DE69838418T2

DE69838418T2 - Hydrolytisch stabile harze für die anionenaustauschchromatographie

Info

Publication number: DE69838418T2
Application number: DE69838418T
Authority: DE
Inventors: Christopher Union City POHL; Jacek Redwood City JAGODZINSKI; Charanjit Milpitas SAINI
Original assignee: Dionex Corp
Current assignee: Dionex Corp
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2008-06-12
Anticipated expiration: 2018-03-04
Also published as: EP0964878A1; ATE373021T1; JP2001511256A; CA2283292C; EP0964878B1; AU6444898A; WO1998039367A1; JP4253714B2; US5936003A; EP0964878A4; US5925253A; CA2283292A1; AU739151B2; DE69838418D1

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Zusammensetzungen und Verfahren, die geeignet sind in der Hochleistungsanionenaustauschchromatographie.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Zusammensetzung, die geeignet ist zum Durchführen einer verbesserten Flüssigchromatographie. Im Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Zusammensetzung und ein verbessertes Verfahren zum Durchführen der Anionenaustauschchromatographie, worin die verwendete stationäre Phase verbesserte Hydrolysestabilität in einer Vielzahl von Eluentenlösungen aufweist, insbesondere in alkalischen Lösungen, wie etwa Carbonat- und/oder Bicarbonatlösungen. Die im Vorliegenden beschriebenen Zusammensetzungen erlauben daher Anionenaustauschchromatographie über ausgedehnte Zeitdauern durchzuführen, ohne wesentlichen Verlust der Leistungsfähigkeit der Chromatographiesäule.
Anionenaustauschchromatographie ist eine allgemein bekannte Technik zur Analyse und Trennung von Anionen aus Lösungen, worin die Technik typischerweise einen Chromatographietrennungsschritt unter Verwendung einer Eluentenlösung, die einen Elektrolyt enthält, umfasst. Während des chromatographischen Trennungsschritts werden Ionen einer eingebrachten Probe durch eine Chromatographiesäule eluiert, die eine unlösliche stationäre Phase umfasst, an welche funktionelle Anionenaustauschgruppen gebunden sind. Anionen, die durch die Säule wandern und in Kontakt mit der stationären Phase treten, sind dann in der Lage zum Austausch an diesen positiv geladenen Anionenaustauschstellen. Größtenteils werden quarternäre Ammoniumgruppen als die prinzipielle funktionelle Gruppen der Anionenaustauschchromatographie verwendet.
Erfolgreiche Anionaustauschchromatographie erfordert die Verwendung von Eluenten, die entweder eine saure oder alkalische Charakteristik zeigen, worin der Eluent verschiedene Aciditäts- oder Alkalinitätsgrade zeigen kann. Eine solche Eigenschaft von Eluenten hat jedoch häufig eine nachteilige Wirkung auf die Hydrolysestabilität der Gruppen, die die funktionelle Anionenaustauschstelle mit der unlöslichen stationären Phase verbinden. Als solche sind derzeit bekannte Anionenaustauschchromatographiesäulen häufig nur für eine relativ kurze Zeitdauer verwendbar, wobei sie wesentlich zu den hohen Kosten beitragen, die mit Hochleistungsanionenaustauschchromatographie verbunden sind.
Zum Beispiel sind die häufigsten Verbindungen, die zum Binden an die stationäre Phase in Anionenaustauschsäulen verwendet werden, Acrylat- und Methacrylatester, deren terminale Epoxidgruppen funktionalisiert worden sind, um eine quarternäre Ammoniumanionenaustauschstelle aufzuweisen. Im Spezielleren werden stationäre Anionenaustauschphasen herkömmlicherweise hergestellt aus der kommerziell erhältlichen Verbindung Glycidylmethacrylat, die so funktionalisiert worden ist, dass sie ein terminales quarternäres Ammoniumsalz aufweist. Nach Funktionalisierung weist die von Glycidylmethacrylat abgeleitete Verbindung eine terminale quarternäre Ammoniumanionenaustauschstelle auf, deren Stickstoffatom von einer Estergruppe, die im Inneren des Gerüstes der Verbindung vorliegt, durch insgesamt drei Kohlenstoffatome getrennt ist. Während Anionenaustauschsäulen, die solche stationären Phasen verwenden, Anwendung gefunden für Anionenaustauschchromatographie haben, sind solche Säulen häufig aufgrund ihrer inhärenten Hydrolyseinstabilität ökonomisch nicht sinnvoll.
Daher besteht ein Bedarf für neue Zusammensetzungen, die geeignet sind für Anionenaustauschchromatographie, die verbesserte Hydrolysestabilität beim Vorliegen verschiedener unterschiedlicher Eluentenlösungen zeigen.
US 4,101,461 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Anionenaustauschern durch Substitution von hydrophilen polymeren Gelen.
GB 835,550 beschreibt quarternäre Ammoniumcopolymere zum Verringern statischer Ladungen auf Stoffen, wie etwa gewebten, gestrickten, verfilzten, verflochtenen und anderen ineinander verschlungenen Fasern, Filamenten und Garnen.
EP 0400848 beschreibt Polymere zur Verwendung in der Therapie als Antihypercholesterinämiemittel.
US 4182804 beschreibt Verfahren zur Herstellung von Polymeren, die Amingruppen oder Salze davon und/oder quarternäre Ammoniumgruppen enthalten. Die Polymere werden zu Gegenständen gegossen, extrudiert, geformt und behandelt, wie etwa Profile, Fibrillen, Fasern und Folien.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist neue Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung gebildet worden, die Hochleistungsanionenaustauschchromatographie über ausgedehnte Zeitdauern erlaubt, aufgrund verbesserter hydrolytischer Stabilität, die durch die darin verwendete stationäre Phase gezeigt wird. Die vorliegende Erfindung basiert zumindest teilweise auf der neuen Entdeckung, dass das Erhöhen der Anzahl von Atomen in der Kette zwischen (1) einer reaktiven chemischen Gruppe, wie etwa eine Ester-, Keton- oder Amid-Gruppe, die im Inneren der Kette ist, die die Anionenaustauschstelle mit der stationären Phase verbindet, und (2) der funktionellen Anionenaustauschstelle an sich, zu einer verbesserten hydrolytischen Stabilität und verbesserter Anionenaustauschkapazität führt. Die vorliegende Erfindung richtet sich daher auf das allgemeine Problem begrenzter Stabilität von stationären Chromatographiephasen.
In dieser Hinsicht liefert die vorliegende Erfindung eine Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung, umfassend:

(a) synthetische Harzträgerteilchen; und
(b) Anionenautauschverbindungen, die an die synthetischen Harzträgerteilchen gebunden sind, wobei die Anionenaustauschverbindungen eine Kette umfassen, umfassend: (i) eine reaktive Gruppe, die im Inneren der Kette ist, wobei die reaktive Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer reaktiven Ester-, Keton- oder Amidgruppe im Inneren der Kette, und (ii) eine Anionenaustauschstelle, die am Ende der Kette ist, wobei die Anionenaustauschstelle aus einem quarternären Ammoniumsalz besteht, das in der Lage ist zum Wechselwirken mit Anionen, die in einem Eluenten sind, der damit in Kontakt ist, und worin das quarternäre Ammoniumsalz von der inneren reaktiven Gruppe durch einen Linker mit einer Länge von mindestens 4 Atomen getrennt ist.

