DE2313073C2 - Verfahren zur chemischen Modifizierung von Oberflächen anorganischer Festkörper und deren Verwendung - Google Patents
Verfahren zur chemischen Modifizierung von Oberflächen anorganischer Festkörper und deren VerwendungInfo
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- C09C3/00—Treatment in general of inorganic materials, other than fibrous fillers, to enhance their pigmenting or filling properties
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur chemischen Modifizierung von Oberflächen anorganischer
Festkörper und deren Verwendung.
Solche chemisch modifizierten, anorganischen Festkörper dienen z. B. als stationäre Phasen in der Chromatographie
oder als Katalysatoren.
Bei chromatographischen Trennungen treten die Probesubstanzen, die sich in der mobilen Phase (Gas oder
Flüssigkeit) befinden, in Wechselwirkung mit der stationären Phase, und durch Sorptionsvorgänge erfolgt die
Trennung.
Bei katalytischen Prozessen beschleunigen die Katalysatoren die chemischen Reaktionen und mildern die
Reaktionsbedingungen (Temperatur, Druck usw.).
Die Verwendung von Festkörpern als stationäre Phasen in der Chromatographie und Katalyse ist bekannt.
Solche stationären Phasen besitzen zu hohe Aktivität und sind für viele chromatographische Trennprobleme
nicht geeignet. Durch chemische Modifizierung der Oberfläche von anorganischen Festkörpern und Einführung
der gewünschten funktionellen Gruppen kann man die Eigenschaften der Festkörper beeinflussen.
Es sind schon mehrere Versuche unternommen worden, die Oberfläche 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-Gruppcn, 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) wird 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,
W. A. Aue, J. M. Augl, J. Chromatog., 53,487—506 [1970]) zeigen langsame Massentransportgeschwindigkeiten,
weil die gebildete Schichtdicke zu groß ist. Es ist ein weiterer Nachteil derartiger stationärer Phasen, daß sie
keine funktionellen Gruppen enthalten. Die Selektivität der stationären Phasen hängt aber von den jeweils
vorhandenen funktionellen Gruppen ab.
Eine weitere Modifizierungsmöglichkeit der Festkörperoberfläghe ist durch chemische Umsetzungen mit den
an dieser Oberfläche befindlichen reaktionsfähigen —OH-Gruppen gegeben. Die älteste Methode ist die Silanisierung
von siliziumdioxidhaltigen Festkörpern mit Chloralkylsilanen. Mit Alkoholen lassen sich die schwach
sauren —Si—OHOruopen verestern.
Durch Veresterung mit substituierten Alkoholen kann man auch die gewünschten funktionellen Gruppen
einführen, wie es z. B. in der DE-PS 19 02 226 beschrieben ist. Derart modifizierte Festkörper sind jedoch nicht
hinreichend hydrolyse- und temperaturstabil.
Aus der DE-OS 20 43 629, der DE-AS 11 63 784 und der AT-PS 2 63 973 sind bereits Verfahren zur chenille
sehen Modifizierung der Oberflächen anorganischer, OH-Gruppen enthaltender Festkörper durch Bindung von
j? reaktive Heteroatome tragenden Alkylketten an diese Oberflächen bekannt, wobei die Heteroatome der Fixieiv
b5 rung der Kohlenwasserstoffketten an der Festkörperoberflächc dienen. Das Ziel der vorliegenden Erfindung,
ij nämlich oberflächenmodifizierte Festkörper zu erzeugen, die an ihrer Oberfläche beliebige funktioneile Grup-Jr
pen aufweisen, wird durch diese Druckschriften nicht erreicht.
f< Auch aus der DE-OS 22 20 509 ist die chemische Modifizierung der Oberflächen anorganischer, OH-Gruppen
f< Auch aus der DE-OS 22 20 509 ist die chemische Modifizierung der Oberflächen anorganischer, OH-Gruppen
enthaltender Festkörper bekanntgeworden, bei welcher auf diese Oberflächen siliziumhaltige Alkyl-Verbindungen
aufgepfropft werden, wobei ein oder mehrere Η-Atome der Alkylketten durch Haiogenatome substituiert
sind. Da hier relativ Iangkettige Alkylketten Verwendung Finden, ist wegen des großen Platzbedarfs nur eine
schwache Oberflächenbedeckung möglich, und es werden naturgemäß nur unpolare Oberflächen und damit
hydrophobe Eigenschaften erzielt Domgegenüber bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit,
anorganische Oberflächen mit Alkylketten zu belegen, die nach ihrer Fixierung an der Oberfläche noch ein
Heteroatom aufweisen, welches vorzugsweise noch durch eine chemisch funktionell Gruppe ersetzt werden
soll, wodurch die Eigenschaften des Endproduktes gezielt variiert werden können.
