DE60121347T3 - Funktionalisierte polymere für die trennung von analyten - Google Patents

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft die Trennung einer Vielzahl an Analyten, die polar, nichtpolar oder ionisch sind, unter Verwendung funktionalisierter polymerer Medien. Die Beschreibung offenbart die Funktionalisierung von polymeren Medien und deren Verwendung. Die Funktionalisierung von polymeren Teilchen wird durchgeführt, um wünschenswerte Oberflächeneigenschaften für Trennanwendungen wie der Flüssigchromatographie und Festphasenextraktionen zu verleihen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine chromatographische Trennung und eine Trennung mittels Festphasenextraktion von Analyten wird durchgeführt durch In-Kontakt-Bringen von Mischungen der Analytenlösungen mit festen Materialien, die auch als gebundene Phasen/Sorptionsmittel bekannt sind. Eine Adsorption/Desorption (Verteilung) von Analyten auf gebundener Phase führt zur Trennung von Mischungen. (Practical HPLC Method Development, L. R. Snyder, J. J. Kirkland und J. L. Glajch, John Wiley and Sons, 1997; Solid Phase Extraction for Sample Preparation, M. Zief und R. Kisel, J. T. Baker, Phillipsburg, NJ, 1988). Die Veröffentlichungen und anderen Materialien, die hierin verwendet werden zur Darstellung des Hintergrunds der Erfindung oder zur Bereitstellung zusätzlicher Details im Hinblick auf die praktische Durchführung werden durch Verweis mit aufgenommen und werden der Einfachheit halber in der anhängenden Liste an Referenzen entsprechend gruppiert. Es werden Träger modifiziert, um die Eigenschaften zu verleihen, die eine Trennung mittels verschiedener Mechanismen wie Umkehrphase und lonenaustausch ermöglichen. Es ist bekannt, gebundene Umkehrphasen unter Verwendung von Siliciumdioxidteilchen herzustellen. Aufgrund einiger Nachteile im Zusammenhang mit Siliciumdioxid, wie einer Instabilität bei sauren und basischen Bedingungen, wurden Polymere in Betracht gezogen. Einige der Schwierigkeiten im Zusammenhang mit vernetzten Copolymerharzen umfassen ein Quellen in den Lösungsmitteln und eine verringerte mechanische Festigkeit (F. Nevejam und M. Verzele, J. Chromatography 350:145 (1985)). Demgemäß ist es oft notwendig, hochvernetzte, aber poröse Polymerteilchen zu verwenden, bei denen Adsorptionsstellen für die Analyten zugänglich sind. Die notwendige Selektivität für nichtfunktionale Polymerphasen wird erreicht durch verschiedene Lösungsmittel, welche die mobile Phase ausmachen, während auf Siliciumdioxid basierende gebundene Phasen modifiziert werden mit einer Kombination aus polaren und nichtpolaren Charakteristiken, welche die gewünschte Selektivität bereitstellen. Es sind daher geeignet funktionalisierte polymere Materialien und Verfahren zu deren Verwendung notwendig, welche zu den gewünschten Selektivitäts- und Trennfähigkeiten führen.
  • Es ist im Stand der Technik gut bekannt, vernetzte Copolymere von Monovinyliden- und Polyvinylidenmonomeren zur Herstellung von funktionalisierten Polymeren zu verwenden. Zum Beispiel wird die Umwandlung solcher Polymere durch Sulfonierung zu lonenaustauscherharz in dem US-Patent Nr. 2,366,007 beschrieben. Bei der Durchführung dieser Funktionalisierungen wird das Polymergrundgerüst umgesetzt und werden somit die Eigenschaften solcher Kügelchen verändert, so dass diese hydrophil werden, was sie anfällig für ein Brechen oder Zerspringen macht. Darüber hinaus ist eine kontrollierte Funktionalisierung durch eine absatzweise Umsetzung wie eine Sulfonierung schwierig. Die Umwandlung von hydrophoben zu hydrophilen Chromatographiemedien ist im US-Patent Nr. 5,030,352 offenbart. Diese Chromatographiemedien werden erhalten durch Aufbringen verschiedener dünner hydrophiler Beschichtungen auf die Oberfläche von hydrophoben Polymersubstraten (z. B. Polystyrol-DVB). Das Verfahren umfasst eine Adsorption eines gelösten Stoffes mit hydrophoben und hydrophilen Bereichen auf dem Substrat durch Hydrophob-Hydrophob-Wechselwirkungen, wobei sich der hydrophile Bereich nach außen von der Oberfläche weg erstreckt. Die Moleküle werden dann an der Stelle vernetzt. Diese Beschichtungsmaterialien können ferner derivatisiert werden, um verschiedene Materialien herzustellen, die bei Trennungen brauchbar sind. Eine solche Beschichtung ist auf einen dünnen Film auf der Oberfläche des hydrophoben Trägers beschränkt, wodurch die Kapazität eingeschränkt ist. Darüber hinaus ist auch die Hydrophobie des Trägers verringert und kann zur Adsorption von hydrophoben Analyten nicht ausreichend sein. Meitzner und Oline offenbaren im US-Patent Nr. 4,297,220 mikroretikulierte Copolymere, die gebildet werden durch Copolymerisation von monoethylenisch ungesättigten Monomeren und Polyvinylidenmonomeren in Gegenwart bestimmter Verbindungen, um ein spezifisches Hohlraumvolumen und eine Oberfläche zu erhalten, die verwendet wird zur Absorption eines organischen Materials aus einer Fluidmischung, welche organische Materialien enthält. Bouvier et al. offenbaren im US-Patent Nr. 5,882,521 ein Verfahren zur Entfernung eines organischen gelösten Stoffes aus einer Lösung unter Verwendung eines mit Wasser benetzbaren Copolymers aus hydrophilen und hydrophoben Monomeren mit 12-30 Molprozent an hydrophilem Monomer.