In bevorzugten Ausführungsformen ist die innere reaktive Gruppe der Anionenaustauschverbindung eine Estergruppe und/oder der Linker, der die interne bzw. innere Gruppe von dem Stickstoffatom der terminalen quarternären Ammoniumanionenaustauschstelle trennt, weist eine Länge von 4 bis etwa 13 Atome auf, mehr bevorzugt eine Länge von 4 bis etwa 6 Atomen. Die Atome, aus welchen der Linker aufgebaut ist, können Kohlenstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatome sein, die entweder unsubstituiert oder substituiert sind, vorzugsweise mit Alkyl-, Alkoxyl-, Hydroxyalkyl- oder Hydroxygruppen. Die Stickstoffatome des terminalen quarternären Ammoniumsalzes können ebenfalls optional substituiert sein durch eine oder mehrere Substituenten, vorzugsweise durch Alkyl- oder Hydroxyalkylgruppen.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die oben beschriebenen Anionenaustauschverbindungen an die synthetischen Harzträgerteilchen entweder direkt über eine kovalente Bindung oder durch Einbau in ein Latexpolymer, das dann abgeschieden wird auf der Oberfläche der synthetischen Harzträgerteilchen, gebunden.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert ein Latexpolymer, das darin eingebaut die oben beschriebene Anionenaustauschverbindung aufweist und das geeignet ist zum Abscheiden auf der Oberfläche von synthetischen Harzträgerteilchen, um eine hydrolytisch stabile Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung herzustellen.
Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert eine Chromatographiesäule, die die oben beschriebene Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung zur Verwendung in der Anionenaustauschchromatographie umfasst.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liefert ein Verfahren zum Trennen von Anionen von einem Gemisch von Anionen, die in einem Eluenten vorliegen, worin das Verfahren das Inkontaktbringen einer Chromatographiesäule, umfassend die oben beschriebenen Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung, mit dem Eluenten, umfasst, wobei erlaubt wird, dass Anionenaustausch auftritt.
Andere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der vorliegenden Beschreibung ersichtlich.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
A: Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung
Die Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung der vorliegenden Erfindung umfasst synthetische Harzträgerteilchen und Anionenaustauschverbindungen, die an diese Teilchen gebunden sind, welche eine Kette umfassen, umfassend (i) eine reaktive Gruppe im Inneren der Kette und (2) ein terminales quarternäres Ammoniumsalz, das als eine Anionenaustauschstelle wirkt, worin die innere reaktive Gruppe und das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes getrennt sind durch einen Linker mit einer Länge von mindestens 4 oder mehr Atomen.
Die synthetischen Harzträgerteilchen der vorliegenden beschriebenen Zusammensetzung können hinsichtlich ihrer Natur organisch oder anorganisch sein und können gebildet sein aus einem beliebigen Harzmaterial, das die Bindung der Anionenaustauschverbindungen, die unten beschrieben sind, unterstützen wird. Zum Beispiel sind synthetische polymere Ionenaustauschharze, wie etwa Poly(phenolformaldehyd), Polyacryl- oder Polymethacrylsäure oder -nitril, Aminepichlorhydrincopolymere, Pfropfpolymere von Styrol auf Polyethylen oder Polypropylen, Poly(2-chlormethyl-1,3-butadien), Poly(vinylaromatisch)-Harze, wie etwa diejenigen, die von Styrol, alpha-Methylstyrol, Chlorstyrol, Chlormethylstyrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin oder Vinylpyridin abgeleitet sind, entsprechende Ester von Methacrylsäure, Styrol, Vinyltoluol, Vinylnaphthalin und ähnliche ungesättigte Monomere, Monovinylidenmonomere, einschließlich die Monovinylidenring-enthaltenden heterocyclischen Stickstoffverbindungen und Copolymere der obigen Monomere geeignet.
Die synthetischen Harzträgerteilchen der vorliegenden Erfindung können z. B. gebildet werden durch allgemein bekannte Suspensionspolymerisationstechniken, die Suspendieren von Tröpfchen von Monomer in einem wässrigen Medium, in welchem sie unlöslich sind, umfassen. Unter geeigneten Bedingungen wird das Monomer polymerisieren. Es kann durchgeführt werden durch Mischen des Monomers mit Additiven in einem Suspensionsmedium. Wenn dieses Medium gerührt wird, dispergiert das Monomer in Tröpfchen und das Rühren wird fortgesetzt bis die Polymerisation abgeschlossen ist. Vorzugsweise sind die synthetischen Harze, die verwendet werden, vom makroporösen Typ, der in der Technik allgemein bekannt ist, der im Speziellen Styroldivinylbenzolcopolymer umfasst. Das Copolymer kann z. B. hergestellt werden entsprechend dem Verfahren von Ikada et al., Journal of Polymer Science 12:1829–1839 (1974) oder wie beschrieben im U.S. Patent Nr. 4,382,124 von Meitzner et al. Andere Techniken zur Synthese von synthetischen Harzträgerteilchen sind in der Technik allgemein bekannt und können in den U.S. Patenten Nr. 3,915,642 , 3,918,906 , 3,920,398 , 3,925,019 und in der Monographie „Dowex: Ion Exchange" 3. Ausgabe (1964) veröffentlicht von der Dow Chemical Company, Midland, Michigan, gefunden werden.
Vorzugsweise umfassen die synthetischen Harzträgerteilchen Kügelchen von quervernetztem Polymer oder Copolymer, wie etwa Styroldivinylbenzolcopolymer, die in der Gegenwart von Katalysator, wie etwa Benzoylperoxid, enthaltend zwischen etwa 0 % bis etwa 100 Divinylbenzolmonomer bezüglich des Gewichts, copolymerisieren. Mehr bevorzugt enthält das Styroldivinylbenzolcopolymer zwischen etwa 25 % bis etwa 80 % Divinylbenzolmonomer bezüglich des Gewichts. Eine detaillierte Übersicht über die Herstellung, Struktur und Morphologie von Polymeren, die auf Styrol basieren, wird von Guyot und Bartholin, Prog. Polym. Sci. 8:277–332 (1982) bereitgestellt.
Gebunden an die synthetischen Harzträgerteilchen der Anionenaustauschchromatographiezusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind „Anionenaustauschverbindungen", die eine reaktive Vinylgruppe, eine Kette, enthaltend eine innere reaktive Gruppe, eine terminale quarternäre Ammoniumsalzanionenaustauschstelle und einen Linker, der die innere reaktive Gruppe und die Anionenaustauschsstelle trennt, umfassen. Die Anionenaustauschverbindungen, wie sie hier beschrieben sind, sind abgeleitet von Vorläufermolekülen mit einer reaktiven Vinylgruppe und der allgemeinen Formel (I): Formel (I)
worin „R₁" Wasserstoff oder Methyl ist, „X" im Inneren der Kette ist und -C(=O)O-, -C(=O)NR₂- sein kann, worin R₂ Wasserstoff oder Alkyl mit von 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen ist oder -C(=O)- ist, „L" ein Linker ist, der dazu dient, die Gruppe „X" von der terminalen funktionellen Gruppe „F" zu trennen und worin „F" entweder eine Epoxidgruppe oder ein Halogenatom ist.
