DE2313073A1 - Verfahren zur chemischen modifizierung von oberflaechen anorganischer festkoerper - Google Patents
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Description
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HAZ 1
Patentanwalt
62 Wiesbaden
62 Wiesbaden
fiierrtadfer Höhe 22 IeI. 54 28 42
Dr. Is tv4n Hälas ζ
66 - Saarbrücken
66 - Saarbrücken
Verfahren zur chemischen Modifizierung von Oberflächen
anorganischer Festkörper
Die Erfindung bezieht sich auf die chemische Modifizieruni? der Oberflächen
von anorganischen Festkörpern mit organischen luolelceln. Sol- ' '-ehe
chemisch modifizierte, anorganische Festkörper dienen z.B. als stationäre Phasen in der Chromatographie, in Katalysatoren, usw.
Bei chromatographischen Trennungen treten die Probesubstanzen, die sich
in der mobilen Phase (Gas oder Flüssigkeit) befinden, in Wechselwirkung
mit der stationären Phase, und durch Sorptionsvorgärige erfolgt die Trennung.
Bei katalytischen Prozessen beschleunigen die Katalysatoren die chemischen
.Reaktionen und ,mildern die iieaktionsbedingunfren (Temperatur,
Druck, usv/.) . .
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Die Verwendung von Festkörpern als stationäre Phasen in der Chroma- .
tographie und Katalyse ist bekannt. Solche stationären Phasen be- ' -^1·
sitzen zu hohe Aktivität und sind für viele chromatographische Trennprobleme nicht geeignet. Durch chemische Modifizierung der Oberfläche
von anorganischen Festkörpern und Einführung der gewünschten funktid-"
nellen Gruppen kann man die Eigenschaften der Festkörper beeinflussen.
Ss sind schon mehrere Versuche unternommen worden, die Oberflache von
anorganischen Festkörpern (z.B. von Siliciumdioxid) zu verändern. Dabei
sind drei grundsätzliche Methoden zu unterscheiden: .
1. Belegen des Festkörpers mit flüssigen oder festen Stoffen (ohne
chemische Bindung); . '■■■"'. - \ ." ·.
2. Polymerisation von organischen Reagenzien an der Oberfläche;
3. Chemische Umsetzung der -OH- Gruppen, die sich an der Oberfläche
des Festkörpers befinden. , -
Mit flüssigen oder festen Stoffen belegte Festkörper haben in der Chromatographie
'den Nachteil, daß die stationäre Phase "blutet": Die mobile
Phase (Gas oder'Flüssigkeit) v/ird mit der stationären Phase gesättigt
und aus der Trennsäule herausgetragen. Das macht sich besonders in der
Flüssigkeitschromatographie bemerkbar, so daß die Anwendung derartiger
stationärer Phasen in diesem Fall begrenzt ist. , ..., . ' .
Durch Polymerisation von siliziumorganischen Verbindungen hergestellte
stationäre Phasen (C.R. Hastings, V/.A. Aue, J.M. Augl, J. Chromatog.,
55» 487-5Q6, 0970) zeigen langsame Llassentransportgeschwindiglceiten,
•weil die gebildete Schichtdicke zu groß ist. Es ist ein weiterer IJacliteil
derartiger stationärer Phasen, daß sie keine funktioneilen Gruppen enthalten. Die Selektivität der stationären Phasen hängt aber von
den jeweils vorhandenen funktionellen Gruppen ab.
Eine weitere Modifiziexuftgsmöglichkeit der Festkörperoberfläche ist
durch chemische Umsetzungen mit den an dieser Oberfläche befindlichen, reaktionsfähigen -OH- Gruppen gegeben. Die älteste Methode ist die Silanisierung
von siliziumdioxidhaltigen Festkörpern mit Chlöralkylsilanen. Mit Alkoholen lassen sich die schwach sauren -Si-OH- Grurmen verestern.
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Durch Veresterung mit substituierten Alkoholen kann man auch die gewünschten
funktioneilen Gruppen einführen, wie es z.B. in der DT-PS 1 902 226 beschrieben ist. Derart modifizierte Festkörper sind jedoch
nicht hinreichend hydrolyse- und teinperaturstabil.