Ein anderes Verfahren zur Modifizierung von Siliziumdioxid ist in der deutschen Patentschrift 22 36 862
beschriebe^. Nach diesem älteren Verfahren werden die Silanolgruppen von SiO2 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. Zum Beispiel ist die Regenerierung der —SO3H-Gruppen (-SOsNa-I- HCl ——SO3H + NaCl), die
eine besondere Stellung im Kationenaustausch (z. B. Demineralisierung von Wasser und Flüssigkeitschromato- is
graphie) und in katalytischer! 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 36 64 967 ist die Silanisierung von Silicagel und Tonerde mit Alkylchlorsilanen (mit einer
Kettenlänge von Qi-C28) und Vinylhalogensilanen beschrieben. Nach dieser Patentschrift werden die Festkörper
mit Alkyl- und Vinylchlorsilanen bei Zimmertemperatur 3 bis 6 Stunden lang umgesetzt und anschließend die
—Si—O—C-Gruppen mit Alkoholen mit einer Kettenlänge von Ce-C28 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 funktionellen
Gruppen, d. tu es ist unmöglich, ihre Selektivität zu variieren.
Aufgabe der Erfindung ist es, chemisch oberflächenmodifizierte Festkörper mit funktioneilen Gruppen an
ihren Oberflächen zu schaffen, die gegenüber bekannten, oberflächenmodifizierten Festkörpern den Vorteil
größerer Hydrolyse- und Temperaturbeständigkeit hoben und sich darum besonders gut als stationäre Phasen in
Trennsystemen eignen.
Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur chemischen Modifizierung der Oberfläche anorganischer, OH-Gruppen
enthaltender Festkörper, bei dem die Oberfläche mit Alkylhalogensilanen silanisiert wird, wobei die an
der Oberfläche gebundenen Alkylketten eine Kettenlänge von 1 bis 18 C-Atomen aufweisen, dadurch gelöst daß
danach ein oder mehrere Wasserstoffatome der Alkylketten durch Halogenierung oder Sulfochlorierung substituiert
werden und anschließend die so eingeführten reaktiven Heteroatome durch chemisch funktionelle Gruppen
ersetzt werden.
Für die chemische Bindung von Alkylketten an derartige Oberflächen bietet sich vor allem die Silanisierung
an, bei welcher Alkylhalogensilane mit den an den Oberflächen befindlichen —OH-Gruppen umgesetzt werden.
Als Heteroatome werden Halogenatome eingeführt, und zwar durch Halogenierung der Alkylketten.
Für die Silanisierung der —OH-Gruppen an der Oberfläche des Festkörpers werden bevorzugt Alkylchlorsilane
mit einer Kettenlänge von Q bis Cig verwendet. Unter Alkylchlorsilanen versteht man Monoalkyltrichlorsilane,
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 Alkylchlorsilan 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 Alkylchlorsilanen silanisierten Festkörper nachträglich mit
geeigneten anderen Silanisierungsmitteln [Hexamethyldisilazan, Bis-(trimethylsilyl)acetamid) zu behandeln.
Erfindungsgemäß werden die durch Silanisierung eingeführten und sehr reaktionsträgen Alkylketten z. B.
durch radikalische Halogenierung in sehr reaktionsfähige Halogenalkylketten umgewandelt, die an die Oberfläche
des Festkörpers durch Si—C-Bindung gebunden sind. Nach an sich bekannten chemischen Methoden wird
das derart eingeführte Halogen erfindungsgemäß durch funktionelle Gruppen substituiert, womit die chemische
Beschaffenheit erfindungsgemäß modifiziener Oberflächen von anorganischen exidischen Festkörpern beliebig
variiert wird. Zum Beispiel werden durch Umsetzung mit Ammoniak- (NH3) oder Natriumhydrogensulfit-Lösung
(NaHSO3) die -NH2- bzw. -SO3H-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 r-istkörperoberfläche chemisch gebunden ist,
verknüpft. Bei Verwendung von Alkoholen oder Thioalkoholen zur Einführung von funktionellen Gruppen
entstehen C-O-C-bzw.C-S-C-Bindungen.
