EP1899413A2 - Oberflächenmodifizierung von festen trägermaterialien - Google Patents

Oberflächenmodifizierung von festen trägermaterialien

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EP1899413A2
EP1899413A2 EP06754301A EP06754301A EP1899413A2 EP 1899413 A2 EP1899413 A2 EP 1899413A2 EP 06754301 A EP06754301 A EP 06754301A EP 06754301 A EP06754301 A EP 06754301A EP 1899413 A2 EP1899413 A2 EP 1899413A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
silica gel
moldings
surface modification
atoms
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06754301A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Lubda
Urs Welz-Biermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Merck Patent GmbH
Original Assignee
Merck Patent GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the surface modification of solid support materials, in particular chromatography materials, with silanes, in which the
  • HPLC High Performance Liquid Chromatography
  • a number of support materials for example SiO 2 , Al 2 O 3 or organic polymers can be used directly as sorbent. More often, however, these materials serve as a base material which is suitably modified with separation effectors. In this way, the adsorptive properties of the sorbent are changed, so that a variety of different separation methods is possible. Particularly common is the connection of long hydrocarbon chains as Separations binoren for the representation of, for example reversed phase silica gel (reversed phase).
  • Monofunctional ligands react well and reproducibly with the sorbent, but are readily hydrolyzed.
  • Di- and trifunctional ligands show higher hydrolytic stability, but can only be bound to the sorbent with less reproducibility.
  • the aim of a surface modification is generally to mask the original properties of the support material as completely as possible. Otherwise, interaction of the analytes with the carrier material can lead to undesirable secondary (nonspecific) interactions, which can be recognized in the chromatogram by tailing the substance peaks.
  • Many analytes e.g. Pharmaceutical active ingredients often contain, in addition to acidic, also basic and / or chelating components, which necessitate good and complete shielding of the surface of the support material, in the case of silica gel a shielding of the silanol groups, in order to achieve efficient chromatographic separation. The reason for this is the acidic properties of the silanol groups. With incomplete shielding, these silanol groups lead to secondary interactions.
  • the elemental analysis is used for the absolute determination of the amount of carbon.
  • One of the most powerful methods for studying the type of binding was the solid-state NMR study.
  • 29Si measurements can be used to specify the various silane fractions with their different bond types. For example, it has been found by such methods of investigation that in the conventional modification of a silica gel material with trifunctional silanes only a degree of cross-linking of 24% is achieved.
  • Silica gels typically have about 8 ⁇ mol / m 2 silanol groups on the surface (Porous Silica, KKUnger, Elsevier Scientific Publishing Company, 1979, page 104). But only about half of these silanol groups can be achieved by conventional modification methods. Therefore, it is of great importance to find ways to shield the surface as completely as possible.
  • Silane e.g. Hexamethyldisilazane (HMDS) reacted.
  • HMDS Hexamethyldisilazane
  • This shorter-chain silane has less space requirement and can thus react with silanol groups, which are sterically inaccessible for the longer-chain separation effector.
  • This endcapping of the silanol groups that can still be converted can lead to an increase in the degree of conversion of up to 10%, thereby reducing unspecific interactions.
  • the disadvantage of this method is that the short-chain modifications only show a lower stability in everyday chromatographic routine and for this reason an undesired change in the selectivity can be observed after a relatively short period of use.
  • Liquids can be used particularly advantageous in the introduction of separation effectors in monolithic carrier materials.
  • the present invention is therefore a method for
  • a silica gel material is provided as a solid carrier material in step a).
  • a monolithic silica gel material is provided as carrier material in step a).
  • reaction in step b) takes place in the presence of pure ionic liquid without addition of organic solvents.
  • reaction in step b) takes place at a temperature between 200 and 400 ° C. In a further preferred embodiment, the reaction in step b) takes place in the presence of a hydrophobic ionic liquid.
  • bifunctional silanes are used as silanes in step b).
  • step a) a carrier material is used which already carries separation effectors.
  • the implementation of the invention is the endcapping.
  • a polymer layer is applied in a subsequent step f).
  • FIGS. 1 to 4 show chromatograms of separations made with prior art materials and materials of the present invention. Further explanations can be found in the examples.
  • Solid support materials in the context of the present invention are inorganic or organic support materials which carry functional groups at least on their surface which can react with silanes.
  • suitable materials are optionally correspondingly functionalized polyacrylamides, polyacrylates, vinyl polymers or polystyrene / divinylbenzene copolymers or silica gel, silicates, metal oxides such as aluminum oxide, iron hydroxides, hydroxyapatite or glass or else composite materials, eg of silicon dioxide with fractions of other oxides such as ZrO 2 .
  • inorganic / organic hybrid materials may be, for example, organic / inorganic copolymers or silica-hybrid materials in which the
  • Organoalkoxysilane contains are examples of particulate hybrid materials.
  • particulate hybrid materials can be found, for example, in WO 00/45951 or WO 03/014450. Preference is given to materials which carry Si-OH groups on the surface. Especially preferred are silica gel or silica hybrid materials.
  • the support materials may be porous or non-porous, in the form of e.g. Particles, monolithic moldings, fibers, membranes, filters or correspondingly modified vessel walls. Preference is given to particulate or monolithic materials. In the case of monolithic materials, in particular brittle, inorganic shaped bodies are preferred, as disclosed in WO 94/19 687, WO 95/03 256 or WO 98/29 350. Most preferably, these monolithic materials have a bimodal pore distribution with macropores and mesopores in the walls of the macropores.
  • Silanes in the sense of the present invention are all Si-containing compounds which have at least one functionality with which they can form a covalent bond with the support material (corresponds to L in formula A), and at least one functionality which acts as a separation effector or end Capping (corresponds to R in formula A).
  • these are mono-, di- or tri-functional silanes such as alkoxy or chlorosilanes.
  • other reactive Si-containing compounds such as silazanes, siloxanes, cyclic siloxanes, disilazanes and disiloxanes fall into the term "silanes.” Examples of suitable silanes are given by formula A.
  • L is Cl, Br, I, C 1 -C 5 alkoxy, dialkylamino or trifluoromethanesulfonate and
  • R is straight-chain or branched C1-C30-alkyl (such as, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, sec-butyl, cyclohexyl, octyl, octadecyl), alkenyl, alkynyl, aryl (such as phenyl or alkaryl (such as C 1 -C 5 -phenyl), cyano or cyanoalkyl (such as cyanopropyl), aminoalkyl or hydroxyalkyl (such as aminopropyl or propyldiol), nitro, ester,
  • C1-C30-alkyl such as, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, sec-butyl, cyclohexyl,
  • silanes More detailed information on the reagents are known to the person skilled in the art and are found, for example, in K.K. Unger, Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company, 1979.
  • bifunctional silanes are used according to the invention as silanes.
  • separation effectors are ionic, hydrophobic, chelating or chiral groups, e.g. ionic groups such as the carboxyl or the sulfonic acid group for the
  • Silanes with end-capping functionality are known in the art. These are silanes that have no sterically demanding radicals and thus can react with functionalities on the support material that can not be achieved by silanes with large residues. Suitable silanes with end-capping functionality are, for example, dimethyldimethoxysilane or hexamethyldisilazane.
  • suitable ionic liquids are all ionic liquids in which a surface modification of solid
  • Support materials can be carried out with silanes, in particular due to their solution behavior and reactivity.
  • silanes pure ionic liquids or mixtures of ionic liquids without addition of organic substances are preferred for carrying out the surface modification according to the invention
  • Lonic liquids or liquid salts are ionic species consisting of an organic cation and a generally inorganic anion. They contain no neutral molecules and usually have melting points less than 373 K. However, the melting point may also be higher without limiting the applicability of the salts according to the invention.
  • organic cations include tetraalkylammonium, tetraalkylphosphonium, N-alkylpyridinium, 1, 3-dialkylimidazolium or trialkylsulfonium.
  • Suitable anions are, for example, BF 4 ' , PF 6 “ , SbF 6 ' , NO 3 “ , CF 3 SO 3 “ , (CF 3 SO 2 J 2 N ' , ArylSO 3 ' , CF 3 CO 2 “ , CH 3 CO 2 " or AI 2 CI 7 ' to call.
  • OR ', NR' 2 is, straight-chain or branched alkyl having 1-20 C atoms, straight-chain or branched alkenyl having 2-20 C atoms and one or more double bonds, straight-chain or branched alkynyl having 2-20 C atoms and a or more triple bonds, saturated, partially or completely unsaturated cycloalkyl having 3-7 C
  • Atoms which may be substituted by alkyl groups having 1 -6 C atoms, wherein one or more R partially or fully halogens, in particular -F and / or -Cl, or partially with -OH, -OR ', -CN, -C (O) OH, -C (O) NFT 2 , -SO 2 NR ' 2) -C (O) X, -SO 2 OH, -SO 2 X, -NO 2 , may be substituted,
  • R 1 to R 7 are each independently hydrogen, with hydrogen being excluded for R 7 , straight-chain or branched alkyl having 1 to 20 C atoms, straight-chain or branched alkenyl having 2-20 C atoms and one or more double bonds, straight-chain or branched Alkynyl having 2-20 C atoms and one or more triple bonds, saturated, partially or completely unsaturated cycloalkyl having 3-7 C
  • Heterocyclic cations can be exemplified by the formula (6) [HetN] + (6)
  • R 1 'to R 4 ' are each independently Hydrogen, -CN, -OR ', -NFT 2 , -P (O) R' 2) -P (O) (OR ') 2 , -P (O) (NR' 2 ) 2) -
  • R 1 ' and R 4' may be completely substituted with halogens
  • Suitable substituents R and R 1 to R 7 of the cations of the formulas (1) to (5) according to the invention are preferably hydrogen in addition to hydrogen: C 1 - to C 20 -, in particular C 1 - to C 6 -alkyl groups, and saturated or unsaturated, that is also aromatic, C 3 - to C- 7 -cycloalkyl groups which may be substituted by C 1 to C 6 -alkyl groups, in particular phenyl.
  • the substituents R in the cations of the formula (1) or (2) may be identical or different.
  • the substituents R are the same.
  • the substituent R is particularly preferably methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl or tetradecyl.
  • substituents R 1 to R 3 and R 6 may have a previously stated or particularly preferred meaning.
  • the carbocycles or heterocycles of the above-mentioned guanidinium cations can still be replaced by C 1 to C 6 alkyl, C 1 to C 6 alkenyl, NO 2 , F, Cl, Br, I, OH, C 1 -C 6 -alkoxy, SCF 3 , SO 2 CF 3 , COOH, SO 2 NR " 2 , SO 2 X 'or SO 3 H, where X' and R" are as defined above or later, substituted or unsubstituted phenyl or unsubstituted or substituted heterocycle ,
  • substituents R 1 , R 3 and R 7 may have a previously given or particularly preferred meaning.
  • the carbocycles or heterocycles of the cations specified above can also be replaced by C 1 - to C 6 -alkyl, C 1 - to C 6 -alkenyl, NO 2 , F 1 Cl, Br, I, OH, C 1 -C 6 -alkoxy, SCF 3 , SO 2 CF 3 , COOH, SO 2 NFT 2 , SO 2 X 'or SO 3 H or substituted or unsubstituted phenyl or unsubstituted or substituted heterocycle may be substituted, wherein X' and R "have the meaning given above.
  • the substituents R 1 to R 7 are each, independently of one another, preferably a straight-chain or branched alkyl group having 1 to 10 C atoms.
  • the substituents R 1 and R 2 , R 3 and R 4 and R 5 and R 6 in compounds of the formulas (3) to (5) may be identical or different.
  • R 1 to R 7 are each independently methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, tert-butyl, sec-butyl, phenyl or cyclohexyl, very particularly preferably methyl, ethyl, n-propyl, Isopropyl or n-butyl.
  • Suitable substituents R 1 to R 4 of cations of the formula (6) according to the invention are preferably hydrogen in addition to hydrogen: C 1 to C 20 , in particular C 1 to C 2 alkyl groups, and saturated or unsaturated, ie also aromatic, C 3 - to C 7 -cycloalkyl groups which may be substituted by C r to C 6 - alkyl groups, in particular phenyl.
  • the substituents R 1 and R 4 are each, in each case independently of one another, particularly preferably methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl, sec-butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl, cyclohexyl, phenyl or benzyl. They are very particularly preferably methyl, ethyl, n-butyl or hexyl. In pyrrolidinium, piperidinium or indolinium compounds, the two substituents R 1 and R 4 are preferably different.
  • R 2 ' or R 3> is in each case independently of one another in particular hydrogen, methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl, sec-butyl, tert-butyl, cyclohexyl, phenyl or benzyl.
  • Particularly preferred R 2 is hydrogen, methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl, sec-butyl or tert-butyl.
  • R 2 ' and R 3 are hydrogen.
  • the C r Ci 2 alkyl group for example methyl, ethyl, isopropyl, propyl, butyl, sec-butyl or tert-butyl, furthermore also pentyl, 1 -, 2- or 3-
  • Methylbutyl 1, 1-, 1, 2- or 2,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl or dodecyl.
  • difluoromethyl trifluoromethyl, pentafluoroethyl, heptafluoropropyl or nonafluorobutyl.
  • a straight-chain or branched alkenyl having 2 to 20 carbon atoms, wherein a plurality of double bonds may be present is, for example, allyl 1 2- or 3-butenyl, isobutenyl, sec-butenyl, furthermore 4-pentenyl, iso-pentenyl, hexenyl, Heptenyl, octenyl, -CgH 17 , -C 10 H 19 to -C 20 H 39 ; preferably allyl, 2- or 3-butenyl, isobutenyl, sec-butenyl, furthermore preferred is 4-pentenyl, iso-pentenyl or hexenyl.
  • a straight-chain or branched alkynyl having 2 to 20 C atoms, wherein a plurality of triple bonds may also be present, is, for example, ethinyl, 1- or 2-propynyl, 2- or 3-butynyl, furthermore 4-
  • Aryl-C 1 -C 6 -alkyl is, for example, benzyl, phenylethyl, phenylpropyl, phenylbutyl, phenylpentyl or phenylhexyl, where both the phenyl ring and the alkylene chain, as described above, partially or completely with halogens, in particular -F and / or -Cl, or partially with -OH, -OR ', -CN, -C (O) OH, -C (O) NR' 2> -SO 2 NR ' 2 , -C (O) X, -SO 2 OH, -SO 2 X, -NO 2 , may be substituted.