Ein anderes Verfahren zur Modifizierung von Siliziumdioxid ist in der
deutschen Patentanmeldung P 2236862.3-41 beschrieben. Nach diesem Verfahren
werden die Silanolgruppen von SiO_ durch Chlorierung mit Thionylchlorid
in -Si-Cl Gruppen umgewandelt. Das chlorierte Siliziumdioxid (z.B. Silicagel) wird anschließend mit Aminen unter Ausbildung
von -Si-N- Bindungen umgesetzt. Solche Produkte sind nur in einem pH-Bereich
von 4-8 hydrolysestabil; dies ist jedoch für die Anwendung derart modifizierter Festkörper nicht ausreichend. Z.B. ist die Regenerierung
der -SCUE-Gruppen (-SO-JTa + HCl ——-·► -SO-H + NaCl), die eine ·
besondere Stellung im Kationenaustausch (z.B. Demineralisierung von
Wasser und Flüssigkeitschromatographie) und in katalytischen Prozessen haben, bei solchen Phasen nicht, möglich. Für die Regenerierung werden
verdünnte Säuren (z.B. 1 - 2 η HCl) verwendet, die einen pH-Wert unter
1 haben. Unter diesen Bedingungen wird die -Si-N- Bindung rasch gespalten
und der organische Anteil von dem Festkörper abgelöst.
In der US-PS 3 664 967 ist die Silanisierung von Silicagel und Tonerde
mit Alkylchlorsilanen (mit einer Kettenlänge von C1? - C_R) und Vinylhalogensilanen
beschrieben. Nach dieser Patentschrift τ/erden die Fest-^
körper mit Alkyl- und Vinylchlorsilanen bei Zimmertemperatur 3 bis 6
Stunden lang umgesetzt und anschließend die -Si-Cl-Gruppen mit Alkoholen
mit einer Kettenlänge von C,- - C_ft unter Bildung von Si-O-C- Bindungen
umgesetzt. Nach Halogenierung werden solche Phasen in der Flüssigkeitschromatographie eingesetzt. Es ist ein Nachteil dieser stationären Phasen,
daß sie sowohl Si-C- als auch Si-O-C- Bindungen enthalten. Aus der Literatur ist bekannt, daß die Si-O-C-Bindung hydrolyseempfindlich ist,
und für solche stationären Phasen darf man wasserhaltige Phasen nicht verwenden. Außerdem enthalten solche stationären Phasen keine funktioneilen Gruppen, das Keißt, es ist unmöglich, ihre Selektivität zu variieren.-. ■":■■ ■ '. ·■ .-:■■"-■■ . ..,:,.,,■/
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Ziel dieser Erfindung sind oberflächenmodifizierte.Festkörper, die
gegenüber bekannten, oberf lächenmodif izierjten Festkörpern den Vorteil
größerer Hydrolyse- und Temperaturbeständigkeit haben und sich darum besonders gut als stationäre Phasen in Trennsystemen eignen.
Es wurde nun gefunden, daß solche Festkörper mit modifizierten, hydro-■
lyse- und temperaturbeständigen Oberflächen erhalten werden, wenn man
an die oberflächen anorganischer, -OH-Gruppen enthaltender Feststoffe
Alkylketten chemisch bindet, welche-reaktive Heteroatome tragen, worauf
man diese reaktiven Heteroatome durch wünschenswerte chemisch funktionelle Gruppen substituierte
Für die chemische Bindung von Alkylketten an derartige Oberflächen
bietet sich vor allem die Silanisierung an, bei welcher Alkylsilane mit den an den Oberflächen befindlichen -OH-Gruppen umgesetzt werden,
was am einfachsten mit Alkylhalogensilanen erreicht vfird. Als "reaktive
Heteroatome" sollen hier reaktionsfreudige Atome außer C und H verstanden werden, die H-Atome in den Alkylketten ersetzen können.
Als Heteroatome werden bevorzugt Halogenatome eingeführt, z.B. durch
Halogenierung oder SuIfochlorierung der Alkylketten. \
Für die Silanisierung der -OH-Gruppen an der Oberfläche des Festkörpers
werden bevorzugt Alkylchlorsilane mit einer Kettenlänge von C1
bis C.g verwendet. Unter Alkylchlorsilanen versteht man Monoalkyltri-,
chlorsilane, Dialkyldichlorsilane und Trialkylmonochlorsilane. Die Silanisierung
wird nach an sich bekannten Methoden durchgeführt, z.B. Suspendierung des Festkörpers in geeignetem Lösungsmittel (z.B. Toluol)
und Alkylchlorsilan; die Suspension wird unter Rückfluß und Luftfeuchtigkeitsausschluß
(Trockenpatrone) mehrere Stunden lang gekocht.
Die Festkörper werden anschließend durch Waschen oder Extraktion mit
Methylenchlorid von dem nichtumgesetzten Alkylchlorsilan befreit.
Es wurde festgestellt, daß mit Alkylchlorsilanen- silanisierte Festkörper
manchmal noch freie Hydroxylgruppen besitzen können, die bei manchen Anwendungen (z.B. Gas- und Flüssigkeitschromatographie) störend wirken.
In solchen Fällen kann es zweckmäßig sein, die mit Alkylchlorsilan silanisierten
Festkörper nachträglich mit geeigneten anderen Silanisierungsmitteln
(Hexamethyldisilazan, Bis-(trimethylsilyl)acetamid), zu behandeln.