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich wesentlich vom Stand der Technik, da sie nicht eine vernetzende Copolymerisation von zwei Monovinyliden- und Polyvinylidenmonomeren und eine Funktionalisierung eines Polymergrundgerüsts einschließt. Sie verwendet einen neuen Ansatz einer Oberflächenfunktionalisierung von vorgeformten festen Teilchen, wobei zur Herstellung von funktionalisierten Kügelchen N-Methyl-N-vinylacetamid verwendet wird. Darüber hinaus verringert das offenbarte Funktionalisierungsverfahren signifikant die Anzahl an Reaktionen und den Verbrauch an benötigten Reaktanten und Lösungsmitteln im Vergleich mit anderen Polymergrundgerüst-Funktionalisierungsverfahren. Zur Herstellung eines starken Anionenaustauschmediums mit einer quartären Aminfunktionalität werden zum Beispiel drei Reaktionsstufen benötigt (Bromierung oder Chlorierung, gefolgt von einer Aminierung, gefolgt von einer Quarternisierung). Demgemäß werden durch Funktionalisierung von vorgeformten starren Teilchen, welches Homopolymere von Divinylbenzolmonomeren sind, die physikalischen Eigenschaften des Polymergrundgerüsts nicht beeinflusst, sondern werden der Oberfläche kritische Eigenschaften verliehen, welche eine brauchbare chromatographische und Festphasenextraktionstrennung ermöglichen und die Nachteile im Zusammenhang mit den Copolymeren eliminieren. Durch Verwendung der offenbarten Herstellung können in hohem Maße vernetzte, vorgeformte feste Teilchen, die hergestellt werden durch Polymerisation von Divinylbenzolmonomeren, funktionalisiert werden ohne die physikalischen Eigenschaften der Teilchen (wie der mechanischen Festigkeit und der Eigenschaft des Nichtquellens) zu ändern. Die Erfindung offenbart eine Funktionalisierung für ein Verleihen von hydrophilen, Kationen- und Anionenaustauscheigenschaften. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden vorgeformte starre poröse oder nichtporöse Teilchen von in hohem Maße vernetztem Homopolymer aus Divinylbenzolverbindungen funktionalisiert unter Verwendung der restlichen Vinylgruppen, an denen Monovinylverbindungen durch Polymerisation kovalent gebunden werden. Demgemäß werden die vorgeformten Teilchen, welche restliche Vinylgruppen enthalten, in einer Lösung einer Monovinylverbindung mit gewünschten Eigenschaften, wie einem hydrophilen Charakter oder einer Brauchbarkeit als ein Anionen- oder Kationenaustauscher, suspendiert und derivatisiert. Die vorliegende Erfindung ermöglicht als solches eine hohe Funktionalisierung durch eine Polymerisation langer Ketten gewünschter Monovinylverbindungen an der Oberfläche starrer Teilchen, welche restliche Vinylgruppen aufweisen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden überraschenderweise bei den funktionalisierten Polymeren signifikant unterschiedliche und interessante Trenneigenschaften gefunden. Diese Eigenschaften führen zu einer flüssigchromatographischen und festphasenextraktiven Trennung von polaren, nichtpolaren und ionischen Analyten durch Adsorptions- und Ionenaustauschmechanismen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Diagramm, das die Retention von Acetaminophen auf nichtfunktionalisiertem DVB zeigt, wenn bis zu 55 Minuten als die mobile Phase entionisiertes Wasser verwendet wird und bei 55 Minuten durch Wechseln von entionisiertem Wasser zu Methanol mit Methanol eluiert wird. Während des Durchlaufs mit Wasser Acetaminophen wurde ausgelaugt und es zeigte sich kein Peak bei der Elution mit Methanol, was somit eine geringe/keine Retention aufzeigt.
    • 2 ist ein Diagramm, das die Retention von Acetaminophen auf DVB zeigt, das funktionalisiert ist mit 0,5 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid (Beispiel 3), wenn bis zu 55 Minuten als die mobile Phase entionisiertes Wasser verwendet wird und bei 55 Minuten durch Wechseln von ionisiertem Wasser zu Methanol mit Methanol eluiert wird. Während des Durchlaufs mit Wasser wurde bei 35 Minuten eine gewisse Menge an Acetaminophen (ungefähr 30 %) ausgelaugt und bei der Elution mit Methanol zeigte sich ein Peak, wodurch eine verbesserte Retention im Vergleich zu der Retention auf nichtfunktionalisiertem DVB aufgezeigt wird.
