作为反相和疏水性相互作用色谱介质的环氧基化学衍生材料、用于合成和使用它们的方法
【专利摘要】一种作为反相和疏水性相互作用色谱介质的环氧基化学衍生材料、用于合成和使用它们的方法。本发明提供了水相容性、极性嵌入式反相固定相组合物、包含这些固定相的装置和系统以及使用环氧化物开环反应产生这些组合物的方法。还提供了使用本发明的固定相进行分离的方法。
【专利说明】作为反相和疏水性相互作用色谱介质的环氧基化学衍生材料、用于合成和使用它们的方法发明领域
[0001]环氧基开环反应是一种在有机合成中引入不同官能团的众所周知且通用的方法。相同的合成方法可以应用于修饰固体基质，包括含有环氧基、羟基和硫醇基的无机、聚合或者无机/有机混杂材料，以开发用于色谱应用的广泛范围的新颖固定相。
发明背景
[0002]虽然常规的反相柱(例如，C18)最广泛地用于小分子分离，但是一些缺点阻碍了它们在某些应用中的使用，如碱性分子在PH7下的峰拖尾，这是因为质子化的碱性分子与带负电荷的未衍生化的表面硅醇(S1-OH)基之间的不希望的相互作用。在二氧化硅合成和键合技术中的最新进展提供了通过使用高纯度二氧化硅、高表面覆盖度和彻底封端来最小化碱拖尾的解决方法。然而，所得到的固定相通常因为“相崩解”或“去湿润”而与高水性的流动相不相容。
[0003]极性嵌入式反相材料可以改进碱性分析物的峰形状，并且使得所得到的柱在高水性环境中完全运行。这些相基本上是疏水性的但是具有结合在二氧化硅表面附近的亲水性基团。常用的极性基团是酰胺、磺酰胺、脲、醚、以及氨基甲酸酯官能团。已使用两种方法来制备这类材料。第一个报道的极性嵌入式相通过一种两步表面修饰法来制备。在步骤一中，用一种氨基丙基硅烷修饰二氧化硅颗粒。在步骤二中，用一种烷基酰氯处理表面氨基以在烷基链与二氧化硅表面之间形成一个酰胺键。这种方法的主要缺点在于总是有一些未反应的残留氨基存在于最终产物中，导致酸性分子的不希望的色谱特性。第二代极性嵌入式相使用一种一步表面修饰法来制备:首先合成含有烷基链和嵌入式极性基团二者的硅烷配体，之后将其键合到二氧化硅颗粒上。虽然这种方法产生一种“无阴离子交换的”的表面，但是用于制备这类特别的硅烷配体的成本是相对较高的并且经常需要一个后续的封端步骤来使表面硅醇基的存在最小化。
[0004]获得“水性相容性”反相固定相的另一种方法是用一种亲水性封端试剂封端反相表面。在这种情况下，需要两种不同的硅烷试剂。此外，亲水性封端基团的水解稳定性通常不如反相配体，这导致在其整个使用寿命期间的选择性漂移。
发明概述
[0005]本发明涉及一种用于使用环氧化物开环反应来制备广泛范围的新颖水相容性、极性嵌入式反相固定相的新方法。本发明的示例性固定相包含一个反相(“RP”)部分(例如，烷基或芳基)和一个与从RP部分侧悬的羟基键联的醚或硫醇醚。
[0006]在一个示例性实施例中，本发明提供了包含与一个基质共价结合的一个部分的(图1至图3)—种组合物(例如，一个固定相)。在不同实施例中，该化合物具有一个根据化学式⑴的结构:
【权利要求】
1.一种组合物，包含一种共价地结合到一种基质上的化合物，所述化合物具有根据以下化学式(1)的结构
其中 η是选自O和I的一个整数； X1是O或S ; X2是O或S， 其条件是X1或X2中的至少一个是O ; R20是选自下组，该组由以下各项组成:Η、被取代或未被取代的苯基、以及任选被羟基取代的直链或支链的烷基或者被羟基取代的烷氧基； R21是选自下组，该组由以下各项组成:Η、被取代或未被取代的苯基、以及任选被羟基取代的直链或支链的烷基或者被羟基取代的烷氧基，其条件是，当X2是S时，R21是选自下组，该组由被取代或未被取代的苯基、以及未被取代的直链或支链的烷基组成， 其条件是R2°和R21 二者不能都是H ； R1 > R2以及R3是独立地选自下组，该组由以下各项组成素、OR10、NR10R11, OC(O)R12,OS (O) 2R12、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、以及与所述基质的一个键其中 