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Erfinduhgsgemäß kann mäh die durch Silanisierung eingeführten und
sehr reaktionsträgen Alkylketten z.B. durch rädikalische Halogenierung in sehr reaktionsfähige Halögenalkylketten umwandeln, die an
die Oberfläche des Pestkörpers durch Si-C-Bindung gebunden sind.
Nach an' sich bekannten .,chemischen Methoden kann das derart eingeführte
Halogen durch funktioneile Gruppen substituiert werden, womit die chemische Beschaffenheit erfindungsgemäß modifizierter Oberflächen
von anorganischen exidischeh Festkörpern beliebig variiert wird. Zum Beispiel werden durch Umsetzung mit Ammoniak- .(NH,,) oäer Natriumhydrogensulfit-Lösung
(NaHSO ) die -NH2- bzw. -SO H- Gruppen eingeführt.
Eine andere Möglichkeit, die funktioneilen Gruppen einzuführen, besteht in der Umsetzung mit organischen Reagenzien, die die gewünschten
funktioneilen Gruppen enthalten. Bei Umsetzungen mit Aminen z.B. werden diese durch C-N-C- Bindung mit der Alkylkette, die an der Festkörperoberfläche
chemisch gebunden ist, verknüpft. ,Bei Verwendung von
Alkoholen oder Thioalkoholen zur Einführung von funktionellen Gruppen entstehen G-O-C-, bzw. C-S-C- Bindungen. .
Aus der großen Zahl der in Frage kommenden Reagenzien seien beispielhaft
die folgenden genannt: Propylamin, Äthylendiamin, Diathylentriamin, Ν,Ν-Dimethyläthylendiamin, Aminopropionitril, Aminoäthansulfonsäure
(Taurin), Aminosäuren, Äthanol, Hydracrylonitril, Polyäthylenglycol,
2-iiitroäthanol, y-Eydroxybuttersäure, Allylalkohol, 3-Phenylpropanol,
p-Nitrobenzylalkohol, Glycolmonoäthyläther, 1,2-Äthandithiol, Propylmercaptan,
Thioglycolsäure, usv/. ■
Desgleichen kann man -S0..H- Gruppen in die an die Oberfläche des Festkörpers
chemisch gebundenen Alkylketten, z.B. durch SuIfochlorierung und anschließende Hydrolyse, einführen. Überraschenderweise sind die
Ausbeuten auch bei kurzkettigen Alkylketten sehr hoch; man kann eine Austauschkapazität
von 500 - 6ü0/(Val/g ohne Schwierigkeiten erreichen. Bei
Annahme von50 1 als Platzbedarf für eine -30,H- Gruppe beträgt bei
Verwendung von Kieselgel (spez. Oberfläche 360 m2/^) die theoretisch erreichbare Aüstauschkapazität ca. 1 000 /uval/g. ......
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, für die
Modifizierung' der Oberflächen von anorganischen Festkörpern auch halöge-
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nierte Alkylhalogensilane, insbesondere Ivlethylchlprsilane (z.B.
Chloromethyldimethylchlorsilan, Bromomethylmethyldichlorsilan usv;.)
zu verwenden. "■
In diesem Fall werden die reaktionsfähigen -CHp-X- Gruppen (X bedeutet
Haloerenatom, z.B. Cl, Br) bei der Silanisierung mit der Pestkörperoberfläche verknüpft. Die^se Methode ist in solchen Fällen anwendbar,
in denen der störende Einfluß von nichtumgesetzten Hydroxylgruppen
vernachlässigbar ist. Eine Nachsilanisierung, z.B. mit Hexamethyldisilazan
ist nämlich wegen der Reaktivität der mit der Oberfläche verknüpften -CH2-X- Gruppen (X= Cl, Br) nicht möglich.
Die Anwendung von längerkettigen Haloalkylchlorsilanen (z.B. Chloropropyltrichlorsilan)
für die Modifizierung der Oberflächen von anorganischen
Festkörpern hat den Nachteil, daß diese Reagenzien nicht ausreichend
temperaturstabil sind und bei der Silanisierung teilweise zersetzt werden. Die Oberfläche des Festkörpers wird durch Zersetzungsprodukte dunkel gefärbt. - . . .