    • 3 ist ein Diagramm, das die Retention von Acetaminophen auf DVB zeigt, das funktionalisiert ist mit 1,2 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid (Beispiel 4), wenn bis zu 55 Minuten als die mobile Phase entionisiertes Wasser verwendet wird und bei 55 Minuten durch Wechseln von ionisiertem Wasser zu Methanol mit Methanol eluiert wird. Eine gewisse Menge an Acetaminophen (15 %) wurde viel später während des Durchlaufs mit Wasser bei 45 Minuten ausgelaugt und mit Methanol wurde ein Peak eluiert, wodurch somit eine weitere Verbesserung der Retention aufgezeigt wird.
    • 4 ist ein Diagramm, das die Retention von Acetaminophen auf DVB zeigt, das funktionalisiert ist mit 1,36 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid (Beispiel 6), wenn bis zu 55 Minuten als die mobile Phase entionisiertes Wasser verwendet wird und durch Wechseln von ionisiertem Wasser zu Methanol mit Methanol eluiert wird. Während des Durchlaufs laugte eine vernachlässigbare Menge an Acetaminophen aus und laugte mit Methanol ein Peak aus, wodurch somit eine weitere Verbesserung der Retention und eine gute Rückgewinnung mittels Methanolelution aufgezeigt wird.
    • 5 ist ein Diagramm, das die Retention von Acetaminophen auf DVB zeigt, das mit 1,5 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid funktionalisiert ist (Beispiel 5), wenn bis zu 55 Minuten als die mobile Phase entionisiertes Wasser verwendet wird und ab 55 Minuten durch Wechseln von entionisiertem Wasser zu Methanol mit Methanol eluiert wird. Es werden vernachlässigbare Mengen von Acetaminophen während des Durchlaufs mit Wasser ausgelaugt und mit Methanol laugte ein Peak aus, wodurch somit eine gute Retention und Rückgewinnung mittels Methanolelution aufgezeigt wird.
    • 6 ist ein Diagramm, das die Retention von Acetaminophen auf DVB zeigt, das funktionalisiert ist mit 1,6 mmol an Aminostyrol (Vergleichsbeispiel 1), wenn bis zu 55 Minuten als die mobile Phase entionisiertes Wasser verwendet wird und ab 55 Minuten durch Wechseln von entionisiertem Wasser zu Methanol mit Methanol eluiert wird. Mit Methanol eluierte ein Peak, was eine wesentlich höhere Retention aufzeigt als bei nichtfunktionalisiertem DVB.
    • 7 ist ein Diagramm, das eine chromatographische Trennung einer Mischung organischer Säuren, bestehend aus Weinsäure, Malonsäure und Bernsteinsäure, unter Verwendung einer mit nichtfunktionaliertem DVB gepackten Säule zeigt.
    • 8 ist ein Diagramm, das eine chromatographische Trennung einer Mischung aus organischen Säuren, bestehend aus Weinsäure, Malonsäure und Bernsteinsäure, unter Verwendung einer Säule, die mit funktionalisiertem DVB aus Beispiel 5 gepackt ist, zeigt.
    • 9 ist ein Diagramm, das eine chromatographische Trennung von Maleinsäure (cis-1,2-Ethylendicarbonsäure) und Fumarsäure (trans-1,2-Ethylendicarbonsäure) unter Verwendung einer Säule, die mit funktionalisiertem DVB aus Beispiel 5 gepackt ist, zeigt.
    • 10 ist ein Diagramm, das eine chromatographische Trennung von Maleinsäure (cis-1,2-Ethylendicarbonsäure) und Fumarsäure (trans-1,2-Ethylendicarbonsäure) unter Verwendung einer Säule, die mit nichtfunktionalisiertem DVB gepackt ist, zeigt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Trennung einer Vielzahl an Analyten, die polar, nichtpolar oder ionisch sind, unter Verwendung funktionalisierter polymerer Medien zur Verfügung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Funktionalisierung von vorgeformten in hohem Maße vernetzten polymeren Teilchen, um gewünschte Eigenschaften zu verleihen wie Hydrophilie und ein Vermögen zum Austausch von Anionen und Kationen. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung flüssigchromatographische und Festphasenextraktionstrennungen einer Vielzahl an Analyten.
  • Die vorgeformten starren Teilchen, die funktionalisiert werden können, umfassen poröse oder nichtporöse polymere Kügelchen, die hergestellt werden durch herkömmliche Verfahren wie Suspensionspolymerisation. Die in hohem Maße vernetzten polymeren Kügelchen werden hergestellt unter Verwendung von Divinylbenzol aufgrund seiner Eigenschaften der hohen mechanischen Festigkeit und des Nichtquellens. Darüber hinaus führt die Polymerisation von Divinylbenzol und sein Selbstvernetzen zu ausreichenden restlichen Vinyl(doppel)bindungen auf der Oberfläche, die verwendet werden zur Oberflächenfunktionalisierung unter Verwendung von Monovinylverbindungen. Als solches werden vorgeformte polymere Kügelchen mit einer großen Anzahl an restlichen Doppelbindungen bevorzugt, da sie zu einem hohen Grad der Funktionalisierung führen können. Darüber hinaus werden mikroporöse Teilchen bevorzugt, die eine hohe Funktionalität aufgrund einer großen Oberfläche und eines Zugangs zu funktionalen Gruppierungen bereitstellen können.