Aus der großen Zahl der in Frage kommenden Reagenzien seien beispielhaft die folgenden genannt: Propylamin,
Äthylendiamin, Diäthylentriamin, N.N-Dimethyläthylcndiamin, Aminopropionitril, Aminoäthansulfonsäure
(Taurin), Aminosäuren, Äthanol, Hydracrylonitril, Polyäthylenglycol, 2-Nitroäthanol, ^-Hydroxybuttersäure. AI-lylalkohol,3-Phenylpropanol,
p-Nitrobenzylalkohol, Glycolmonoäthyläthcr, 1,2-Äthandithiol, PropylmercaDtan.
Desgleichen kann man — SO3H-Gruppen in die an die Oberfläche des Festkörpers chemisch gebundenen
Alkylketten, z. B. durch Sulfochlorierung und anschließende Hydrolyse, einführen. Überraschenderweise sind die
Ausbeuten auch bei kurzkettigen Alkylketten sehr hoch; man kann eine Austauschkapazität von
500—600μνβΙ^ ohne Schwierigkeiten erreichen. Bei Annahme von 50 Ä2 als Platzbedarf für eine —SO3H-Gruppe
beträgt bei Verwendung von Kieselgel (spez. Oberfläche 360 m2/g) die theoretisch erreichbare Austauschkapazität
ca. 1000 μνβΐ/g.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, für die Modifizierung der Oberflächen von
anorganischen Festkörpern auch halogenierte Alkylhalogensilane, insbesondere halogenierte Methylchlorsilane
(z. B. Chloromethyldimethylchlorsilan, Bromomethylmethyldichlorsilan usw.) zu verwenden.
der Silanisierung mit der Festkörperoberfläche verknüpft. Diese 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-GrUPPCn(X-Cl, Br) nicht möglich.
Die Anwendung von iängerkeitigen Haioalkylchiorsiiancn (/.. B. Chloropfopyliriehiorsiian) 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 Modifizierung mit organischen Reagenzien nach der
Erfindung haben sich erwiesen: Silicagel. poröses Glas, Metalloxide mit sauren Hydroxylgruppen an der Oberfläche
(z. B. AI2O3, TiO2, ZrO2 usw.), anorganische Träger (Glaskugeln, Sand, gemahlene Ziegelsteine, Glas- und
Metallkapillaren usw.), die an der Oberfläche niedergeschlagene SiO2- 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 funktioneilen Gruppen polymere Gruppen, wie Polyäthylenglykolmoleküle, 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:
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert:
a) 50 g Silicagel mit einer spezifischen Oberfläche von 360m2/g werden 12 Stunden lang bei 2000C und ,
atmosphärischem Druck getrocknet, mit 400 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 silanisierte Produkt wird abfiltriert, mit Methylenchlorid gewaschen und im Vakuum
bei 180° C 4 Stunden lang getrocknet. Um den restlichen Chlorwasserstoff zu beseitigen und die restlichen
—Si—Cl-Gruppen zu hydrolisieren, wird das silanisierte Silicagel mit Methanol, Methanol—Wasser (etwa
1:1), Methanol und Diäthyläther gewaschen und bei 1800C im Vakuum 6 Stunden lang getrocknet.
Das Produkt zeigt eine schwache Methylrotadsorption; dies deutet darauf hin. daß einige zugängliche
— Si—OH-Gruppen an der Oberfläche 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
gekocht (Nachsilanisierung). Bei dieser Reaktion entsteht Ammoniak (NH3) als Reaktionsprodukt Die
Nachsilanisierung ist beendet, falls kein Ammoniak gebildet wird. Das Produkt wird abfiltriert, mit Methanol
und Diäthyläther gewaschen und unter Vakuum bei 1800C 4 Stunden lang getrocknet Das Produkt zeigt
keine Methylrotadsorption und ist hydrophob (mit Wasser nicht benetzbar). :
b) Das silanisierte Silicagel wird in einem 2-l-Vierhalskolben in 1 I Tetrachlorkohlenstoff und 20 ml Brom
suspendiert. Der Vierhalskolben wird mit einem Rückflußkühler, Quecksilbertauchlampe (Typ TQ 150, Fa.