Als besonders geeignete anorganische Festkörper für die iaodif izierung
mit organischen Reagenzien nach der Erfindung haben sich erwiesen:
Silicagel, poröses Glas, Metalloxide mit sauren Hydroxylgruppen an der Oberfläche (z.B. AIpO.,, TiO?, ZrO_, usw.), anorganische Träger (Glaskugeln,
Sand, gemahlene Ziegelsteine", Glas- und Metallkapillaren, usw.), die an der Oberfläche niedergeschlagene SiO_- oder Metalloxidpartikel
haben·
Der Anwendungsbereich der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten
Festkörper mit chemisch modifizierten Oberflächen kann noch dadurch
erheblich erweitert werden, daß außer den weiter oben beispielsweise
genannten, chemisch funktionellen Gruppen polymere Gruppen, wie PoIyäthylenglykolmoleküle,
z.B. solche mit einem Molekulargewicht von etwa 200 bis etwa 20 .000, oder sogar biochemisch funktioneile Gruppen, wie
z.B. Enzyme, in.die Alkylketten eingeführt werden, die an die Oberflächen
der Festkörper gebunden sind.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert:
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' a) 50 g Silicagel mit einer spezifischen:Oberfläche von 36Ο m /g werden
12-Stunden lang bei 200 C und atmosphärischem Druck getrocknet,
mit 40Q ml getrocknetem Toluol und 25 ml Dimethyldichlorsilan ver-
; setzt und 10 Tage lang unter Ausschluß von Luftfeuchtigkeit unter
Rückfluß gekocht. Die Silanisierung ist beendet, wenn die HCl-Entwicklung
beendet ist.
Nachbehandlung: Das silanisier.te_Produkt wird abfiltriert, mit Methylehchlorid
gewaschen und im Vakuum bei 180 C 4 Stunden lang getrocknet. Um den restlichen Chlorwasserstoff zu beseitigen und die
restlichen -Si-Cl-Gruppen zu hydrolysieren, wird das silani'sierte
Silicagel mit Methanol, Methanol-Wasser (etwa 1:1), Methanol und ^
Diäthylather gewaschen und bei 180 C im Vakuum 6 Stunden lang getrocknet. ;
• ■ ' „■'.'' ■ ■ ' ν .■'■"
Das Produkt zeigt eine schwache Methylrotadsorption; dies deutet
darauf hin, daß einige zugängliche -Si-OH- Gruppen an der Oberfläehe
des Festkörpers vorhanden sind. (Die Methylrotadsorption ist ein aus der Literatur bekannter empfindlicher Nachweis für oberflächenständige saure Hydroxylgruppen). Um diese zu beseitigen, wird
das silanisierte und getrocknete Produkt in 400 ml getrocknetem Toluol und 20 ml Hexamethyldisilazan suspendiert und unter Rückfluß
und Luftfeuchtigkeitsausschluß etwa 2 Tage lang gekocht (Nachsilani-,
sierung).Bei dieser Reaktion''entsteht Ammoniak (NH,) als Reaktionsprodukt. Die Nachsilanisierung ist beendet, falls kein Ammoniak gebildet wird. Das Produkt wird abfiltriert, mit Methanol und Diäthyläther
gewaschen und unter Vakuum bei 180 C- 4 Stunden lang getrock-,
-net. Das Produkt zeigt keine Methylrotadsorption und ist hydrophob
(mit Wasser nicht benetzbar).
b).Das silanisierte Silicagel wird in einem 2 1 Vierhalskolben in 1 Is
Tetrachlorkohlenstoff und 20 ml Brom suspendiert. Der Vierhaiskolben wird mit einem Rückflußkühler, Quecksilbertauchlampe (Typ TQ 150,
Fa. Heraeus, Hanau), Thermometer und Gaseinleitungskapillare ausgerüstet. vUnter Rühren, Bestrahlung mit UV-Licht und Chloreinleitung
(2Ο-6Ο ml/min) wird bei Zimmertemperatur oder bei 50°C das silanisierte
Silicagel 1 1/2 Stunden lang bromiert. Dann wird- das Produkt
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abfiltriert, mehrmals mit Methylenchlorid gewaschen und im Vakuum bei 1ÖO°C drei Stunden lang getrocknet.
c) Zu 15 8 des bromierten Produktes werden 5 ml Äthylendiamin und 40
ml Dioxan gegeben. Das Gemisch wird 2 Tage lang bei 70 C gehalten,
dann abfiltriert, mit Methanol, Methanol-Wasser (1:1), Wasser, Methanol und Diäthyläther mehrmals gewaschen und im Vakuum bei 120 C
getrocknet.
Die Oberfläche des Festkörpers erhält durch die freien -NHp- Gruppen
basischen Charakter und ist mit Wasser gut benetzbar (hydrophil).
15 g des nach Beispiel 1 a und 1 b silanisierten und bromierten Silicagels
werden mit 5 ml Oxypropionitril, 5 nil Tripropylamin und 40 ml
Dioxan versetzt und bei 70 C 3 Tage lang stehengelassen. Das erhaltene
Produkt wird analog Beispiel 1c gewaschen und getrocknet. Es enthält
oberflächenständige -CN- Gruppen und ist hydrophob. Tripropylanin bindet
bei der Umsetzung freigewordenen HBr.
