是2至6的一个整数；p是2至6的一个整数；r是2至20的一个整数；s是2至20的一个整数；a、b、c和d均为整数，a和b始终存在，且a:b的比例为0.00001到1,000，当c或d大于0时，c+d与a+b的比例为0.00001至1,000。
3.一种根据权利要求2所述的化合物，其结构式1中的A是(CH2)mS(CH2)n；B是NR、NZ、NR(CH2)pNRR1或NR(C2H4NR)rR1，其中Z是CS NHR2，R选自氢、C1-12-烷基、芳基、C1-6-烷基芳基或ASi(O3/2)，R1独立选自C1-6-烷基、芳基和含巯基的C1-6-烷基，R2独立选自氢和C1-6-烷基；V为选择性取代的基团，选自C1-6-烷基、C2-6-烯基、C1-6-烷基芳基、C1-6-烷基胺基或C1-6-烷基(NHC2H4NH)sH；W为选择性取代的基团，选自C1-6-烷基巯基、C2-6-烷基硫醚、C1-6-烷基、C2-6-亚烷基硫醚烷基、C2-6-烷基硫醚芳基、C2-6-亚烷基硫醚芳基或C2-6烷基SC2-6烷基NHC(＝S)NHR2；结构式I中其他基团的硅原子、氢原子、直链或支链C1-22-烷基、端基(R2)3SiO1/2、交联剂或链状(R2)qSi(OR3)gOk/2的其中一个或多个使硅酸盐氧原子的化合价达到饱和，其中R3独立选自直链或支链C1-12-烷基、芳基和C1-22-烷基芳基，k是1至3的一个整数，q是1至2的一个整数，g是0至2的一个整数，并且满足g+k+q＝4；m和n都是2至3的一个整数；p是2至3的一个整数；r是2至12的一个整数；s是2至12的一个整数；a、b、c和d均为整数，a和b始终存在，且a:b的比例为0.00001到100，当c或d大于0时，c+d与a+b的比例为0.00001至100。
4.一种如权利要求1所述的结构式I化合物的生产工艺，如下：
第一步：a)(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nQ，Q是卤素原子，与相应的胺类化学物NH2R,NH2Z,NHR(CH2)pNRR1或NHR(C2H4NR)rR1以合适的原料比反应合成化学式VI(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nB(CH2)nS(CH2)mSi(OR3)3；
b)(R3O)3Si(CH2)mSH与((CH2CH)(CH2)n-2)2NR或((CH2CH)(CH2)n-2)2NZ以及一个自由基引发剂反应得到化学式IV(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nP(CH2)nS(CH2)mSi(OR3)3，其中P是NR或者NZ；
第二步：化学式VI(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nB(CH2)nS(CH2)mSi(OR3)3或化学式IV(R3O)3Si(CH2)mS(CH2)nP(CH2)nS(CH2)mSi(OR3)3的混合物与硅烷前驱体WSi(OR3)3和VSi(OR3)3在一种溶剂中接枝到硅胶上去得到化学式I的化合物，或者在溶剂中与硅酸钠或四烷基原硅烷，所述的烷基为C1-C6烷基，进行溶胶凝胶反应得到化学式I的化合物。
5.一种进料处理方法，包含将进料与根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物接触：
i)从进料中去除一个或多个组分，以生成一种不含该去除组分的材料；或
ii)通过对进料的一个成分进行催化转化而产生化学反应以产生所需产物；或
iii)以离子交换方法从进料中去除一种离子种类。
6.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，作为一种功能化材料，用于从液体进料中去除不需要的有机、无机或生物化合物或降低其含量。
7.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，作为一种功能化材料，用于去除贵金属或降低其含量，也可用于去除来自反应混合物、工艺流、产品流和废液流中的或者与其他有机化合物键合或结合的贵金属或稀土金属及过渡金属。
8.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，用作阳离子或阴离子交换剂。
9.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，都可用于纯化或分离生物分子。
10.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，都可用于纯化或分离酶，肽，蛋白质和核酸。
11.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，用作控释材料、亲水性改性剂、防火剂、抗静电剂、生物医学设备的涂层、防水膜或涂层。
12.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，可用作固相合成或固相萃取和纯化材料。
13.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述的化合物，可用作非均相催化剂载体。
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