Wie hier verwendet, soll der Ausdruck „innere reaktive Gruppe" die reaktive chemische Gruppe bedeuten, die durch „X" in obiger Formel (I) bezeichnet wird, welche entweder -C(=O)O-, -C(=O)NR₂- oder -C(=O)- ist. Wenn „X" z. B. -C(O)O- ist, wird eine innere reaktive Gruppe („innere", da sie im Inneren der Kette ist), die eine Estergruppe ist, gebildet. Wenn „X" -C(=O)- ist, wird eine innere reaktive Gruppe gebildet, die eine Ketongruppe ist. In dem Falle, worin „X" -C(=O)NR₂- ist, wird eine innere Gruppe gebildet, die eine Amidgruppe ist. Im letzteren Fall kann der Stickstoff der inneren Amidgruppe Wasserstoff- oder Alkyl-, von 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatome, substituiert sein, vorzugsweise Wasserstoff-, Methyl-, Ethyl-, Propyl-, Isopropyl-, Butyl- oder Isobutyl-substituiert sein, mehr bevorzugt Wasserstoffsubstituiert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere reaktive Gruppe eine Estergruppe, die eingebaut ist in ein Latexpolymer, das auf der Oberfläche von den synthetischen Harzträgerteilchen abgeschieden ist.
Wie oben beschrieben, kann „F" von Formel (I) entweder eine Epoxidgruppe oder ein Halogenatom sein. In letzteren Falle ist das Halogenatom vorzugsweise Chlor oder Brom. Die terminale Epoxidgruppe oder das Halogenatom „F" liefern eine Stelle, an welcher eine Anionenaustauschstelle gebildet werden kann. Wenn z. B. „F" entweder eine Epoxidgruppe oder ein Halogenatom ist, kann eine solche bzw. ein solches umgesetzt werden mit einem tertiären Amin unter Verwendung allgemein bekannter Techniken, um ein terminales quarternäres Ammoniumsalz herzustellen, das in der Lage ist zum Wechselwirken mit Anionen, die in einem Eluenten vorliegen, der damit in Kontakt ist. Die resultierende Verbindung (hier als Anionenaustauschmonomer bezeichnet) hat die folgende Formel (II): Formel (II)
worin „X" die oben beschriebene Definition aufweist und eine terminale quarternäre Ammoniumsalzanionenaustauschstelle gebildet worden ist (NR₃R₄R₅), worin „N" ein Stickstoffatom ist und R₃, R₄ jeweils unabhängig Wasserstoff, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit von 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen oder geradkettiges oder verzweigtes Hydroxyalkyl mit 1 bis etwa 12 Kohlenstoffatomen sind. Vorzugsweise sind R₃, R₄ und R₅ jeweils unabhängig Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl oder Hydroxyalkyl, mehr bevorzugt Methyl oder Wasserstoff. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind R₃ und R₄ Methyl und R₅ ist Ethyl. Umso länger die Linkerkette zwischen der inneren reaktiven Gruppe und dem Stickstoffatom des terminalen quarternären Ammoniumsalzes (siehe unten) ist, umso größer ist die Hydrophobie der stationären Phase. In dieser Hinsicht ist es, wenn längere Linkergruppen in den Anionenaustauschverbindungen verwendet werden, bevorzugt, dass das Stickstoffatom des terminalen quarternären Ammoniumsalzes Hydroxyalkylsubstituiert ist an mindestens einer Stelle, um die erhöhte Hydrophobie der stationären Phase zu kompensieren.
Die Reaktion, die die terminale quarternäre Ammoniumanionenaustauschstelle bildet, kann auftreten vor Pfropfen des Anionenaustauschmonomers auf die Oberfläche des synthetischen Harzträgerteilchens oder vor Einbau des Monomers in ein Latexpolymer oder nachdem das Vorläufermolekül eingebaut wurde in ein Latexpolymer oder nachdem das Vorläufermolekül gepfropft worden ist auf die Oberfläche des synthetischen Harzträgerteilchens (siehe unten).
Die Gruppe „L" des Vorläufermoleküls von Formel (I) und das Anionenaustauschmonomer von Formel (II) stellen die Linkergruppe dar, die dazu dient die Gruppe „X" von der inneren reaktiven Gruppe vom Stickstoffatom der terminalen quarternären Ammoniumaustauschstelle zu trennen. In dieser Hinsicht haben wir gefunden, dass innere reaktive Gruppen, wie etwa Ester-, Keton- und Amidgruppen, wenn sie in enger Nähe (d.h. 3 oder weniger Atome) zu der terminalen quaternären Ammoniumanionenaustauschstelle angeordnet werden, zugänglich sind für Hydrolyse, insbesondere für den Typ von Hydrolyse, der in wässrigem alkalischem Medium auftritt. Jedoch, wie hier beschrieben, haben wir gefunden, dass das Erhöhen des Abstandes zwischen der inneren reaktiven Gruppe und dem Stickstoffatom der terminalen quarternären Ammoniumanionenaustauschstelle Zusammensetzungen liefert, die hydrolytisch während Anionenaustauschchromatographie in alkalischem Medium stabiler sind. Daher ist, wie hier beschrieben, ein Schlüssel für die hydrolytische Stabilität der stationären Phase der exakte Abstand zwischen dem terminalen Ammoniumsalz und der inneren reaktiven Gruppe.
Allgemein verwendete stationäre Phasen, die hergestellt werden aus dem kommerziell erhältlichen Monomer Glycidylmethacrylat, haben einen geradkettigen Linker mit einer Länge von drei Atomen, der die innere reaktive Estergruppe von dem Stickstoffatom des terminalen quarternären Ammoniumsalzes trennt. Solche stationären Phasen erwiesen sich als geeignet für Anionenaustauschchromatographie, erwiesen sich jedoch ebenfalls auch so, dass sie anfällig sind für Leistungsfähigkeitsverlust aufgrund von Hydrolyse der inneren reaktiven Estergruppe, was zu einer Abnahme der Anzahl von quarternären Ammoniumstellen, die für Anionenaustausch zur Verfügung stehen, führt. Im Gegensatz zu diesen bekannten stationären Phasen umfasst jedoch in den Anionenaustauschverbindungen der vorliegenden Erfindung „L" eine gerade Kette (ohne Verzweigung) mit einer Länge von mindestens 4 Atomen, üblicherweise mit einer Länge von 4 bis etwa 13 Atomen, häufiger mit einer Länge von 4 bis etwa 10 Atomen, vorzugsweise mit einer Länge von 4 bis etwa 6 Atomen, mehr bevorzugt mit einer Länge von 6 Atomen, wobei für verbesserte Hydrolysestabilität gesorgt wird. „L" kann geradkettig oder verzweigt sein, vorzugsweise geradkettig, und kann gesättigte oder ungesättigte Kohlenstoffatome und/oder Heteroatome, wie etwa Sauerstoff- oder Schwefelatome, umfassen. „L" besteht bevorzugt aus gesättigten oder ungesättigten Kohlenstoffatomen, mehr bevorzugt gesättigten Kohlenstoffatomen. In dem Falle, worin „L" verzweigt ist, werden die innere reaktive Gruppe und das Stickstoffatom des terminalen quarternären Ammoniumsalzes immer noch getrennt sein durch eine Kette von mindestens 4 Atomen, worin die verzweigte Linkergruppe üblicherweise nicht mehr als insgesamt 13 Kohlenstoffatome umfassen wird, vorzugsweise insgesamt nicht mehr als 10 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt insgesamt nicht mehr als 7 Kohlenstoffatome. Verzweigung kann an jedem Atom in der Linkerkette auftreten, vorzugsweise an dem Atom, das benachbart zu der inneren reaktiven Gruppe ist, wobei zusätzlicher Schutz gegenüber Hydrolyse der inneren reaktiven Gruppe aufgrund von „sterischer Hinderung" bereitgestellt wird.
Wie oben beschrieben, kann die Linkergruppe „L" Kohlenstoffatome oder Heteroatome umfassen, wie etwa Sauerstoff oder Schwefel. Vorzugsweise wird die Linkergruppe von 0 bis etwa 3 Heteroatome enthalten, mehr bevorzugt von 0 bis 2, vorzugsweise von 0 bis 1 und mehr bevorzugt 1 Heteroatom. Heteroatome werden in der Linkergruppe in Positionen angeordnet, worin sie keinen wesentlichen Einfluss auf die Anionentrenncharakteristika der Zusammensetzung haben werden. Die Bestimmung der Stelle, an welcher die Heteroatome wirkungsvoll positioniert werden können in der Linkerkette ist im Bereich des Fachwissens.