  • Unsubstituted saturated or partially or fully unsaturated cycloalkyl groups having 3-7 C atoms are therefore cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclopentenyl, cyclopenta-1, 3-dienyl, cyclohexenyl, cyclohexa-1,3-dienyl, cyclohexa-1 , 4-dienyl, phenyl, cycloheptenyl, cyclohepta-1, 3-dienyl, cyclohepta-1, 4-dienyl or
  • Cyclohepta-1, 5-dienyl which may be substituted by C 1 to C 6 alkyl groups, in turn, the cycloalkyl group or substituted with C 1 - to C 6 - alkyl cycloalkyl group with halogen atoms such as F, Cl, Br or I, in particular F or Cl or with -OH, -OR ', -CN, -C (O) OH, -C (O) NFT 2 , -SO 2 NFT 2 , -C (O) X, -SO 2 OH 1 -SO 2 X, NO 2 may be substituted.
  • halogen atoms such as F, Cl, Br or I, in particular F or Cl or with -OH, -OR ', -CN, -C (O) OH, -C (O) NFT 2 , -SO 2 NFT 2 , -C (O) X, -SO 2 OH 1 -SO 2 X, NO 2 may be
  • C 3 - to C 7 -cycloalkyl is, for example, cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl or cycloheptyl.
  • substituted phenyl by C 1 - to C 6 alkyl, C 1 - to C 6 - alkenyl, NO 2 , F, Cl, Br, I 1 OH, C r C 6 alkoxy, SCF 3 , SO 2 CF 3 , COOH, SO 2 X ', SO 2 NFT 2 or SO 3 H substituted phenyl, where X' is F, Cl or Br and R "is a non, partially or perfluorinated C 1 to C 6 alkyl or C 3 - to C 7 - cycloalkyl as defined for R ', for example, o-, m- or p-
  • R 1 to R 4 as heteroaryl is a saturated or unsaturated mono- or bicyclic heterocyclic radical having 5 to 13 ring members understood, wherein 1, 2 or 3 N and / or 1 or 2 S or O atoms may be present and the heterocyclic radical mono- or polysubstituted by C 1 - to Ce-alkyl, C 1 - to C 6 -alkenyl, NO 2 , F, Cl, Br, I, OH, C 1 -C 6 -alkoxy, SCF 3 , SO 2 CF 3 , COOH, SO 2 X ', SO 2 NR " 2 or SO 3 H may be substituted, wherein X' and R" have a meaning given above.
  • the heterocyclic radical is preferably substituted or unsubstituted 2- or 3-furyl, 2- or 3-thienyl, 1-, 2- or 3-pyrrolyl, 1-, 2-, 4- or 5-imidazolyl, 3-, 4- or 5-pyrazolyl, 2-, 4- or 5-oxazolyl, 3-, 4- or 5-isoxazolyl, 2-, 4- or 5-thiazolyl, 3-, 4- or 5-isothiazolyl, 2-, 3- or 4-pyridyl, 2-, 4-, 5- or 6-pyrimidinyl, furthermore preferably 1, 2,3-triazol-1 -, -A- or -5-yl, 1, 2,4-triazoM-, - A- or -5-yl, 1- or 5-tetrazolyl, 1, 2,3-oxadiazol-4 or 5-yl 1, 2,4-oxadiazol-3 or -5-yl, 1, 3,4-thiadiazol-2 or -5-yl, 1, 2,4-thiadiazol-3 or -5-yl, 1, 2,3-thi
  • Benzopyrazolyl 2-, 4-, 5-, 6- or 7-benzoxazolyl, 3-, 4-, 5-, 6- or 7- benzisoxazolyl, 2-, 4-, 5-, 6- or 7-benzthiazolyl, 2-, 4-, 5-, 6- or 7- benzisothiazolyl, 4-, 5-, 6- or 7-benz-2,1,3-oxadiazolyl, 1-, 2-, 3-, 4-, 5 -, 6-, 7- or 8-quinolinyl, 1-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- or 8-isoquinolinyl, 1-, 2-, 3-, 4- or 9-carbazolyl, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- or 9-acridinyl, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- or 8-cinnolinyl, 2-, 4-, 5-, 6-, 7- or 8-quinazolinyl or 1-, 2- or 3-pyrrolidinyl.
  • heteroaryl-C 1 -C 6 -alkyl by analogy with aryl-C 1 -C 6 -alkyl, for example pyridinylmethyl, pyridinylethyl, pyridinylpropyl, pyridinylbutyl, pyridinylpentyl, pyridinylhexyl is understood, in which case the above heterocycles described in this way can be linked to the alkylene chain.
  • HetNT is particularly preferably imidazolium, pyrrolidinium or pyridinium as defined above, wherein the substituents R 1 to R 4 each independently have a meaning as described above.
  • HetN + is very particularly preferably imidazolium, where the substituents R 1 to R 4 each independently of one another have the meaning described above.
  • a straight-chain or branched alkenyl having 2 to 20 C atoms, wherein several double bonds may also be present, is, for example, allyl, 2- or 3-butenyl, isobutenyl, sec-butenyl, furthermore 4-pentenyl, isopentenyl, hexenyl, Heptenyl, octenyl, -CgHi 7 , -C 10 H 19 to -C 20 H 39 ; preferably allyl, 2- or 3-butenyl, isobutenyl, sec-butenyl, furthermore preferred is 4-pentenyl, iso-pentenyl or hexenyl.
  • a straight-chain or branched alkynyl having 2 to 20 C atoms, wherein a plurality of triple bonds may also be present is, for example, ethynyl, 1- or 2-propynyl, 2- or 3-butynyl, furthermore 4-pentynyl, 3-pentynyl, hexynyl, Heptynyl, octynyl, -C 9 Hi 5 , -Ci 0 Hi 7 to -C 2 oH 37 , preferably ethynyl, 1- or 2-propynyl, 2- or 3-butynyl, 4-pentynyl, 3-pentynyl or hexynyl.
  • R F or R F may also be connected in pairs in such a way by single or double bonds that bi- or polycyclic anions arise.
  • R F is pentafluoroethyl, heptafluoropropyl or nonafluorobutyl.
  • R F is preferably trifluoromethyl, pentafluoroethyl, heptafluoropropyl or nonafluorobutyl.
  • Phenanthrenyl which is unsubstituted or one to four times by A or
  • Hal may be substituted, or in each case individually or together, the meaning of a heterocyclic aromatic ring from the group
  • the borates are selected from compounds of the formula (8)
  • ionic liquids e.g. Melting point, thermal and electrochemical stability, viscosity
  • the polarity and hydrophilicity or hydrophobicity can be varied by the appropriate choice of the cation / anion pair.
  • preference is given to using hydrophobic ionic liquids.
  • a person skilled in the art of ionic liquids is able to produce, if appropriate with the aid of the abovementioned anions and cations, ionic liquids having a hydrophobic character.
  • ionic liquids with a large number of fluorine atoms have a rather hydrophobic character.
  • suitable fluorinated anions are bis (trifluoromethanesulfone) imide or trifluoro-tris (pentafluoroethyl) phosphate anions.
  • hydrophobic ionic liquids examples include: 1-hexyl-3-methylimidazolium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide and 1 Butyl 3-methyl imidazolium hexafluorophosphate.
  • An invention particularly preferred ionic liquid is 1 -hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide.
  • the use of basic ionic liquids may be advantageous, since the hydrolysis of silanes and thus their implementation takes place particularly well in basic medium.
  • the process according to the invention comprises at least the following reaction steps a) provision of a solid support material b) reaction of the solid support material with silanes in the presence of ionic liquid c) separation of the support material d) optional washing and drying of the support material
  • reagents used in the method according to the invention and their concentrations correspond to those of the prior art, except for the replacement of the known solvents by ionic liquids. Also with regard to the implementation of the reaction, no adjustments are usually necessary.
  • the silane concentrations are chosen so that the surface modification is largely cross-linked, but the layer thickness forms a monolayer. The advantage of this cross-linking is, in addition to the often better chromatographic selectivity in the chemical stability of such a surface modification. But also the training of multilayers is possible.
  • the number of surface SiOH groups is about 8 ⁇ mol / m 2 . Accordingly, the amount of silanes used should be at least so large that sufficient silane is available to implement all SiOH groups. However, it must be remembered that typically not all SiOH groups actually abreact. Coverage densities between 4 and 6 ⁇ mol / m 2 are typically achievable with monolayers. Otherwise, a multilayer must be selected.
  • the support material is first as completely as possible with the solvent, i. the ionic liquid, wetted. Then, the silane is added slowly with stirring or shaking and usually for a period of 1 to 24 hours, preferably 3 to 8 hours, allowed to react. After completion of the reaction is allowed to cool usually and then separates the support material, for. by filtration or simply decanting the solvent.
  • the support material is subsequently treated with organic solvents, e.g. Heptane or toluene and washed e.g. dried under vacuum.
  • reaction mixture catalysts or
  • Stabilizers are added, as they are also known for the silanization of support materials in the presence of conventional solvents.
  • the reaction is carried out in the presence of ionic liquid which remains stable over the duration of the reaction at temperatures up to 300 ° C, preferably up to 350-450 ° C.
  • ionic liquid which remains stable over the duration of the reaction at temperatures up to 300 ° C, preferably up to 350-450 ° C.
  • the silanization at temperatures between 150 and 450 ° C, preferably between 200 and 400 ° C.
  • Such temperatures are difficult to achieve with conventional organic solvents.
  • the silanization according to the invention often proceeds more rapidly than according to conventional processes.
  • the process of the invention can be carried out in the case of ready-packed columns in the flow. Otherwise, the for Surface modifications used conventional reaction vessels or pressure autoclave.
  • the silanization according to the invention is carried out under protective gas, i. especially oxygen-free, performed. Furthermore, care should be taken to avoid side reactions that all reagents are anhydrous.
  • the alcohol liberated during silanization typically methanol or ethanol
  • the reaction mixture by means of a distillation bridge to shift the equilibrium of the reaction to the product side.
  • ionic liquids as a solvent is particularly suitable for the surface modification of monolithic shaped bodies.
  • the vapor pressure of the solvents is likely to result in partial destruction of the filigree structures in the interior of the molded article. This can be done by
  • monolithic shaped bodies are particularly uniformly modified by the process according to the invention over their entirety, in particular over their entire cross section.
  • a carrier material is used in step a) which has already been surface-modified by the process according to the invention or by conventional processes, ie which already carries separation effectors.
  • the implementation of the invention is the end-capping. End capping is performed to derivatize unreacted reactive groups of the support material, ie react in a second silanization with short-chain silanes.
  • the sorbents prepared by the process according to the invention show very good release properties even without end-capping, so that end-capping in this case is generally not absolutely necessary.
  • a further modification step can be carried out.
  • a reagent is used which can react with the already introduced silanes.
  • a polymer layer is formed in the second modification step.
  • a silane is initially introduced by the process according to the invention, which contains a polymerizable group, typically a polymerizable double bond, such as a vinyl silane.
  • a polymer layer is then formed from monomers whose reaction can be started, for example thermally, chemically or by light irradiation.
  • Suitable organic polymers are, for example, polystyrenes, polymethacrylates, melamines, polysaccharides, polysiloxanes and their derivatives or copolymers of two or more suitable compounds. Also suitable are copolymers of the abovementioned substances with monomers which already carry suitable separation effectors for chromatography, for example copolymers of polystyrenes with compounds which carry ion exchange groups.
  • polystyrenes or polystyrene derivatives preference is given to polymethacrylates or polymethacrylate derivatives, in particular poly (methacrylate), poly (2-hydroxyethyl methacrylate), a copolymer of 2-hydroxyethyl methacrylate and ethyl methacrylate or poly (octadecyl methacrylate). It has been found that also the production of a polymer layer is advantageously carried out in the presence of ionic liquid. Otherwise, the usual reaction conditions can be selected.
  • the surface-modified support materials for chromatography produced by the process according to the invention are distinguished by good separation performance, for example in the chromatography of basic compounds.
  • the tailing is decreasing.
  • the inventive method offers a strong
  • the degree of crosslinking is determined by solid-state NMR (especially 29 Si NMR).
  • the indication means "Poor cross-linking” means that cross-linking levels of maximum 50-60% are achieved A “medium cross-linking” means that about 60-80% cross-linking is achieved. “Good cross-linking” is present at a degree of cross-linking of over 80%.
  • the degree of cross-linking ie the number of residual silanol groups (reactive groups on the silica gel surface) can be recognized by the signals of the surface modification.
  • the resonances occurring at about 0 to -20 ppm (bifunctionally bound modification) and -90 to -120 ppm (silanol / siloxane BuIk) can, as described in the literature, the corresponding structural components assigned.
  • the poorer the cross-linking of the surface modification the higher the signal is at -5ppm.
  • the level of this signal corresponds to the amount of residual silanol groups present, whose NMR resonance signal can be found at about -100 ppm. With a good one
  • Crosslinking of the surface modification is the corresponding signal at about -20ppm pronounced and the signal at -5ppm is barely detectable. For this reason, the reactive silanol groups (resonance at about -100 ppm) are also significantly reduced and can only be recognized as slight training in the resonance peak of the siloxanes of the bulk material.
  • Figures 1 to 4 show, by way of example, chromatograms which were obtained during the separation of the procainamides or triptyline.
  • the inscription of the ordinate (I) stands for intensity, the inscription of the abscissa (RT) for retention time.
  • Figure 1 shows a poor separation
  • Figure 2 shows a good separation of procainamides.
  • Figure 3 shows a bad
  • Figure 4 a good separation of the triptyline.
  • Purospher ® Si 5 .mu.m particles, m 2 having a specific surface area of 320 / g are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the material is suspended in 250 ml of toluene under protective gas and stirring. For surface modification, a mixture of 57.4 g of octadecylmethyldimethoxysilane (M.W. 358.68 g / mol) (10 ⁇ mol / m 2 ) in 50 ml of toluene is added dropwise to the suspension within 30 minutes. Subsequently, the reaction mixture for 5 hours under stirring and inert gas at reflux (bath temperature 12O 0 C) is boiled.
  • M.W. 358.68 g / mol octadecylmethyldimethoxysilane
  • the reaction mixture is the Vacuum filtered silica gel and washed with 3x200ml toluene. After drying the silica gel material for 4 hours under vacuum, the elemental analysis showed a carbon value of 18.0%, which means a surface coverage of 3.22 ⁇ mol / m 2 .