每个Rki和每个R11是独立地选自下组，该组由以下各项组成:H、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、以及与硅胶基质的一个键； 每个R12是独立地选自下组，该组由以下各项组成:被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基， 其条件是R1、R2以及R3中的至少一个是与所述基质共价地结合的，以及 其条件是R1、R2以及R3中的至少一个是未被取代的C1-C3烷基或OH ； L1是独立地选自以下各项的一个接头基团:被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基； L2是独立地选自以下各项的一个接头基团:未被取代的烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基并且Y是O。
2.如权利要求1所述的化合物，其中 R1、R2以及R3是独立地选自下组，该组由以下各项组成:0R1C1、OC (O) R12、OS (O) 2R12、未被取代的烷基、以及与所述基质的一个键， 其中每个Rki和每个R11是独立地选自下组，该组由以下各项组成:H、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、以及与所述基质的一个键； 每个R12是独立地选自下组，该组由以下各项组成:被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基； L1是C3未被取代的烷基；并且 L2是C1-C8未被取代的烷基。
3.如权利要求1所述的化合物，其中 R20是选自下组，该组由以下各项组成:H、被取代或未被取代的苯基、未被取代的直链或支链的烷基、以及用被取代或未被取代的苯基来取代的烷基； R21是选自下组，该组由以下各项组成:H、被取代或未被取代的苯基、以及未被取代的直链或支链的烷基、以及当X2是O时用被取代或未被取代的苯基来取代的烷基， 其条件是X1R2q或X2R21中的至少一个是0H，并且R2q和R21 二者不能都是H ； R\R2以及R3是独立地选自下组，该组由以下各项组成:0R1Q、0C(0)R12、0S(0)2R12、以及未被取代的烷基， 其中 每个Rki和每个R11是独立地选自下组，该组由以下各项组成:H、被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、被取代或未被取代的杂环烷基、以及与所述硅胶基质的一个键； 每个R12是独立地选自下组，该组由以下各项组成:被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基； L1是独立地选自以下各项的一个接头基团:被取代或未被取代的烷基、被取代或未被取代的杂烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基； L2是独立地选自以下各项的一个接头基团:未被取代的烷基、被取代或未被取代的芳基、被取代或未被取代的杂芳基、以及被取代或未被取代的杂环烷基；并且Y是O。
4.如权利要求1所述的组合物,其中X1Rm是0H。
5.如权利要求4所述的组合物，其中R21是选自下组，该组由以下各项组成:未被取代的C1-Cltl烷基、用被取代或未被取代的苯基来取代的甲基、以及被取代或未被取代的苯基。
6.如权利要求4所述的组合物，其中R21是选自下组，该组由以下各项组成:甲基、乙基、未被取代的C4烷基、未被取代的Cltl烷基、用被卤素取代的苯基来取代的甲基、以及未被取代的苯基。
7.如权利要求3所述的组合物，其中X2R21是0H。
8.如权利要求7所述的组合物，其中R2tl是选自下组，该组由以下各项组成:未被取代的C1-Cltl烷基、用被取代或未被取代的苯基来取代的甲基、以及被取代或未被取代的苯基。