Ein oder mehrere Atome der Linkerkette, die die interne reaktive Gruppe von dem Stickstoffatom des terminalen quarternären Ammoniumsalzes trennt, können ebenfalls unabhängig Alkyl-, Alkoxyl-, Hydroxyalkyl- oder Hydroxylsubstituiert sein. Solche Substitutionen können herkömmlicherweise an einem beliebigen Atom der Linkerkette durchgeführt werden. Alkyl-, Alkoxyl- und Hydroxylalkyl-Substituenten haben üblicherweise weniger als etwa 10 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt weniger als etwa 6 Kohlenstoffatome, vorzugsweise weniger als etwa 4 Kohlenstoffatome und mehr bevorzugt weniger als etwa 3 Kohlenstoffatome. Substituenten, üblicherweise Hydroxylsubstituenten, sind häufig etwa zwei Atome versetzt von dem Stickstoffatom des terminalen quarternären Ammoniumsalzes als ein Ergebnis der Funktionalisierung einer terminalen Epoxidgruppe mit einem tertiären Amin, um das terminale quarternäre Ammoniumsalz zu bilden. Hydroxy-enthaltende Substituenten, die benachbart zu oder nahe des terminalen quarternären Ammoniumsalzes lokalisiert sind, sind bevorzugt, um die erhöhte Hydrophobie von Anionenaustauschverbindungen mit längeren Linkerketten zu kompensieren.
Beispiele von Anionenaustauschverbindungen der vorliegenden Erfindung können hergestellt werden durch Reaktion des geeigneten Vorläufermoleküls mit tertiärem Amin und umfassen, ohne dadurch die Erfindung zu begrenzen, quarternäre Ammoniumsalze von Epoxy- oder Halogenalkylacrylaten oder Methacrylaten, worin Alkyl gerad- oder verzweigtkettige Alkylgruppen mit von etwa 4 bis etwa 13 Kohlenstoffatomen und optional enthaltend von 0 bis etwa 3 Heteroatome, umfasst. Spezifische Beispiele solcher Verbindungen umfassen z. B. 2-Glycidyloxyethylmethacrylat, 3,4-Epoxybutylmethcrylat, 4,5- Epoxy-pent-2-yl-methacrylat, 4,5-Epoxypentylmethcryalt und 2-Glycidyloxyethylmethacrylat und Amido- und Ketoderivate der obigen.
Die Herstellung von Anionenaustauschmonomeren, die geeignet sind als Komponenten zur Polymerisation eines Latexpolymers, das auf der Oberfläche eines synthetischen Harzträgerteilchens abgeschieden wird, oder zum direkten Pfropfen auf die Oberfläche eines synthetischen Harzträgerteilchens ist allgemein im Bereich des Fachwissens des Fachmanns in der Technik. Zur Synthese von Verbindungen, die auf Acrylat und Methacrylat basieren, umfasst der erste Schritt z. B. allgemein die Bildung eines geeigneten Alkenylacrylats, gefolgt von Epoxidierung dieses Alkenylacrylats. Siehe für eine allgemeine Übersicht der Techniken zur Herstellung von Alkenylacrylaten und der Epoxidierung davon Korshunov et al., J. Org. Chem. USSR 4:990 (1968) bzw. Resowsky et al., The Chemistry of Heterocyclic Compounds, Interscience Publishers, Band 19, Teil I (1964). Darüber hinaus sind die Synthese und Reinigung von vielen der hier beschriebenen Epoxyalkyl- oder Haloalkylacrylate früher beschrieben worden, wobei solche Referenzen eine Anleitung liefern für die Synthese anderer ähnlicher Verbindungen (siehe z. B. Sandler et al., Polymer Synthesis, Kapitel 10, Academic Press, London (1974), Gladkikh et al., J. Org. Chem. USSR 11:1602 (1975), Fort et al., Tetrahedron 48:5099 (1992), U.S. Patent Nr. 2,863,851 und U.S. Patent Nr. 3,001,975 .
Die Anionenaustauschverbindungen, die oben beschrieben werden, können an die synthetischen Harzträgerteilchen durch eine Vielzahl von Mitteln „gebunden" werden. Zum Beispiel können die Anionenaustauschverbindungen, die hier Anwendung finden, kovalent gebunden oder gepfropft werden auf die Oberfläche des synthetischen Harzträgerteilchens durch Verwenden des Verfahrens das im U.S. Patent Nr. 5,503,933 von Afeyan et al. beschrieben wird. Im Speziellen besitzen im Verfahren, das von Afeyan et al. beschrieben wird, sowohl die Verbindung, die an einen festen Träger gebunden werden soll, als auch der feste Träger an sich über verfügbare ungesättigte Gruppen, wie etwa Vinylgruppen, worin die Verbindung kovalent gebunden wird an den festen Träger durch eine freie Radikalreaktion zwischen verfügbaren ungesättigten Gruppen. Da beide, die Anionenaustauschverbindungen sowie die synthetischen Harzträgerteilchen der vorliegenden Erfindung, solche verfügbaren ungesättigten Gruppen besitzen werden, kann das beschriebene Verfahren verwendet werden, um kovalent die Anionenaustauschverbindungen an synthetische Harzträgerteilchen zu binden.
Zusätzlich kann die Anionenaustauschverbindung eingebaut werden in ein Latexpolymer, das auf der Oberfläche der synthetischen Harzträgerteilchen abgeschieden wird, wie im U.S. Patent Nr. 5,324,752 beschrieben. Im Speziellen, wie im U.S. Patent Nr. 5,324,752 beschrieben, umfasst die Herstellung von Latexpolymer die Polymerisation eines Vorläufermonomers der obigen Formel (I) (mit einer Vinylgruppe an einem Terminus und entweder einer Epoxidgruppe oder einem Halogenatom am anderen Terminus) mit einem Divinylquervernetzungsmonomer, das eine verfügbare Vinylgruppe aufweist an jedem Terminus und optional einem anderem Monovinylmonomer. Die Menge des optionalen Monovinylmonomers, das zu der Reaktion gegeben wird, liefert ein Mittel zum Verdünnen oder Steuern der relativen Anzahl quarternärer Ammoniumaustauschstellen, die in dem fertigen Polymerprodukt vorliegt. Die obigen Komponenten werden in der wässrigen Phase polymerisiert, um eine Suspension von kolloidalen Teilchen zu bilden, die üblicherweise als Latex bezeichnet werden, welche wiederum irreversibel gebunden werden an die feste Phase über ein „Dispergiermaterial", das funktionelle Stellen aufweist, die irreversibel sowohl an das Latexpolymer als auch an die feste Phase binden, wobei dazwischen eine permanente Bindung gebildet wird. Die Polymerisationsreaktion kann durchgeführt werden durch herkömmliche Emulsionspolymerisationstechniken, wie etwa durch Erhitzen und Rühren einer Suspension von Monomeren in einem geeigneten Lösungsmittel in der Gegenwart eines geeigneten Emulgiermittels. Alternativ kann die Polymerisation durch ein Suspensions-, Masse- oder Lösungsverfahren durchgeführt werden, gefolgt durch Mahlen des Harzes auf eine gewünschte Größe durch mechanische Mittel, wie etwa Kugelmühlen, Stabmühlen und dgl.
Neben den Epoxid-enthaltenden Vorläufermolekülen, die oben beschrieben sind, können die quervernetzenden und optional zugegebenen Monovinylverdünnungsmonomere gebildet werden aus vielen verschiedenen allgemein bekannten synthetischen Harzen. Spezifische Querverbindungsmonomere sind Moleküle, die Vinylgruppen an jedem Terminus aufweisen, worin die Gruppen, die die terminalen Vinylgruppen trennen, z. B. aromatisch oder aliphatisch sein können und ein oder mehrere Heteroatome, wie etwa Sauerstoff oder Schwefel aufweisen können. Optional zugegebene Monomere besitzen eine terminale Vinylgruppe und sind vorzugsweise auf Acrylat- oder Methacrylatbasis. Spezifische Divinylquerverbindungsmittel, die in der vorliegenden Erfindung Anwendung finden, umfassen z. B. Diethylenglykoldimethacrylat und Ethylenmethacrylat oder entsprechende Acrylate davon. Spezifische optional zugegebene Monovinylmonomere umfassen z. B. Methylmethacrylat und 2-Ethoxyethylmethacrylat oder entsprechende Acrylate davon. Vorzugsweise sind die relativen Reaktivitäten der ausgewählten Monomerkomponenten ähnlich, wodurch eine ungefähr gleichmäßige Verteilung von jeder der Monomereinheiten in dem fertigen Latexpolymerprodukt sichergestellt wird.