  • Purospher ® Si 5 .mu.m particles having a specific surface area of 320 m 2 / g are dried for four hours under vacuum at 100 ° C. After cooling to room temperature, the material is suspended in 250 ml of toluene under protective gas and stirring. For surface modification, a mixture of 57.4 g of octadecylmethyldimethoxysilane (10 ⁇ mol / m 2 ) in 50 ml of toluene is added dropwise to the suspension within 30 minutes. Subsequently, the reaction mixture is allowed to react for 5 hours under stirring and inert gas at 110 0 C bath temperature.
  • Purospher ® Si 5 .mu.m particles having a specific surface area of 320 m 2 / g are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the material is suspended in 250 ml of toluene under protective gas and stirring.
  • For surface modification is a mixture of 172.2g octadecylmethyldimethoxysilane (30 ⁇ mol / m 2 ) in 150ml of toluene added dropwise within 30 minutes in the suspension. Subsequently, the reaction mixture is allowed to react for 5 hours with stirring and inert gas at 110 ° C bath temperature. To shift the reaction equilibrium with the resulting methanol
  • the NMR study shows poor cross-linking.
  • the material is suspended in 50 ml of toluene under inert gas and stirring.
  • 5 ml of dimethyldichlorosilane are added dropwise to the suspension within 10 minutes.
  • reaction mixture is allowed to react for 5 hours with stirring and inert gas at 120 ° C bath temperature.
  • reaction mixture is allowed to react for 5 hours with stirring and inert gas at 120 ° C bath temperature.
  • the silica gel material is filtered off with suction and washed with 3x50 ml of toluene. After drying the silica gel material for 4 hours under vacuum, the
  • Chromolith ® silica moldings (14g mass), with a specific surface area of 305 m 2 / g, are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the moldings are immersed in 250 ml of toluene under protective gas and maintained until they have completely wetted. For surface modification, a mixture of 15.3g
  • reaction mixture is allowed to react for 5 hours and inert gas with gentle stirring at 110 ° C bath temperature.
  • inert gas with gentle stirring at 110 ° C bath temperature.
  • the resulting methanol is removed from the reaction mixture by means of a distillation bridge.
  • the unreacted silane is washed out of the moldings by means of a flow of 2 ml / minute with 100 ml of toluene.
  • Chromolith ® silica moldings (3.5 g weight), having a specific surface area of 305 m 2 / g, are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the moldings are mixed with 20 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide under protective gas and waited until they have completely wetted.
  • For surface modification is a
  • Chromolith ® silica moldings (3.5 g weight), having a specific surface area of 305 m 2 / g, are dried for four hours under vacuum at 100 ° C. After cooling to room temperature, the moldings are mixed with 20 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide under protective gas and waited until they have completely wetted.
  • Chromolith ® RP-18 silica moldings from experiment 4.2 are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the material is suspended in 20 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide under protective gas and stirring. For capping 2.5 ml of dimethyldimethoxysilane within 10
  • the reaction mixture is allowed to react for 5 hours with stirring and inert gas at 200 0 C bath temperature.
  • the moldings are allowed to stand with three times 100 ml of toluene for 1 hour with gentle stirring.
  • Chromolith ® silica moldings (3.5 g weight), having a specific surface area of 305 m 2 / g, are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the moldings are mixed with 20 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide under protective gas and waited until they have completely wetted.
  • the unreacted silane is washed out of the moldings with the aid of a flow of 2 ml / minute with 10 mmol of toluene.
  • a mixture of 1 ml of dimethydimethoxysilane in 5 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide is recirculated at a flow of 0.3 ml / minute for 5 hours.
  • the moldings stored at 200 0 C in a circulating air drying cabinet.
  • To react the moldings are secured at the bottom with blanking against leaking and allowed to react in a sealed pressure autoclave for five hours at 200 ° C under inert gas.
  • the unreacted silane is washed out of the moldings by means of a flow of 2 ml / minute with 100 ml of toluene.
  • Chromolith ® silica moldings (3.5 g weight), having a specific surface area of 305 m 2 / g, are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the moldings are mixed with 20 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide under protective gas and waited until they have completely wetted.
  • For surface modification is a
  • reaction mixture is allowed to react for 5 hours with stirring and inert gas at 200 ° C bath temperature.
  • the moldings are allowed to stand with three times 100 ml of toluene for 1 hour with gentle stirring.
  • Chromolith ® silica moldings (3.5 g weight), having a specific surface area of 305 m 2 / g, are dried for four hours under vacuum at 100 0 C. After cooling to room temperature, the moldings are mixed with 20 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide under protective gas and waited until they had completely wetted. For surface modification, a mixture of 4.7 g of vinyltrimethoxysilane (30 // mol / m 2 ) in 10 ml of 1-hexyl-3-methylimidazolium-bis (trifluoromethylsulfonyl) imide is added dropwise within 30 minutes with gentle stirring.
  • reaction mixture is allowed to react for 5 hours with gentle stirring and inert gas at 200 ° C bath temperature.
  • the resulting methanol is removed from the reaction mixture by means of a distillation bridge.
  • the moldings are allowed to stand with three times 200 ml of toluene for 1 hour with gentle stirring.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von festen Trägermaterialien, insbesondere Chromatographiematerialien, mit Silanen, bei dem die Oberflächenmodifizierung in Anwesenheit von ionischen Flüssigkeiten durchgeführt wird.

Description

Oberflächenmodifizierung von festen Trägermaterialien
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von festen Trägermaterialien, insbesondere Chromatographiematerialien, mit Silanen, bei dem die
Oberflächenmodifizierung in Anwesenheit von ionischen Flüssigkeiten durchgeführt wird.
Der Einsatz von unmodifizierten und modifizierten anorganischen oder organischen Trägermaterialien zur Trennung von Stoffgemischen ist bereits seit mehr als 50 Jahren bekannt. Die Hochleistungs-Flüssigkeits- Chromatographie (HPLC) hat sich in den vergangenen 25 Jahren zu einer der am weitesten verbreiteten chromatographischen Trenn- und Analysemethoden entwickelt.
Für chromatographische Trennungen können eine Reihe von Trägermaterialien, z.B. SiO2, AI2O3 oder organische Polymere unmittelbar als Sorbens verwendet werden. Häufiger dienen diese Materialien jedoch als Basismaterial, das in geeigneter Weise mit Separationseffektoren modifiziert wird. Auf diese Weise werden die adsorptiven Eigenschaften des Sorbens verändert, so dass eine Vielzahl unterschiedlicher Trennmethoden möglich wird. Besonders gebräuchlich ist die Anbindung langer Kohlenwasserstoffketten als Separationseffektoren zur Darstellung von beispielsweise Umkehrphasen-Kieselgel (Reversed Phase). Heute werden ca. 80% der chromatographischen Trennungen auf Materialien mit „Reversed Phase" Eigenschaften durchgeführt. Die Anbindung der Alkanketten kann über verschiedene Reaktionen erfolgen. So sind Umsetzungen mit Alkyl-Chlorsilanen oder Alkoxysilanen beschrieben. Weiterhin können monofunktionelle, di- oder trifunktionelle Liganden zur Umsetzung mit dem Sorbens verwendet werden.
Monofunktionelle Liganden reagieren gut und reproduzierbar mit dem Sorbens, werden aber leicht abhydrolysiert. Di- und trifunktionelle Liganden zeigen höhere Hydrolysestabilität, können aber nur schlechter reproduzierbar an das Sorbens gebunden werden.
Ziel einer Oberflächenmodifizierung ist es im Allgemeinen, die ursprünglich vorhandenen Eigenschaften des Trägermaterials möglichst vollständig zu maskieren. Ansonsten kann es durch Wechselwirkung der Analyten mit dem Trägermaterial zu unerwünschten sekundären (unspezifischen) Wechselwirkungen kommen, die im Chromatogramm durch Tailing der Substanzpeaks erkannt werden können. Viele Analyten, wie z.B. pharmazeutische Wirkstoffe, enthalten neben sauren häufig auch basische und/oder chelatisierende Anteile, die eine gute und vollständige Abschirmung der Oberfläche des Trägermaterials, im Fall von Kieselgel eine Abschirmung der Silanolgruppen, notwendig machen, um eine effiziente chromatographische Auftrennung zu erreichen. Der Grund hierfür sind die sauren Eigenschaften der Silanolgruppen. Bei unvollständiger Abschirmung führen diese Silanolgruppen zu sekundären Wechselwirkungen.
Die verschiedenen Arten von Oberflächensilanolgruppen in Kieselgelmaterialien sowie die möglichen Modifizierungsprodukte nach Anbindung organischer Funktionalitäten wurden bereits mit vielen physikalischen Analysen der Oberfläche untersucht.
Für die absolute Bestimmung der Kohlenstoffmenge wird dabei die Elementaranalyse eingesetzt. Als eine der leistungsfähigsten Methoden zur Untersuchung der Bindungsart stellte sich die Festkörper NMR- Untersuchung heraus. Durch 29Si-Messungen können neben den Silanolgruppen auch die verschiedenen Silananteile mit ihren unterschiedlichen Bindungsarten spezifiziert werden. Mit derartigen Untersuchungsmethoden konnte beispielsweise festgestellt werden, dass bei der herkömmlichen Modifizierung eines Kieselgelmaterials mit trifunktionellen Silanen nur ein Quervernetzungsgrad von 24% erreicht wird. Kieselgele haben typischerweise auf der Oberfläche ca. 8μmol/m2 Silanolgruppen (Porous Silica, K.K.Unger, Elsevier Scientific Publishing Company, 1979, Seite 104). Aber nur ca. die Hälfte dieser Silanolgruppen ist durch übliche Modifizierungsverfahren erreichbar. Daher ist es von großer Bedeutung, Möglichkeiten zur möglichst vollständigen Abschirmung der Oberfläche zu finden.
Eine Möglichkeit ist das sogenannte Endcapping. Nach Umsetzung des Trägermaterials mit dem gewünschten, zumeist längerkettigen Separationseffektor wird das Material erneut mit einem kürze rkettigen
Silan, z.B. Hexamethyldisilazan (HMDS), umgesetzt. Dieses kürzerkettige Silan hat weniger Platzbedarf und kann so mit Silanolgruppen reagieren, die für den längerkettigen Separationseffektor sterisch nicht mehr erreichbar sind. Dieses Endcapping der noch umsetzbaren Silanolgruppen kann zu einer Steigerung des Umsetzungsgrades von bis zu 10% führen und dadurch die unspezifischen Wechselwirkungen verringern. Der Nachteil dieser Methode ist, dass die kurzkettigen Modifizierungen nur eine geringere Stabilität im chromatographischen Alltag zeigen und aus diesem Grund eine nicht gewünschte Veränderung der Selektivität nach relativ kurzer Verwendungsdauer beobachtet werden kann.
Ein anderer Weg der Abschirmung der Kieselgeloberfläche wird in WO 93/25307 offenbart. Durch die definierte Oberflächenbenetzung mit Wasser und Verwendung von trifunktionellen Silanen wird eine monomolekulare Schicht auf der Oberfläche hergestellt und quervernetzt.
Keine der bekannten Methoden bietet jedoch eine Möglichkeit, eine Oberflächenmodifizierung mit vollständiger Abschirmung des Trägermaterials und zugleich langen Standzeiten zu erzeugen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine alternative Methode zur Einführung einer stabilen Oberflächenmodifikation zu finden. - A -
Es wurde gefunden, dass beim Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als Lösungsmittel zur Oberflächenmodifizierung chromatographische Trägermaterialien mit guter Quervernetzung der Silanmodifizierung und guten chromatographischen Trenneigenschaften erhalten werden. Es wurde gefunden, dass die Oberflächenmodifizierung unter Einsatz ionischer
Flüssigkeiten besonders vorteilhaft bei der Einführung von Separationseffektoren in monolithische Trägermaterialien eingesetzt werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur
Oberflächenmodifizierung von festen Trägermaterialien, gekennzeichnet durch folgende Reaktionsschritte a) Bereitstellen eines festen Trägermaterials b) Umsetzung des festen Trägermaterials mit Silanen in Anwesenheit von ionischer Flüssigkeit als Lösungsmittel c) Abtrennen des Trägermaterials d) Optional Waschen und Trocknen des Trägermaterials
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) ein Kieselgel- Material als festes Trägermaterial bereitgestellt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in Schritt a) als Trägermaterial ein monolithisches Kieselgel-Material bereitgestellt.
in einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung in Schritt b) in Anwesenheit von reiner ionischer Flüssigkeit ohne Zusatz organischer Lösungsmittel.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung in Schritt b) bei einer Temperatur zwischen 200 und 400 0C. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umsetzung in Schritt b) in Anwesenheit einer hydrophoben ionischen Flüssigkeit.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden in Schritt b) als Silane bifunktionelle Silane eingesetzt.
In einer weiteren Ausführungsform wird in Schritt a) ein Trägermaterial eingesetzt, das schon Separationseffektoren trägt. In diesem Fall dient die erfindungsgemäße Umsetzung dem Endcapping.
In einer weiteren Ausführungsform wird nach Durchführung der erfindungsgemäßen Oberflächenmodifizierung in einem anschließenden Schritt f) eine Polymerschicht aufgebracht.
Die Abbildungen 1 bis 4 zeigen Chromatogramme von Trennungen, die mit Materialien nach dem Stand der Technik bzw. erfindungsgemäßen Materialien durchgeführt worden sind. Nähere Erläuterungen finden sich in den Beispielen.
Feste Trägermaterialien im Sinne der vorliegenden Erfindung sind anorganische oder organische Trägermaterialien, die zumindest an ihrer Oberfläche funktionelle Gruppen tragen, die mit Silanen reagieren können. Beispiele für geeignete Materialien sind gegebenenfalls entsprechend funktionalisierte Polyacrylamide, Polyacrylate, Vinylpolymere oder Polystyrol/Divinylbenzol Copolymere oder Kieselgel, Silikate, Metalloxide wie Aluminiumoxid, Eisenhydroxide, Hydroxylapatit oder Glas oder auch Kompositmaterialien, z.B. aus Siliziumdioxid mit Anteilen anderer Oxide, wie z.B. ZrO2. Weiterhin geeignet sind anorganisch/organische Hybrid- Materialien. Dies können beispielsweise zum einen organisch/anorganische Co-Polymerisate sein oder Silica-Hybrid-Materialien, bei denen das
Monomersol nicht nur Alkoxysilane sondern auch Organoalkoxysilane, d.h. typischerweise zumindest 10%, bevorzugt 20 bis 100% Organoalkoxysilane, enthält. Beispiele für partikuläre Hybrid-Materialien finden sich z.B. in WO 00/45951 oder WO 03/014450. Bevorzugt sind Materialien, die an der Oberfläche Si-OH Gruppen tragen. Besonders bevorzugt sind Kieselgel oder Silica-Hybrid-Materialien.