Beispiel 3 ,· . ι
15 g des nach Beispiel 1 a und .1 b silanisierten und bromierten Silicagels
werden mit 5 ml Äthandithiol, 5 ml Triäthylamin und 40 ml Diäthyläther
versetzt und unter Rückfluß bei Luftfeuchtigkeitsausschluß 2 Tage
lang gekocht. Das erhaltene Produkt wird wie im Beispiel 1 c gewaschen,
getrocknet.und enthält oberflächenständige -SH- Gruppen. Durch Oxidation
mit 5 ml Wasserstoffperoxid in 45 ml Eisessig werden'die -SH- in
-SO^H- Gruppen umgewandelt; so modifiziertes Silicagel ist ein stark
saurer Kationenaustauscher.
. . ■ χ
Beispiel 4
Beispiel 4
p 30 g poröses Glas mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m /g und
einer Siebfraktion von 90 - 100px werden mit 10 ml Dibutyldichlorsilan
in 200 ml Toluol unter Rückfluß und LuftfeuchtigkeitsausSchluß 10 Tage lang
gekocht (Silanisierung). »/eitere Nachbehandlung erfolgt gemäß !Beispiel
1a.·,
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Das Produkt wird analog Beispiel 1 b bromiert, gewaschen und getrocknet,
dann mit 10 ml Triäthylenglycol in 70 ml-Dimethylsulfoxid und
■ \ ' ' ■ . ■ ■ ■ ' ο
ml Tripropylamin versetzt und 3 Tage lang bei 80 C gehalten. Tripropylamin
bindet bei der Umsetzung freigewordenen HBr. Auswaschen und
Trocknen, erfolgt nach Beispiel 1 c._ ·■ . ,; ,·■·..·. γ
.\ ■ ■ . ■ ■ ' .
..■.'■ ■■■■'■■ ■■■■■■ - ■ ■'·'■■ ; ■· ■ ■ ■ - · · ■ ■
20 g poröses Glas mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m /g und
einer Siebfraktion von 90 - 100yu werden mit Dibutyldichlorsilan in
Toluol 10 Tage lang silanisiert. V/eitere Nachbehandlung erfolgt nach ,
Beispiel 1 a. ' .■: . " ",'■■ '
Das silanisierte poröse Glas wird mit 5 ml Sulfurylchlorid in 100 ml
siedendem Tetrachlorkohlenstoff chloriert. 0,5 g Dibenzoylperoxid
werden als .Ketteninitiator zugegeben. Nach 2 Stunden werden die gleichen
Mengen von Sulfurylchlorid und Dibenzoylperoxid zugegeben und
weitere 2 Stunden gekocht. Das chlorierte Produkt wird mehrmals mit
iviethyienchlorid gewaschen und im Vakuum bei 100 C J Stunden lang getrocknet.
Es wird mit 10 ml Triäthylenglycol und 10 ml Tripropylamin
in 70 ml Dimethylsulfoxid versetzt und J Tage lang bei 70 C gehalten,
dann analog Beispiel 1c gewaschen und getrocknet. .
Beispiel 6 . v ■ . : _
20 g mit porösem Si0_ überzogene Glaskügelchen mit einer spezifischen
Oberfläche von 15 m /g werden mit Dioctyldichlorsilan in Toluol 12 Tage
lang unter Rückfluß und Luftfeuchtigkeitsausschluß gekocht und analog
Beispiel 1 a nachbehandelt.; Die Bromierung erfolgt gemäß Beispiel 1 b. \)J
Das bromierte Produkt wird mit einer gesättigten Lösung von Natrium-.·■--■■.:
nitrit in Dimethylsulfoxid 3 Tage lang bei 60 G umgesetzt und analog
Beispiel 1c gewaschen und getrocknet. Das erhaltene Produkt ist hydrophob
und enthält oberflächenständige Nitrogruppen.
10 g des, nach Beispiel 6 silanisierten und bromierten Produktes werden
mit Ammoniaklösung in Dimethylsulf oxid ; 3 Tage bei. Zimmertemperatur um- ■■■.
gesetzt und analog Beispiel 1 c gewaschen und getrocknet. Das erhaltene
Produkt ist hydrophil und enthält oberflächenständige Aminogruppen! es >
409839/0989 t
weist die Eigenschaften eines schwach basischen Anionenaustaußchers
/ auf. ..·:■-. : ■ -. ■■..■·.-■. '■ : ■-..■:·_:· ■■■ ■ .-■;:■ :■ v.::";;.. μν';. .:n: ■
Beispiel 8 . , ·;
50 g Siliciumdioxid mit einer" spezifischen Oberfläche von'36Ο m /g
werden mit 30 ml Tributylmonochlorsilan in 4OO ml Xylol 10 Tage lang .·
unter Huckfluß und Luftfeuchtigkeitsaus.schluß gekocht und nach Bei- .
spiel 1 a nachbehandelt. Das silanisierte Siliciumdioxid v/ird in ei- ..
nem Quarzrohr bei Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe (UV-Licht) ,.. • und Einleitung.von 30 ml/min Gl und 40 ml/min 50„ bei 0 G 1 Stunde ,.
lang sulfochloriert. Das Produkt wird in 4OO ml wässriger 10/jiger' . . .'