Wenn die Latexpolymersuspension einmal hergestellt ist, kann die Epoxid- oder Halogengruppe, die in das Polymer eingebaut worden ist, übergeführt werden in ein quarternäres Ammoniumsalz, durch Reaktion mit einem tertiären Amin, wie oben beschrieben. Optional kann das Polymer zuerst an den synthetischen Harzträger gebunden werden, gefolgt von einer Überführung der Epoxid- oder Halogengruppen in quarternäre Ammoniumsalze.
Das wie oben beschrieben hergestellte Latexpolymer kann auf der Oberfläche eines synthetischen Harzträgerteilchens „abgeschieden" (und dadurch irreversibel daran gebunden werden) werden über eine Brücke aus „Dispergier"-Material, das irreversibel an sowohl das Latexpolymer als auch die festen Trägerteilchen bindet, wobei eine Brücke dazwischen gebildet wird (siehe U.S. Patent Nr. 5,324,752 ). In Abhängigkeit von festen Trägerteilchen und dem Latexpolymer kann das Dispergiermittel ein beliebiges Material sein, das Agglomeration unterdrücken oder verhindern kann während der Suspension in dem wässrigen Medium, das zur Polymerisation verwendet wird. Zum Beispiel kann das Dispergiermittel ausgewählt werden aus einem beliebigen aus den Methacrylhilfscopolymeren, Polymaleaten, sulfonierten Polymeren, Polyvinylpyrrolidonestern, Gummis auf Pflanzenbasis, Ligninen und Cellulosederivaten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Dispergiermaterial gebildet werden aus Polyvinylalkohol, sulfoniertem Lignin, Polyvinylpyrrolidin, Gummi-Arabicum, Gelatine, Maleinsäurevinylacetatcopolymer oder Styrolmaleinanhydridcopolymer. Üblicherweise umfasst das Dispergiermittel zwischen etwa 0,1 % bis etwa 25 % bezüglich des Gewichtes von Wasser.
Die irreversible Bindung eines Dispergiermittels an die synthetischen Harzträgerteilchen kann durch kovalentes Binden über verschiedene Mechanismen auftreten. Ein Mechanismus ist kovalentes Binden über eine freie Radikalpolymerisationreaktion. Freie Radikale werden typischerweise in dem gebildeten Harzträgerteilchenpolymer erzeugt und überstehen die Polymerisation des Polymers und fördern ebenfalls die Verzweigung, die Bildung neuer Ketten von Brücken und Querbindung. Ein Initiator kann in dem Polymerisationsschritt des Harzträgerteilchens verwendet werden, welcher die Polymerisationsreaktion startet und aufrechterhält. Wenn die Initiatorkonzentration hoch genug ist, werden mehr freie Radikalstellen erzeugt als in der Polymerisationsreaktion verbraucht werden können und andere chemische Spezies die vorliegen, wie etwa Dispergiermittel, können mit ihnen reagieren. So kann das Dispergiermittel kovalent an das Harzsubstratteilchenpolymer binden. Es ist z. B. nahegelegt worden, dass Polyvinylalkoholdispergiermittel kovalent gebunden werden kann an ein anderes Polymer wenn die Initiatorkonzentration hoch genug ist. Ikada et al., Journal of Polymer Science 12:1829–1839 (1974). Bei der Untersuchung des Verfahrens der Teilchenbildung während Suspensionspolymerisation wurde beobachtet, dass Polyvinylchlorid chemisch an das Dispergiermittel gepfropft werden kann. Kirk et al., Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ausgabe, Band 23, S. 888–890 (1983).
Ein zweites Verfahren der irreversiblen Bindung von Dispergiermittel an die Harzträgerteilchen kann permanente physikalische Verhakung sein. In diesem Mechanismus können relativ kleine Polymere, wie etwa sulfonierte Lignindispergiermittel oder Polyvinylalkoholdispergiermittel, permanent verhakt werden mit Harzträgerteilchenpolymer wenn die Polymerisationsreaktion auftritt.
Die irreversible Bindung von Dispergiermittel an Latexpolymer, das wie oben beschrieben hergestellt wird, kann durch kovalentes Binden auftreten, wie etwa hier zuvor beschrieben, oder durch elektrostatische Kräfte. Zum Beispiel können die synthetischen Harzträgerteilchen aus Styroldivinylbenzolcopolymer hergestellt werden und das Dispergiermittel kann ein Gemisch aus sulfoniertem Lignin und Gummi Arabicum-Dispergiermittel sein. Das sulfonierte Lignin kann irreversibel an die synthetischen Harzträgerteilchen binden, entweder durch kovalente Bindung oder durch permanente Verhakung, wobei eine negativ geladene Oberfläche bereitgestellt wird, an welche das Latexpolymer elektrostatisch agglomeriert werden kann. Spezifische Verfahren zum Durchführen des obigen können im U.S. Patent Nr. 5,324,752 gefunden werden.
Nach Binden der Anionenaustauschverbindungen an die synthetischen Harzträgerteilchen, wie oben beschrieben, können die funktionalisierten Teilchen in Chromatographiesäulen gepackt werden, unter Verwendung einer allgemein bekannten Methodologie, und können verwendet werden für Hochleistungsanionenaustauschchromatographie. Zum Beispiel offenbart U.S. Patent Nr. 4,351,909 Verfahren zur Herstellung von Chromatographiesäulen, worin die Agglomeration von Latexpolymeren auf synthetische Harzträgerteilchen erfolgt bevor die Säule unter Druck mit diesen Teilchen gepackt wird. Auf der anderen Seite können Chromatographiesäulen unter Druck gepackt werden mit synthetischen Harzträgerteilchen, gefolgt durch die nachfolgende Agglomeration des Latexpolymers darauf. Siehe U.S. Patente Nr. 4,438,047 und 4,351,909 .
B. Verwendung der Anionenaustauschchromatographiezusammensetzungen
Die Anionenaustauschchromatographiezusammensetzungen der vorliegenden Erfindung sind primär geeignet zur Trennung von Anionen in wässrigen Eluentenlösungen, die in der Anionenaustauschchromatographie verwendet werden. Üblicherweise sind diese Lösungen Carbonat- oder Bicarbonatlösungen, vorzugsweise Natrium- oder Kaliumcarbonatlösungen.
Die Anionenaustauschchromatographiezusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können in Verfahren verwendet werden zum Trennen von Anionen aus einem Gemisch von Anionen. Um dies durchzuführen werden die Anionenaustauschzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung in Chromatographiesäulen zur Verwendung in der Anionenaustauschchromatographie gepackt. Diese Säule wird dann in Kontakt gebracht mit einem Gemisch von Anionen, welche in einem Eluenten vorliegen, und man erlaubt Anionenaustausch an den terminalen Ammoniumsalzen der Anionenaustauschzusammensetzungen.
Weitere Details der Erfindung werden in den folgenden nicht begrenzenden Beispielen dargestellt.
BEISPIEL 1 – Herstellung von 3,4-Epoxybutylmethacrylat
Die Herstellung von 3,4-Epoxybutylmethacrylat kann gemäß der Beschreibung durchgeführt werden, die bereitgestellt wird von Fort et al., Tetrahedron 48:5099 (1992). Jedoch zum Zwecke dieser Synthese wurde die zuvor genannte Verbindung entsprechend der folgenden Zweistufensynthese hergestellt.
Schritt I – 3-Butenylmethacrylat.
In einen 250 ml-Rundkolben, der 3-Buten- 1-ol (24,7 g) und Phenothiazin (0,1 g Inhibitor) enthält, wurde Methylmethacrylat (80 ml) zugegeben, gefolgt von einer methanolischen Lösung von Magnesiummethoxid [hergestellt durch Lösen von Magnesiummetall (0,1 g) in wasserfreiem Methanol (5 ml)]. Das gerührte Gemisch wurde langsam erhitzt und Methanol wurde abdestilliert (Siedepunkt 64–70 °C) bis die Temperatur am Destillationskopf sich auf ungefähr 100 °C erhöhte und das Methylmethacrylat zu destillieren begann. Das Gemisch wurde dann auf Raumtemperatur gekühlt und die Feststoffe wurden abfiltriert. Das Filtrat wurde unter Vakuum fraktioniert. Reines 3-Butenylmethacrylat wurde bei einem Siedepunkt von 63–66 °C/30 mmHg gesammelt.