Heraeus, Hanau), Thermometer und Gaseinieitungskapiiiare ausgerüstet. Unter Rühren, Bestrahlung mit
UV-Licht und Bromeinleitung (20—60 ml/min) wird bei Zimmertemperatur oder bei 500C das silanisierte
Silicagel IV2 Stunden lang bromiert Dann wird das Produkt abfiltriert mehrmals mit Methylenchlorid
gewaschen und im Vakuum bei 100° C 3 Stunden lang getrocknet **
c) Zu 15 g des bromierten Produktes werden 5 ml Äthylendiamin und 40 ml Dioxan gegeben. Das Gemisch
wird 2 Tage lang bei 700C gehalten, dann abfiltriert mit Methanol, Methanol—Wasser (1 :1), Wasser,
Methanol und Diäthyläther mehrmals gewaschen und im Vakuum bei 12O0C getrocknet
Die Oberfläche des Festkörpers erhält durch die freien — NH2-Gruppen basischen Charakter und ist mit i
Die Oberfläche des Festkörpers erhält durch die freien — NH2-Gruppen basischen Charakter und ist mit i
15 g des nach Beispiel la und Ib silanisierten und bromierten Silicagels werden mit 5 ml Oxypropionitril,5 ml >,
analog Beispiel Ic gewaschen und getrocknet Es enthält oberflächenständige —CN-Gruppen und ist hydro- ■-'
phob. Tripropylamin bindet bei der Umsetzung freigewordenen HBr.
15 g des nach Beispiel la und Ib 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 Ic gewaschen, getrocknet und enthält oberflächenständige
—SH-Gruppen. Durch Oxidation mit 5 ml Wasserstoffperoxid in 45 ml Eisessig werden die -SH- in —SO3H-Gruppen
umgewandelt; so modifiziertes Silicagel ist ein stark saurer Kationenaustauscher.
30 g poröses Glas mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m2/g und einer Siebfraktion von 90—100 μ werden
mit 10 ml Dibutyldichlorsilan in 200 ml Toluol unter RückfluB und Luftfeuchtigkeitsausschluß 10 Tage lang
gekocht (Silanisierung). Weitere Nachbehandlung erfolgt gemäß Beispiel la.
Das Produkt wird analog Beispiel Ib bromiert, gewaschen und getrocknet, dann mit 10 ml Triäthylenglycol in
7Om! Dimethyisulfoxiu und 10 ml Tripropyiamin verseizt und 3 Tage lang bei S0cC gehauen. Tripropyiamin
bindet bei der Umsetzung freigewordenen HBr. Auswaschen und Trocknen erfolgt nach Beispiel Ic.
20 g poröses Glas mit einer spezifischen Oberfläche von 60 m2/g und einer Siebfraktion von 90— 100 μ werden
mit Dibutyldichlorsilan in Toluol 10 Tage lang süanisicrt. Weitere Nachbehandlung erfolgt nach Beispiel 1 a.
Das silanisierte poröse Glas wir 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 Methylenchlorid gewaschen und im Vakuum bei 100°C 3 Stunden lang getrocknet. Es wird mit
10 ml Triäthylenglycol und 10 ml Tripropyiamin in 70 ml Dimethylsulfoxid versetzt und 3 Tage lang bei 70° C
gehalten, dann analog Beispiel 1 c gewaschen und getrocknet.
Beispiel 6 M
20 g mit porösem S1O2 überzogene Glaskügclchen mit einer spezifischen Oberfläche von 15 m2/g werden mit
Dioctyldichlorsilan in Toluol 12 Tage lang unter Rückfluß und Luftfeuchtigkeitsausschluß gekocht und analog
Beispiel la nachbehandelt. Die Bromierung erfolgt gemäß Beispiel Ib. Das bromierte Produkt wird mit einer
gesättigten Lösung von Natriumnitrit in Dimethylsulfoxid 3 Tage lang bei 60° C umgesetzt und analog Beispiel 3S
Ic gewaschen und getrocknet. Das erhaltene Produkt ist hydrophob und enthält oberflächenständige Nitrogruppen.
B e i s ρ i e I 7
10 g des nach Beispiel 6 silanisierten und bromierten Produktes werden mit Ammoniaklösung in Dimethylsulfoxid
3 Tage bei Zimmertemperatur umgesetzt und analog Beispiel Ic gewaschen und getrocknet. Das erhaltene
Produkt ist hydrophil und enthält oberflächenständige Aminogruppen; es weist die Eigenschaften eines schwach
basischen Anionenaustauschers auf.