Natriumsulfitlösung suspendiert und 2 Tage lang bei Zimmertemperatur..",,
hydrolysiert. Natriumsulfat puffert die Lösung auf einen pH-Wert von :
ca. 8 und beschleunigt damit die -Hydrolyse der eingeführten Sulfo- .,
chlorid-Gruppen zu -S0-.H- Gruppen. Anschließend wird das Produkt mit —
100 ml 1,5 η HCl. regeneriert und mit V/asser neutral gewaschen.
Das Endprodukt ist ein Xationenaustauscher mit oberflächenständigen
-SO-H- Gruppen und einer Äustauschkapazität von 5&0 Aival/g. .
20 g bei 200 C geglühtes Aluminiumhydroxid werden mit 150 ml n-0ctah
und 20 ml Brommethylmethyldichlorsiian versetzt und 10 Tage lang unter
Rückfluß und bei Luftfeuchtigkeitsausschluß gekocht.· Dann v/ird das
silanisierte Produkt abfiltriert, mit iiethylenchlorid mehrmals gewaschen, im Vakuum bei 100 C 4 Stunden lang getrocknet und dann mit 4 g
2,4-Dinitrophenylhydrazin in 100 ml Dioxan bei 80°C 2 Jage lang umgesetzt.
■'■·.....·■
Das Endprodukt wird gewaschen und getrocknet wie in Beispiel 1 c und
enthält oberflächenständige Nitrogruppen.
Beispiel 10 .
20 g mit Titandioxid belegte Glaskugeln v/erden mit Bromine thyldimethylmonochlorsilan
umgesetzt, gewaschen und getrocknet wie in Beispiel 9· Das silanisierte Produkt v/ird mit 2 g Taurin (Aminoäthansulfonsäure) in
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100 ml Diinethylsulfoxid versetzt und 3 Tage lang bei 00 C gehalten,
anschließend gewaschen und getrocknet wie in Beispiel 1 c.
Das Endprodukt enthält -SO,!!- Gruppen und ist hydrophil, ν.;·:--.:,;-...■;,·..^-.-.·.-.^
20 g Seesand (Firma Merck, Darmstadt) werden etwa 12 Stunden lang'.mit
verdünnter Salzsäure (1 a 1) unter Rückfluß gekocht, dann mit 7/asser
neutral gewaschen und über Nacht bei 180 C getrocknet· "Der Seesand
wird mit 10 ml Octadecyltrichlorsilan in 150 ml getrocknetem Isooctan
unter Rückfluß bei Ausschluß von Luftfeuchtigkeit 8 Tage lang silanisiert.
Nachbehandlung erfolgt gemäß Beispiel 1a. Das Produkt wird in
800 ml Tetrachlorkohlenstoff und 20 ml Sulfurylchlorid suspendiert und
unter Rühren und Bestrahlung mit einer Quecksilbertauchlampe (Typ TQ
150, Firma Heraeüs, Hanau) bei 5 C 2 Stunden lang sulfochloriert. Die
Hydrolyse der eingeführten Sulfochloridgruppen und Auswaschen erfolgt,
gemäß Beispiel .8. j ,
10g poröses Glas mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m /g und
einer Siebfraktion von 90 - 100 xl werden nach Beispiel 1'a-und 1b
silanisiert und bromiert.; Das Produkt wird mit 5 ml Ν,Ν-Dimethyläthylendiamin
in 50 ml Dimethylformamid 2 Tage lang bei 80 C umgesetzt,
dann gewaschen und getrocknet nach Beispiel 1c.
Das Endprodukt ist einAnionenaustauscher. .
20 g Silicagel mit einer spezifischen Oberfläche von 36O m /g und
einer Siebfraktion von 25-32/1 werden nach Beispiel 4 silanisiert,
gemäß Beispiel 1 a und 1 b nachbehandelt und bromiert. Das Produkt wird mit 10 ml Diäthylentriamin in 100 ml Dimethylsulfoxid 2 Tage lang
bei 70 umgesetzt. Auswaschen und Trocknen erfolgt nach Beispiel 1 c.