9.如权利要求8所述的组合物，其中R2°是选自下组，该组由以下各项组成:甲基、乙基、未被取代的C4烷基、未被取代的Cltl烷基、用被卤素取代的苯基来取代的甲基、以及未被取代的苯基。
10.如权利要求1所述的组合物，其中该化合物具有根据以下化学式(II)的结构
其中 n是选自0和I的一个整数； (k+m)是从I至20的一个整数； R4是未被取代的C1-Cltl烷基或苯基；并且 R5是未被取代的C1-Cltl烷基或苯基。
11.如权利要求10所述的组合物，其中该化合物具有根据以下化学式(II)的结构
其中 n是选自0和I的一个整数； (k+m)是从I至20的一个整数； R4是甲基、乙基、十六烷基或苯基；并且 R5是甲基、乙基、十六烷基或苯基。
12.如权利要求10所述的组合物，其中 k是O并且m是I ;或者 k是I并且m是O ;或者 k是I并且m是I ;或者 k是O并且m是2 ;或者 k是2并且m是O。
13.如权利要求1所述的组合物，其中R1、!?2以及R3中的至少两者是与所述基质的键。
14.如权利要求1所述的组合物，其中R1和R2是与所述基质的键，并且R3是未被取代的C1-C3烷基或0H。
15.如权利要求1所述的组合物，其中R1和R2是与所述基质的键，并且R3是甲基。
16.如权利要求1所述的组合物，其中R1和R2是与所述基质的键，并且R3是0H。
17.如权利要求1所述的组合物，其中η是0，并且L2是C1-C8未被取代的烷基。
18.如权利要求1所述的组合物，其中η是0，并且L2是C5-C8未被取代的烷基。
19.如权利要求1所述的组合物，其中η是0，并且L2是C8未被取代的烷基。
20.如权利要求1所述的组合物，其中η是1，并且L1是C2-C5未被取代的烷基，并且L2是C1-C3未被取代的烷基。
21.如权利要求1所述的组合物，其中η是1，并且L1是C3未被取代的烷基，并且L2是C1未被取代的烷基。
22.如权利要求1所述的组合物，该组合物包含通过一个羟基部分与一个环氧化物部分的反应而形成的在根据化学式I的该配体中的交联，其中所述羟基部分与所述环氧化物部分中的至少一者是从所述组合物的根据化学式I的该配体中侧悬的，所述交联通过一种包括以下各项的方法来形成: (a)在适合于使包含一个第一环氧化物部分的一个第一配体与一个基质结合的条件下，使该基质与该第一配体接触； (b)在碱性条件下，使步骤(a)的产物与一种具有至少一个羟基部分和至少一个第二环氧化物部分的双官能试剂接触，从而通过使所述羟基部分与选自该第一环氧化物部分、该第二环氧化物部分以及其组合的一个成员反应而形成一个交联；并且任选地， (C)在适合于一种环氧化物试剂与步骤(b)的该产物上的一个羟基部分反应的条件下，使步骤(b)的该产物与该环氧化物试剂接触。
23.如权利要求22所述的组合物，其中在碱存在下进行步骤(b)。
24.如权利要求22所述的组合物，其中所述双官能试剂是甘油二环氧甘油醚。
25.如权利要求22所述的组合物，其中在BF3-Et2O存在下进行步骤(c)。
26.一种分离液体样品中的分析物的方法，该方法包括使所述液体样品流过根据权利要求I所述的组合物。
27.—种色谱系统，在色谱柱中包括如权利要求1所述的组合物，该色谱柱与以下各项中的一者或多者处于流体连通: a)抑制器； b)注射阀； c)洗脱剂源；以及 d)检测器。
28.如权利要求1所述的组合物，其中当X2是O时，R2°和R21之一或二者包含一个多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)部分。
【文档编号】B01J20/287GK104043436SQ201410095013
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月14日 优先权日:2013年3月15日
【发明者】刘晓东, 曹亮, C·A·波尔 申请人:戴安公司