50 g Siliciumdioxid mit einer spezifischen Oberfläche von 360 m2/g werden mit 30 ml Tributylmonochlorsilan
in 400 ml Xylol 10 Tage lang unter Rückfluß und Luftfeuchtigkeitsausschluß gekocht und nach Beispiel la so
nachbehandeit Das siianisierte Siliciumdioxid wird in einem Quarzrohr bei Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe
(UV-Licht) und Einleitung von 30 ml/min CI2 und 40 ml/min SO2 bei 0°C 1 Stunde lang sulfochloriert. Das
Produkt wird in 400 ml wäßriger, 10%iger Natriumsulfitlösung suspendiert und 2 Tage lang bei Zimmertemperatur
hydrolysiert Natriumsulfit puffen die Lösung auf einen pH-Wert von ca. 8 und beschleunigt damit die
Hydrolyse der eingeführten Sulfochlorid-Gruppen zu — SOaH-Gruppen. Anschließend wird das Produkt mit
100 ml 1 ,5 η HCl regeneriert und mit Wasser neutral gewaschen.
Das Endprodukt ist ein Kationenaustauscher mit oberflächenständigen —SO3H-Gruppen und einer Austauschkapazität
von 560 pxal/g.
20 g bei 200"C geglühtes Aluminiumhydroxid werden mit 150 ml n-Octan und 20 ml Brommethylmethyldichlorsilan
versetzt und 10 Tage lang unter Rückfluß und bei Luftfeuchtigkeitsausschluß gekocht Dann wird das
silanisierte Produkt abfiltriert, mit MethyJenchlorid 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 Tage lang umgesetzt
Das Endprodukt wird gewaschen und getrocknet wie in Beispiel Ic und enthalt oberflächenständige Nitrogruppen.
ι
20 g mit Titandioxid belegte Glaskugeln werden mit Brommethyldimethylmonochlorsilan umgesetzt, gewaschen
und getrocknet wie in Beispiel 9. Das silanisierte Produkt wird mit 2 g Taurin (Aminoäthansulfonsäure) in
100 ml Dimethylsulfoxid versetzt und 3 Tage lang bei 80° C gehalten, anschließend gewaschen und getrocknet
wie in Beispiel Ic.
10
20 g Seesand (Firma Merck, Darmstadt) werden etwa 12 Stunden lang mit verdünnter Salzsäure (1:1) unter
Rückfluß gekocht, dann mit Wasser neutral gewaschen und über Nacht bei 18O0C 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 la. Das Produkt wird in 800 ml Tetrais
chlorkohlenstoff und 20 ml Sulfurylchlorid suspendiert und unter Rühren und Bestrahlung mit einer Quecksilbertauehiampe
(Typ TQ Ί50, Firma Heraeus, Hanau) bei 5=C 2 Stunden lang suifochioriert. Die Hydrolyse der
eingeführten Sulfochloridgruppen und Auswaschen erfolgt gemäß Beispiel 8.
Beispiel 12
20
10 g poröses Glas mit einer spezifischen Oberfläche von 60 mVg und einer Siebfraktion von 90—100 μ werden
nach Beispiel la und Ib silanisiert und bromiert. Das Produkt wird mit 5 ml Ν,Ν-Dimethyläthylendiamin in 50 ml
Dimethylformamid 2Tage lang bei 80°C umgesetzt,dann gewaschen und getrocknet nach Beispiel la
25
Beispiel 13
20 g Silicagel mit einer spezifischen Oberfläche von 360 m2/g und einer Siebfraktion von 25—32 μ werden
nach Beispiel 4 silanisiert, gemäß Beispiel la und Ib nachbehandelt und bromiert. Das Produkt wird mit 10 ml
Diäthylentriamin in 100 ml Dimethylsulfoxid 2 Tage lang bei 70° C umgesetzt. Auswaschen und Trocknen erfolgt
nach Beispiel Ic.
Beispiel 14
10 g des Produktes nach Beispiel 13 werden mit 3 g Chiorcssigsäure in 40 ml getrocknetem Äthanol bei
Anwesenheit von 2 ml Triäthylamin 2 Tage lang bei 50°C umgesetzt. Auswaschen und Trocknen erfolgt nach
Beispiel Ic.