  • Die Funktionalisierung durch Postpolymerisation von monoethylenisch ungesättigten Verbindungen (Monovinylverbindungen) mit restlichen Vinylgruppen wird durchgeführt mittels Initiation durch freie Radikale. Die Monomere werden ausgewählt aus einer Klasse von Verbindungen, die aktive Gruppierungen besitzen, und sind zum Beispiel polar oder sind Kationenaustauscher oder Anionenaustauscher. Nach der Polymerisation werden lange Polymerketten, die solche aktive Gruppierungen enthalten, an der Oberfläche angelagert, und die langen Polymerketten erstrecken sich weg von der Polymerkügelchenoberfläche nach außen. Diese Anordnung ändert nicht die physikalischen oder chemischen Eigenschaften wie die mechanische Festigkeit, das Quellen und die Hydrophobie/Hydrophilie des Polymergrundgerüsts der Kügelchen. Durch eine gesteuerte Postpolymerisation (Funktionalisierung) mit Monomeren, welche aktive Gruppierungen enthalten, werden zum Beispiel Taschen von aktiven Stellen in den Poren entlang den langen Polymerketten erzeugt, werden jedoch die hydrophoben Taschen an dem Polymergrundgerüst der Kügelchen erhalten. Es wurde herausgefunden, dass diese Eigenschaften zu einer effizienten Trennung von polaren Analyten führen können, was in den Beispielen beschrieben wird.
  • Die Bedingungen der Postpolymerisation werden derart gewählt, dass eine hohe Funktionalisierung von mikroporösen Kügelchen erreicht wird, während eine Mikroporosität aufrechterhalten wird, die eine Diffusion von Analyten in und aus den Poren ermöglicht, um die gewünschte Trennung und Analytenrückgewinnung zu erreichen.
  • Wie in den Beispielen beschrieben, können mikroporöse polymere Kügelchen hergestellt werden unter Verwendung einer herkömmlichen Suspensionspolymerisation. Die restliche Vinylgruppe oder Ungesättigtheit wurde mittels eines Verfahrens der Quecksilberacetattitration (Das M. N., Anal. Chem. 26:1086 (1954)) bestimmt. Demgemäß wurden mikroporöse Poly(divinylbenzol)kügelchen hergestellt und zur Herstellung von funktionalisierten polymeren Teilchen verwendet. Polymerkügelchen aus Divinylbenzol werden aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit und der restlichen Vinylgruppen verwendet. Die Polymerkügelchen können einen Durchmesser im Bereich von 3 bis ungefähr 100 µm, vorzugsweise ungefähr 5 - 50 µm; einen Porendurchmesser von ungefähr 60 Å bis 1000 Å, vorzugsweise 100 Å - 300 Å (gemessen mittels der Quecksilberporosimetrie) und eine Oberfläche von ungefähr 70 - 150 m2/g (gemessen mittels der Quecksilberporosimetrie) und eine Oberfläche von ungefähr 150 - 800 m2/g (gemessen mittels der Stickstoffadsorption) aufweisen.
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Trennmaterial zur Trennung verschiedener Analyten. Das Trennmaterial wird hergestellt durch Funktionalisierung von polymeren Kügelchen durch Polstpolymerisation von Monovinylverbindungen mit restlichen Vinylgruppen unter Verwendung einer Polymerisation mit freien Radikalen unter anaeroben Bedingungen. Geeignete freie Radikalkatalysatoren umfassen Benzoylperoxid, tert-Butylbenzoat, Caproylperoxid, Azodiisobutyronitril und Azodiisobutyramid.
  • In einer Ausführungsform wird das Trennmaterial hergestellt, um den polymeren Kügelchen polare Eigenschaften zu verleihen. Eine geeignete Monovinylverbindung für eine Funktionalisierung ist N-Methyl-N-vinylacetamid. Eine Monovinylverbindung ist N-Methyl-N-vinylacetamid. Das Polymer kann funktionalisiert werden, um 0,5 - 3 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an funktionalisiertem Polymer zu erzielen. Die bevorzugte Funktionalisierung, die eine gute Retention polarer Verbindungen bereitstellt, beträgt 1,0 bis 2,0 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an funktionalisierten Polymeren. Wie in den Beispielen dargestellt, erhöht eine Erhöhung der Funktionalisierung von 0,5 mmol auf 1,5 mmol die Retention und das Trennvermögen für polare Analyten.
  • In einer anderen Ausführungsform wird das Trennmaterial hergestellt, um den polymeren Kügelchen ionische Eigenschaften zu verleihen, so dass die Kügelchen für eine Anionen- und Kationenaustauschtrennung von Analyten verwendet werden können.