Die Trägermaterialien können porös oder unporös sein, in Form von z.B. Partikeln, monolithischen Formkörpern, Fasern, Membranen, Filtern oder entsprechend modifizierten Gefäßwänden. Bevorzugt sind partikuläre oder monolithische Materialien. Bei monolithischen Materialien sind insbesondere spröde, anorganische Formkörper bevorzugt, wie sie in WO 94/19 687, WO 95/03 256 oder WO 98/29 350 offenbart sind. Besonders bevorzugt haben diese monolithischen Materialien eine bimodale Porenverteilung mit Makroporen und Mesoporen in den Wänden der Makroporen.
Silane im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle Si-haltigen Verbindungen, die zumindest eine Funktionalität aufweisen, mit der sie eine kovalente Bindung mit dem Trägermaterial eingehen können (entspricht L in Formel A), und zumindest eine Funktionalität, die als Separationseffektor oder zum End-Capping dienen kann (entspricht R in Formel A). Im allgemeinen sind dies mono-, di- oder tri-funktionelle Silane wie Alkoxy- oder Chlorsilane. Auch andere reaktive Si-haltige Verbindungen wie Silazane, Siloxane, cyclische Siloxane, Disilazane und Disiloxane fallen erfindungsgemäß unter den Begriff „Silane". Beispiele für geeignete Silane gibt Formel A,
LnRmSi A
wobei 1 < m ≤ 3 und 1 < n < 3 und wobei n + m zusammen 4 ergibt,
L Cl, Br, I, C1 -C5 alkoxy, dialkylamino oder trifluormethansulfonat ist und
R geradkettig oder verzweigt C1 bis C30 alkyl (wie z.B. methyl, ethyl, n-propyl, jsopropyl, n-butyl, tert.-butyl, sek.-butyl, cyclohexyl, octyl, octadecyl), alkenyl, alkinyl, aryl (wie phenyl) oder alkaryl (wie C1 -C5- phenyl), cyano oder cyanoalkyl (wie cyanopropyl), aminoalkyl oder hydroxyalkyl (wie aminopropyl oder propyldiol), nitro, ester,
Ionenaustauscher, etc. Dabei kann R bei m = 2 oder 3 auch zwei oder drei verschiedene
Bedeutungen haben, so dass in einem Molekül ein bis drei gleiche oder verschiedene Reste R vorhanden sein können.
Genauere Angaben zu den Reagenzien sind dem Fachmann bekannt und finden sich beispielsweise in K.K. Unger, Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company, 1979. In einer bevorzugten Ausführungsform werden erfindungsgemäß als Silane bifunktionelle Silane eingesetzt.
Beispiele für besonders geeignete Separationseffektoren sind ionische, hydrophobe, chelatisierende oder chirale Gruppen, z.B. ionische Gruppen wie die Carboxyl- oder die Sulfonsäuregruppe für die
Kationenaustauschchromatographie, alkylierte Amino- oder Ammoniumgruppen für die Anionenaustauscherchromatographie, lang- und mittel- kettige Alkylgruppen oder Arylgruppen für die reversed-phase Chromatographie. Weitere Einzelheiten zu möglichen Separationseffektoren und geeigneten Silanen finden sich in WO 94/19687, insbesondere auf den Seiten 4 und 5.
Silane mit End-Capping Funktionalität sind dem Fachmann bekannt. Es handelt sich um Silane, die keine sterisch anspruchsvollen Reste aufweisen und somit auch mit Funktionalitäten am Trägermaterial reagieren können, die von Silanen mit großen Resten nicht erreicht werden können. Geeignete Silane mit End-Capping Funktionalität sind beispielsweise Dimethyldimethoxysilan oder Hexamethyldisilazan.
Erfindungsgemäß geeignete ionische Flüssigkeiten sind alle ionischen Flüssigkeiten, in denen eine Oberflächenmodifizierung von festen
Trägermaterialien mit Silanen insbesondere aufgrund deren Lösungsverhaltens und Reaktivität durchgeführt werden kann. In der Regel werden für die Durchführung der erfindungsgemäßen Oberflächemodifizierung bevorzugt reine ionische Flüssigkeiten oder Gemische von ionischen Flüssigkeiten ohne Zusatz organischer
Lösungsmittel verwendet. In Einzelfällen kann jedoch auch der Zusatz von bis zu 50% typischerweise hochsiedender, mit den ionischen Flüssigkeiten ausreichend mischbarer organischer Lösungsmittel nützlich sein. „In Anwesenheit von ionischer Flüssigkeit als Lösungsmittel" bedeutet daher erfindungsgemäß: In Anwesenheit von einer reinen ionischen Flüssigkeit oder eines Gemisches mindestens zweier ionischer Flüssigkeiten oder einer oder mehrerer ionischer Flüssigkeiten gemischt mit bis zu 50% einer oder mehrer organischer Lösungsmittel. Bevorzugt wird erfindungsgemäß eine reine ionische Flüssigkeit eingesetzt.
Übersichtsartikel zu ionischen Flüssigkeiten sind beispielsweise R. Sheldon „Catalytic reactions in ionic liquids", Chem. Commun., 2001 , 2399-2407; MJ. Earle, K.R. Seddon "Ionic liquids. Green solvent for the future", Pure Appl. Chem., 72 (2000), 1391-1398; P. Wasserscheid, W. Keim „Ionische Flüssigkeiten - neue Lösungen für die Übergangsmetallkatalyse", Angew. Chem., 112 (2000), 3926-3945; T. Welton „Room temperature ionic liquids. Solvente for synthesis and catalysis", Chem. Rev., 92 (1999), 2071 -2083 oder R. Hagiwara, Ya. Ito „Room temperature ionic liquids of alkylimidazolium cations and fluoroanions", J. Fluorine Chem., 105 (2000), 221 -227). lonische Flüssigkeiten oder flüssige Salze sind ionische Spezies, die aus einem organischen Kation und einem in der Regel anorganischen Anion bestehen. Sie enthalten keine neutralen Moleküle und weisen meistens Schmelzpunkte kleiner 373 K auf. Der Schmelzpunkt kann jedoch auch höher liegen, ohne die erfindungsgemäße Anwendbarkeit der Salze zu beschränken. Beispiele für organische Kationen sind unter anderem Tetraalkylammonium, Tetraalkylphosphonium, N-Alkylpyridinium, 1 ,3- Dialkylimidazolium oder Trialkylsulfonium. Unter einer Vielzahl von geeigneten Anionen sind beispielsweise BF4 ', PF6 ", SbF6 ', NO3 ", CF3SO3 ", (CF3SO2J2N', ArylSO3 ', CF3CO2 ", CH3CO2 " oder AI2CI7 ' zu nennen.
Weitere Beispiele für geeignete organische Kationen sind: Ammonium-Kationen gemäß Formel (1 )
[NFU]+ (1),
Phosphonium-Kationen gemäß Formel (2) [PR4J+ (2),
wobei
R jeweils unabhängig voneinander
H, wobei nicht alle Substituenten R gleichzeitig H sein dürfen,
OR', NR'2, mit der Maßgabe, dass maximal ein Substituent R in Formel (1 )
OR', NR'2 ist, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1-20 C-Atomen, geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Doppelbindungen, geradkettiges oder verzweigtes Alkinyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Dreifachbindungen, gesättigtes, teilweise oder vollständig ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C-
Atomen, das mit Alkylgruppen mit 1 -6 C-Atomen substituiert sein kann, wobei ein oder mehrere R teilweise oder vollständig mit Halogenen, insbesondere -F und/oder -Cl, oder teilweise mit -OH, -OR', -CN, -C(O)OH, -C(O)NFT2, -SO2NR'2) -C(O)X, -SO2OH, -SO2X, -NO2, substituiert sein können,
und wobei ein oder zwei nicht benachbarte und nicht α-ständige Kohlenstoff atome des R, durch Atome und/oder Atomgruppierungen ausgewählt aus der Gruppe O-, -S-, -S(O)-, -SO2-, -SO2O-, -C(O)-, -C(O)O- , -N+R 2-, -P(O)R1O-, -C(O)NR'-, -SO2NR'-, -OP(O)R1O-, -P(O)(NR'2)NR'-, - PR'2=N- oder -P(O)R'- mit R' = H, nicht, teilweise oder perfluoriertes d- bis C6-AIkVl, C3- bis C7-Cycloalkyl, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl, und X = Halogen ersetzt sein kann.
Uronium-Kationen können beispielsweise durch die Formel (3) [(R1R2N)-C(=OR7)(NR3R4)]+ (3),
Thiouronium-Kationen durch die Formel (4),
[(R1R2N)-C(=SR7)(NR3R4)]+ (4),
Guanidinium-Kationen durch die Formel (5)
[C(NR1 R2)(NR3R4)(NR5R6)]+ (5),
beschrieben werden, wobei
R1 bis R7 jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, wobei Wasserstoff für R7 ausgeschlossen wird, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 bis 20 C-Atomen, geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Doppelbindungen, geradkettiges oder verzweigtes Alkinyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Dreifachbindungen, gesättigtes, teilweise oder vollständig ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C-
Atomen, das mit Alkylgruppen mit 1-6 C-Atomen substituiert sein kann, bedeutet, wobei ein oder mehrere der Substituenten R1 bis R7 teilweise oder vollständig mit Halogenen, insbesondere -F und/oder -Cl, oder teilweise mit -OH, -OR', -CN, -C(O)OH, -C(O)NFV2, -SO2NR'2, -C(O)X, -SO2OH, -SO2X, -NO2, substituiert sein können, wobei jedoch nicht alle Substituenten an einem N-Atom vollständig mit Halogenen substituiert sein dürfen, und wobei ein oder zwei nicht benachbarte und nicht direkt am Heteroatom gebundene Kohlenstoffatome der Substituenten R1 bis R6 durch Atome und/oder Atomgruppierungen ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -S(O)-, - SO2-, -SO2O-, -C(O)-, -C(O)O-, -N+RV, -P(O)R1O-, -C(O)NR'-, -SO2NR'-, - OP(O)R1O-, -P(O)(NFP2)NFT-, -PFT2=N- oder -P(O)R'- mit R' = H, nicht, teilweise oder perfluoriertes d- bis Cβ-Alkyl, C3- bis C7-Cycloalkyl, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl, und X = Halogen ersetzt sein kann.
Heterocyclische Kationen können beispielsweise durch die Formel (6) [HetN]+ (6)
beschrieben werden, wobei
HetN+ ein heterocyclisches Kation, ausgewählt aus der Gruppe
Imidazolium 1H-Pyrazolium 3H-Pyrazolium 4H-Pyrazolium 1 -Pyrazolinium
2-Pyrazolinium 3-Pyrazolinium 2,3-Dihydro-lmidazolinium 4,5-Dihydro-lmidazolinium
2,5-Dιhydro-lmιdazolιnιum Pyrrolidinium
1 ,2,4-Trιazolιum
1 ,2,4-Tπazolιum 1 ,2,3-Trιazohum 1 ,2,3-Trιazolιum
Indolium
bedeutet, wobei die Substituenten
R1' bis R4' jeweils unabhängig voneinander Wasserstoff, -CN, -OR', -NFT2, -P(O)R'2) -P(O)(OR')2, -P(O)(NR'2)2) -
C(O)R', -C(O)OR', geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 -20 C-Atomen, geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Doppelbindungen, geradkettiges oder verzweigtes Alkinyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Dreifachbindungen, gesättigtes, teilweise oder vollständig ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C-
Atomen, das mit Alkylgruppen mit 1-6 C-Atomen substituiert sein kann, gesättigtes, teilweise oder vollständig ungesättigtes Heteroaryl,
Heteroaryl-Ci-C6-alkyl oder Aryl-Ci-C6-alkyl bedeutet, wobei die Substituenten R1 , R2 , R3 und/oder R4 zusammen auch ein
Ringsystem bilden können, wobei ein oder mehrere Substituenten R1' bis R4' teilweise oder vollständig mit Halogenen, insbesondere -F und/oder -Cl, oder teilweise mit -OH, -OR',
-CN, -C(O)OH, -C(O)NR'2l -SO2NR'2) -C(O)X1 -SO2OH, -SO2X, -NO2, substituiert sein können, wobei jedoch nicht gleichzeitig R1' und R4' vollständig mit Halogenen substituiert sein dürfen,
und wobei ein oder zwei nicht benachbarte und nicht am Heteroatom gebundene Kohlenstoffatome der Substituenten R1' bis R4', durch Atome und/oder Atomgruppierungen ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -S(O)-, - SO2- oder -P(O)R'- mit R' = nicht, teilweise oder perfluoriertes C1- bis C6- Alkyl, C3- bis C7-Cycloalkyl, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl, ersetzt sein können.
Unter vollständig ungesättigten Substituenten werden im Sinne der vorliegenden Erfindung auch aromatische Substituenten verstanden.
Als Substituenten R und R1 bis R7 der Kationen der Formeln (1) bis (5) kommen erfindungsgemäß dabei neben Wasserstoff bevorzugt in Frage: Ci- bis C20-, insbesondere d- bis Cu-Alkylgruppen, und gesättigte oder ungesättigte, d.h. auch aromatische, C3- bis C-7-Cycloalkylgruppen, die mit Cr bis C-6-Alkylgruppen substituiert sein können, insbesondere Phenyl.
Die Substituenten R in den Kationen der Formel (1 ) oder (2) können dabei gleich oder verschieden sein. Bevorzugt sind die Substituenten R gleich.
Der Substituent R ist insbesondere bevorzugt Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl, Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Hexyl, Octyl, Decyl oder Tetradecyl.
Bis zu vier Substituenten des Guanidinium-Kations
[C(NR1 R2)(NR3R4)(NR5R6)]+ können auch paarweise derart verbunden sein, dass mono-, bi- oder polycyclische Kationen entstehen.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind Beispiele für solche
Guanidinium-Kationen:
, wobei die Substituenten R1 bis R3 und R6 eine zuvor angegebene oder besonders bevorzugte Bedeutung haben können. Gegebenenfalls können die Carbocyclen oder Heterocyclen der zuvor angegebenen Guanidinium-Kationen noch durch d- bis Cβ-Alkyl, Cr bis Cβ-Alkenyl, NO2, F, Cl, Br, I, OH, C1-C6-AIkOXy, SCF3, SO2CF3, COOH, SO2NR"2, SO2X' oder SO3H substituiert sein, wobei X' und R" eine zuvor oder später angegebene Bedeutung haben, substituiertes oder unsubstituiertes Phenyl oder unsubstituierter oder substituierter Heterocyclus substituiert sein.