Beispiel 15
unter Rückfluß 5 Stunden lang gekocht, dann mit Wasser neutral gewaschen und bei 1800C 12 Stunden lang
getrocknet. Die Silanisierung mit 30 ml Dioctyldichlorsilan in 400 ml Xylol erfolgt durch Kochen während 8
mit 20 ml Sulfurylchlorid in 400 ml Tetrachlorkohlenstoff und unter Bestrahlung mit einer Quecksilberlampe
nach Beispiel 11 suifochioriert. Die Hydrolyse der eingeführten Sulfochloridgruppen und Auswaschen erfolgt
gemäß Beispiel 8. Derartige oberflächenporöse Glasplatten mit chemisch gebundenen —SOaH-Gruppen Finden
Nach der Erfindung modifizierte anorganische Festkörper zeigen günstige Trenneigenschaften bei ihrer
Anwendung als stationäre Phasen in der Gas- und Flüssigkeitschromatographia
so In Tabelle 1 sind die gaschromatographisch gemessenen Größen einer Trennsäule zusammengefaßt; stationäre
Phase ist ein nach der Erfindung modifizierter anorganischer Festkörper.
F i g. i 2eigt eine gaschromatographische Trennung von Estern. Die verwendete stationäre Phase ist ein
anorganischer Festkörper, der nach der Erfindung modifiziert wurde.
F i g. 2 zeigt ein Flüssigkcitschromatogramm, das mit Hilfe eines nach der Erfindung modifizierten anorganisehen
Festkörpers erhalten wurde.
Die in der Tabelle 1 dargestellten Größen sind in der Chromatographie üblich.
Das Kapazitätsverhältnis ist durch
60
65
definiert; löistdieDurchbruchszeiteinerinertenSubstanz.foist Durchbruchszeit einerretardierten Komponente.
Höhenäquivalent eines theoretischen Bodens (h) ist wie folgt definiert:
wobei L die Kolonnenlänge und te die Bandenbreite ist
zusammen.
Aus der Tabelle 1 ist zu ersehen, daß die produzierten theoretischen und effektiven Bodenhöhen außergewöhnlich
gut sind. Mit der 50 cm langen Trennsäule wurden 1200—1650 theoretische Böden bei einer zeitgemittelten
Trägergasgeschwindigkeit von 6,25 cm/sec erreicht. Die Herstellung der stationären Phase ist im Beispiel
4 beschrieben.
In F i g. 1 ist eine temperaturprogrammierte Trennung von Estern gezeigt. Die Probemischung bestand aus: 1.
Methan (Inertpeak), 2. Essigsäuremethylester, 3. Propionsäuremethylester, 4. Buttersäuremethylester, 5. Ameisensäureisobutylester,
6. Valeriansäuremethylester, 7. Essigsäurebutylester, 8. Isobuttersäureisobutylester, 9.
Valeriansäureäthylester, 10. Essigsäurecyclohexylester, 11. n-Heptylsäureäthylester.
Als stationäre Phase wurde nach Beispiel 12 modifiziertes poröses Glas mit einer Teilchengröße von
90—100 μ verwendet. Die Kolonnenlänge betrug 50 cm und die zeitgemittelte Trägergasgeschwindigkeit
63cm/sec. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Nullinie auch bei steigenden Temperaturen konstant bleibt. Die
nach der Erfindung modifizierten Festkörper sind temperaturstabil (mindestens bis 250°C) und werden nicht mit
dem Trägergas aus der Trennsäule ausgetragen.
In F i g. 2 ist ein Beispiel für die Anwendung von modifizierten Festkörpern in der Flüssigkeitschromatographie
gegeben. Es wurde eine Trennsäule von einer Länge L = 50 cm und einem Innendurchmesser von 2 mm
benutzt, die mit nach Beispiel 13 modifiziertem Silicagel gepackt wurde. Mobile Phase war n-Heptan-Methylenchlorid
in einem Volumenverhältnis von 5 :3.5. Die Geschwindigkeit der mobilen Phase betrug 1,3 cm/sec. Die
Probemischung bestand aus 1. Methylenchlorid (Lösungsmittel), 2. o-Nitranilin, 3. m-Nitranilin, 4. p-Nitranilin.
Unter den angegebenen Bedingungen wurden die drei Isomeren getrennt.