Ausbeute: 22,5 g.

Schritt II – 3,4-Epoxybutylmethacrylat.
Eine Lösung von 3-Butenylmethacrylat (5,1 g) wurde langsam zu der gerührten Lösung von m-CPBA (10,2 g) in Methylendichlorid (70 ml) gegeben. Die resultierende Lösung wurde bei Raumtemperatur für 5 Stunden gerührt und wurde dann wiederholt gewaschen mit einer verdünnten wässrigen Lösung von Kaliumcarbonat. Die erhaltene Lösung wurde dann mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Reines 3,4-Epoxybutylmethacrylat wurde durch Säulenchromatographie auf Silikagel isoliert.

Ausbeute 3,9 g.

BEISPIEL 2 – Herstellung von 4,5-Epoxypentylmethacrylat.
Schritt I – 4-Pentenylmethacrylat
Die Herstellung von 4-Pentenylmethacrylat kann durchgeführt werden wie in den U.S. Patenten Nr. 2,863,851 und 3,001,975 beschrieben. Jedoch zum Zweck der vorliegenden Synthese wurde die Synthese im Wesentlichen wie folgt durchgeführt. Zu einer Lösung von 4-Penten-1-ol (18,1 g) in N,N-Dimethylanilin (40 ml), die kräftig gerührt und gekühlt wurde durch ein externes Eisbad, wurde eine Lösung von Methacryloylchlorid (10 g) in Methylendichlorid (40 ml) tropfenweise über 45 min gegeben. Man ließ das Reaktionsgemisch dann auf Raumtemperatur langsam über 3 Stunden erwärmen und dann wurde es bei dieser Temperatur für weitere 12 Stunden gerührt. Das Nachreaktionsgemisch wurde in Wasser (1 l) gegossen und die organische Schicht wurde abgetrennt, mit verdünnter HCl (3 mal), Wasser (2 mal) gewaschen und getrocknet. Verbleibende Lösungsmittel wurden unter verringertem Druck entfernt und der Rückstand wurde dann unter Vakuum fraktioniert, um reines 4-Pentenylmethacrylat, Siedepunkt 72–73 °C/10 mmHg, zu ergeben.

Ausbeute 9 g.

Schritt II – 4,5-Epoxypentylmethacrylat
Eine Lösung von 4-Pentenylmethacrylat (9 g) in Methylendichlorid (15 ml) wurde zu einer Lösung von m-CPBA (18 g) in Methylendichlorid (150 ml) gegeben und man ließ die Reaktion für 5 h fortschreiten. Das Reaktionsgemisch wurde dann in Wasser gegossen, die organische Phase wurde abgetrennt und dann mehrfach mit einer verdünnten Lösung von Kaliumcarbonat gewaschen. Das Reaktionsgemisch wurde mit Wasser gewaschen und dann mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Ein reines Produkt wurde durch Säulenchromatographie auf Silikagel isoliert.

Ausbeute 7 g.

BEISPIEL 3 – Herstellung von 4,5-Epoxypent-2-yl-methacrylat
4,5-Epoxypent-2-yl-methacrylat wurde im Wesentlichen wie folgt hergestellt.
Schritt I – 4-Penten-2-yl-methacrylat
Natriummetall (0,2 g) wurde in wasserfreiem Methanol (3 g) gelöst und zu dieser Lösung wurde 4-Penten-2-ol (18,5 g) zugegeben, gefolgt von der Zugabe von Methylmethacrylat (50 g). Das resultierende Gemisch wurde gerührt und erhitzt bis Methanol zu destillieren begann. Das destillierende Methanol wurde bei 64–70 °C gesammelt. Nachdem die Entfernung von Methanol abgeschlossen war, wurde die Temperatur erhöht und bei etwa 100 °C begann Methylmethacrylat zu destillieren. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur gekühlt und wurde zwischen verdünnter Schwefelsäure (1 N, 250 ml) und Methylendichlorid (150 ml) aufgeteilt. Die organische Phase wurde dann abgetrennt und mit Wasser gewaschen und getrocknet. Verbleibende Lösungsmittel wurden entfernt und der Rückstand wurde dann unter Vakuum fraktioniert. Reines 4-Penten-2-yl-methacrylat wurde bei 65–68 °C/25 mm Hg gesammelt. Ausbeute 17,5 g.
Schritt II – 4,5-Epoxypent-2-yl-methacrylat
Eine Lösung von m-CPBA (32 g) in Chloroform (150 ml) wurde in kaltem Wasser gekühlt und dann wurde 4-Penten-2-yl-methacrylat (14 g) zugegeben. Das Gemisch wurde bei 23 °C für 6 Stunden gerührt. Das Nachreaktionsgemisch wurde dann in verdünntes Kaliumcarbonat (300 ml) gegossen und die organische Schicht wurde abgetrennt. Die organische Schicht wurde mit drei weitere Portionen Carbonat schließlich mit Wasser gewaschen und dann getrocknet. Verbleibende Lösungsmittel wurden dann entfernt und der Rückstand wurde einer Chromatographie auf Silikagel unterzogen. Als ein Ergebnis wurde reines 4,5-Epoxypent-2-yl-methacrylat (9,5 g) isoliert.
BEISPIEL 4 – Herstellung von 2-Glycidyloxyethylmethacrylat.
Die Herstellung von 2-Glycidyloxyethylmethacrylat wurde durchgeführt durch Modifikation des Verfahrens von Gladkikh et al., J. Org. Chem. USSR 11:1602 (1975), wie folgt. Eine Lösung von 2-Hydroxyethylmethacrylat (133 g) in Xylol (250 ml) wurde bei 40 °C gerührt, während Bortrifluoridetherat (1 ml) zugegeben wurde, gefolgt von Epichlorhydrin (49 ml), das in einer solchen Rate zugegeben wurde, dass die Temperatur nicht über 75 °C anstieg. Das Gemisch wurde für eine Stunde bei 75 °C gerührt, dann auf Raumtemperatur gekühlt. Die Lösung wurde in einen Scheidetrichter übergeführt, wurde dreimal mit Wasser gewaschen und dann wieder in ein Reaktionsbehältnis übergeführt, das dann in einem Eisbad gekühlt wurde. Das Gemisch wurde gerührt, bis die Temperatur auf –5 °C abfiel, zu welchem Zeitpunkt 50 %-iges wässriges Natriumhydroxid (140 ml) zugegeben wurde. Die Temperatur wurde bei –3 °C gehalten. Nachdem wässriges Natriumhydroxid zugegeben wurde, wurde die organische Schicht abgetrennt und mehrmals mit Wasser gewaschen und dann getrocknet. Verbleibende Lösungsmittel wurden entfernt und der Rückstand wurde unter Vakuum fraktioniert, wobei die Fraktion mit 75–82 °C/0,1 mm Hg Siedepunkt gesammelt wurde. Die resultierende farblose Flüssigkeit (33 g) enthält Ethylenglykoldimethacrylat (40 %), Glycidyloxyethylmethacrylat (50 %) und Diethylenglykoldimethacrylat (3 %). Eine Probe dieses Gemischs (14 g) wurde einer Reinigung unterzogen, unter Verwendung einer Silikagelsäule. Als ein Ergebnis wurde reines Glycidyloxyethylmethacrylat erhalten. Ausbeute 6,8 g.
BEISPIEL 5 – Herstellung eines Latexpolymers, umfassend 2-Glycidyloxyethylmethacrylat.
In einer mit einem Stopfen versehenen 100 ml-Flasche wurde Kaliumpersulfat (0,04 g) in entionisiertem Wasser gelöst. Zu dieser Lösung wurde Natriumphosphat (0,1 g) gegeben, gefolgt von der Zugabe von einbasigem Kaliumphosphat (0,05 g), Igepal CA-897 (1,05 g), 2-Glycidyloxyethylmethacrylat (1,82 g), Diethylenglykoldimethacrylat (0,18 g) und Ethoxyethylmethacrylat (0,5 g). Die Inhalte der Flasche wurden gerührt und dann mit Stickstoff für 15 min gespült. Zu diesem Gemisch wurde Kaliummetabisulfit (0,15 g) in Wasser (2,5 g) gegeben und der Rührstab wurde entfernt und die Flasche dicht verschlossen. Die Flasche wurde langsam (6 UpM) bei 32 °C für zwei Stunden getaumelt. Die resultierenden Latexpolymerteilchen wiesen eine Größe von ungefähr 60 nm auf mit einer ungefähren Polydispersität von 0,100.
BEISPIEL 6 – Funktionalisierung (Aminierung) eines Latexpolymers.
Das Latexpolymer, das in Beispiel 5 oben hergestellt wurde, wurde wie folgt funktionalisiert. In eine mit einem Stopfen versehene 100 ml-Flasche wurde das Latex, das in Beispiel 5 oben hergestellt wurde (5,0 g) gegeben, gefolgt von der Zugabe von Igepal CA-897 (0,5 g), geeignetem tertiärem Amin (7,0 g 1M wässrige Lösung) und Salpetersäure (1,5 g einer 1M wässrigen Lösung). Das Reaktionsgemisch wurde bei 32 °C für 90 Minuten unter Rühren belassen. Am Ende der Reaktion stieg die resultierende Latexgröße auf ungefähr 100 nm an, mit einer Polydispersität von ungefähr 0,09. Das Latex wurde stabilisiert durch die Zugabe von 7 g 1M Essigsäure.
BEISPIEL 7 – Herstellung von 2-(2-Methacryloyloxyethoxy)ethyldimethylethylammoniumbromid.
2-(2-Methacryloyloxyethoxy)ethyldimethylethylammoniumbromid wurde in einer zweistufigen Synthese, im Wesentlichen wie nachfolgend gezeigt, hergestellt.
Schritt I – 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethylmethacrylat.
Eine Magnesiummethoxidlösung wurde hergestellt durch Lösen von Magnesiummetall (4 g) in wasserfreiem Methanol (100 ml) in der Gegenwart einer kleinen Menge Iod (ungefähr 0,1 g). Ein Teil der resultierenden Lösung (18 ml) wurde in einem 250 ml-Reaktionsbehältnis angeordnet und dann wurde 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethanol (23,6 g) zugegeben, gefolgt von der Zugabe von Phenothiazin (0,1 g) und Methylmethacrylat (117 g). Das Gemisch wurde gerührt und erhitzt bis das Methanol zu destillieren begann. Als das Gesamte des Methanols gesammelt war, wurde das Gemisch auf Raumtemperatur gekühlt und die Feststoffe wurden abfiltriert. Das Filtrat wurde einer Fraktionierung unter verringertem Druck unterzogen. Der Überschuss Methylmethacrylat wurde abgetrennt und dann wurde reines 2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethylmethacrylat bei 97–102 °C/4 mm Hg gesammelt.