  • In einem anderen Aspekt dieser Erfindung werden die funktionalisierten Polymere zur Trennung eines Analyten mittels Flüssigchromatographie und Festphasenextraktion verwendet. Die funktionalisierten Polymere sind bei einer Anzahl von Vorgehensweisen, wie sie in den Beispielen dargestellt werden, brauchbar. Zum Beispiel ist die Rückgewinnung von polaren organischen Analyten wie Acetaminophen, Niacinamid und Resorcinal wesentlich höher auf funktionalisierten Polymeren aufgrund des Vorkommens von polaren Gruppen als deren Rückgewinnung auf dem nichtfunktionalisierten DVB-Polymer oder auf Octadecyl-modifiziertem Siliciumdioxid (C18-gebundenem Siliciumdioxid). Auch zeigte das funktionalisierte Polymer eine hohe Adsorptionskapazität. Wie in den Beispielen aufgezeigt, ist die Rückgewinnung für nichtfunktionalisiertes DVB und C18 geringer bei einer hochkonzentrierten Lösung von Acetaminophen (0,1 mg/ml) als bei einer weniger konzentrierten Lösung (0,01 mg/ml), wohingegen die Rückgewinnung bei funktionalisiertem DVB bei beiden Konzentrationsniveaus hoch (quantitativ) bleibt. Es wurde auch entdeckt, dass, wenn die funktionalisierten Polymere in eine Flüssigchromatographiesäule gepackt und zur Trennung verwendet werden, organische Säuren ebenso wie Isomere (cis und trans) von organischen Säuren unter Verwendung einer rein wässrigen mobilen Phase getrennt werden können.
  • Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass bei der Verwendung eines funktionalisierten Polymers mit ionischer Charakteristik Analyten durch eine Kombination von lonenaustausch- und Umkehrphasenmechanismen getrennt werden können. Als solches kann eine bessere Trennung von ionischen und hydrophoben Analyten erreicht werden. Wie in den Beispielen dargestellt, wird ein saurer Analyt wie Sulindac, der eine Carbonsäuregruppe besitzt, auf einem ionisch funktionalisierten Polymer ebenso wie auf anderen Polymeren (nichtionisch und nichtfunktionalisiert) und C18 zurückgehalten. Der Analyt wird jedoch aus den nichtionischen Materialien mit der ersten Methanolwaschung ausgewaschen, während aus einem ionisch funktionalisierten Polymer mit der ersten Methanolwaschung kein Analyt ausgewaschen wird. Nach einer Waschung mit einer Säure wie 1 N Chlorwasserstoffsäure, gefolgt von Methanol (angesäuert), wurde der Analyt quantitativ rückgewonnen. Dies stellt ein sehr effektives Verfahren zur Trennung von sauren Analyten von hydrophoben Analyten zur Verfügung.
  • Die vorliegende Erfindung wird in den folgenden Beispielen ausführlicher dargestellt. Es werden Standardtechniken, die auf dem Gebiet gut bekannt sind, oder die nachfolgend speziell beschriebenen Techniken verwendet.
  • BEISPIELE
  • Herstellung von Poly(divinylbenzol)-Kügelchen (DVB-Kügelchen)
  • Es wurden DVB-Polymerkügelchen hergestellt mittels herkömmlicher Suspensionspolymerisation unter Verwendung von 80 % DVB, Benzoylperoxid als dem Initiator und Toluol als dem Porenbildungsmittel. Das Polymer enthielt 0,2 meq/g an restlichen Vinylgruppen. Der Porendurchmesser betrug 180 Å und die Oberfläche, gemessen mittels Quecksilberporosimetrie, betrug 95 m2/g. Eine Elementaranalyse zeigte kein Vorkommen von Stickstoff.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Zu einem sauberen, trockenen Ein-Liter-Rundkolben wurde gegeben: 350 g an Wasser, 4 g an Polyvinylalkohol und 4 g an Natriumchlorid. Zu dem Kolben wurde DVB-Polymer (15 g) gegeben. In ein 25-ml-Becherglas wurde gegeben: 4 g an Aminostyrol, 0,3 g an Azodiisobutyronitril (AIBN) und 20 g an Toluol. Die Reaktionsmischung wurde zur Auflösung der Reagenzien gerührt. Die Monomermischung wurde dem Kolben zugegeben. Aus dem Kolben wurde die gesamte Luft entfernt und es wurde Stickstoff zugeführt, um eine inerte Atmosphäre zu erzeugen. Der Kolben wurde über Nacht bei 75 °C erwärmt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, zweimal mit 200 ml an entionisiertem Wasser und einmal mit 200 ml an Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerprodukts zeigte Stickstoff mit 2,4 %. Das Polymerprodukt wurde dann mit Acetylchlorid (10 g) in 100 ml an Tetrahydrofuran in Gegenwart von Triethylamin (6 g) während 4 Stunden bei Raumtemperatur behandelt. Eine Elementaranalyse des Polymers zeigte Stickstoff mit 2,3 %, was äquivalent ist zu 1,6 mmol an Aminostyrol pro Gramm an Endprodukt.