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Beispiel 14
10 g des Produktes nach Beispiel 13 werden mit 3 S Chloressigsäure
in 40 ml getrocknetem Äthanol "bei Anwesenheit von 2 ml Triäthylamin
2 Tage lang bei 50 C umgesetzt. Auswaschen und Trocknen erfolgt nach
Beispiel 1c.
Beispiel 15 ! v -
Sine oberflächenporöse oder mit SiO? belegt'e Glasplatte (15x5 cm)
wird mit verdünnter Salzsäure (1:1) unter Rückfluß 5 Stunden lang gekocht, dann mit Wasser neutral gewaschen und bei 180 C 12 Stunden- lang
getrocknet. Die Silanisierung mit 30 ml Dioctyldichlorsilan in 400 ml
Xylol erfolgt durch Kochen ΛϊαΙίΓεηα 8 Tagen unter Rückfluß und Luftfeuchtigkeitsausschluß.
Die Platte wird gemäß Beispiel 1 a nachbehandelt, dann mit 20 ml Sulfurylchlorid in 4'0 ml Tetrachlorkohlenstoff
und unter Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe nach Beispiel 11 sulfochloriert.
Die Hydrolyse der eingeführten SuIfochloridgruppen und
Auswaschen erfolgt gemäß Beispiel 8. Derartige oberflächenporöse Glasplatten mit chemisch gebundenen -SO,H- Gruppen finden Anwendung in der
Dünnschichtchromatographie. ' '
Nach der Erfindung modifizierte anorganische Festkörper zeigen günstige
Trenneigenschaften bei ihrer Anwendung als stationäre Phasen in der Gas·
und Flüssigkeitschromatographie. .. 7
Die Meßergebnisse sind in Tabelle 1 und Fig. 1,2 dargestellt. In Tabelle 1 sind die gaschromatographisch gemessenen Größen einer
Trennsäule zusammengefaßtj stationäre Phase ist ein nach der Erfindung
modifizierter anorganischer Festkörper.
Fig. 1 zeigt eine gaschromatographische Trennung .von Estern. Die verwendete
stationäre Phase ist ein anorganischer Festkörper, der nach der Erfindung modifiziert wurde.
Fig. 2 zeigt ein i'lüssigkeitschromatograram, das mit Hilfe eines nach
der Erfindung modifizierten anorganischen Festkörpers erhalten wurde.
Die in der Tabelle 1 dargestellten Größen sind in der Chromatographie
üblich.
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Das Kapäzitätsverhältnis ist durch k,1 = definiert;
t ist die Durchbruchszeit einer inerten Substanz, tR ist Durchbruchszeit einer retard'ierten Komponente* : i . -^ ν ;. j ■>■'■;;.■. ■ ;? ■;■·';. '
Höhehäqüivalent eines theoretischen Bodens (h) ist wie folgt definiert:
h = -Tr Iτ— I ; wobei L die Kolonnenlänge und w die Bandenbreite ist.
H, Hqhenäqüivalent eines effektiven Bodens, hängt mit der Größe h nach
s. . : :; ■■■■· ' /i +.'kvS ' ' ■'· ·'■' ' ' ' ■.■■■■-■■·■ ■ ν·
der. Gleichung II = h I—r^-— J zusammen.
Die relative Retention (r,ν ) ist als Verhältnis zweier Xapazitätsverhältnisse
definiert: r' _ = _J_.O
Aus der Tabelle'1 ist· z^ü ersehen, daß die, produzierten theoretischen
und effektiven BodenhÖheh außergewöhnlich1 gut sind."Mit der 50 cm langen
Trennsäule wurden 1 200 - 1 650.tneoretische Boden bei einer zeitgemittelteh
Trägergasgeschv/ihäigkfeit von 6,25 cm/sec erreicht. Die Hei1- ,
stellung der stationären Pliasä'iöt im Beispiel" 4 beschrieben.
In' Fig. 1 ist'eine 'tefriperatürprogfamaierte Trennung von lüstern gezeigt«
Die Probemischung bestand aus: 1. Methan (inertpeäk), 2. Essigsäure- ■
methylester, J. Propionsäuremethylester, 4· Buttersäuremethylester,
5* Ämeisensäureisobütylester, 6. Valeriansäureaethylester, 7. 3ssigsäufebütyiester,
C. Isobüttersäureisobutylester, 9. Valeriansäureäthyiesteri
1Oi Üssigsäurecyclohexylester, 11. 'n-Iieptylsäureäthy!ester.
Als stationäre Phase.wurde nach Beispiel: 12 .modifiziertes poröses Glas
mit einor teilchengröße von 90 -' .1QO-^u. verwendet. Die Kolonnenlänge be
trug. 50 pm und die zeitrreiaittelte Trägergasgeschwind.iti-keiti6,5 "cm/secv
Aus Pig. 1 ist ersichtlich, daß die,; Kullinie auch bei steigenden Tenperaturen
konstant bleibt. ;Die;-!nach;.:d:er..;/.^Tfi-riduag'.-.möäifi'ö;.i"er:ten Pest·*; :
körper sind, temperaturstabil (nirldestens ..bis 250-.C-): und werden nicht ν
mit dem Trägergas aus der Trennsäule ausgetragen. ■ /: . ; :■ , : ν r . . ;..