Die Hydrolysestabilität ist bei solchen stationären Phasen besonders vorteilhaft, d. h. Wasser oder wasserhaltige
Lösungen können als mobile Phasen eingesetzt werden.
Nach der Erfindung modifizierte Festkörper besitzen an der Oberfläche eine chemisch gebundene monomolekulare
Schicht; deshalb sind die Massentransportgeschwindigkeiten in der stationären Phase groß.
Β Trichlorethylen 2,636 036 0,69 1,704
Probe | k' | ή mm | H mm | ■= 0,8 at | ri2/n-Hexan |
n-Pentan | 0,84 | 0,29 | 1,40 | • 222 at | 0,543 |
n-Hexan | 1,547 | 0,33 | 0,89 | = 47-ΙΟ-? cm2 | 1,000 |
n-Heptan | 2.808 | 0,32 | 0,58 | 1,815 | |
n-Octan | 5,127 | 0,36 | 0,51 | Hierzu 2 Blatt Zeichnungen | 3314 |
n-Nonan | 8,881 | 0,34 | 0.42 | 5,741 | |
2-Hexin | 2,807 | 0,32 | 0,59 | 1,815 | |
3-Hexin | 2,672 | 0.34 | 0,65 | 1,727 | |
Benzol | 2354 | 0,33 | 0,63 | 1,651 | |
Toluol | 4,640 | 037 | 0,54 | 2,999 | |
Äthylbenzol | 8,170 | 0,37 | 0,47 | 5,281 | |
p-Xylol | 8,818 | 0,39 | 0.48 | 5,700 | |
m-Xylol | 8323 | 0,38 | 0,47 | 5,770 | |
o-Xylol | 9,750 | 038 | 0,47 | 6303 | |
Chlorbenzol | 7,717 | 0,40 | 0,51 | 4,988 | |
Dichlormethan | 1,450 | 0,32 | 033 | 0,937 | |
Chloroform | 2,514 | 031 | 0,61 | 1.625 | |
Trichlorethylen | 2,636 | 036 | 0,69 | 1,704 | |
Diäthyläther | 2,110 | 038 | 0,83 | 1364 | |
Ameisensauremethylester | 1,166 | 0.51 | 1,76 | 0,754 | |
Ameisensäureäthylester | 2,126 | 038 | 032 | 1374 | |
Essigsäuremethylester | 2375 | 0.44 | 0,82 | 1,665 | |
Propionsäuremethylester | 4,491 | 0,42 | 0,63 | 2,903 | |
L = 50cm | P0 - | ||||
T - 1200C | Pi - | ||||
ü - 6,25 cm/sec | K - | ||||
dp - 90-100 μ | |||||
Claims (6)
1. Verfahren zur chemischen Modifizierung der Oberfläche anorganischer, OH-Gruppen enthaltender
Festkörper, bei dem die Oberfläche mit Alkylhalogcnsilancn silanisiert wird, wobei die an der Oberfläche
gebundenen Alkylketten eine Kettenlänge von 1 bis 18 C-Atomen aufweisen, dadurch gekennzeichnet,
daß danach ein oder mehrere Wasserstoffatome der Alkylketten durch Halogenierung oder Sulforhlorierung
substituiert werden und anschließend die so eingeführten reaktiven Heteroatome durch chemisch
funktionell Gruppen ersetzt werden.
, 2. Verfahren zur chemischen Modifizierung der Oberfläche anorganischer, OH-Gruppen enthaltender
, 2. Verfahren zur chemischen Modifizierung der Oberfläche anorganischer, OH-Gruppen enthaltender
ίο Festkörper, bei dem die Oberfläche zunächst mit Halogenalkylhalogensilanen silanisiert wird, dadurch
gekennzeichnet, daß die Halogenatome der Halogenalkylgruppc durch chemisch funktionell Gruppen
ersetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als chemisch funktioneile Gruppe
Gruppen der Formeln -SO3H. -NH2. -SH. -OH. -CN. -NO2, -NR2, -N + R3oderCOOH eingeführt
s werden, wobei R eine Alkylkette ist
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als funktioneile Gruppe Enzyme
eingeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als funktioneile Gruppe Polyäthylenglykolmoleküle
mti einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 200 bis 20 000 eingeführt werden.
6. Verwendung der nach den Ansprüchen 1 bis 5 hergestellten, chemisch modifizierten Festkörper als
stationäre Phase in der Chromatographie.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8331 | Complete revocation |