  • Beispiel 2
  • Zu einem sauberen trockenen 250 ml Rundkolben wurden 75 g an Ethanol gegeben. Zum Kolben wurde DVB-Polymer (15 g) gegeben. In ein 25 ml Becherglas wurde gegeben: 5 g an N-Methyl-N-vinylacetamid und 0.2 g an AIBN, und es wurden 10 ml an Ethanol zugegeben und der Inhalt bis zur Auflösung der Reagenzien gerührt. Es wurde die Monomerenmischung zum Kolben gegeben. Der Kolben wurde von aller Luft befreit und es wurde Stickstoff zugegeben und der Inhalt bei 100 Upm gerührt. Der sich drehende Kolben wurde über Nacht bei 75 °C erwärmt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (15 g) zeigte 1.9 % Stickstoff, Äquivalent zu 1.36 mmol von N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an Endprodukt. Die Oberfläche, gemessen mittels Quecksilberporosimetrie, betrug 126 m2/g und der Porendurchmesser betrug 173 Å.
  • Beispiel 3
  • Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zum Kolben wurden gegeben: 200 g an Ethanol und 40 g an DVB-Polymer. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. In ein 50 ml Becherglas wurde 10.5 g an N-Methyl-N-vinylacetamid und 0.6 g an AIBN mit 20 ml an Ethanol gegeben und bis zur Auflösung gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 75 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (42 g) zeigte 0.7 % Stickstoff, Äquivalent zu 0.5 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an Endprodukt.
  • Beispiel 4
  • Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zum Kolben wurden gegeben: 200 g an Ethanol und 45 g an DVB-Polymer. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. Zu einem 50 ml Becherglas wurde 20 g an N-Methyl-N-vinylacetamid und 0.6 g an AIBN mit 20 ml an Ethanol gegeben und alles bis zur Auflösung der Reagenzien gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 80 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (48 g) zeigte 1.8 % Stickstoff, Äquivalent zu 1.2 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an Endprodukt.
  • Beispiel 5
  • Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 800 g an Ethanol und 200 g an DVB-Polymer gegeben. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. Zu einem 250 ml Becherglas wurden 89 g an N-Methyl-N-vinylacetamid und 2.68 g an AIBN mit 100 ml Ethanol gegeben und alles bis zur Auflösung gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 80 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 1 l entionisiertem Wasser und ein Mal mit 1 l Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes zeigte 2.1 % Stickstoff, Äquivalent zu 1.5 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an Endprodukt. Dieses Polymer wurde über Nacht mit Ethylacetat extrahiert, um die Stabilität der Funktionalisierung zu bestimmen. Es wurde keine Änderung der Elementaranalyse beobachtet, was somit eine kovalente Bindung von N-Methyl-N-vinylacetamid an das DVB aufzeigt.
  • Beispiel 6
  • Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 200 g an Ethanol und 45 g an DVB-Polymer gegeben. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. Zu einem 50 ml Becherglas wurden 20 g an N-Methyl-N-vinylacetamid und 0.6 g an AIBN mit 25 ml an Ethanol gegeben und alles bis zur Auflösung der Reagenzien gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 80 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 1 l entionisiertem Wasser und ein Mal mit 1 l Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (48 g) zeigte 1.9 % Stickstoff, Äquivalent zu 1.36 mmol an N-Methyl-N-vinylacetamid pro Gramm an Endprodukt.
  • Vergleichsbeispiel 7
  • Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 150 g an Ethanol und 30 g an DVB-Polymer gegeben. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. Zu einem 50 ml Becherglas wurden 13 g an Glycidylmethacrylat und 0.4 g an AIBN mit 20 ml an Ethanol gegeben und alles bis zur Auflösung gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 80 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine FT-IR des Polymerproduktes (32 g) zeigte ein Peak bei 1250 cm-1, der typisch für einen Epoxidring ist.
  • Vergleichsbeispiel 8
  • Die folgende Umsetzung erzeugte ein schwaches Anionenaustauschmedium, das primäre und sekundäre funktionelle Amine aufweist. Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem magnetischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 15 g an Polymer aus Beispiel 7, 250 ml an THF und 50 g an Ethylendiamin gegeben. Die Mischung wurde während 8 Stunden unter Stickstoff unter Rückfluss gehalten. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml an Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuum bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (16 g) zeigte 2.9 % Stickstoff.
  • Vergleichsbeispiel 9
  • Die folgende Umsetzung erzeugte ein schwaches Anionenaustauschmedium mit einer tertiären Aminfunktionalität. Ein sauberer Rundkolben wurde mit einem magnetischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 15 g des Produktes aus Beispiel 7, 250 ml THF und 50 g an Diethylamin gegeben. Die Mischung wurde während 8 Stunden unter Stickstoff unter Rückfluss gehalten. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml an Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuum bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes zeigte 0.8 % Stickstoff. Die Anionenaustauschkapazität betrug 0.12 meq/g.