In Fig. 2 ist ein Beispiel für die "Anwendung von modifizierten Fest- , ...
körpern in der Flüssigkeitschromatographie gegeben. Es wurde eine
409839/0989
Treriiidaule von einer Länge L = 50 cm. und einem Innendruckmesser von
2 mm "benutzt, die mit nach Beispiel I3 modifiziertem Silicagel gepackt
wurde. Mobile Phase war n-Keptan-LIethylenchlorid in einem ToIumenverhälthis
von 5:3»5· Die Geschwindigkeit der mobilen Phase be-
-trüg i,3 cm/sec^ Me Prpbemischüng bestand·-.aus 1... Methylehchlorid .
(Lpsürigsinittei) j 2. o-liitranilinj J. m-llitranilin, 4* p-Hitranilin.
Unter deri angegebenen Bedingungen wurden die drei Isomeren getrennt.
Die riydrolysestabiiität ist bei solchen stationären Phasen besonders
-vorteilhaft, d.hi Wasser oder wasserhaltige Lösungen können als mobile
Phasen eingesetzt werden»
Nach,der Erfindung modifizierte Festkörper besitzen an der Oberfläche
eine chemisch gebundene monomolekuläre Schicht; deshalb sind die i..asseritranspörtgeschwirtdigkeiten
in der stationären Phase groß.
409839/0989
T a Tj el le. 1
Probe | 0 | k' | . '■· | h | H | r1?/n-Hexan |
1 λ |
mm | nun | ||||
η - Pe nt an | 2 | ,84 I | 0,29 | 1,40 | - 0,545 | |
η - Hexan | 5 | ,547 w | 0,53 | 0,89 | 1,000 | |
η - Heptan | 8 | ,808 | 0,32 | 0,58 | 1,815 | |
η -'Octan | 2 | ,127 | 0,56 | 0,51 | 3,314 | |
h - Nonan | 2 | ,881 ' | 0,54· | 0,42 | 5,741 | |
2 - Hexin | 2 | ,607 | 0,52 | 0,59 | . 1,815 | |
3 - Hexin | 4, | ,6.72 | 0,54 | 0,65 | 1,'727 | |
Benzol | 8, | ,554 | 0,55 | 0,65 | L1,651 | |
Toluol | 8, | ,640 | 0,57 | 0,54 v | 2,999 | |
Äthylbenzol | S1 | ,170 | ■' | 0,57 | 0,47 | 5,281 |
ρ - Xylol | 9, | ,818 | 0,59 | 0,4.8 ; | 5,700 | |
m -· Xylol | 7, | ,925 | 0,38 | 0,47 | 5,770 | |
ο - Xylol | 1, | ,750 | 0,38 | 0,47 | 6,305 | |
Chlorbenzol | 2, | »717 | 0,40 | 0,51 | 4,988 | |
Dichlormethan | 2, | ,450 | 0,32 | o,93 | o,957.. ' | |
Chiorofοra | 2, | ,514 w | 0,31 | 0,61 | ^ 1,625 | |
Trxchloräthylen | •it | ,656 | o,36 . | 0,69 | 1,704 \ | |
Diäthyläther | 2, | ,110 | 0,38 | 0,85 | 1,364 | |
Ameisensäure methylester |
2, | 166 | 0,51, | 1,76 | 0,754 | |
Ameisensäure- äthylester |
4, | 126 | 0,58 | 0,82 | 1,374 | |
Sssigsäure- methylester |
575 | 0,44 | 0,82 | 1,665 | ||
Propionsäure- Kiethylester |
491 | 0,42 | 0,65 | 2,903 . | ||
L = 50 cm | Po = 0,8 at | |||||
T = 120°C | P1 = 2,22 at | |||||
ΰ =6,25 cn/sec | K = 0,47 χ 1 | 10~7 cm 2 | ||||
dp = 90 - 100 u | ||||||
4098 397 0 98 9
Claims (1)
1.6» Verfahren nach einera der Ansprüche 1 bis ' 12, dsidurch gekennzeichnet,
daß als anorganischer, -OH-Gruppen enthaltender Festkörper...efn Metalloxid
verwendet wird. . \ . ;,
17· Verwendung· der nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten ehe- ;
liiisch modifizierten Festkörper als stationäre Phase in e^nem Srenrisystera,
wie z.B. in der Chromatographie, oder als Katalysator.
40985'9'/09BB"
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