Ausbeute 22,1 g.

Schritt II – 2-(2-Methacryloyloxyethoxy)ethyldimethylethylammoniumbromid.
2-(2-Dimethylaminoethoxy)ethylmethacrylat (8 g) wurde in Aceton (20 g) gelöst und kleine Mengen Hydrochinon (ungefähr 0,1 g) wurden zugegeben, gefolgt von der Zugabe von Bromethan (8 g). Das Gemisch wurde bei Raumtemperatur für 24 Stunden gerührt und das Lösungsmittel wurde unter verringertem Druck bei 25 °C entfernt. Das Produkt wurde als ein amorpher Feststoff erhalten.

Ausbeute 12,2 g.

BEISPIEL 8 – Hydrolytische Stabilität von chromatographischen stationären Phasen, die von Glycidylmethacrylat abstammen gegenüber 2-Glycidyloxyethylmethacrylat.
Unter Druck gepackte Anionenaustauschchromatographiesäulen wurden aus synthetischen Harzträgerteilchen durch die Agglomeration eines funktionellen Latexpolymers darauf hergestellt, worin die Anionenaustauschverbindung, die darin eingebaut ist, entweder auf dem kommerziell erhältlichen und üblicherweise verwendeten Glycidylmethacrylat oder auf 2-Glycidyloxyethylmethacrylat, wie in den Beispielen 4–6 beschrieben, basierte. Diese Chromatographiesäulen wurden dann in Versuchen getestet, die ausgestaltet sind, um die Hydrolysestabilität der stationären Phasen jeder Säule unter bestimmten Bedingungen zu bestimmen. Im Speziellen wurden beide Säulen bei 60 °C getestet, unter Verwendung einer Reihe von Eluenten, die hinsichtlich Zusammensetzung und pH-Wert unterschiedlich sind.

Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse, die mit einer stationären Anionenaustauschphase auf Glycidylmethacrylatbasis bei 60 °C mit einem Eluenten aus 2 mM Na₂CO₃ und 0,7 mM NaHCO₃, pH-Wert = 10,7, und einer Flussrate von 2 ml/min erhalten werden. „Versuchszeit" betrifft die Zeit (Stunden:Minuten), für die der Versuch durchgeführt wurde, „Retentionszeit" betrifft die beobachtete Retentionszeit in Minuten, „eingestellte RT" betrifft die eingestellte Retentionszeit, die die beobachtete Retentionszeit minus der Retentionszeit des „Wassersignals" ist, die dem Totvolumen von 0,828 ml der Säule entspricht, "Abnahme-RT" betrifft die Abnahme der Retentionszeit in Minuten und „Hydrolyse %" betrifft das Ausmaß der Hydrolyse der Anionenaustauschstellen von der Säule. Tabelle 1

Vers.-Zeit	Ret.-Zeit	eingestellte RT	Abnahme-RT	Hydrolyse %
0:0	10,27	9,44	0	0
1:13	9,92	9,09	0,35	1,9
2:13	9,69	8,86	0,58	3,1
3:13	9,47	8,64	0,8	4,2
4:14	9,28	8,45	0,99	5,2
5:14	9,09	8,26	1,18	6,2

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, dass über die Spanne von 5 Stunden und 14 Minuten in der Gegenwart des Elutionsmittels ungefähr 6,2 Prozent der verfügbaren Anionenaustauschstellen hydrolysiert wurden von der Chromatographiesäule auf Glycidylmethacrylatbasis.

Die Tabellen 2 und 3 zeigen die Ergebnisse die mit einer stationären Anionenaustauschphase auf 2-Glycidyloxyethylmethacrylatbasis bei 60 °C erhalten werden, mit einem Eluenten aus entweder 9 mM Na₂CO₃, pH-Wert = 11,1 und einer Flussrate von 1 ml/min, worin das Säulentotvolumen 2,42 ml (Tabelle 2) war oder 9 mM Na₂CO₃ und 5 mM NaOH, pH-Wert = 12,0 und einer Flussrate von 1 ml/min, worin das Säulentotvolumen 2,39 ml (Tabelle 3) war. Tabelle 2

Vers.-Zeit	Ret.-Zeit	eingestellte RT	Abnahme-RT	Hydrolyse %
0:0	25,15	22,73	0	0
1:00	25,05	22,63	0,04	0,1
2:01	24,95	22,53	0,2	0,4
3:02	24,87	22,45	0,28	0,6
4:03	24,8	22,38	0,35	0,8
5:04	24,72	22,3	0,43	0,9

Tabelle 3

Vers.-Zeit	Ret.-Zeit	eingestellte RT	Abnahme-RT	Hydrolyse %
0:0	17,19	14,8	0	0
1:00	17,08	14,69	0,04	0,1
2:01	16,99	14,6	0,2	0,7
3:01	16,91	14,52	0,28	0,9
4:02	16,8	14,41	0,39	1,3
5:02	16,71	14,32	0,48	1,6