  • Vergleichsbeispiel 10
  • Die folgende Umsetzung erzeugte ein schwaches Anionenaustauschmedium mit einer tertiären Aminfunktionalität. Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 300 g an Ethanol und 45 g an DVB-Polymer gegeben. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. Zu einem 50 ml Becherglas wurden 20 g an N-(4-Vinylbenzyl)-N-N-dimethylamin und 0.6 g an AIBN mit 25 ml an Ethanol gegeben und alles bis zur Auflösung der Reagenzien gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 80 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (47 g) zeigte 0.84 % Stickstoff. Der Porendurchmesser betrug 125 Å.
  • Vergleichsbeispiel 11
  • Die folgende Umsetzung stellte ein starkes Anionenaustauschmedium mit einer quartären Aminfunktionalität her. Ein sauberer Dreihalsrundkolben wurde mit einem mechanischen Rührwerk, einer Stickstoffeinperlvorrichtung und einem Rückflusskühler ausgerüstet. Zu dem Kolben wurden 300 g an Ethanol und 30 g an DVB-Polymer gegeben. Das Rühren wurde gestartet und auf 300 Upm eingestellt. Zu einem 50 ml Becherglas wurden 15 g an Vinylbenzyltrimethylammoniumchlorid und 0.6 g an AIBN mit 20 ml Ethanol gegeben und alles bis zur Auflösung gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Die Mischung wurde bei 300 Upm und 80 °C während 16 Stunden gerührt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (31 g) zeigte 1.4 % Stickstoff. Die Anionenaustauschkapazität betrug 0.6 meq/g.
  • Vergleichsbeispiel 12
  • Zu einem sauberen trockenen 500 ml Rundkolben wurden 300 g Ethanol und 30 g an DVB-Polymer gegeben. Zu einem 50 ml Becherglas wurden 20 g an Styrolsulfonsäure und 0.6 g an in 25 ml an Ethanol gelöstem AIBN gegeben und der Inhalt bis zur Auflösung der Reagenzien gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Der Kolben wurde von aller Luft befreit und unter einer Stickstoffatmosphäre gehalten und bei 100 Upm gerührt. Der Kolben wurde über Nacht bei 80 °C erwärmt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Eine Elementaranalyse des Polymerproduktes (34 g) zeigte 3.5 % an Schwefel. Die Kationenaustauschkapazität betrug 0.6 meq/g.
  • Vergleichsbeispiel 13
  • Zu einem sauberen trockenem 500 ml Rundkolben wurden 300 g an Ethanol und 20 g an DVB-Polymer gegeben. Zu einem 50 ml Becherglas wurden 20 g an Methacrylsäure und 0.6 g an in 25 ml an Ethanol gelöstem AIBN gegeben und alles bis zur Auflösung gerührt. Die Monomerenmischung wurde dem Rundkolben zugegeben. Der Kolben wurde von aller Luft befreit und unter einer inerten Stickstoffatmosphäre gehalten und bei 100 Upm gerührt. Der Kolben wurde über Nacht bei 80 °C erwärmt. Das Produkt wurde über Dynel-Gewebe filtriert, 2 Mal mit 200 ml entionisiertem Wasser und ein Mal mit 200 ml Methanol gewaschen. Das Produkt wurde über Nacht in einem Vakuumofen bei 80 °C getrocknet. Die Kationenaustauschkapazität betrug 0.9 meq/g. Eine FT-IR des Polymerproduktes zeigte einen Säure-Carbonyl-Peak bei 1750 cm-1.
  • Vergleichsbeispiel 14
  • Die Rückgewinnung von Analyten mittels Festphasenextraktion (SPE) mit funktionalisiertem Polymer wurde bestimmt unter Verwendung von SPE-Säulen (1 ml), die mit 20 mg an DVB oder einem funktionalisierten DVB mit starker Anionenaustauscheigenschaft (quart.) (aus Vergleichsbeispiel 11), das den Analyt durch ionische Wechselwirkung und auch durch einem Umkehrphasenmechanismus zurückhielt, gepackt waren. Es wurde dargelegt, dass ein saurer Analyt durch gemischte Wechselwirkungen abgetrennt werden kann. Die SPE-Säulen wurden auf einen Überdruckprozessor gesetzt. Die SPE-Säulen wurden konditioniert, indem 1 ml an Methanol, gefolgt von 0.1 N NaOH und 1 ml entionisiertem Wasser durchgeleitet wurden. Dann leitete man bei einer Durchflussrate von 2-3 ml/Minute 1 ml an saurer Analytzuführlösung (0.05 mg/ml) in 0.01 N NaOH durch die Säule. Zuerst wurde die Säule mit 1 ml an Methanol gewaschen, um andere hydrophobe Analyten zu entfernen, während der saure Analyt auf der Säule zurückgehalten wurde. Dann wurde die Säule mit 1 N HCl gewaschen, um den ionischen Analyt in eine saure Form umzuwandeln und die ionischen Wechselwirkungen zu stören, wobei der saure Analyt von einem Umkehrphasenmechanismus zurückgehalten wurde. Schließlich wurde der saure Analyt mit 1 ml an angesäuertem Methanol (90:10, Methanol: 1 N HCl) eluiert. Die Konzentrationen an saurem Analyt in der ersten Methanol-Waschung und dem endgültigen Methanol-Eluat wurden mittels HPLC bestimmt, um die Rückgewinnungen zu berechnen (Tabelle 2). Wie in Tabelle 2 gezeigt, hält funktionalisiertes DVB (Vergleichsbeispiel 11), das Anionenaustauschstellen aufweist, den sauren Analyt durch einen ionische ebenso wie einen Umkehrphasenmechanismus zurück. Somit wird der Analyt nicht mit der ersten Methanol-Waschung ausgewaschen, sondern wird mit dem endgültigen sauren Methanol eluiert, wenn keine ionische Wechselwirkung existiert. Bei funktionalisiertem DVB (Beispiel 5), nicht funktionalisiertem DVB und C18 wird der Analyt mit der ersten Methanol-Waschung ausgewaschen und es wird kein Trennvermögen von sauren und hydrophoben Analyten gezeigt. Gleichermaßen ist die Rückgewinnung von Salicylsäure mit funktionalisiertem DVB (Beispiel 5), nicht funktionalisiertem DVB und C18 sehr gering, da die Salicylsäure nicht auf den Säulen zurückgehalten wird. Tabelle 2 % Rückgewinnung von sauren Analyten