Bis zu vier Substituenten des Uroniumkations [(R1R2N)-C(=OR7)(NR3R4)]+ oder des Thiouroniumkations [(R1R2N)-C(=SR7)(NR3R4)]+ können auch paarweise derart verbunden sein, dass mono-, bi- oder polycyclische Kationen entstehen.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind Beispiele für solche Kationen im folgenden angegeben, wobei Y = O oder S bedeutet:
, wobei die Substituenten R1, R3 und R7 eine zuvor angegebene oder besonders bevorzugte Bedeutung haben können. Gegebenenfalls können die Carbocyclen oder Heterocyclen der zuvor angegebenen Kationen noch durch d- bis C6-Alkyl, d- bis Cβ-Alkenyl, NO2, F1 Cl, Br, I, OH, CrC6-Alkoxy, SCF3, SO2CF3, COOH, SO2NFT2, SO2X' oder SO3H oder substituiertes oder unsubstituiertes Phenyl oder unsubstituierter oder substituierter Heterocyclus substituiert sein, wobei X' und R" eine zuvor angegebene Bedeutung haben.
Die Substituenten R1 bis R7 sind jeweils unabhängig voneinander bevorzugt eine geradkettige oder verzweigte Alkylgruppe mit 1 bis 10 C-Atomen. Die Substituenten R1 und R2, R3 und R4 und R5 und R6 in Verbindungen der Formeln (3) bis (5) können dabei gleich oder verschieden sein. Besonders bevorzugt sind R1 bis R7 jeweils unabhängig voneinander Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl, n-Butyl, tert.-Butyl, sek.-Butyl, Phenyl oder Cyclohexyl, ganz besonders bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Propyl, Isopropyl oder n-Butyl.
Als Substituenten R1 bis R4 von Kationen der Formel (6) kommen erfindungsgemäß dabei neben Wasserstoff bevorzugt in Frage: d- bis C20- , insbesondere d- bis Ci2-Alkylgruppen, und gesättigte oder ungesättigte, d.h. auch aromatische, C3- bis C7-Cycloalkylgruppen, die mit Cr bis C6- Alkylgruppen substituiert sein können, insbesondere Phenyl.
Die Substituenten R1 und R4 sind jeweils unabhängig voneinander insbesondere bevorzugt Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl, Butyl, sek.-Butyl, tert.-Butyl, Pentyl, Hexyl, Octyl, Decyl, Cyclohexyl, Phenyl oder Benzyl. Sie sind ganz besonders bevorzugt Methyl, Ethyl, n-Butyl oder Hexyl. In Pyrrolidinium-, Piperidinium- oder Indolinium-Verbindungen sind die beiden Substituenten R1 und R4 bevorzugt unterschiedlich.
Der Substituent R2' oder R3> ist jeweils unabhänigig voneinander insbesondere Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl, Butyl, sek.- Butyl, tert.-Butyl, Cyclohexyl, Phenyl oder Benzyl. Besonders bevorzugt ist R2 Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl, Butyl, sek.-Butyl oder tert.- Butyl. Ganz besonders bevorzugt sind R2' und R3 Wasserstoff.
Die CrCi2-Alkylgruppe ist beispielsweise Methyl, Ethyl, Isopropyl, Propyl, Butyl, sek.-Butyl oder tert.-Butyl, ferner auch Pentyl, 1 -, 2- oder 3-
Methylbutyl, 1 ,1-, 1 ,2- oder 2,2-Dimethylpropyl, 1-Ethylpropyl, Hexyl, Heptyl, Octyl, Nonyl, Decyl, Undecyl oder Dodecyl. Gegebenenfalls Difluormethyl, Trifluormethyl, Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl oder Nonafluorbutyl.
Ein geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2 bis 20 C-Atomen, wobei auch mehrere Doppelbindungen vorhanden sein können, ist beispielsweise AIIyI1 2- oder 3-Butenyl, Isobutenyl, sek.-Butenyl, ferner 4-Pentenyl, iso- Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, -CgH17, -C10H19 bis -C20H39; vorzugsweise AIIyI, 2- oder 3-Butenyl, Isobutenyl, sek.-Butenyl, ferner bevorzugt ist 4-Pentenyl, iso-Pentenyl oder Hexenyl.
Ein geradkettiges oder verzweigtes Alkinyl mit 2 bis 20 C-Atomen, wobei auch mehrere Dreifachbindungen vorhanden sein können, ist beispielsweise Ethinyl, 1 - oder 2-Propinyl, 2- oder 3-Butinyl, ferner 4-
Pentinyl, 3-Pentinyl, Hexinyl, Heptinyl, Octinyl, -C9Hi5, -Ci0Hi7 bis -C2oH37, vorzugsweise Ethinyl, 1- oder 2-Propinyl, 2- oder 3-Butinyl, 4-Pentinyl, 3- Pentinyl oder Hexinyl.
Aryl-CrC6-alkyl bedeutet beispielsweise Benzyl, Phenylethyl, Phenylpropyl, Phenylbutyl, Phenylpentyl oder Phenylhexyl, wobei sowohl der Phenylring als auch die Alkylenkette, wie zuvor beschrieben teilweise oder vollständig mit Halogenen, insbesondere -F und/oder -Cl, oder teilweise mit -OH, -OR', -CN, -C(O)OH, -C(O)NR'2> -SO2NR'2, -C(O)X, -SO2OH, -SO2X, -NO2, substituiert sein können. Unsubstituierte gesättigte oder teilweise oder vollständig ungesättigte Cycloalkylgruppen mit 3-7 C-Atomen sind daher Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl, Cycloheptyl, Cyclopentenyl, Cyclopenta-1 ,3- dienyl, Cyclohexenyl, Cyclohexa-1 ,3-dienyl, Cyclohexa-1 ,4-dienyl, Phenyl, Cycloheptenyl, Cyclohepta-1 ,3-dienyl, Cyclohepta-1 ,4-dienyl oder
Cyclohepta-1 ,5-dienyl, welche mit d- bis C6-Alkylgruppen substituiert sein können, wobei wiederum die Cycloalkylgruppe oder die mit d- bis C6- Alkylgruppen substituierte Cycloalkylgruppe auch mit Halogenatomen wie F, Cl, Br oder I, insbesondere F oder Cl oder mit -OH, -OR', -CN, -C(O)OH, -C(O)NFT2, -SO2NFT2, -C(O)X, -SO2OH1 -SO2X, NO2 substituiert sein kann.
In den Substituenten R, R1 bis R6 oder R1 bis R4 können auch ein oder zwei nicht benachbarte und nicht α-ständig zum Heteroatom gebundene Kohlenstoffatome, durch Atome und/oder Atomgruppierungen ausgewählt aus der Gruppe -O-, -S-, -S(O)-, -SO2-, -SO2O-, -C(O)-, -C(O)O-, -N+R'2-, - P(O)R1O-, -C(O)NR'-, -SO2NR'-, -OP(O)R1O-, -P(O)(NR'2)NR'-, -PR'2=N- oder -P(O)R'- ersetzt werden, mit R' = nicht, teilweise oder perfluoriertes Cr bis C6-Alkyl, C3- bis C7-Cycloalkyl, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind Beispiele für derart modifizierte Substituenten R, R1 bis R6 und R1' bis R4':
-OCH3, -OCH(CHs)2, -CH2OCH3, -CH2-CH2-O-CH3, -C2H4OCH(CH3)2, - C2H4SC2H5, -C2H4SCH(CHs)2, -S(O)CH3, -SO2CH3, -SO2C6H5, -SO2C3H7, - SO2CH(CH3) 2, -SO2CH2CF3, -CH2SO2CH3, -0-C4H8-O-C4H9, -CF3, -C2F5, - C3F7, -C4F9, -C(CFs)3, -CF2SO2CF3, -C2F4N(C2F5)C2F5, -CHF2, -CH2CF3, - C2F2H3, -C3FH6, -CH2C3F7, -C(CFH2)3, -CH2C(O)OH, -CH2C6H5, -C(O)C6H5 oder P(O)(C2Hs)2.
in R' ist C3- bis C7-Cycloalkyl beispielweise Cyclopropyl, Cyclobutyl, Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cycloheptyl. In R' bedeutet substituiertes Phenyl, durch d- bis C6-Alkyl, C1- bis C6- Alkenyl, NO2, F, Cl, Br, I1 OH, CrC6-Alkoxy, SCF3, SO2CF3, COOH, SO2X', SO2NFT2 oder SO3H substituiertes Phenyl, wobei X' F, Cl oder Br und R" ein nicht, teilweise oder perfluoriertes d- bis C6-Alkyl oder C3- bis C7- Cycloalkyl wie für R' definiert bedeutet, beispielsweise, o-, m- oder p-
Methylphenyl, o-, m- oder p-Ethylphenyl, o-, m- oder p-Propylphenyl, o-, m- oder p-lsopropylphenyl, o-, m- oder p-tert.-Butylphenyl, o-, m- oder p- Nitrophenyl, o-, m- oder p-Hydroxyphenyl, o-, m- oder p-Methoxyphenyl, o-, m- oder p-Ethoxyphenyl, o-, m-, p-(Trifluormethyl)phenyl, o-, m-, p- (Trifluormethoxy)phenyl, o-, m-, p-(Trifluormethylsulfonyl)phenyl, o-, m- oder p-Fluorphenyl, o-, m- oder p-Chlorphenyl, o-, m- oder p-Bromphenyl, o-, m- oder p-lodphenyl, weiter bevorzugt 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Dimethylphenyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Dihydroxyphenyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Difluorphenyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Dichlorphenyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Dibromphenyl, 2,3-, 2,4-, 2,5-, 2,6-, 3,4- oder 3,5-Dimethoxyphenyl, 5-Fluor-2- methylphenyl, 3,4,5-Trimethoxyphenyl oder 2,4,5-Trimethylphenyl.
In R1 bis R4 wird als Heteroaryl ein gesättigter oder ungesättigter mono- oder bicyclischer heterocyclischer Rest mit 5 bis 13 Ringgliedern verstanden, wobei 1 , 2 oder 3 N- und/oder 1 oder 2 S- oder O-Atome vorliegen können und der heterocyclische Rest ein- oder mehrfach durch C1- bis Ce-Alkyl, C1- bis C6-Alkenyl, NO2, F, Cl, Br, I, OH, C1-C6-AIkOXy, SCF3, SO2CF3, COOH, SO2X', SO2NR"2 oder SO3H substituiert sein kann, wobei X' und R" eine zuvor angegebene Bedeutung haben. Der heterocyclische Rest ist vorzugsweise substituiertes oder unsubstituiertes 2- oder 3-Furyl, 2- oder 3-Thienyl, 1-, 2- oder 3-Pyrrolyl, 1 -, 2-, 4- oder 5-lmidazolyl, 3-, 4- oder 5-Pyrazolyl, 2-, 4- oder 5-Oxazolyl, 3-, 4- oder 5-lsoxazolyl, 2-, 4- oder 5-Thiazolyl, 3-, 4- oder 5-lsothiazolyl, 2-, 3- oder 4-Pyridyl, 2-, 4-, 5- oder 6-Pyrimidinyl, weiterhin bevorzugt 1 ,2,3- Triazol-1 -, -A- oder -5-yl, 1 ,2,4-TriazoM-, -A- oder -5-yl, 1- oder 5- Tetrazolyl, 1 ,2,3-Oxadiazol-4- oder -5-yl 1 ,2,4-Oxadiazol-3- oder -5-yl, 1 ,3,4-Thiadiazol-2- oder -5-yl, 1 ,2,4-Thiadiazol-3- oder -5-yl, 1 ,2,3- Thiadiazol-4- oder -5-yl, 2-, 3-, 4-, 5- oder 6-2H-Thiopyranyl, 2-, 3- oder 4- 4H-Thiopyranyl, 3- oder 4-Pyridazinyl, Pyrazinyl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7- Benzofuryl, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-Benzothienyl, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7- 1 H-Indolyl, 1 -, 2-, 4- oder 5-Benzimidazolyl, 1 -, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7-
Benzopyrazolyl, 2-, 4-, 5-, 6- oder 7-Benzoxazolyl, 3-, 4-, 5-, 6- oder 7- Benzisoxazolyl, 2-, 4-, 5-, 6- oder 7-Benzthiazolyl, 2-, 4-, 5-, 6- oder 7- Benzisothiazolyl, 4-, 5-, 6- oder 7-Benz-2,1 ,3-oxadiazolyl, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Chinolinyl, 1 -, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-lsochinolinyl, 1 -, 2-, 3-, 4- oder 9-Carbazolyl, 1-, 2-, 3-, 4-, 5-, 6-, 7-, 8- oder 9-Acridinyl, 3-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Cinnolinyl, 2-, 4-, 5-, 6-, 7- oder 8-Chinazolinyl oder 1-, 2- oder 3- Pyrrolidinyl.
Unter Heteroaryl-Ci-C6-alkyl wird nun in Analogie zu Aryl-CrC6-alkyl beispielsweise Pyridinyl-methyl, Pyridinyl-ethyl, Pyridinyl-propyl, Pyridinyl- butyl, Pyridinyl-pentyl, Pyridinyl-hexyl verstanden, wobei weiterhin die zuvor beschriebenen Heterocyclen in dieser Weise mit der Alkylenkette verknüpft werden können.
HetN+ ist bevorzugt
Pyndinium Pyπmidinium
Piperidinium
oder wobei die Substituenten R1 bis R4' jeweils unabhängig voneinander eine zuvor beschriebene Bedeutung haben.
HetNT ist besonders bevorzugt Imidazolium, Pyrrolidinium oder Pyridinium, wie zuvor definiert, wobei die Substituenten R1 bis R4 jeweils unabhängig voneinander eine zuvor beschriebene Bedeutung haben. HetN+ ist ganz besonders bevorzugt Imidazolium, wobei die Substituenten R1 bis R4 jeweils unabhängig voneinander eine zuvor beschriebene Bedeutung haben.
Weitere Beispiele für geeignete Anionen sind:
[R1SO3] -, [R11SO3] -, [(FSOa)2N]", [(RFSO2)2N] ", [(RFSO2)3C]-, [(FSOz)3C] -, [R1CH2OSO3]- [R1C(O)O] -, [RF'C(O)O]-, [CCI3C(O)O] -, [(CN)3C]-, [(CN)2CR1] -, [(R1O(O)C)2CR1] -, [P(CnF2n+I -mHm)yF6-y] ", [P(C6F5)yF6-y] ~, [R1 2P(O)O] -, [R1P(O)O2] 2- [(R1O)2P(O)O] -, [(R1O)P(O)O2] 2-,
[(R1O)(R1JP(O)O]-, [RF 2P(O)O]-, [RFP(O)O2] 2-, [BF2RF 4.Z] -, [BFZ(CN)4-Z] ", [B(CN)4]-, [B(C6Fs)4] -, [B(OR1)4] - [N(CF3J2]-, [N(CN)2]-, [AICI4] - oder [SiF6]2-
wobei die Substituenten RF und RF jeweils unabhängig voneinander die Bedeutung haben von perfluoriertes und geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1 -20 C-Atomen, perfluoriertes und geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2-20 C- Atomen und einer oder mehreren Doppelbindungen, perfluoriertes Phenyl und gesättigtes, teilweise oder vollständig ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C-Atomen, das mit Perfluoralkylgruppen substituiert sein kann, wobei die Substituenten RF oder RF paarweise durch Einfach- oder Doppelbindung miteinander verbunden sein können und wobei ein Kohlenstoffatom oder zwei nicht benachbarte Kohlenstoffatome des Substituenten RF oder RF', die nicht α-ständig zu dem Heteroatom stehen, durch Atome und/oder Atomgruppierungen, ausgewählt aus der Gruppe -O-, -C(O)-, -S-, -S(O)-, -SO2-, -N=, -N=N-, -NR'-, -PR'- und -P(O)R'- ersetzt sein können oder eine Endgruppe FT-O-SO2- oder R'-O- C(O)- besitzen können, wobei R' nicht fluoriertes, teilweise oder perfluoriertes Alkyl mit 1 -6 C-Atomen, gesättigtes oder teilweise ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C-Atomen, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl oder unsubstituierter oder substituierter Heterocyclus bedeutet und wobei die Substituenten R1 jeweils unabhängig voneinander die Bedeutung haben von Wasserstoff, für den Fall dass A" = [(CN)2CR1]- oder [(R1O(O)C)2CR1]' ist und X = O oder S, oder
Wasserstoff für den Fall dass A- = [R1CH2OSO3]- ist, X = S oder O und die Substituenten R und R0 = Alkylgruppen mit 1 bis 20 C-Atomen sind, geradkettiges oder verzweigtes Alkyl mit 1-20 C-Atomen, geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Doppelbindungen, geradkettiges oder verzweigtes Alkinyl mit 2-20 C-Atomen und einer oder mehreren Dreifachbindungen, gesättigtes, teilweise oder vollständig ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C- Atomen, das durch Alkylgruppen mit 1-6 C-Atomen substituiert sein kann, wobei die Substituenten R1 teilweise durch CN, NO2 oder Halogen substituiert sein können und Halogen F, Cl, Br oder I bedeutet, wobei die Substituenten R1 paarweise durch Einfach- oder Doppelbindung miteinander verbunden sein können und wobei ein Kohlenstoffatom oder zwei nicht benachbarte Kohlenstoffatome des Substituenten R1, die nicht α-ständig zum Heteroatom stehen, durch Atome und/oder Atomgruppierungen, ausgewählt aus der Gruppe -O-, -C(O)-, -C(O)O-, -S-, -S(O)-, -SO2-, -SO3-, -N=, -N=N-, -NH-, -NR'-, -PR'- und -P(O)R'-, (P(O)R1O-, OP(O)R1O-, -PR'2=N-, -C(O)NH-, -C(O)NR'-, -SO2NH- oder -SO2NR'- ersetzt sein können, wobei R' nicht fluoriertes, teilweise oder perfluoriertes Alkyl mit 1-6 C-Atomen, gesättigtes oder teilweise ungesättigtes Cycloalkyl mit 3-7 C-Atomen, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl oder unsubstituierter oder substituierter Heterocyclus bedeutet und die Variablen n 1 bis 20, m 0, 1 , 2 oder 3, y 0, 1 , 2, 3, oder 4, z 0, 1 , 2 oder 3 bedeuten.
Ein geradkettiges oder verzweigtes Alkenyl mit 2 bis 20 C-Atomen, wobei auch mehrere Doppelbindungen vorhanden sein können, ist beispielsweise AIIyI, 2- oder 3-Butenyl, Isobutenyl, sek.-Butenyl, ferner 4-Pentenyl, iso- Pentenyl, Hexenyl, Heptenyl, Octenyl, -CgHi7, -C-10H19 bis -C20H39; vorzugsweise AIIyI, 2- oder 3-Butenyl, Isobutenyl, sek.-Butenyl, ferner bevorzugt ist 4-Pentenyl, iso-Pentenyl oder Hexenyl.
Ein geradkettiges oder verzweigtes Alkinyl mit 2 bis 20 C-Atomen, wobei auch mehrere Dreifachbindungen vorhanden sein können, ist beispielsweise Ethinyl, 1- oder 2-Propinyl, 2- oder 3-Butinyl, ferner 4- Pentinyl, 3-Pentinyl, Hexinyl, Heptinyl, Octinyl, -C9Hi5, -Ci0Hi7 bis -C2oH37, vorzugsweise Ethinyl, 1 - oder 2-Propinyl, 2- oder 3-Butinyl, 4-Pentinyl, 3- Pentinyl oder Hexinyl.
Für den Fall, dass mehrere RF bzw. RF in einem Anion vorhanden sind, können diese auch paarweise derart durch Einfach- oder Doppelbindungen verbunden sein, dass bi- oder polycyclische Anionen entstehen.
Ferner können die Substituenten RF oder RF ein oder zwei, einander nicht benachbarte und nicht zum Heteroatom α-ständige Atome oder Atomgruppierungen, ausgewählt aus der Gruppe -O-, -SO2- und -NR'- oder die Endgruppe -SO2X' enthalten, wobei R' = nicht, teilweise oder perfluoriertes Ci- bis Cβ-Alkyl, C3- bis C7-Cycloalkyl, unsubstituiertes oder substituiertes Phenyl, inklusive -C6F5, oder unsubstituierter oder substituierter Heterocyclus und X' = F, Cl oder Br, sein kann.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind Beispiele für Substituenten RF bzw. Rp des Anions:
-CF3, -C2F5, -C3F7, -C4F9, -C(CF3)3, -CF2N(CF3)CF3, -CF2OCF3, - CF2S(O)CF3, -CF2SO2CF3, -C2F4N(C2F5)C2F5, CF=CF2, -C(CF3)=CFCF3, - CF2CF=CFCF3, -CF=CFN(CF3)CF3 oder -CF2SO2F, -C(CF3)=CFCF3, -CF2CF=CFCF3 oder -CF=CFN(CF3)CF3.
Bevorzugt ist RF Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl oder Nonafluorbutyl. Bevorzugt ist RF Trifluormethyl, Pentafluorethyl, Heptafluorpropyl oder Nonafluorbutyl.
Im folgenden sind einige Beispiele für geeignete Anionen angegeben:
[CF3SO3]-, [CF3CF2SO3] -, [CH3CH2SO3] -, [(CF3SOs)2N] -, [(C2F5SO2)2N] ", [(CF3SO2J3C] - [(C2F5SOg)3C]- [CH3CH2OSO3] - [(FSO2J3C]-, [CF3C(O)O]- [CF3CF2C(O)O] - [CH3CH2C(O)O] -, [CH3C(O)O] -, [P(C2Fs)3F3] -, [P(CFa)3Fd-, [P(C2F4H)(CFa)2F3] ", [P(C2F3H2)3F3] ~ [P(C2F5)(CF3J2F3] - [P(C6Fs)3F3] ", [P(C3Fr)3F3] ~ [P(C4Fg)3F3] ", [P(C2Fs)2F4]-, [(C2Fs)2P(O)O] -, [(C2F5)P(O)O2] 2-, [P(C6F5J2F4]" [(CFs)2P(O)O] - [(CHs)2P(O)O] -, [(C4Fg)2P(O)O] - [CF3P(O)O2] 2", [CH3P(O)O2] 2-, [(CH3O)2P(O)O]-, [BF3(CF3)] -, [BF2(C2Fg)2] -, [BF3(C2F5)] ", [BF2(CFa)2] -, [B(C2Fs)4] -, [BF3(CN)] - [BF2(CN)2] - [B(CN)4] ", [B(CF3J4] - [BF4]-, [B(OCH3J4]", [B(OCHs)2(OC2H5)]-, [B(O2C2H4)2r, [B(O2C2H2),]-, [B(O2CH4),]-, [N(CFs)2] -, [N(CN2J2]- [C(CN)3]-, [AICI4] - oder [SiF6] 2-.
Andere geeignete Anionen sind Borate der Formel (7) worin R und R1 gleich oder verschieden sind, gegebenenfalls durch eine Einfach- oder Doppelbindung direkt miteinander verbunden sind, jeweils einzeln oder gemeinsam die Bedeutung eines aromatischen
Rings aus der Gruppe Phenyl, Naphthyl, Anthracenyl oder
Phenanthrenyl, der unsubstituiert oder ein- bis vierfach durch A oder
HaI substituiert sein kann, haben oder jeweils einzeln oder gemeinsam die Bedeutung eines heterocyclischen aromatischen Rings aus der Gruppe
Pyridyl, der unsubstituiert oder ein- bis dreifach durch A oder HaI substituiert sein kann, haben und
HaI F oder Cl und
A Alkyl mit 1 bis 6 C-Atomen, das ein- bis vierfach halogeniert sein kann, bedeuten.
Insbesondere sind die Borate ausgewählt aus Verbindungen der Formel (8)
wobei -X- und -Y- jeweils gleich oder verschieden -C(O)-C(O)-, -C(O)-(CH2)c-C(O)- mit q = 1 , 2 oder 3, -C(O)-(CF2)q-C(O)- mit q = 1 , 2 oder 3, -C(CF3)2-C(CF3)2-,
Die Eigenschaften ionischer Flüssigkeiten, z.B. Schmelzpunkt, thermische und elektrochemische Stabilität, Viskosität, werden stark von der Natur des Anions beeinflusst. Demgegenüber können die Polarität und die Hydrophilie bzw. Hydrophobie durch die geeignete Wahl des Kation/Anion-Paares variiert werden. Bevorzugt eingesetzt werden erfindungsgemäß hydrophobe ionische Flüssigkeiten. Ein Fachmann auf dem Gebiet der ionischen Flüssigkeiten ist in der Lage, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der oben aufgeführten Anionen und Kationen, ionische Flüssigkeiten mit hydrophobem Charakter zu erzeugen. Häufig zeigen ionische Flüssigkeiten mit einer großen Anzahl Fluor-Atome einen eher hydrophoben Charakter. Beispiele für geeignete fluorierte Anionen sind Bis(trifluormethanesulfon)imid- oder Trifluoro-tris(pentafluoroethyl)- phosphat- Anionen.
Beispiele für hydrophobe ionische Flüssigkeiten sind: 1 -Hexyl-3-methyl imidazolium tris(pentafluoroethyl)trifluorophosphat, 1 -Butyl-1-methyl pyrrolidinium tris(pentafluoroethyl) trifluorophosphat, 1 -Butyl-1-methyl pyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) imid und 1 -Butyl-3-methyl imidazolium hexafluorophosphat. Eine erfindungsgemäß besonders bevorzugte ionische Flüssigkeit ist 1 -Hexyl-3-methyl imidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl) imid.
In einigen Fällen kann auch der Einsatz basischer ionischer Flüssigkeiten vorteilhaft sein, da die Hydrolyse von Silanen und somit deren Umsetzung besonders gut in basischem Medium erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Reaktionsschritte a) Bereitstellen eines festen Trägermaterials b) Umsetzung des festen Trägermaterials mit Silanen in Anwesenheit von ionischer Flüssigkeit c) Abtrennen des Trägermaterials d) Optional Waschen und Trocknen des Trägermaterials
Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Reagenzien und deren Konzentrationen entsprechen bis auf den Ersatz der bekannten Lösungsmittel durch ionische Flüssigkeiten denen des Standes der Technik. Auch bezüglich der Durchführung der Reaktion sind in der Regel keine Anpassungen notwendig. Typischerweise werden im Falle von bi- oder tri-funktionellen Silanen die Silan-Konzentrationen so gewählt, dass die Oberflächenmodifizierung weitgehend quervernetzt ist, aber die Schichtdicke eine Monoschicht bildet. Der Vorteil dieser Quervernetzung liegt neben der häufig besseren chromatographischen Selektivität in der chemischen Stabilität einer solchen Oberflächenmodifizierung. Aber auch die Ausbildung von Multischichten ist möglich.
Im Fall von Kieselgel-Materialien liegt die Anzahl der Oberflächen-SiOH- Gruppen bei ca. 8 μmol/m2. Demgemäß sollte die Menge der eingesetzten Silane zumindest so groß gewählt werden, dass ausreichend Silan zur Verfügung steht, um alle SiOH-Gruppen umzusetzen. Wobei allerdings berücksichtigt werden muss, dass typischerweise nicht alle SiOH-Gruppen tatsächlich abreagieren. Belegungsdichten zwischen 4 und 6 μmol/m2 sind bei Monoschichten typischerweise erreichbar. Ansonsten muss eine Multischicht gewählt werden.
Typischerweise wird zunächst das Trägermaterial möglichst vollständig mit dem Lösungsmittel, d.h. der ionischen Flüssigkeit, benetzt. Dann wird das Silan unter Rühren oder Schütteln langsam zugegeben und zumeist noch über einen Zeitraum von 1 bis 24 Stunden, bevorzugt 3 bis 8 Stunden, reagieren lassen. Nach Beendigung der Reaktion lässt man in der Regel abkühlen und trennt dann das Trägermaterial z.B. durch Filtration oder einfaches Dekantieren des Lösungsmittels ab. Bevorzugt wird das Trägermaterial anschließend mit organischen Lösungsmitteln wie z.B. Heptan oder Toluol gewaschen und z.B. unter Vakuum getrocknet.
Gegebenenfalls können dem Reaktionsgemisch Katalysatoren oder
Stabilisatoren zugesetzt werden, wie sie auch für die Silanisierung von Trägermaterialien in Anwesenheit herkömmlicher Lösungsmittel bekannt sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Reaktion in Anwesenheit von ionischer Flüssigkeit durchgeführt, die über die Dauer der Reaktion bei Temperaturen bis 300°C, bevorzugt bis 350-450°C stabil bleibt. Auf diese Weise ist es möglich, die Silanisierung bei Temperaturen zwischen 150 und 450°C, bevorzugt zwischen 200 und 400°C durchzuführen. Derartige Temperaturen können mit herkömmlichen organischen Lösungsmitteln nur schwer erreicht werden. Durch diesen Vorteil verläuft die erfindungsgemäße Silanisierung häufig schneller ab als nach herkömmlichen Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Falle fertig gepackter Säulen im Durchfluss durchgeführt werden. Ansonsten werden die für Oberflächenmodifizierungen üblichen Reaktionsgefäße oder Druckautoklaven verwendet.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Silanisierung unter Schutzgas, d.h. insbesondere Sauerstoff-frei, durchgeführt. Weiterhin sollte zur Vermeidung von Nebenreaktionen darauf geachtet werden, dass alle Reagenzien wasserfrei sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird beim Einsatz von Alkoxysilanen der während der Silanisierung frei werdende Alkohol (typischerweise Methanol oder Ethanol) z.B. mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt, um das Gleichgewicht der Reaktion zur Produktseite zu verschieben.
Es wurde weiterhin gefunden, dass das erfindungsgemäße Verfahren in
Anwesenheit ionischer Flüssigkeiten als Lösungsmittel besonders geeignet ist zur Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper. Bei der Verwendung herkömmlicher Lösungsmittel kommt es vermutlich durch den Dampfdruck der Lösungsmittel immer wieder zu einer partiellen Zerstörung der filigranen Strukturen im Inneren des Formkörpers. Dies kann durch
Einsatz ionischer Flüssigkeiten anstelle der herkömmlichen Lösungsmittel nahezu vollständig vermieden werden. Weiterhin wurde gefunden, dass monolithische Formkörper durch das erfindungsgemäße Verfahren über ihre Gesamtheit, insbesondere über deren gesamten Querschnitt, besonders gleichmäßig modifiziert werden.
In einer Ausführungsform wird in Schritt a) ein Trägermaterial eingesetzt, das schon einmal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren oder nach herkömmlichen Verfahren oberflächenmodifiziert wurde, d.h. das schon Separationseffektoren trägt. In diesem Fall dient die erfindungsgemäße Umsetzung dem End-Capping. Ein End-Capping wird durchgeführt, um nicht umgesetzte reaktive Gruppen des Trägermaterials zu derivatisieren, d.h. in einem zweiten Silanisierungsschritt mit kurzkettigen Silanen umzusetzen.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellten Sorbentien zeigen auch ohne End-Capping sehr gute Trenneigenschaften, so dass ein End-Capping in diesem Fall in der Regel nicht zwingend notwendig ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann nach der erfindungsgemäßen Modifizierung der Oberfläche mit Silanen ein weiterer Modifizierungsschritt durchgeführt werden. In der Regel wird dabei ein Reagenz verwendet, das mit den bereits eingeführten Silanen reagieren kann. In Abhängigkeit von dem eingeführten Silan und dem im zweiten Schritt verwendeten Reagenz kann es z.B. zur Bildung von Amid- oder Esterbindungen kommen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird in dem zweiten Modifikationsschritt eine Polymerschicht ausgebildet. Dazu wird zunächst nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Silan eingeführt, das eine polymerisationsfähige Gruppe, typischerweise eine polymerisationsfähige Doppelbindung enthält, wie z.B. ein Vinylsilan. Im zweiten Modifikationsschritt wird dann eine Polymerschicht aus Monomeren gebildet, deren Reaktion z.B. thermisch, chemisch oder durch Lichteinstrahlung gestartet werden kann. Geeignete organische Polymere sind beispielsweise Polystyrole, Polymethacrylate, Melamine, Polysaccharide, Polysiloxane sowie deren Derivate oder Copolymere zweier oder mehrerer geeigneter Verbindungen. Geeignet sind auch Copolymere der zuvor genannten Stoffe mit Monomeren, die bereits für die Chromatographie geeignete Separationseffektoren tragen, wie z.B. Copolymerisate aus Polystyrolen mit Verbindungen, die lonenaustauschergruppen tragen. Bevorzugt sind Polystyrole oder Polystyrol-Derivate, besonders bevorzugt sind Polymethacrylate oder Polymethacrylat-Derivate, insbesondere Poly(methacrylat), Poly(2- hydroxyethylmethacrylat), ein Copolymer aus 2-Hydroxyethylmethacrylat und Ethylmethacrylat oder Poly(octadecylmethacrylat). Es wurde gefunden, dass auch die Erzeugung einer Polymerschicht vorteilhafterweise in Anwesenheit ionischer Flüssigkeit durchgeführt wird. Ansonsten können die üblichen Reaktionsbedingungen gewählt werden.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten oberflächenmodifizierten Trägermaterialien für die Chromatographie zeichnen sich durch gute Trennleistung, beispielsweise bei der Chromatographie von basischen Verbindungen, aus. Das Tailing nimmt stark ab. Zusätzlich bietet das erfindungsgemäße Verfahren eine starke
Vereinfachung bei der Versuchsdurchführung: Durch den geringen Dampfdruck der ionischen Flüssigkeiten sind aufwändige Druckapparaturen zumeist nicht notwendig. Zudem können trotz der hohen Reaktionstemperaturen viele sicherheitstechnische Probleme umgangen werden, da ionische Flüssigkeiten in der Regel inert sind und nicht wie viele organische Lösungsmittel einen Flammpunkt unter 400°C aufweisen.
Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, daß ein Fachmann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offenbarung aufzufassen.
Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen, insbesondere der korrespondierenden Anmeldung DE 10 2005 031 166.0, eingereicht am 04.07.2005, ist durch Bezugnahme in diese Anmeldung eingeführt.
Beispiele
In den folgenden Beispielen wird der Quervernetzungsgrad mittels Festkörper- N M R (vor allem 29Si-NMR) ermittelt. Dabei bedeutet die Angabe „schlechte Quervernetzung", dass Quervernetzungsgrade von maximal 50- 60% erzielt werden. Eine „mittlere Quervernetzung" bedeutet, dass ca. 60- 80% Quervernetzung erzielt werden. „Gute Quervernetzung" liegt bei einem Quervemetzungsgrad von über 80% vor.
Im 29Si-NMR lässt sich der Grad der Quervernetzung, d.h. die Anzahl der Restsilanolgruppen (reaktive Gruppen auf der Kieselgeloberfläche) anhand der Signale der Oberflächenmodifizierung erkennen. Die auftretenden Resonanzen bei ca. 0 bis -20ppm (difunktionell gebundene Modifizierung) und -90 bis -120 ppm (Silanol/Siloxan BuIk) können, wie in der Literatur beschrieben, den entsprechenden Strukturanteilen zugeordnet werden.. Je schlechter die Quervernetzung der Oberflächenmodifizierung, desto höher ist das Signal bei ca. -5ppm. Die Höhe dieses Signals korrespondiert mit der vorhandenen Menge an Restsilanolgruppen, deren NMR Resonanzsignal bei ca. -100ppm zu finden ist. Bei einer guten
Quervernetzung der Oberflächenmodifizierung ist das entsprechende Signal bei ca. -20ppm deutlich ausgeprägt und das Signal bei -5ppm ist kaum noch zu detektieren. Aus diesem Grund sind dann auch die reaktiven Silanolgruppen (Resonanz bei ca. -100ppm) deutlich reduziert und nur noch als leichte Schulte im Resonanzpeak der Siloxane des Bulkmaterials zu erkennen.
Zur Untersuchung der chromatographischen Eigenschaften der Materialien wurden deren Trenneigenschaften bei der Auftrennung von Procainamiden oder Triptylinen untersucht.
Chromatographische Bedingungen: a) Trennung von Procainamiden (3,6 mg/100 ml) und N-Acetyl- Procainamid (2,1 mg/100 ml)
Laufmittel: Methanol/0,02M NaH2PO4 mit NaOH, pH 7,6 (30/70) Fluss: 1 ml/min
Detektion: UV 254 nm
Raumtemperatur Injektionsvolumen: 10 μl b) Trennung von Imipramin (26,1 mg/100 ml) und Amitriptylin (28,1 mg/100 ml)
Laufmittel: Methanol/0,02M NaH2PO4 mit NaOH, pH 7,6 (30/70) Fluss: 1 ml/min
Detektion: UV 254 nm Raumtemperatur Injektionsvolumen: 10 μl
Die Abbildungen 1 bis 4 zeigen beispielhaft Chromatogramme, die bei der Trennung der Procainamide bzw. Triptyline erhalten wurden. Die Beschriftung der Ordinate (I) steht dabei für Intensität, die Beschriftung der ' Abszisse (RT) für Retentionszeit. Abbildung 1 zeigt eine schlechte Auftrennung, Abbildung 2 eine gute Auftrennung der Procainamide. Abbildung 3 zeigt eine schlechte, Abbildung 4 eine gute Auftrennung der Triptyline.
1. Umsetzungen nach dem Stand der Technik an partikulären Materialien 1.1 Oberflächenmodifizierung von Silica-Partikeln in Toluol (Siedepunkt bei ca. 110,60C)
50g Purospher® Si 5μm Partikel, mit einer spezifischen Oberfläche von 320 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 250ml Toluol unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 57,4g Octadecylmethyldimethoxysilan (MG 358,68 g/mol) (10μmol/m2) in 50ml Toluol innerhalb von 30 Minuten in die Suspension getropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas am Rückfluss (Badtemperatur 12O0C) gekocht. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x200ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigte die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von 18,0% was eine Oberflächenabdeckung von 3,22μmol/m2 bedeutet.
1.2 Oberflächenmodifizierung von Silica-Partikeln in Toluol unter Verwendung einer Destillationsbrücke zur Gleichgewichtsverschiebung.
50g Purospher® Si 5μm Partikel mit einer spezifischen Oberfläche von 320 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 100°C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 250ml Toluol unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 57,4g Octadecylmethyldimethoxysilan (10μmol/m2) in 50ml Toluol innerhalb von 30 Minuten in die Suspension getropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 1100C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x200ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=18,8% % was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,41μmol/m2 bedeutet.
1.3 Oberflächenmodifizierung von Silica-Partikeln in Toluol unter
Verwendung einer Destillationsbrücke zur Gleichgewichtsverschiebung.
50g Purospher® Si 5μm Partikel mit einer spezifischen Oberfläche von 320 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 250ml Toluol unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 172,2g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in 150ml Toluol innerhalb von 30 Minuten in die Suspension getropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 110°C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit
Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x200ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=18,8% % was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,41μmol/m2 bedeutet. Die NMR- Untersuchung zeigt eine schlechte Quervernetzung.
Chromatographie: schlechte Trennung
1.4 End-Capping des Materials aus Versuch Nr. 1.3 mit HMDS
10g Purospher® RP-18 5μm Partikel aus Versuch 1.3 werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 50ml Toluol unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zum Endcapping wird 5ml Hexamethyldisilazan (HMDS) innerhalb von 10 Minuten in die Suspension getropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 1200C Badtemperatur reagieren gelassen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x50ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,2% was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,76μmol/m2 bedeutet. NMR: Keine Verbesserung der Quervernetzung zu Versuch 1.3. 1.5 End-Capping des Materials aus Versuch Nr. 1.3 mit Dimethyldichlorsilan
10g Purospher® RP-18 5μm Partikel aus Versuch 1.3 werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf
Raumtemperatur wird das Material in 50ml Toluol unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zum Endcapping werden 5ml Dimethyldichlorsilan innerhalb 10 Minuten in die Suspension getropft.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 120°C Badtemperatur reagieren gelassen.
Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x 50ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,1% was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,80μmol/m2 bedeutet.
NMR: Keine Verbesserung der Quervernetzung zu Versuch 1.3.
2. erfindungsgemäß durchgeführte Oberflächenmodifikationen an partikulären Materialien
2.1 Versuchsdurchführung entsprechend Versuch 1.2.
10g Purospher® Si 5μm Partikel mit einer spezifischen Oberfläche von 320 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 40ml 1-Hexyl-3- methylimidazolium-bis-(thfluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zur Oberflächenmodifizierung werden 11 ,5g Octadecylmethyldimethoxysilan (10μmol/m2) innerhalb von 30 Minuten in die Suspension getropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden und Schutzgas bei einer Badtemperatur von 12O0C gerührt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x100ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,0% was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,45μmol/m2 bedeutet.
2.2. Endcapping mit Dimethylchlorsilan
5g Purospher® RP-18 5μm Partikel aus Versuch 2.1 werden für vier
Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde das Material in 20ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium- bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas und Rührung suspendiert.
Zum Endcapping werden 2,5ml Dimethyldichlorsilan innerhalb von 10
Minuten in die Suspension getropft.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 120°C Badtemperatur reagieren gelassen.
Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x50ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die
Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,4%, was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,45μmol/m2 +0,35. μmol/m2 , d.h. insgesamt eine Oberflächenabdeckung von 3,8. μmol/m2 bedeutet.
Ergebnis:
Kohlenstoffwert C=19,4% (3,80//mol/m2 )
NMR: fast gleiche Quervernetzung wie in Versuch 1.2
2.3. Durchführung bei 2000C
10g Purospher® Si 5μm Partikel mit einer spezifischen Oberfläche von 320 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 40ml 1-Hexyl-3- methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zur Oberflächenmodifizierung werden 11 ,5g Octadecylmethyldimethoxysilan (10μmol/m2) innerhalb von 30 Minuten in die Suspension getropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden und Schutzgas bei einer Innentemperatur von 200°C gerührt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches wird das Kieselgelmaterial abgesaugt und mit 3x100ml Toluol nachgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,6% was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,6μmol/m2 bedeutet. NMR: Deutlich bessere Quervernetzung als bei den Versuchen in Toluol Chromatographisch Trennung: besser (Restsilanole geringer) 2.4 Einsatz von 10g Material aus Versuch Nr. 1.3 weiter Umsetzung wie unter Vers. Nr. 2.3 beschrieben. Ergebnis: Kohlenstoffwert C=20% ca. 3,70μmol/m2
NMR: Deutlich besser Quervernetzung als bei den Versuchen in Toluol. Chromatographische Trennung besser (Restsilanole geringer)
3. Umsetzungen nach dem Stand der Technik an monolithischen Materialien
3.1. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Batch- Verfahren (Vergleich zu Versuch Nr. 1.2)
20 Stück Chromolith® Silica Formkörper (14g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper in 250ml Toluol unter Schutzgas getaucht und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 15,3g
Octadecylmethyldimethoxysilan (10μmol/m2) in 10ml Toluol innerhalb von 30 Minuten und leichtem Rühren eingetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden und Schutzgas unter leichter Rührung bei 11O°C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben, wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt.
Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=15,7% was eine Oberflächenabdeckung von ca. 2,83μmol/m2 bedeutet.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Formkörper durchgeführt. Rand: C= 19,0% Kern: C= 12,4%, d.h. die Kohlenstoffverteilung innen/außen ist sehr inhomogen
3.2 Durchführung mit mehr Silan (Vergleich zu Versuch Nr. 1.3)
20 Stück Chromolith® Silica Formkörper (14g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter
Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper in 250ml Toluol unter Schutzgas getaucht und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben. Zur
Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 45,9g Octadecylmethyl- dimethoxysilan (30μmol/m2) in 10ml Toluol innerhalb von 30 Minuten und leichtem Rühren eingetropft.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden und Schutzgas unter leichter Rührung bei 110°C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben, wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt.
Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=17,4% was eine Oberflächenabdeckung von ca. 3,23μmol/m2 bedeutet.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Formkörper durchgeführt. Rand: C= 19,0% Kern: C= 15,8%, d.h. inhomogen in der Kohlenstoffverteilung innen/außen
3.3. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Durchfluss in Toluol
3 Stück Chromolith® Performance Si 100x4,6mm Säulen (PEEK ummantelt), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g werden 4 Stunden unter Vakuum bei 100°C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die ummantelten Kieselgel Formkörper mit Hilfe einer HPLC Pumpe mit Toluol, unter Verwendung eines Flusses von 1 ml/Minuten, für 5 Minuten eingespült. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 4,8g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in
10ml Toluol mit einem Fluss von 0,5 ml/Minuten für 5 Stunden im Kreislauf gepumpt. Während der Reaktion lagern die Formkörper bei 1000C im Umlufttrockenschrank.
Nach dem Abkühlen wird das nicht abreagierte Silan mit Hilfe eines Flusses von 2ml/Minuten mit 100ml Toluol aus den Formkörpern herausgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=18,0%, d.h. ca. 3,38 μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine
Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 17,8% Kern: C= 18,2%, d.h. die Kohlenstoffverteilung innen/außen ist relativ homogen.
Eine NMR-Untersuchung zeigt schlechte Quervernetzung.
4. erfindungsgemäß durchgeführte Oberflächenmodifikationen an monolithischen Materialien
4.1. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Batch- Verfahren (Vergleich zu Vers. Nr. 3.2)
5 Stück Chromolith® Silica Formkörper (3,5g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper mit 20ml 1 -Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas versetzt und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine
Mischung von 11 ,3g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in 10ml 1- Hexyl-3-methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid innerhalb von 30 Minuten unter leichtem Rühren zugetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter leichter Rührung und Schutzgas bei 1100C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=18,0%, d.h. ca. 3,40μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Formkörper durchgeführt. Rand: C= 19,0% Kern: C= 17,0%, d.h. inhomogen in der Kohlenstoffvertθilung innen/außen.
4.2. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Batch- Verfahren bei erhöhter Temperatur (Vergleich zu Vers. Nr. 2.3)
5 Stück Chromolith® Silica Formkörper (3,5g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 100°C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper mit 20ml 1 -Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas versetzt und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 11 ,3g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in 10ml 1 - Hexyl-3-methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid innerhalb von 30 Minuten unter leichtem Rühren zugetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter leichter Rührung und Schutzgas bei 200°C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,3%, d.h. ca. 3,70μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine
Analyse des Randbereiches und des Kerns der Formkörper durchgeführt.
Rand: C= 19,5% Kern: C= 19,1%, d.h. homogen in der
Kohlenstoffverteilung innen/außen.
Der chromatographischer Test ist gut (zeigt kaum Restsilanole)
4.3. Endcapping von Nr.4.2 mit Dimethyldimethoxysilan 3 Stück Chromolith® RP-18 Silica Formkörper aus Versuch 4.2 werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 20ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium- bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zum Endcapping werden 2,5ml Dimethyldimethoxysilan innerhalb 10
Minuten in die Suspension getropft.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 2000C Badtemperatur reagieren gelassen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 100ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,8%, d.h. ca. 4,39/vmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine
Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine homogene Kohlenstoffverteilung innen/außen.
Der chromatographischer Test ist gut (zeigt kaum Restsilanole).
4.4. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Batch- Verfahren bei erhöhter Temperatur
5 Stück Chromolith® Silica Formkörper (3,5g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper mit 20ml 1 -Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas versetzt und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 11 ,3g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in 10ml 1 -Hexyl-3-methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid innerhalb von 30 Minuten unter leichtem Rühren zugetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter leichter Rührung und Schutzgas bei 3000C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt.
Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,4%, d.h. ca. 3,73μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 19,4% Kern: C= 19,4%, d.h. homogen in der Kohlenstoffverteilung innen/außen.
Die NMR-Untersuchung zeigt eine gute Quervernetzung.
4.5. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Durchfluss
3 Stück Chromolith® Performance Si 100x4,6mm Säulen (PEEK ummantelt), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden 4 Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die ummantelten Kieselgel Formkörper mit Hilfe einer HPLC Pumpe mit 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis-
(trifluoromethylsulfonyl)imid, unter Verwendung eines Flusses von 1 ml/Minuten, für 5 Minuten eingespült. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 4,8g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in 10ml 1 -Hexyl-3-methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid mit einem Fluss von 0,5 ml/Minuten für 5 Stunden im Kreislauf gepumpt. Während der Reaktion lagern die Formkörper bei 1000C im Umlufttrockenschrank. Nach dem Abkühlen wird das nicht abreagierte Silan mit Hilfe eines Flusses von 2ml/Minute mit 10OmI Toluol aus den Formkörpern herausgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=18,1 %, d.h. ca. 3,4 μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 18,0% Kern: C= 18,2%, d.h. relativ homogen in der Kohlenstoffverteilung.
4.6. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper im Durchfluss bei 2000C
3 stück Chromolith® Performance Si 100x4,6mm Säulen (PEEK ummantelt), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden 4 Stunden unter Vakuum bei 100°C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die ummantelten Kieselgel Formkörper mit Hilfe einer HPLC Pumpe mit 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid, unter Verwendung eines Flusses von
1 ml/Minuten, für 5 Minuten eingespült. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 4,8g Octadecylmethyldimethoxysilan (30μmol/m2) in 10ml 1 -Hexyl-3-methylimidazolium-bis-(trif luoromethylsulfonyl)imid mit einem Fluss von 0,5 ml/Minute für 5 Stunden im Kreislauf gepumpt. Während der Reaktion lagern die Formkörper bei 2000C im Umlufttrockenschrank.
Nach dem Abkühlen wird das nicht abreagierte Silan mit Hilfe eines Flusses von 2ml/Minute mit 100ml Toluol aus den Formkörpern herausgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,4%, d.h. ca. 3,73 μmol/m2 Oberflächenabdeckung. Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 19,2% Kern: C= 19,6%, d.h. relative homogen in der Kohlenstoffverteilung innen/aussen. NMR: Gute Quervernetzung
4.7. Endcapping des Materials von Versuch Nr. 4.6 mit Dimethydimethoxysilan
1 stück Chromolith® Performance RP-18 100x4,6mm Säule (PEEK ummantelt) aus Versuch 4.6 wird 4 Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird der ummantelte Kieselgel Formkörper mit Hilfe einer HPLC Pumpe mit 1-Hexyl-3- methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid, unter Verwendung eines Flusses von 1 ml/Minute, für 5 Minuten eingespült. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 1ml Dimethydimethoxysilan in 5 ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid mit einem Fluss von 0,3 ml/Minute für 5 Stunden im Kreislauf gepumpt. Während der Reaktion lagert der Formkörper bei 2000C im Umlufttrockenschrank.
Nach dem Abkühlen wird das nicht abreagierte Silan mit Hilfe eines Flusses von 1 ml/Minute mit 50ml Toluol aus dem Formkörper herausgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert C=19,8%, d.h. ca. 4,28mol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 19,7% Kern: C= 19,9% . NMR: Gute Quervernetzung
4.8. Oberflächenmodifizierung monolithischer Formkörper bei 2000C im Druckautoklaven 3 Stück Chromolith® Performance Si 100x4,6mm Säulen (PEEK ummantelt), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden 4 Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Zur Oberflächenmodifizierung werden die Formkörper mit einer Mischung von 1 ,6g
Octadecylmethyldimethoxysilan (10μmol/m2) in 5ml 1 -Hexyl-3- methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid gefüllt. Zur Reaktion werden die Formkörper am unteren Ende mit Blindverschlüssen gegen Auslaufen gesichert und in einem verschlossenen Druckautoklaven fünf Stunden bei 200°C unter Schutzgas reagieren gelassen.
Nach dem Abkühlen wird das nicht abreagierte Silan mit Hilfe eines Flusses von 2ml/Minute mit 100ml Toluol aus den Formkörpern herausgewaschen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,6%, d.h. ca. 3,78 μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 19,7% Kern: C= 19,5%. NMR: Gute Quervernetzung und homogen in der Kohlenstoffverteilung innen/außen
4.9. Monolith Batch mehr Silan in ionischer Flüssigkeit 2000C
5 Stück Chromolith® Silica Formkörper (3,5g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper mit 20ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas versetzt und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine
Mischung von 11.8g Octadecyltrimethoxysilan (30/ymol/m2) in 10ml 1-Hexyl- 3-methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid innerhalb von 30 Minuten unter leichtem Rühren zugetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter leichter Rührung und Schutzgas bei 200°C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer
Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=19,3%, d.h. ca. 3,91μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
Es wird zur Untersuchung auf Homogenizität der Modifizierung eine Analyse des Randbereiches und des Kerns der Monolithen durchgeführt. Rand: C= 19,3% Kern: C= 19,3%.
NMR: Gute Quervernetzung und homogen in der Kohlenstoffverteilung innen/außen
4.10. Endcapping des Materials von Versuch Nr. 4.9 mit Dimethyldimethoxysilan bei 200°C
3 Stück Chromolith® RP-18 Silica Formkörper aus Versuch 4.9 werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wird das Material in 20ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium- bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas und Rührung suspendiert. Zum Endcapping werden 2,5ml Dimethyldimethoxysilan innerhalb von 10 Minuten in die Suspension getropft.
Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter Rührung und Schutzgas bei 200°C Badtemperatur reagieren gelassen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 100ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert C=19,8%, d.h. ca. 4,60μmol/m2 Oberflächenabdeckung.
NMR: Gute Quervernetzung und homogen in der Kohlenstoffverteilung innen/außen
5. Zusätzliche Ausbildung einer Polymerschicht
5.1. Umsetzung eines monolithischen Formkörpers mit Vinylsilan und anschließende Polymerisierung mit Styrol/Divinylbenzol
5 Stück Chromolith® Silica Formkörper (3,5g Masse), mit einer spezifischen Oberfläche von 305 m2/g, werden für vier Stunden unter Vakuum bei 1000C getrocknet. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Formkörper mit 20ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas versetzt und gewartet bis sie sich vollständig benetzt hatten. Zur Oberflächenmodifizierung wird eine Mischung von 4,7g Vinyltrimethoxysilan (30//mol/m2) in 10ml 1 -Hexyl-3- methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid innerhalb von 30 Minuten unter leichtem Rühren zugetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter leichter Rührung und Schutzgas bei 200°C Badtemperatur reagieren gelassen. Um das Reaktionsgleichgewicht zu verschieben wird das entstandene Methanol mit Hilfe einer Destillationsbrücke aus der Reaktionsmischung entfernt. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=15,8%, d.h. ca. 3,69μmol/m2 Oberflächenabdeckung Zur Oberflächenpolymerisation werden drei Chromolith® Vinyl Silica Formkörper (ca. 2,25g Masse) mit 10ml 1-Hexyl-3-methylimidazolium-bis- (trifluoromethylsulfonyl)imid unter Schutzgas versetzt und gewartet bis sie sich vollständig benetzt haben.
Zur Oberflächenpolymerisation wird eine Mischung von 2,14g Styrol (30μmol/m2 ohne Stabilisator) und 2,67g 1 ,4 Divinylbenzol (30μmol/m2 ohne Stabilisator) und 0,2g AIBN (2,2'-Azobis(2-methylpropionitril) in 10ml 1- Hexyl-3-methylimidazolium-bis-(trifluoromethylsulfonyl)imid innerhalb von 5
Minuten unter leichtem Rühren zugetropft. Anschließend wird das Reaktionsgemisch für 5 Stunden unter leichter Rührung und Schutzgas bei 2000C Badtemperatur reagieren gelassen. Nach dem Abkühlen des Reaktionsgemisches werden die Formkörper mit drei mal 200ml Toluol für jeweils 1 Stunde unter leichtem Rühren stehen gelassen. Nach der Trocknung des Kieselgelmaterials für 4 Stunden unter Vakuum zeigt die Elementaranalyse einen Kohlenstoffwert von C=24,9%, d.h. ca. 7,89/ymol/m2 Oberflächenabdeckung, was eine weitgehend vollkommene Oberflächenabschirmung bedeutet.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Oberflächenmodifizierung von festen Trägermaterialien, gekennzeichnet durch folgende Reaktionsschritte a) Bereitstellen eines festen Trägermaterials b) Umsetzung des festen Trägermaterials mit Silanen in Anwesenheit von ionischer Flüssigkeit als Lösungsmittel c) Abtrennen des Trägermaterials d) Optional Waschen und Trocknen des Trägermaterials
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Kieselgel-Material als festes Trägermaterial bereitgestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) als Trägermaterial ein monolithisches Kieselgel-Material bereitgestellt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Schritt b) in Anwesenheit von reiner ionischer Flüssigkeit ohne Zusatz organischer Lösungsmittel erfolgt.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Schritt b) bei einer Temperatur zwischen 200 und 400 0C erfolgt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung in Schritt b) in Anwesenheit einer hydrophoben ionischen Flüssigkeit erfolgt.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) als Silane bifunktionelle Silane eingesetzt werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein Trägermaterial eingesetzt wird, das schon Separationseffektoren trägt.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem anschließenden Schritt f) eine Polymerschicht aufgebracht wird.
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