Die Ergebnisse, die in den Tabellen 2 und 3 dargestellt werden, zeigen bei Vergleich mit denjenigen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, dass Anionenaustauschchromatographiesäulen mit stationären Phasen, die auf 2-Glycidyloxyethylmethacrylat basieren, wesentlich mehr hydrolytisch stabil sind bei alkalischen pH-Werten als Anionenaustauschchromatographie säulen mit stationären Phasen, die auf der herkömmlicherweise verwendeten und kommerziell verfügbaren Glycidylmethacrylatverbindung basieren.
Die vorhergehende Beschreibung stellt detailliert spezifische Verfahren dar, die verwendet werden, um die vorliegende Erfindung durchzuführen. Nachdem solche spezifische Verfahren detailliert dargestellt wurden, wird der Fachmann in der Technik in ausreichendem Maße wissen, wie er alternative verlässliche Verfahren erdenken kann, um zu gleichen Informationen zu gelangen durch Verwendung der Ergebnisse der vorliegenden Erfindung. Daher sollte, wenngleich zuvor im Text eine detaillierte Darstellung erfolgte, diese nicht als begrenzend für den gesamten Bereich davon ausgelegt werden; eher ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nur bestimmt durch die rechtmäßige Auslegung der anhängigen Ansprüche. Alle Dokumente, die hier zitiert sind, sind ausdrücklich durch Bezugnahme eingebracht.

Claims

Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung, umfassend: (a) synthetische Harzträgerteilchen; und (b) Anionenautauschverbindungen, die an die synthetischen Hatzträgerteilchen gebunden sind, wobei die Anionenaustauschverbindungen eine Kette umfassen, umfassend: (i) eine reaktive Gruppe, die im Inneren der Kette ist, wobei die reaktive Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Ester-, Keton- oder Amidgruppe, und (ii) eine Anionenaustauschstelle, die am Ende der Kette ist, wobei die Anionenaustauschstelle aus einem quarternären Ammoniumsalz besteht, das in der Lage ist zum Wechselwirken mit Anionen, die in einem Eluenten sind, der damit in Kontakt ist, und worin das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes von der inneren reaktiven Gruppe durch einen Linker mit einer Länge von mindestens 4 Atomen getrennt ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin die innere reaktive Gruppe eine Estergruppe ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin der Linker eine Länge von 4 bis etwa 13 Atomen aufweist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 3, worin der Linker eine Länge von 4 bis etwa 6 Atomen aufweist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 4, worin der Linker eine Länge von 6 Atomen aufweist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin jedes der mindestens 4 Atome des Linkers ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus substituierten oder unsubstituierten Kohlenstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatomen.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 6, worin jedes der mindestens 4 Atome des Linkers substituierte oder unsubstituierte Kohlenstoffatome sind.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 7, worin die Kohlenstoffatome Wasserstoff-gesättigt sind.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 6, worin mindestens eines der mindestens 4 Atome des Linkers Sauerstoff oder Schwefel ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin mindestens ein Atom des Linkers substituiert ist mit einer Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl, Alkoxyl, Hydroxyalkyl oder Hydroxyl.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 10, worin die Substitution zwei Atome entfernt ist von dem Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 11, worin der Substituent eine Hydroxylgruppe ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin das Stickstoffatom des quarternären Ammminiumsalzes substituiert ist mit mindestens einer Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl oder Hydroxyalkyl.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 13, worin der Substituent Methyl ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 13, worin das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes substituiert ist mit zwei Methylgruppen und einer Ethylgruppe.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Anionenaustauschverbindung direkt an das synthetische Harzträgerteilchen über eine kovalente Bindung gebunden ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Anionenaustauschverbindung eingebaut ist in ein Latexpolymer, das auf der Oberfläche des synthetischen Harzträgerteilchens abgeschieden ist.
Latex-Polymer, umfassend polymerisierte Monomereinheiten, worin mindestens eine der Monomereinheiten eine Anionenaustauschverbindung ist, umfassend eine Kette, umfassend (i) eine reaktive Gruppe, die im Inneren der Kette ist, wobei die reaktive Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Ester-, Keton- oder Amidgruppe, und (ii) eine Anionenaustauschstelle, die am Ende der Kette ist, wobei die Anionenaustauschstelle aus einem quarternären Ammoniumsalz besteht, das in der Lage ist zum Wechselwirken mit Anionen, die in einem Eluenten sind, der damit in Kontakt ist, und worin das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes von der inneren reaktiven Gruppe durch einen Linker mit einer Länge von mindestens 4 Atomen getrennt ist.
Latexpolymer nach Anspruch 18, das kovalent an ein synthetisches Harzträgerteilchen gebunden ist.
Latexpolymer nach Anspruch 18, das elektrostatisch an ein synthetisches Harzträgerteilchen gebunden ist.
Chromatographiesäule zur Verwendung in der Anionenaustauschchromatographie, umfassend die Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1.
Verfahren zum Trennen von Anionen aus einem Gemisch von Anionen, das in einem Eluenten vorliegt, wobei das Verfahren das In-Kontakt-bringen einer Chromatographiesäule mit dem Eluenten umfasst, wobei die Chromatographiesäule eine Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung umfasst, umfassend: (a) synthetische Harzträgerteilchen; und (b) Anionenaustauschverbindungen, die an die synthetischen Hatzträgerteilchen gebunden sind, wobei die Anionenaustauschverbindungen eine Kette umfassen, umfassend: (i) eine reaktive Gruppe, die im Inneren der Kette ist, wobei die reaktive Gruppe ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus einer Ester-, Keton- oder Amidgruppe, und (ii) eine Anionenaustauschstelle, die am Ende der Kette ist, wobei die Anionenaustauschstelle aus einem quarternären Ammoniumsalz besteht, das in der Lage ist zum Wechselwirken mit Anionen, die in einem Eluenten sind, der damit in Kontakt ist, und worin das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes von der inneren reaktiven Gruppe durch einen Linker mit einer Länge von mindestens 4 Atomen getrennt ist, worin Anionenaustausch an der Anionenaustauschstelle am Ende auftritt.
Verfahren nach Anspruch 22, worin die innere reaktive Gruppe eine Estergruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin der Linker eine Länge von 4 bis etwa 13 Atomen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 24, worin der Linker eine Länge von 4 bis etwa 6 Atomen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 25, worin der Linker eine Länge von 6 Atomen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin jedes der mindestens 4 Atome des Linkers ausgewählt wird aus der Gruppe, bestehend aus substituierten oder unsubstituierten Kohlenstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelatomen.
Verfahren nach Anspruch 27, worin jedes der mindestens 4 Atome des Linkers substituierte oder unsubstituierte Kohlenstoffatome sind.
Verfahren nach Anspruch 28, worin die Kohlenstoffatome Wasserstoff-gesättigt sind.
Verfahren nach Anspruch 22, worin mindestens eines der mindestens 4 Atome des Linkers Sauerstoff oder Schwefel ist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin mindestens ein Atom des Linkers substituiert ist mit einer Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl, Alkoxyl, Hydroxyalkyl oder Hydroxyl.
Verfahren nach Anspruch 31, worin die Substitution zwei Atome entfernt ist von dem Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes.
Verfahren nach Anspruch 32, worin der Substituent eine Hydroxylgruppe ist.
Verfahren nach Anspruch 22, worin das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes substituiert ist mit mindestens einer Gruppe, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Alkyl oder Hydroxyalkyl.
Verfahren nach Anspruch 34, worin der Substituent Methyl ist.
Verfahren nach Anspruch 34, worin das Stickstoffatom des quarternären Ammoniumsalzes substituiert ist mit zwei Methylgruppen und einer Ethylgruppe.
Ionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 13, worin der Substituent Alkyl ist.
Verfahren nach Anspruch 31, worin der Substituent Alkyl ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin die Zusammensetzung in einem gepackten Bett ist.
Anionenaustauschchromatographiezusammensetzung nach Anspruch 1, worin die innere reaktive Gruppe ein Amid ist.