专利名称：具有芳香族堆积特性的官能化的基质的制作方法
技术领域：
本发明涉及可用作固定相用于色谱应用的多种组合物以及制造和使用这些组合物的多种方法。发明背景
选择性对于成功的色谱分离来讲是一个重要的因素。用于液相色谱，如反相(RP)、 离子交换(IEX)以及正相(NP)色谱的常见固定相的特征时常为对单个样品进行多种分析所必需的选择性有限。
用于液相色谱(LC)的反相(RP)固定相是普及的并且是商业上可获得的。近年来，包含一种苯基型官能团的固定相已经被引入并且得到了广泛地使用。最近的一篇报道指出，所有RPLC分析中有35 %采用了 C18相，并且有19 %使用了苯基型相(Ronald Ε· Majors, HPLC柱使用的趋势(Trends in HPLC Column Usage), LCGC North America, 2009 年11月I日，第956-972页)。苯基相日益普及的原因为在多种方法研发中它们独特的色谱选择性与烷基型相(例如，C18)互补，这是因为它们能够参与和多种芳香族溶质的芳香族相互作用。
键合苯基的相已经被成功地用于分离位置同分异构体(L. Zhou, Y. Wu, B. D. Johnson, J. M. Wyvratt, J. Chromatogr. A[色谱杂志 A]866 (2000)，第 281 页)、生育酌· (S. L. Richhemier, M. C. Kent, M. ff. Bernat, J. Chromatogr. A[色谱杂志 A]677 (1994)， 第 75 页)、类黄酮(F. Dondi, Y. D. Kahie, J. Chromatogr. A[色谱杂志]461 (1989)，第 281 页)、紫衫醇(D. C. Locke, R. Dolfinger, Anal. Chem.[分析化学]75 (2003)，第 1355 页)、多核芳香族化合物和硝基芳香族化合物(D. H. Marchand, K. Croes, J. ff. Dolan, L. R. Snyder, R. A. Henry, Κ. M. R. KalIury, S. Waite, P. ff. Carr, J. Chromatogr. A[色谱杂志A] 1062(2005)，第65页)、活性药物成分和相关的化合物(D. H. Marchand, K. Croes, J. ff. Dolan, L. R. Snyder, R. A. Henry, Κ. M. R. KalIury, S. Waite, P. ff. Carr, J. Chromatogr. A [色谱杂志 A] 1062 (2005)，第 65 页)。
虽然在市场上有许多可商购的苯基型相，但是它们所有均具有阻碍它们广泛应用的以下缺点中的至少一项低疏水保留性、对于多种分析物的择形性不足以及与多种高水性流动相的不相容性。最常见的可商购的苯基柱包含具有与硅石表面共价结合的一种短烷基连接物的一种苯基配体，然而，由于该短烷基连接物，这些柱通常缺乏足够的疏水保留性，并且展现出低的水解稳定性。
已经进行了大量的研究来制备包含不同芳香族基团的固定相，如苯基(J. D. Goss, J. Chromatogr. A [色谱杂志 A]828(1998),第 267 页)、花基(K. Kimata, T. Hirose, K. Mariachi, K. Kosoya, T. Araki, N. Tanaka, Anal. Chem.[分析化学]67 (1995),第 2556 页和 N. Tanaka, Y. Okuda, K. Iwaguchi, M. Araki, J. Chromatogr. A [色谱杂志]239 (1982)， 第 761 页)、萘次甲基(N. Tanaka, Y. Okuda, K. Iwaguchi, M. Araki, J. Chromatogr. A[色谱杂志]239 (1982)，第 761 页)、荷基(R. R. Brindle, K. