KR20080077627A - 실리카 기초 물질 - Google Patents

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Abstract

액체 크로마토그래피를 위한 정지상 제조에 사용되고, 미개질된 실리카 부분과 실리카에 결합된 유기기를 포함하는 실리카 부분 5를 포함하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질. 수용성 매질에서 실리카 기초 물질 및 유기실란 화합물을 혼합하는 것과 혼합물을 반응시키는 것을 포함하는 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법. 유기-개질된 실리카 기초 물질의 작용기화에 의하여 제조된 정지상 분리 물질 또한 개시된다.

Description

실리카 기초 물질 {SILICA BASED MATERIAL}
본원 발명은 유기-개질된(organo-modified) 실리카 기초 물질 및 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법에 관한다. 본원 발명은 또한 정지상 분리 물질(stationary phase separation material) 제조를 위한 유기-개질된 실리카 기초 물질의 용도, 정지상 분리 물질을 제조하는 방법, 정지상 분리 물질 및 크로마토그래피 분리 방법에서의 정지상 분리 물질의 용도에 관한다.
액체 크로마토그래피에 사용되는 크로마토그래피 정지상 분리 물질은, 특정 분석물의 분리에 요구되는 분리 성질을 획득하기 위하여, 통상 작용기화(functionalisation)가 행해진 실리카의 다공성 운반체(carrier)에 기초한다. 작용기화의 통상적인 유형은 소수성 정지상, 예를 들어 C18-상(C18-phase)의 제조이고, 보통 옥타데실실란(octadecylsilane)이 작용기화제(functionalising agent)로서 사용되어 다공성 실리카의 실라놀기와 반응한다. 그러나 주로 입체장애(steric hindrance)로 인하여, 모든 실라놀기가 작용기화제와 반응하도록 하는 것은 어렵다. 잔류하는 실라놀기는 그들의 극성 성질로 인하여, 상기 물질을 가수분해에 매우 취약하도록 만든다. 그러므로 예를 들어 트리메틸클로로실란을 사용하는, 잔류 실라놀기의 말단캡핑(end-capping)이 일반적으로 행해진다. 그러나 상용의 말단캡 핑된 C18-상과 같은 실리카 기초 정지상 분리 물질은, 여전히 잔류하는 실라놀기뿐만 아니라 말단캡핑된 실라놀기가 여전히 가수분해에 취약하다는 사실로 인하여, 높은 pH에서는 여전히 화학적으로 다소 불안정하다.
특정 분석물에 대한 체류시간(retention time) 및 경쟁적 상호작용의 도입 없이 가해지는 분석물의 최대 양인 용량(capacity)도 작용기화의 실제 표면피복률(surface coverage)에 좌우된다. 게다가, 최적 표면피복률은 분석물과 실제 표면 작용기화 양쪽 모두의 함수이다. 표준적으로 적용된 방법 하에서 얻어진 표면피복률은, 완전히 재하이드록실화된 노출 실리카에 대한 표면결합인데, 이는 전형적으로 모든 분석물에 대하여 최적값보다 높다.
실리카 상에서 작용기의 표면피복률의 저하는, 최신 기술을 따르는 한 방법에 따라 과량 대신 부족량의 작용기화제, 예를 들어 유기실란(organosilane)을 사용하여 달성되었다. 그러나 작용기화제의 부족량을 사용할 때 표면피복률의 수준은, 예를 들어 잔류하는 수분과 화학적으로 가용한 표면의 정확한 측정으로 인하여 재현하기 어렵다. 또한, 소수성의 유기실란 분자들은 흔히 클러스터(cluster)를 형성하는 경향이 있고, 이는 "섬(island)"을 형성하여 실리카 표면에서 유기실란의 불규칙한 분포에 이르게 된다. 더군다나 개질(modification)에 사용되는 유기실란을 부족량으로 사용할 때, 저급 알킬 유기실란, 예를 들어 보통 트리메틸클로로실란과 같은 말단캡핑제(end-capping agent)로써 봉쇄된 잔류 실라놀기가 존재할 것이다. 그러나 이미 기술한 바와 같이, 말단캡핑된 실라놀기는 여전히 가수분해에 취약하고, 이는 극단적인 pH-값(<2 및 >10)에서는 화학적 안정성이 예를 들어 상용 의 C18-상보다도 낮다는 것을 의미한다. 또한, 말단캡핑은 완벽히 되기 어렵고, 이는 보통 가수분해에 매우 취약한 잔류 실라놀기가 있음을 의미한다. 또한 잔류 실라놀기는 분석물, 특히 염기성 분석물과 바람직하지 않게 상호작용을 한다.
대안으로, 실리카 상에서 작용기의 표면피복률의 저하는 Marshall et ai , J. of Chrom ., 361 (1986) 71-92에 기술된 바와 같이, 작용기화에 앞서 실라놀기의 일부에 말단캡핑을 함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 경우 역시, 말단캡핑된 실라놀기 수의 증가로 인하여 화학적 안정성이 상용의 C18-상보다 한층 더 낮은 문제가 있다.
화학적으로 안정한 정지상 분리 물질을 제공하기 위한 여러 시도들이 행해져 왔다. US 4,017,528 A는 골격 구조와 표면의 일부인 유기기(organic group)를 지니는 다공성 실리콘 이산화물의 제조를 개시한다. US 6,686,035 B2는 입자 전체를 통하여 폴리유기알콕시실록산(polyorganoalcoxysiloxan)을 포함하는 다공성 무기/유기 혼성(hybrid) 물질 입자를 개시한다. 그러나 혼성 입자의 이들 양쪽의 유형은 순수한 실리카 입자보다 기계적으로 훨씬 덜 안정하다. US 2005/0191503 A1은 폴리카르보실란층(polycarbosilane layer)이 실리카 표면에 공유결합되어 있는, 화학적으로 안정한 분리 물질의 제조 방법을 개시한다. US 3,722,181 A는 실리카의 기질에 화학적으로 결합된 고분자 정지상을 개시한다.
기계적으로 안정하면서 화학적으로도 안정한 실리카 기초 정지상 분리 물질에 대한 필요성이 있다.
게다가, 정지상 분리 물질의 화학적 안정성을 증가시키고 분석물과의 바람직 하지 않은 상호작용을 최소화하기 위하여, 작용기화 후에 정지상 분리 물질의 실리카 표면 상에 잔류하는 실라놀기의 수를 감소시키는 방법에 대한 필요성이 있다.
또한 높은 재현성을 가지는 조절된 방식으로 작용기의 표면피복률을 감소시키는 방법에 대한 필요성이 있다.
또한 실리카 표면 상에 잔류하는 실라놀기의 수가 적은 실리카 기초 정지상 분리 물질에 대한 필요성이 있고, 적은 실라놀기 수로 인하여 정지상 분리 물질의 안정성이 증가하고 분석물과의 바람직하지 않은 상호작용이 최소화된다.
또한 화학적으로 안정한 실리카 기초 정지상 물질에 대한 필요성이 있고, 이 물질은 유기실란으로 작용기화된 노출 실리카, 즉, 통상적인 실리카 기초의 작용기화된 정지상 분리 물질의 모든 성능 이득을 유지한다.
그러므로 높은 화학적, 기계적 안정성을 가지고, 조절된 방식으로 작용기화될 수 있는 실리카 기초 물질을 제공하는 것이 본원 발명의 목적이다. 또한 높은 화학적, 기계적 안정성 및 높은 부하능(loadability)을 가지는, 크로마토그래피를 위한 정지상 분리 물질을 제공하는 것이 본원 발명의 목적이다. 또한 순수 실리카에 기초한, 최신 기술의 표면 작용기화된 실리카의 모든 성능 이득을 가지는 동시에 화학적 안정성은 더 높은 정지상 분리 물질을 제공하는 것이 본원 발명의 목적이다.
놀랍게도 본원 발명의 목적이 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법으로 달성된다는 것이 발견되었고, 상기 방법은 약 25 내지 약 100 중량% 물을 포함하는 수용성 매질(medium)에서 실리카 기초 물질(S)과 하나 이상의 유기실란 화합물(A)을 혼합하여 반응 혼합물을 제공하는 것과 혼합물을 반응시키는 것을 포함한다. 반응 혼합물은, 적절하게는 25 내지 100 중량% 물을 포함하는 수용성 매질에, 하나 이상의 유기실란 화합물(A)을 첨가하고 적어도 부분적으로 용해시키는 것과 실리카 기초 물질(S)을 첨가하는 것을 임의의 순서로 수행하여 제공된다.
"수용성 매질"은 적절하게는 적어도 약 30 중량%, 또한 적절하게는 약 30 내지 약 100 중량%, 바람직하게는 적어도 약 40 중량%, 또한 바람직하게는 약 40 내지 약 100 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 약 60 중량%, 또한 더욱 바람직하게는 약 60 내지 약 100 중량%, 가장 바람직하게는 적어도 약 80 중량%, 또한 가장 바람직하게는 약 80 내지 약 100 중량% 물을 포함한다.
수용성 매질은 적절하게는, 약 10 중량% 이하, 바람직하게는 약 1 중량% 이하의 물에 혼합되지 않는 임의의 유기용매를 포함하고, 가장 바람직하게는 수용성 매질에 물에 혼합되지 않는 임의의 유기용매가 없다.
"실리카 기초 물질(S)"은 실리카 또는 실리카를 포함하는 물질을 의미한다. 바람직하게는 실리카 기초 물질(S)은 실리카이다.
본원 발명의 한 구체예에서, 하나 이상의 유기실란 화합물(A)은 물에 혼합되지 않는 유기용매를 포함하는 수용성 매질에, 적절하게는 약 1 내지 약 75 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 약 60 중량%, 가장 바람직하게는 약 10 내지 약 50 중량%의 양으로 용해된다. 유기용매는 적절하게는 알코올이고, 알코올은 바람직하게는 일가(monohydric) 또는 이가(dihydric) 알코올이다. 바람직한 알코올의 예는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 에틸렌글리콜 및 프로필렌글리콜이다. 가장 바람직하게는 알코올은 메탄올 또는 에탄올이다. 반응 혼합물에서의 유기용매의 양은 또한 반응 혼합물 성분이 반응하도록 허용된 시간 동안 변화할 수 있다. 이러한 한 구체예에서, 반응 혼합물의 액상(liquid phase)은 상기 명시된 한계 이내의 양으로 유기용매를 포함하고, 반응 얼마 후에 물의 첨가나 유기용매의 증발에 의하여 물의 함량이 증가하며, 반응 혼합물은 더욱 반응된다.
수용성 매질에 첨가되는 하나 이상의 유기실란 화합물(A)의 양은 총 반응 혼합물의 중량%로서 계산되고, 적절하게는 약 1 내지 약 25 중량%, 바람직하게는 약 5 내지 약 15 중량%이다.
수용성 매질에 첨가되는 실리카 기초 물질(S)의 양은 총 반응 혼합물의 중량%로서 계산되고, 적절하게는 약 1 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 3 내지 약 30 중량%, 가장 바람직하게는 약 5 내지 약 20 중량%이다.
반응 혼합물의 온도는 적절하게는 약 40 내지 약 300℃, 바람직하게는 약 50 내지 약 200℃, 더욱 바람직하게는 약 75 내지 약 175℃, 더욱더 바람직하게는 약 80 내지 약 175℃, 더욱더 바람직하게는 약 90 내지 약 160℃, 가장 바람직하게는 약 100 내지 약 150℃이다. 반응 혼합물의 온도 달성을 가능하게 하기 위하여, 필요할 경우에는 반응 혼합물에 대기압 이상의 압력이 가해진다.
반응 혼합물의 성분은 적절하게는 적어도 약 1 분, 또한 적절하게는 약 1 분 내지 약 500 시간, 바람직하게는 적어도 약 30 분, 또한 바람직하게는 약 30 분 내지 약 300 시간, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1 시간, 또한 더욱 바람직하게는 약 1 시간 내지 약 200 시간, 가장 바람직하게는 적어도 약 3 시간, 또한 가장 바람직하게는 약 3 시간 내지 약 100 시간 동안 반응하도록 허용된다.
상기 방법의 한 구체예에서, 반응 혼합물은 알칼리 쪽으로 pH를 조정하기 위하여, 적절하게는 염기를 포함한다. 반응 혼합물에서의 pH는 적절하게는 약 7.5 내지 약 13, 바람직하게는 약 10 내지 약 11.5이다. 염기의 선택은 결정적인 것은 아니다. 그러나 암모니아와 유기아민의 그룹에 속한 염기가 바람직하다.
무기산 또는 유기산일 수 있는 산은 적절하게는 반응 혼합물의 성분이 반응하도록 허용된 뒤에 첨가된다. 적절하게는 산은 무기산이고, 바람직하게는 질산, 염산 또는 황산이다.
반응 혼합물의 성분이 반응하도록 허용된 뒤, 혼합물은 적절하게는 여과되고, 실리카 기초 물질은 세척된다. 세척 매질로서 바람직하게는 물, 그리고 아세톤, 테트라하이드로푸란, 또는 1,4-디옥산과 같은 유기용매도 사용된다. 최종적으로, 유기-개질된 실리카 기초 물질이 적절하게는 약 50℃ 내지 약 140℃의 온도에서 건조된다.
한 구체예에서, 상기 방법은 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 동안 온도 상승을 포함한다. 반응 혼합물의 온도는 적절하게는 온도 TEMP1에서 더 높은 온도 TEMP2까지 상승한다. 두 온도 TEMP1과 TEMP2 모두 이미 명시된 반응 혼합물의 온도 범위 내에 있다.
한 구체예에서, 상기 방법은 실리카 기초 물질(S)과 하나 이상의 유기실란 화합물(A)의 반응 혼합물이 온도 TEMP1에서 반응하는 첫 번째 단계 및 첫 번째 단계에서 생성된 반응 실리카 기초 물질이 온도 TEMP2를 거치는 것을 포함하는 두 번째 단계를 포함하며, 여기서 TEMP2>TEMP1이다. 한 대안은 두 번째 단계에서, 첫 번째 단계에서 생성된 반응 실리카 기초 물질을 온도 TEMP2에 노출시키기 이전, 수용성 매질과 혼합되기 전에 그것의 세척과 건조를 포함한다. 또 다른 대안은 첫 번째 단계에서 생성된 반응 실리카 기초 물질을 그것이 반응되는 용액에 유지시키는 것을 포함하고, 온도를 TEMP2로 상승시킨다.
또 다른 대안은 유기적 표면개질(organic surface modification)을 포함하는 실리카 기초 물질을 출발 물질로서 사용하고 구체예에서 기술된 두 번째 단계에 따른 조건을 거치게 하는 것이다. 유기적 표면개질을 포함하는 실리카 기초 물질은 하나 이상의 유기실란 화합물(A)과 반응될 수 있고, 이로 인하여 실리카 기초 물질에 유기실란 일부를 더욱 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 이 반응 단계는 적절하게는 상기 물질이 구체예에서 기술된 두 번째 단계에 따른 조건을 거치기 전에 행해진다. 유기적 표면개질을 포함하는 실리카 기초 물질은 적절하게는 C1-C4 알킬, C2-C4 알켄일 또는 C2-C4 알킨일인 유기기를 포함하는 표면개질을 포함한다.
하나 이상의 유기실란 화합물(A)과 실리카 기초 물질(S) 사이의 반응 후, 유기-개질된 실리카 기초 물질은 하나 이상의 또 다른 유기실란 화합물(A)과 다시 반응할 수 있고, 유기실란 화합물은 이전에 사용된 것과 같거나 다를 수 있으며, 이로 인하여 유기-개질된 실리카 기초 물질에 유기실란 일부를 더욱 포함할 수 있다.
온도 TEMP1은 적절하게는 약 50 내지 약 100℃, 바람직하게는 약 75 내지 약 100℃, 가장 바람직하게는 약 90 내지 약 100℃의 범위 내에 있다. 온도 TEMP2는 적절하게는 약 100 내지 약 200℃, 바람직하게는 약 110 내지 약 150℃, 가장 바람직하게는 약 120 내지 약 140℃의 범위 내에 있다.
두 번째 단계에서 반응 혼합물의 액상은 적절하게는 약 80 내지 약 100 중량%, 바람직하게는 약 90 내지 약 100 중량%, 가장 바람직하게는 약 95 내지 약 100 중량% 물을 포함한다.
한 구체예에서, 반응 혼합물의 액상에서의 물의 함량은 온도가 온도 TEMP1에서 온도 TEMP2로 상승할 때 증가된다. 물의 함량 증가는 적절하게는 물의 첨가 또는 반응 혼합물에 존재할 수 있는 물에 혼합되지 않는 유기용매의 증발로 이루어진다.
반응 혼합물은 적절하게는 적어도 약 1 분, 또한 적절하게는 약 1 분 내지 약 500 시간, 바람직하게는 적어도 약 30 분, 또한 바람직하게는 약 30 분 내지 약 300 시간, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1 시간, 또한 더욱 바람직하게는 약 1 시간 내지 약 200 시간, 가장 바람직하게는 적어도 약 3 시간, 또한 가장 바람직하게는 약 3 시간 내지 약 100 시간 동안 온도 TEMP1을 거친다.
첫 번째 단계에서 생성된 유기-개질된 실리카 기초 물질은 적절하게는 적어도 약 1 분, 또한 적절하게는 약 1 분 내지 약 500 시간, 바람직하게는 적어도 약 30 분, 또한 바람직하게는 약 30 분 내지 약 300 시간, 더욱 바람직하게는 적어도 약 1 시간, 또한 더욱 바람직하게는 약 1 시간 내지 약 200 시간, 가장 바람직하게는 적어도 약 3 시간, 또한 가장 바람직하게는 약 3 시간 내지 약 100 시간 동안 온도 TEMP2를 거친다.
하나 이상의 유기실란 화합물(A)은 적절하게는 일반식 (R1)3-n(X)nSiR2-의 일부를 포함하고, 여기서 R1은 C1-C4 알킬, C2-C4 알켄일 또는 C2-C4 알킨일, 바람직하게는 C1-C2 알킬이고, R2는 메틸렌이며, X는 이탈기(leaving group)이고, n=2 또는 3이다. 하나 이상의 유기실란 화합물(A)은 적절하게는 일반식 (R1)3-n(X)nSiR3인 화합물이고, 여기서 R1은 C1-C4 알킬, C2-C4 알켄일 또는 C2-C4 알킨일, 바람직하게는 C1-C2 알킬이고, R3는 C1-C8 알킬, C2-C8 알켄일 또는 C2-C8 알킨일, 바람직하게는 C1-C3 알킬, 가장 바람직하게는 C1-C2 알킬이며, X는 이탈기이고, n=2 또는 3이다. 대안으로, 하나 이상의 유기실란 화합물(A)은 적절하게는 일반식: (R4)3-n(X)nSiR6Si(R5)3-m(Y)m인 화합물이고, 여기서 R4 및 R5는 서로 독립적으로 C1-C4 알킬, C2-C4 알켄일 또는 C2-C4 알킨일, 바람직하게는 C1-C2 알킬이고, R6는 C1-C8 알킬렌, C2-C8 알켄일렌 또는 C2-C8 알킨일렌, 바람직하게는 C2-C5 알킬렌, C2-C3 알켄일렌 또는 C2-C8 알킨일렌, 가장 바람직하게는 C1-C3 알킬렌 또는 C2-C3 알켄일렌이며, X 및 Y는 이탈기이고, n=2 또는 3, m=2 또는 3이다.
바람직한 R1기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필, 부틸, 2-부틸, 에텐일, 2-프로펜일, 1-프로펜일, 1-(1-부텐일), 1-(2-부텐일), 4(1-부텐일), 2-(1-부텐일), 2-(2-부텐일), 3-(1-부텐일), 에틴일, 1-프로핀일, 3-프로핀일, 1-(1-부틴일), 1-(2-부틴일), 4-(1-부틴일) 및 3-부틴일이다.
바람직한 R3기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필, 부틸, 2-부틸, 에텐일, 2-프로펜일, 1-프로펜일, 1-(1-부텐일), 1-(2-부텐일), 4(1-부텐일), 2-(1-부텐일), 2-(2-부텐일), 3-(1-부텐일), 에틴일, 1-프로핀일, 3-프로핀일, 1-(1-부틴일), 1-(2-부틴일), 4-(1-부틴일) 및 3-부틴일이다.
바람직한 R4 및 R5기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필, 부틸, 2-부틸, 에텐일, 2-프로펜일, 1-프로펜일, 1-(1-부텐일), 1-(2-부텐일), 4(1-부텐일), 2-(1-부텐일), 2-(2-부텐일), 3-(1-부텐일), 에틴일, 1-프로핀일, 3-프로핀일, 1-(1-부틴일), 1-(2-부틴일), 4-(1-부틴일) 및 3-부틴일이다.
바람직한 R6기의 예는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 2-프로필렌, 부틸렌, 2-부틸렌, 에텐일렌, 2-프로펜일렌, 1-프로펜일렌, 1-(1-부텐일렌), 1-(2-부텐일렌), 4(1-부텐일렌), 2-(1-부텐일렌), 2-(2-부텐일렌), 3-(1-부텐일렌), 1-프로핀일렌, 3-프로핀일렌, 1-(1-부틴일렌), 1-(2-부틴일렌), 4-(1-부틴일렌) 및 3-부틴일렌이다.
모든 유기실란 화합물(A)에 대하여 모든 유형의 이탈기 X 및 Y가 사용될 수 있지만, X 및 Y는 적절하게는 할로겐, 알콕시 또는 알킬아민, 바람직하게는 염소, 메톡시 또는 에톡시이다.
적절한 유기실란 화합물(A)의 예는 메틸트리메톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란 및 에틸트리에톡시실란과 같은 모노알킬트리알콕시실란, 디메틸디메톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란 및 디에틸디에톡시실란과 같은 디알킬디알콕시실란, 메틸트리클로로실란, 에틸트리클로로실란과 같은 모노알킬트리할로게노실란, 그리고 디메틸디클로로실란 및 디에틸디클로로실란과 같은 디알킬디할로게노실란을 포함한다. 적절한 유기실란 화합물(A)의 또 다른 예는 비스(트리메톡시실릴)메탄, 비스(트리에톡시실릴)메탄, 비스(트리메톡시실릴)에탄, 비스(트리에톡시실릴)에탄, 비스(트리메톡시실릴)프로판, 비스(트리에톡시실릴)프로판, 비스(트리에톡시실릴)부탄, 비스(트리에톡시실릴)부탄, 비스(트리할로겐실릴)메탄, 비스(트리할로겐실릴)에탄, 비스(트리할로겐)프로판, 비스(트리할로겐실릴)부탄을 포함한다. 바람직하게는, 메틸트리알콕시실란, 디메틸디알콕시실란, 에틸트리알콕시실란 또는 비스(트리알콕시실릴)에탄이 사용되고 여기서 알콕시는 메톡시 또는 에톡시이다.
본원 발명은 상기 기술된 방법으로 수득 가능한 유기-개질된 실리카 기초 물질에 더욱 관한다.
본원 발명은 개질되지 않은 실리카 부분 및 실리카에 결합된 유기기를 포함하는 실리카 부분을 포함하는 유기-개질된 실리카 기초 물질에 더욱 관하고, 유기기는 적절하게는 알킬-, 알켄일-, 알킨일-, 알킬렌-, 알켄일렌- 또는 알킨일렌기의 그룹에 속한다.
유기-개질된 실리카 기초 물질은 적절하게는 표면에서부터 실리카 기초 물질까지 점차 감소하는 농도로 분포된 유기기를 포함한다.
유기-개질된 실리카 기초 물질은 적절하게는 개질되지 않은 실리카 부분과 -OSi≡기에 포함된 실리콘 원자에 결합된 알킬기, 알켄일기 또는 알킨일기를 포함하는 부분 및/또는 -OSi≡기에 각각 포함된 두 개의 실리콘 원자에 결합된 알킬렌기, 알켄일렌기 또는 알킨일렌기를 포함하는 부분을 포함한다. 알킬기는 적절하게는 C1-C4 알킬기, 바람직하게는 C1-C3 알킬기, 가장 바람직하게는 C1-C2 알킬기이다. 알켄일기는 적절하게는 C2-C4 알켄일기, 바람직하게는 C2-C3 알켄일기이다. 알킨일기는 적절하게는 C2-C4 알킨일기, 바람직하게는 C2-C3 알킨일기이다. 알킬렌기는 적절하게는 C1-C8 알킬렌기, 바람직하게는 C1-C5 알킬렌기, 가장 바람직하게는 C1-C3 알킬렌기이다. 알켄일렌기는 적절하게는 C2-C8 알켄일렌기, 바람직하게는 C2-C5 알켄일렌기, 가장 바람직하게는 C2-C3 알켄일렌기이다. 알킨일렌기는 적절하게는 C2-C8 알킨일렌기, 바람직하게는 C2-C5 알킨일렌기, 가장 바람직하게는 C2-C3 알킨일렌기이다.
바람직한 알킬-, 알켄일- 또는 알킨일기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 2-프로필, 부틸, 2-부틸, 에텐일, 2-프로펜일, 1-프로펜일, 1-(1-부텐일), 1-(2-부텐일), 4(1-부텐일), 2-(1-부텐일), 2-(2-부텐일), 3-(1-부텐일), 에틴일, 1-프로핀일, 3-프로핀일, 1-(1-부틴일), 1-(2-부틴일), 4-(1-부틴일) 및 3-부틴일이다.
바람직한 알킬렌-, 알켄일렌- 또는 알킨일렌기의 예는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌, 2-프로필렌, 부틸렌, 2-부틸렌, 에텐일렌, 2-프로펜일렌, 1-프로펜일렌, 1-(1-부텐일렌), 1-(2-부텐일렌), 4(1-부텐일렌), 2-(1-부텐일렌), 2-(2-부텐일렌), 3-(1-부텐일렌), 1-프로핀일렌, 3-프로핀일렌, 1-(1-부틴일렌), 1-(2-부틴일렌), 4-(1-부틴일렌) 및 3-부틴일렌이다.
개질되지 않은 실리카 부분은 적절하게는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 가장 안쪽 부분, 즉, 표면으로부터 가장 멀리 떨어진 부분을 포함한다.
여기서 "개질되지 않은 실리카"는 실리카에 결합된 임의의 유기기를 포함하지 않는 실리카, 즉, 실리카가 임의의 유기 화합물과의 임의의 반응에 의하여 변하지 않았음을 의미한다. 유기기의 예는 알킬 및 알킬렌기이다. "개질되지 않은 실리카"에서 실리콘 원자는 적절하게는 적어도 하나, 바람직하게는 네 개의 -OSi≡기에 결합되고, 여기서 -OSi≡기의 실리콘 원자는 임의의 유기기에 더욱 결합되지 않으며, 이로 인하여 개질되지 않은 실리카 영역(domain)을 형성할 수 있다.
실리카 기초 물질(S)과 유기-개질된 실리카 기초 물질은 적절하게는 입자, 바람직하게는 다공성 입자 형태이다. 다공성 입자의 부피 평균 크기는 적절하게는 약 0.5 내지 약 500 ㎛, 바람직하게는 약 1 내지 약 200 ㎛, 가장 바람직하게는 약 1.5 내지 약 50 ㎛이다. 입자는 바람직하게는 실질적으로 구형이다. 다공성 입자의 평균 세공 크기는 적절하게는 약 1 내지 약 5000 Å, 바람직하게는 약 10 내지 약 3000 Å, 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 2000 Å이다.
대안으로, 실리카 기초 물질(S)과 유기-개질된 실리카 기초 물질은 적절하게는 모노리스 물질(monolithic material)의 형태이다. 모노리스 물질은 적절하게는 약 10 내지 약 3000 Å, 바람직하게는 약 50 내지 약 2000 Å의 메조세공(meso pore) 크기를 가진다.
유기-개질된 실리카 기초 물질의 세공 크기는 실리카 기초 물질(S)의 세공 크기의 적절하게는 약 70 내지 약 100%, 바람직하게는 약 80 내지 약 100%, 가장 바람직하게는 약 90 내지 약 100%이다.
실리카 기초 물질(S)과 유기-개질된 실리카 기초 물질의 세공 부피는 적절하게는 약 0.1 내지 약 4 ㎖/g, 바람직하게는 약 0.3 내지 약 2 ㎖/g, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 약 1.5 ㎖/g이다.
실리카 기초 물질(S)과 유기-개질된 실리카 기초 물질의 비표면적(BET 방법)은 적절하게는 약 1 내지 약 1000 ㎡/g, 바람직하게는 약 25 내지 약 700 ㎡/g, 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 500 ㎡/g이다.
본원 발명은 또한 본원 발명에 따른 유기-개질된 실리카 기초 물질을 포함하는 정지상 분리 물질과 정지상 분리 물질의 제조 방법에 관한다. 정지상 분리 물질은 적절하게는 하나 이상의 작용기 형태로 표면-작용기화를 포함한다. 하나 이상의 작용기는 적절하게는 디올-치환된 알킬, 아미노-치환된 알킬, 시아노알킬, 플루오로알킬, 페닐, 플루오로페닐, 페닐알킬 및 C1-C30 알킬, 바람직하게는 C4-, C8-, 및 C18 알킬의 그룹에 속한다.
고체 상태 실리콘(29Si) 핵자기공명(NMR) 분광법은 실리카 기초 물질의 구조 측정에 사용될 수 있다. 이것은, 예를 들어 Albert K., " NMR investigations of stationary phases ", J. Sep . Sci . 2003, 26, 215-224에 기술된 공지된 방법이다. 실리콘에 부착된 유기기와 역시 부착된 두 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자는 T2 구조를 가진다고 한다. 실리콘에 부착된 유기기와 역시 부착된 세 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자는 T3 구조를 가진다고 한다(도 1).
유기-개질된 실리카 기초 물질은 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, 적절하게는 약 1 이하, 또한 적절하게는 약 0 내지 약 1, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.9, 바람직하게는 약 0.15 내지 약 0.75, 가장 바람직하게는 약 0.2 내지 약 0.6으로, T2 구조를 가지는 실리콘 원자의 양 대 T3 구조를 가지는 실리콘 원자의 양의 비율을 가진다.
정지상 분리 물질은 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, 적절하게는 약 0.75 이하, 또한 적절하게는 약 0 내지 약 0.5, 바람직하게는 약 0.5 이하, 또한 바람직하게는 약 0 내지 약 0.5, 가장 바람직하게는 약 0.3 이하, 또한 바람직하게는 약 0 내지 약 0.3으로, T2 구조를 가지는 실리콘 원자의 양 대 T3 구조를 가지는 실리콘 원자의 양의 비율을 가진다.
T1 구조는 실리콘에 부착된 유기기 및 단지 한 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자를 나타낼 것이다. T1 구조는 본원 발명에 따르는 유기-개질된 실리카 기초 물질에 실질적으로 없고, 본원 발명에 따르는 정지상 분리 물질에도 실질적으로 없다.
유기-개질된 실리카 기초 물질에서 T1의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율은 적절하게는 약 0 내지 약 0.05, 바람직하게는 약 0 내지 약 0.01, 가장 바람직하게는 약 0 내지 약 0.001이다. 유기-개질된 실리카 기초 물질에서 T2의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율은, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, 적절하게는 약 0.40 이하, 또한 적절하게는 약 0.10 내지 약 0.40, 바람직하게는 약 0.35 이하, 또한 바람직하게는 약 0.15 내지 약 0.35이다. 유기-개질된 실리카 기초 물질에서 T3의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율은, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, 적절하게는 약 0.60과 같거나 그 이상, 또한 적절하게는 약 0.60 내지 약 0.90, 바람직하게는 약 0.65 이상, 또한 바람직하게는 약 0.65 내지 약 0.85이다.
정지상 분리 물질에서 T1의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율은 적절하게는 약 0 내지 약 0.05, 바람직하게는 약 0 내지 약 0.01, 가장 바람직하게는 약 0 내지 약 0.001이다. 정지상 분리 물질에서 T2의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율은, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, 적절하게는 약 0.40 이하, 또한 적절하게는 약 0 내지 약 0.40, 바람직하게는 약 0.30 이하, 또한 바람직하게는 약 0 내지 약 0.30, 가장 바람직하게는 약 0.25 이하, 또한 가장 바람직하게는 약 0 내지 약 0.25이다. 정지상 분리 물질에서 T3의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율은, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, 적절하게는 약 0.70과 같거나 그 이상, 또한 적절하게는 약 0.70 내지 약 1, 바람직하게는 약 0.75 이상, 또한 바람직하게는 약 0.75 내지 약 1이다.
실리콘에 부착된 네 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자는 Q4 구조를 가진다고 한다(도 2). 순수한 실리카는 본질적으로 Q4 실리콘을 포함한다. 실리콘에 부착된 한 개의 하이드록실기와 역시 부착된 세 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자는 Q3 구조를 가진다고 한다(도 3). Q4 및 Q3 구조는 고체 상태 실리콘 NMR 분광법에 의하여 분석될 수 있다.
유기-개질된 실리카 기초 물질과 정지상 분리 물질은 적절하게는 Q4 구조를 가지는 실리콘 원자를 포함한다.
유기-개질된 실리카 기초 물질의 표면은 적절하게는 실리카 기초 물질의 일부인 실리콘 원자를 포함하고, 실리콘 원자는 이들에 결합된 임의의 유기기를 가지지 않는다.
유기-개질된 실리카 기초 물질의 실라놀기의 완전한 작용기화 및/또는 말단캡핑 후의 Q3의 양 대 유기-개질된 실리카 기초 물질의 실라놀기의 완전한 작용기화 및/또는 말단캡핑 전의 Q3의 양의 비율은 적절하게는 약 0.01 내지 약 0.99, 바람직하게는 약 0.10 내지 약 0.95, 가장 바람직하게는 약 0.25 내지 약 0.90이다.
정지상 분리 물질의 세공 크기는 실리카 기초 물질(S)의 세공 크기의, 적절하게는 약 20 내지 약 100%, 바람직하게는 약 30 내지 약 95%, 가장 바람직하게는 약 40 내지 약 90%이다.
정지상 분리 물질의 세공 부피는 적절하게는 약 0.1 내지 약 4 ㎖/g, 바람직하게는 약 0.2 내지 약 2 ㎖/g, 가장 바람직하게는 약 0.3 내지 약 1.2 ㎖/g이다.
정지상 분리 물질의 비표면적(BET 방법)은 적절하게는 약 1 내지 약 1000 ㎡/g, 바람직하게는 약 25 내지 약 700 ㎡/g, 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 500 ㎡/g이다. 비표면적(BET 방법)은 보통 물질이 작용기화될 때에 감소한다. 그러므로 작용기화된 유기-개질된 실리카 기초 물질은 보통 유기-개질된 실리카 기초 물질보다 더 낮은 비표면적(BET 방법)을 가진다.
유기-개질된 실리카 기초 물질과 정지상 분리 물질은 적절하게는 실리카 기초 물질(S)과 거의 같은 기계적 강도를 가진다.
알칼리 환경에서 유기-개질된 실리카 기초 물질과 정지상 분리 물질의 안정성은, 컬럼에 상기 물질을 충전, 알칼리 용액을 컬럼을 통하여 주입, 용출액에서 실리콘 함량을 결정(원소 분석법으로)하여 측정될 수 있다. 바람직하게는 C18-, C8- 또는 C4 작용기화를 가지는 유기-개질된 실리카 기초 물질 및 정지상 분리 물질의 알칼리 안정성은, 25℃의 온도에서, 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합한 41.5 ㎖의 10 mM NaOH를 약 2.5 g의 유기-개질된 실리카 기초 물질로 충전된 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 컬럼을 통하여 1 ㎖/min로 주입하는 절차의 용출액에서 비표면적당 ppm 실리콘(BET 방법)[ppm Si/㎡/g]으로서 결정되고, 적절하게는 약 0.035 [ppm Si/㎡/g] 이하, 또는 약 0 내지 약 0.035 [ppm Si/㎡/g], 바람직하게는 약 0.025 [ppm Si/㎡/g] 이하, 또는 약 0 내지 약 0.025 [ppm Si/㎡/g]이다. 바람직하게는 C18-, C8- 또는 C4 작용기화를 가지는 유기-개질된 실리카 기초 물질 및 정지상 분리 물질의 알칼리 안정성은, 25℃의 온도에서, 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합한 41.5 ㎖의 10 mM NaOH를 약 2.5 g의 유기-개질된 실리카 기초 물질로 충전된 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 컬럼을 통하여 1 ㎖/min로 주입하는 절차의 용출액에서 비표면적당 ppm 실리콘(BET 방법)[ppm Si/㎡/g]으로서 결정되고, 적절하게는 약 0.2 [ppm Si/㎡/g] 이하, 또는 약 0 내지 약 0.2 [ppm Si/㎡/g], 바람직하게는 약 0.15 [ppm Si/㎡/g] 이하, 또는 약 0 내지 약 0.15 [ppm Si/㎡/g]이다.
정지상 분리 물질의 제조 방법은, 디올-치환된 알킬, 아미노-치환된 알킬, 시아노알킬, 플루오로알킬, 페닐, 플루오로페닐, 페닐알킬, 또는 C1-C30 알킬, 바람직하게는 C4-, C8- 및 C18 알킬과 같은 작용기를 포함하는 하나 이상의 작용기화제와 유기-개질된 실리카 기초 물질을 반응시키는 것에 의한, 본원 발명에 따른 유기-개질된 실리카 기초 물질의 표면-작용기화를 포함한다. 적절하게는 작용기화제는 작용기를 포함하는 유기실란이다. 실리카의 표면-작용기화는 잘 공지된 절차이고 적절한 절차에 대한 상세한 기술은, 예를 들어 Silica Gel and Bonded Phases - Their Production , Properties and Use in LC . Raymond P.W. Scott ., John Wiley & Sons Ltd ., 1993, England , UK , p. 159-160에 기술되어 있다. 표면-작용기화는 적절하게는 비-수용성 매질, 예를 들어 톨루엔에서 행해진다.
유기-개질된 실리카 기초 물질을 작용기화제와 반응시킨 후에, 바람직하게는 말단캡핑 단계가 행해진다. 말단캡핑화제로서 바람직하게는 트리메틸클로로실란 또는 디메틸디클로로실란이 사용된다.
본원 발명은 크로마토그래피 분리 방법에서의 정지상 분리 물질의 용도를 더욱 포함한다. 이러한 크로마토그래피 분리 방법은 예를 들어 HPLC, 초임계 유체 크로마토그래피(SFC) 및 모사이동층(simulating moving bed(SMB))일 수 있다.
본원 발명은 또한 본원 발명의 정지상 분리 물질을 포함하는, 크로마토그래피를 위한 충전된 분리 컬럼에 관한다.
본원 발명은 또한 컬럼에 본원 발명에 따른 정지상 분리 물질을 충전하는 단계를 포함하는, 크로마토그래피를 위한 충전된 컬럼의 제조에 관한다.
본원 발명은 본원 발명에 따른 정지상 분리 물질과 혼합물의 접촉을 포함하는, 혼합물로부터 화학적 화합물을 분리하는 방법을 더욱 포함한다.
본원 발명은 이제 다음의 실시예들을 기술할 것이지만, 이들이 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
도 1은 유기기와 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자의 구조를 나타낸다.
도 2는 네 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자의 구조를 나타낸다.
도 3은 한 개의 하이드록실기와 세 개의 -OSi≡기를 가지는 실리콘 원자의 구조를 나타낸다.
도 4는 유기-개질된 실리카 기초 물질에서의 탄소 함량과 C18-작용기화된 상에서의 탄소 함량의 관계를 나타낸다.
실시예 1 (유기- 개질된 실리카 기초 물질의 제조):
21.50 ㎖ 메틸트리메톡시실란이 실온에서 300 ㎖ Milli-Q-물에 첨가되었다. 5 ㎛의 평균 입자 크기, 120 Å의 평균 세공 크기 및 320 ㎡/g의 비표면적을 가지는 30.00 g의 실리카 입자(Kromasil®)가 첨가되었고, 혼합물은 95℃로 가열되었다. 상기 온도는 3 시간 동안 유지되었다. 이후 온도는 80℃로 낮춰졌고 21 ㎖ 25% NH3 ( aq )가 첨가되었다. 상기 온도는 2 시간 동안 유지되었다. 이후 온도는 실온으로 낮춰졌고 21 ㎖ 65% HNO3 ( aq )가 첨가되었다. 혼합물은 95℃로 가열되어 이 온도가 88 시간 동안 유지되었고, 이후 혼합물은 여과되었고 Milli-Q-물, THF 및 아세톤으로 세척되었다. 상기 물질은 최종적으로 90℃에서 4 시간 동안 건조되었다.
탄소 함량은 원소 분석에 의하여 3.9 중량%로 측정되었다.
실시예 2 (유기- 개질된 실리카 기초 물질의 제조):
40.5 ㎖ (33-36) 에틸트리메톡시실란이, 5 ㎛의 평균 입자 크기, 120 Å의 평균 세공 크기 및 320 ㎡/g의 비표면적을 가지는 50 g 실리카 입자(Kromasil® 100 Å)를 가지는 500 ㎖ Milli-Q-물에 첨가되었다. 혼합물은 98℃로 가열되었고 온도는 16 시간 동안 유지되었다. 온도가 40℃ 이하로 냉각되었고, 혼합물이 여과되었으며 Milli-Q-물 및 아세톤으로 세척되었다. 상기 물질은 90℃에서 4 시간 동안 건조되었다.
탄소 함량은 원소 분석에 의하여 7.1 중량%로 측정되었다.
실시예 3 (유기- 개질된 실리카 기초 물질의 제조):
실시예 2의 생성물은 Milli-Q-물에 분산되었고, 혼합물은 오토클레이브(autoclave)에 두어졌다. 온도를 130℃로 높여 72 시간 동안 유지하였다. 이후 온도는 40℃ 이하로 냉각되었고, 혼합물이 여과되었으며 Milli-Q-물 및 아세톤으로 세척되었다. 상기 물질은 90℃에서 4 시간 동안 건조되었다.
탄소 함량은 원소 분석에 의하여 7.1 중량%로 측정되었다.
실시예 4 ( 정지상 분리 물질의 제조):
실시예 1에 따라 제조된 유기-개질된 실리카 기초 물질은, 디메틸-옥타데실클로로실란을 사용하고 표준 절차(즉, 톨루엔에 녹인 아미노-기초 촉매를 사용)를 사용하여, C18-상으로의 작용기화를 거쳤다. 작용기화 후에 결과물 상은 트리메틸클로로실란을 사용하여 말단캡핑되었다.
C18-작용기화로부터 탄소 함량은 8.6 중량%로 결정되었다.
실시예 5 ( 정지상 분리 물질의 제조):
실시예 3에 따라 제조된 유기-개질된 실리카 기초 물질은 실시예 4에서 기술된 것과 같은 방식으로 작용기화되었다.
C18-작용기화로부터 탄소 함량은 7.3 중량%로 결정되었다.
실시예 6-14 (유기- 개질된 실리카 기초 물질의 제조):
더욱 유기-개질된 실리카 기초 물질은 실시예 2 및 실시예 3에 따라, 30과 40 ㎖ 사이의 유기실란 및 유기실란과 같은 양의 다른 성분을 사용하여 만들어졌다. 유기실란으로서 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 프로필트리메톡시-실란 및 비스(트리에톡시실릴)에탄이 사용되었다. 결과물 물질은 일부 경우에 실시에 4에 기술된 것과 같은 방식으로 C18-작용기화를 거쳤다. C18 작용기화제는 디메틸-옥타데실클로로실란("C18")이거나 메틸-옥타데실디클로로실란("디-C18")이었다. 표 1은 실시예 3에 따른 오토클레베이션(autoclavation) 단 계가 사용되거나 사용되지 않을 경우, 사용된 성분과 이들의 양을 요약한다.
실시예 유기실란 오토클레베이션 유기-개질된 물질에서의 탄소 함량[%] 작용기화
6 메틸트리메톡시-실란 아니오 2.9 C18
7 메틸트리메톡시-실란 예 3.1 C18
8 에틸트리메톡시-실란 아니오 6.9 -
9 에틸트리메톡시-실란 아니오 6.9 C18
10 에틸트리메톡시-실란 예 7.2 -
11 에틸트리메톡시-실란 예 7.2 C18
12 비스(트리에톡시실릴) 에탄 예 2.6 -
13 비스(트리에톡시실릴) 에탄 예 2.6 C18
14 프로필트리메톡시-실란 예 6.4 C18
실시예 15 ( 정지상 분리 물질의 화학적 안정성 시험):
250*4.6 ㎜의 크기를 가지는 컬럼이 실시예 4와 6에 따라 제조된 약 2.5 g의 정지상 분리 물질로써 충전되었다. 대조로서 또 다른 컬럼이 C18-작용기화된 실리카 입자를 포함하는 상용의 C18 상(Kromasil 100-5-C18)으로써 충전되었다.
HPLC 장치에서 아세토니트릴/50 mM HOAc-NEt3 50:50이 이동상(mobile phase)으로서 사용되었다. pH는 12였다. 분석 동안 유량은 1 ㎖/min과 0.1 ㎖/min의 사이였다. 온도는 25℃였다. 분석물 톨루엔, 노르트리프틸린(nortriptyline), 이미프라민(imipramine) 및 아미트리프틸린(amitriptyline)이 규칙적인 간격으로 시험되었다.
상대적인 잔류 행동(retention behavior)인 용량인자(capacity factor) k'는 모든 분석물에 대하여 결정되었다.
표 2 내지 4는 결과를 나타낸다. Δk'/Δt는 최종 40 분에 걸친 k'의 변화이다.
본원 발명에 따른 정지상(실시예 2)
시간(h) k' 톨루엔 △k'/△t k' 노르트리프틸린 △k'/△t k' 이미프라민 △k'/△t k' 아미트리프틸린 △k'/△t
0 7.62 - 12.15 - 19.55 - 24.58 -
40 7.74 0.003 13.76 0.040 20.96 0.035 26.33 0.044
80 7.68 -0.0015 14.09 0.0082 21.16 0.0050 26.56 0.0058
120 7.66 -0.0005 14.26 0.0042 21.25 0.0022 26.68 0.0030
본원 발명에 따른 정지상(실시예 5)
시간(h) k' 톨루엔 △k'/△t k' 노르트리프틸린 △k'/△t k' 이미프라민 △k'/△t k' 아미트리프틸린 △k'/△t
0 7.22 - 11.41 - 18.92 - 23.73 -
40 7.37 -0.0038 13.42 0.050 20.90 0.050 26.21 0.062
80 7.36 -0.0002 13.78 0.0090 21.13 0.025 26.55 0.0085
120 7.33 -0.0008 14.00 0.0055 21.31 0.0045 26.77 0.0055
상용의 C18-상(Kromasil)
시간(h) k' 톨루엔 △k'/△t k' 노르트리프틸린 △k'/△t k' 이미프라민 △k'/△t k' 아미트리프틸린 △k'/△t
0 8.45 - 15.22 - 25.18 - 32.67 -
40 8.61 0.0040 19.94 0.12 27.76 0.064 35.89 0.080
80 8.61 0 21.69 0.044 28.49 0.018 36.69 0.020
120 8.62 0.0002 22.88 0.030 29.07 0.014 37.37 0.017
상용의 C18 상에 대하여, 결과는 소수성 C18 작용기와만 크게 상호작용하는 톨루엔에 대하여 나타내고, 시간의 흐름에 따른 C18 작용기의 열화(deterioration)가 없다. 그러나 실라놀기와 같은 친수성 구조와도 역시 상호작용하는 다른 분석물에 대한 결과는 시간이 지날수록, 실리카 표면에서의 열화 과정을 나타내는 증가된 상호작용이 있음을 나타낸다. 본원 발명에 따른 C18 상에 대하여, C18 작용기는 상용의 C18-상보다 훨씬 더 적은 정도로 열화된다. 그러므로 본원 발명에 따른 C18 상의 화학적 안정성은 상용의 C18 상보다 현저히 더 높다.
실시예 16 ( 정지상 분리 물질의 화학적 안정성 시험):
250*4.6 ㎜의 크기를 가지는 컬럼이 실시예 7, 8, 10, 12, 13 및 15에 따라 제조된 약 2.5 g의 정지상 분리 물질로 각각 충전되었다. 대조로서, 컬럼은 C18-작용기화된 실리카 입자를 포함하는 상용의 C18 상(Kromasil 100-5-C18)로써 충전되었다.
HPLC 장치에서 25 mM K-PO4-완충용액(pH 6)/메탄올 50:50을 이동상으로서 사용하여 분석물 노르트리프틸린과 아미트리프틸린이 시험되었다. 유량은 1 ㎖/min이고 온도는 25℃였다. 상대적인 잔류 행동의 측정인 용량인자, k'는 각각의 분석물에 대하여 결정되었다.
이후 컬럼에 다섯 시간 동안 0.1 M NaOH (aq)/에탄올 50:50이 가해졌다. 컬럼의 평형 후, 용량인자는 전과 같은 조건을 사용하여 분석물에 대하여 다시 결정되었다.
용량인자의 변화가 표 5에 나타나 있다.
상 노르트리프틸린 아미트리프틸린
k' 전 k' 후 % 변화 k' 전 k' 후 % 변화
상용의 C18 상 1.08 5.73 +433 4.46 10.89 +144
본원 발명(실시예 7) 0.91 4.46 +392 3.77 6.57 +74
본원 발명(실시예 8) 0.89 1.74 +95 3.37 3.92 +16
본원 발명(실시예 9) 0.84 3.30 +292 3.57 5.79 +62
본원 발명(실시예 11) 0.77 1.27 +64 3.06 3.37 +10
본원 발명(실시예 12) 1.33 3.46 +160 5.08 6.62 +30
본원 발명(실시예 13) 0.91 1.96 +115 3.75 4.70 +25
본원 발명에 따른 물질은 알칼리 조건에서 용량인자의 안정성 면에서, 상용의 C18-상보다 더 나은 결과를 제공하는 것으로 결론지어진다.
실시예 17 (실리콘의 누출로서 정지상 분리 물질의 화학적 안정성):
실시예 2와 3의 조합(에틸-개질되고 오토클레이브 처리되는)에 따라 만들어지고, 실시예 4의 절차에 따라 메틸-옥타데실디클로로실란으로써 작용기화된 정지상 분리 물질의 각각 2.5 g의 세 개의 배치(batch)가 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 세 컬럼에 각각 충전되었다. 상기 물질의 비표면적은 각각 약 140 ㎡/g이었다. 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합된 41.5 ㎖의 10 mM NaOH이 25℃의 온도에서 1 ㎖/min로 각 컬럼을 통하여 주입되었다. 실리콘 함량은 원소 분석에 의하여 용출액에서 결정되었다. 상용의 C-18 개질된 정지상으로써 충전된 컬럼 또한 제공되었다. 1:1 부피 관계의 10 mM NaOH:에탄올과 1:1 부피 관계의 100 mM NaOH:에탄올을 새로운 컬럼을 통하여 각각 주입하여 상기 절차를 반복하였다. 표 6은 결과를 나타낸다.
용출액에서 실리콘 함량
컬럼 함량 NaOH 용액의 농도 [mM]
10 100
본원 발명에 따른 물질 배치 1 0.016 [ppm Si/㎡/g] 0.098 [ppm Si/㎡/g]
본원 발명에 따른 물질 배치 2 0.015 [ppm Si/㎡/g] 0.13 [ppm Si/㎡/g]
본원 발명에 따른 물질 배치 3 0.016 [ppm Si/㎡/g] 0.13 [ppm Si/㎡/g]
상용의 C18-물질 0.039 [ppm Si/㎡/g] 0.21 [ppm Si/㎡/g]
본원 발명의 물질은 강한 알칼리 용액에 대하여 상용의 C18-상보다 훨씬 더 높은 안정성을 나타내는 것으로 결론지어진다. 안정성은 또한 상이한 배치들 사이에서 재현가능하다.
실시예 18 ( 정지상 분리 물질의 기계적 안정성):
다공성 실리카 입자의 기계적 안정성은 50 ㎜의 내경을 가지는 컬럼에 25 ㎜의 실리카 입자를 충전하고, 40 bar의 압력을 사용하여 측정된다. 이동상이 컬럼을 통하여 주입되고, 이동상이 컬럼을 통하여 이동할 수 있도록 하기 위하여 초과될 필요가 있는 역압(back-pressure)이 결정된다. 이후 실리카 입자는 60, 80, 100, 120, 150, 200, 250, 및 300 bar의 압력을 거치고, 각 피스톤압력에서 역압이 결정된다. 각 피스톤압력에서 40 bar에 대한 압력 증가[%]가 결정된다.
실시예 3(에틸-개질된)에 따라 제조된 유기-개질된 실리카 기초 물질의 기계적 안정성은 기술된 상기 방법으로 결정되었다. 비교로서, (순수한) 노출된 실리카에서 C4-작용기화된 상용의 물질(Kromasil C4)이 시험되었다.
결과는 표 7에 나타난다.
압력 증가(%)
피스톤 압력 본원 발명의 물질(실시예 3) 상용의 C4-상(Kromasil C4)
40 0 0
60 3.3 8.3
80 9.9 13.9
100 16.5 22.2
120 19.8 30.6
150 27.5 38.9
200 40.7 44.4
250 54.9 69.4
300 65.9 108.3
본원 발명의 유기-개질된 실리카 기초 물질이 탁월한 기계적 안정성을 가지는 것으로 결론지어진다.
실시예 19 ( 작용기화 정도의 조절):
유기-개질된 실리카 기초 물질은 유기실란(에틸트리메톡시실란)의 양을 변화시키면서 실시예 2와 3을 조합한 방법에 따라 제조되었다. 이후 C18-작용기화는 실시예 4에서의 과정을 따랐다. 잔류하는 실라놀은 트리메톡시 실란으로써 말단캡핑되었다. 유기-개질된 실리카 기초 물질에서의 탄소 함량과 C18-작용기화된 상에서의 탄소 함량이 결정되었다. 관계는 도 4에 나타난다.
유기-개질된 실리카 기초 물질에서의 탄소 함량과 작용기화된 상기 물질에서의 탄소 함량 사이에 분명한 관계가 있는 것으로 결론지어진다. 관계는 도 4에 나타난다. 이러한 관계는 작용기화 정도를 효율적으로 조절하는 것을 가능하게 한다.
액체 크로마토그래피를 위한 정지상 제조에 사용되고, 미개질된 실리카 부분과 실리카에 결합된 유기기를 포함하는 실리카 부분 5를 포함하는, 유기-개질된 실 리카 기초 물질. 수용성 매질에서 실리카 기초 물질 및 유기실란 화합물을 혼합하는 것과 혼합물을 반응시키는 것을 포함하는 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법. 유기-개질된 실리카 기초 물질의 작용기화에 의하여 제조된 정지상 분리 물질 또한 개시된다.

Claims (35)

  1. 약 25 내지 약 100 중량% 물을 포함하는 수용성 매질(medium)에서 실리카 기초 물질(S)과 하나 이상의 유기실란 화합물(A)을 혼합하여 반응 혼합물을 제공하는 것과 혼합물을 반응시키는 것을 포함하는, 유기-개질된(organo-modified) 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 반응 혼합물이 다음을 임의의 순서로 수행하여 제공되는 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법,
    (i) 약 25 내지 약 100 중량% 물을 포함하는 수용성 매질에 하나 이상의 유기실란 화합물(A)을 첨가하고 적어도 부분적으로 용해시킴 및
    (ii) 실리카 기초 물질(S)을 첨가.
  3. 제 1 항 또는 2 항 중의 어느 한 항에 있어서, 반응 혼합물의 온도가 약 75 내지 약 175℃임을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 실리카 기초 물질(S)과 하나 이상의 유기실란 화합물(A)의 반응 혼합물이 온도 TEMP1에서 반응되는 첫 번째 단계 및 첫 번째 단계에서 생성된 반응 실리카 기초 물질이 온도 TEMP2를 거치는 것을 포함하는 두 번째 단계를 포함하고, 여기서 TEMP2>TEMP1임을 특징으로 하는, 유 기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 온도 TEMP1이 약 75 내지 약 100℃의 범위 내에 있고, 온도 TEMP2가 약 100 내지 약 175℃의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 유기실란 화합물이 일반식 (R1)3-n(X)nSiR2-의 일부를 포함하고, 여기서 R1은 C1-C4 알킬, C2-C4 알켄일, 또는 C2-C4 알킨일이고, R2는 메틸렌이며, X는 이탈기이고, n=2 또는 3인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 유기실란 화합물은 일반식: (R4)3-n(X)nSiR6Si(R5)3-m(Y)m인 화합물이고, 여기서 R4 및 R5는 서로 독립적으로 C1-C4 알킬, C2-C4 알켄일 또는 C2-C4 알킨일이고, R6는 C1-C8 알킬렌, C2-C8 알켄일렌 또는 C2-C8 알킨일렌이며, X 및 Y는 이탈기이고, n=2 또는 3, m=2 또는 3인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 실리카 기초 물질(S)이 다공 성 입자의 형태인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 실리카 기초 물질(S)이 모노리스 물질의 형태인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 9 항 중의 어느 한 항에 따른 방법으로 수득된 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  11. 개질되지 않은 실리카 부분 및 실리카에 결합된 유기기를 포함하는 실리카 부분을 포함하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  12. 제 11 항에 있어서, 유기기가 알킬-, 알켄일-, 알킨일-, 알킬렌-, 알켄일렌- 또는 알킨일렌기의 그룹에 속하는 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  13. 제 10 항 내지 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 개질되지 않은 실리카 부분 및 -OSi≡기에 포함된 실리콘 원자에 결합된 알킬기, 알켄일기 또는 알킨일기 및/또는 -OSi≡기에 각각 포함된 두 개의 실리콘 원자에 결합된 알킬렌기, 알켄일렌기 또는 알킨일렌기를 포함하는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  14. 제 12 항 또는 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 알킬기가 C1-C4 알킬기이고, 알켄일기가 C2-C4 알켄일기이며, 알킨일기가 C2-C4 알킨일기인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  15. 제 12 항 내지 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 알킬렌기가 C1-C8 알킬렌기이고, 알켄일렌기가 C2-C8 알켄일렌기이며, 알킨일렌기가 C2-C8 알킨일렌기인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  16. 제 10 항 내지 15 항 중의 어느 한 항에 있어서, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, T2 구조를 가지는 실리콘 원자의 양 대 T3 구조를 가지는 실리콘 원자의 양의 비율이 약 1 이하인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  17. 제 10 항 내지 16 항 중의 어느 한 항에 있어서, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, T3의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율이 약 0.60과 같거나 그 이상인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  18. 제 10 항 내지 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 다공성 입자의 형태인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  19. 제 10 항 내지 17 항 중의 어느 한 항에 있어서, 모노리스 물질의 형태인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  20. 제 10 항 내지 19 항 중의 어느 한 항에 있어서, 25℃의 온도에서, 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합한 41.5 ㎖의 10 mM NaOH를 약 2.5 g의 유기-개질된 실리카 기초 물질로 충전된 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 컬럼을 통하여 1 ㎖/min로 주입하는 절차의 용출액에서 비표면적당 ppm 실리콘(BET 방법)[ppm Si/㎡/g]으로서 결정되는 알칼리 안정성이 약 0.035 [ppm Si/㎡/g] 이하인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  21. 제 10 항 내지 19 항 중의 어느 한 항에 있어서, 25℃의 온도에서, 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합한 41.5 ㎖의 100 mM NaOH를 약 2.5 g의 유기-개질된 실리카 기초 물질로 충전된 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 컬럼을 통하여 1 ㎖/min로 주입하는 절차의 용출액에서 비표면적당 ppm 실리콘(BET 방법)[ppm Si/㎡/g]으로서 결정되는 알칼리 안정성이 약 0.2 [ppm Si/㎡/g] 이하인 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  22. 제 10 항 내지 21 항 중의 어느 한 항에 있어서, 표면에서부터 실리카 기초 물질까지 점차 감소하는 농도로 분포된 유기기(organic group)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기-개질된 실리카 기초 물질.
  23. 제 10 항 내지 22 항 중의 어느 한 항에 따른 유기-개질된 실리카 기초 물질의, 크로마토그래피를 위한 정지상 분리 물질로서의 용도.
  24. 제 10 항 내지 22 항 중의 어느 한 항에 따른 유기-개질된 실리카 기초 물질의, 크로마토그래피를 위한 정지상 분리 물질을 제조할 때 더욱 작용기화하기 위한 염기로서의 용도.
  25. 제 10 항 내지 22 항 중의 어느 한 항에 따른 유기-개질된 실리카 기초 물질을 포함하는 정지상 분리 물질.
  26. 제 25 항에 있어서, 하나 이상의 작용기 형태로 표면-작용기화를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질.
  27. 제 26 항에 있어서, 하나 이상의 작용기가 디올-치환된 알킬, 아미노-치환된 알킬, 시아노알킬, 플루오로알킬, 페닐, 플루오로페닐, 페닐알킬 또는 C1-C30 알킬의 그룹에 속하는 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질.
  28. 제 25 항 내지 27 항 중의 어느 한 항에 있어서, 고체 상태 NMR 분광법으로 결정되는 바와 같이, T3의 양 대 (T1+T2+T3) 모두의 양의 비율이 약 0.70과 같거나 그 이상인 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질.
  29. 제 25 항 내지 28 항 중의 어느 한 항에 있어서, 25℃의 온도에서, 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합한 41.5 ㎖의 10 mM NaOH를 약 2.5 g의 유기-개질된 실리카 기초 물질로 충전된 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 컬럼을 통하여 1 ㎖/min로 주입하는 절차의 용출액에서 비표면적당 ppm 실리콘(BET 방법)[ppm Si/㎡/g]으로서 결정되는 알칼리 안정성이 약 0.035 [ppm Si/㎡/g] 이하인 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질.
  30. 제 25 항 내지 28 항 중의 어느 한 항에 있어서, 25℃의 온도에서, 에탄올과 1:1 부피 관계로 혼합한 41.5 ㎖의 100 mM NaOH를 약 2.5 g의 유기-개질된 실리카 기초 물질로 충전된 길이 215 ㎜, 내경 4.6 ㎜의 컬럼을 통하여 1 ㎖/min로 주입하는 절차의 용출액에서 비표면적당 ppm 실리콘(BET 방법)[ppm Si/㎡/g]으로서 결정되는 알칼리 안정성이 약 0.2 [ppm Si/㎡/g] 이하인 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질.
  31. 제 10 항 내지 22 항 중의 어느 한 항에 따른 유기-개질 실리카 기초 물질을 작용기를 포함하는 작용기화제와 반응시키는 것을 포함하는 정지상 분리 물질의 제조 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 작용기가 디올-치환된 알킬, 아미노-치환된 알킬, 시아노알킬, 플루오로알킬, 페닐, 플루오로페닐, 페닐알킬 또는 C1-C30 알킬인 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질의 제조 방법.
  33. 제 31 항 또는 32 항 중의 어느 한 항에 있어서, 작용기화제가 유기실란인 것을 특징으로 하는, 정지상 분리 물질의 제조 방법.
  34. 제 10 항 내지 22 항 중의 어느 한 항에 따른 유기-개질된 실리카 기초 물질 또는 제 25 항 내지 30 항 중의 어느 한 항에 따른 정지상 분리 물질의, 크로마토그래피 분리 방법에 있어서의 용도.
  35. 제 25 항 내지 30 항 중의 어느 한 항에 따른 정지상 분리 물질을 포함하는 크로마토그래피를 위한 분리 컬럼.
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