    Verbindung
    Sulindac Salicylsäure
    Quat.-funktionalisiertes DVB (Vergleichsbeispiel 11) Erste Methanol-Waschung 0,0 0,0
    Letzte Methanol-Waschung 85,6 94,4
    Funktionalisiertes DVB (Beispiel 5) Erste Methanol-Waschung 96,1 9,4
    Letzte Methanol-Waschung 0,0 0,0
    DVB Erste Methanol-Waschung 92,7 0,0
    Letzte Methanol-Waschung 0,0 0,0
    C18 Erste Methanol-Waschung 93,0 0,0
    Letzte Methanol-Waschung 0,0 0,0
  • Referenzliste:

Claims (20)

  1. Funktionalisierte Polymerkügelchen, die hergesteilt werden durch a) Polymerisieren eines Polyvinylidenmonomers zur Ausbildung eines selbstvernetzten Homopolymers; und dann b) Polymerisieren eines funktionalen Monomers zum kovalenten Binden an das Homopolymer, wobel das funktionale Monomer N-Methyl-N-vinylacetamid ist.
  2. Die funktionalisierten Polymerkügelchen nach Anspruch 1, wobei die Kügelchen 0,5 - 3,0 Millimol an N-Methyt-N-vinylacetamid pro Gramm an funktionalisierten Polymerkügelchen umfassen.
  3. Ein Verfahren zur Herstellung eines funktionalisierten Polymerkügelchens, wobei das Verfahren die folgenden Schriffe umfasst: a) Polymerisieren eines Polyvinylidenmonomers zur Ausbildung eines selbstvernetzten Homopolymers; und dann b) Polymerisieren eines funktionalen Monomers, das kovalent an das Homopolymer bindet, wobei das funktionale Monomer N-Methyl-N-vinylacetamid ist.
  4. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Folge des Schrittes (a) restliche Vinylgruppen an dem Homopolymer verbleiben.
  5. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei das funktionalisierte Polymerkügelchen 0,5 - 3,0 Millimol an N-Methyt-N-vinylacetamid pro Gramm an funktionalierten Polymerkügelchen umfasst.
  6. Das Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schrift (b) durch ein freies Radikal unter anaeroben Bedingungen katalysiert wird.
  7. Ein Verfahren zum Abtrennen eines Analyten aus einer Lösung, welche den Analyten und ein erstes Lösungsmittel umfasst, wobei das Verfahren ein In-Kontakt-Bringen der Lösung mit funktionalisierten Polymerkügelchen gemäß Anspruch 1 umfasst, wodurch der Analyt an das funktionalisierte Polymerkügelchen adsorbiert wird.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach dem In-Kontakt-Bringen der funktionalisierten Polymerkügelchen mit der Lösung die funktionalisierten Polymerkügelchen mit dem ersten Lösungsmittel gewaschen werden.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Analyt von den funktionalisierten Polymerkügelchen freigesetzt wird durch Waschen der funktionalisierten Polymerkügelchen mit einem zweiten Lösungsmittel.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das erste Lösungsmittel wässrig ist.
  11. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zweite Lösungsmittel Methanol ist.
  12. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Analyt aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Acetaminophen, Resorcinal, Pindolol, Procainamid, Prïmidon, Phenobarbital, Niacinamid und Bupivacain.
  13. Ein Verfahren zum Trennen von Analyten in einer Mischung durch Leiten der Mischung durch eine Säule aus funktionalisierten Polymerkügelchen gemäß Anspruch 1.
  14. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei em wässriger Puffer als eine mobile Phase verwendet wird.
  15. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Verfahren eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie umfasst.
  16. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Analyten organische Säuren sind.
  17. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Analyten Isomere voneinander sind.
  18. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die funktionalisierten Polymerkügelchen einen Anionenaustauscher umfassen.
  19. Das Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Anatyten getrennt werden durch Waschen der funktionalisierten Polymerkügelchen mit einer Reihe von Lösungsmitteln.
  20. Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Reihe von Lösungsmitteln Methanol, eine Säure und angesäuertes Methanol umfasst.
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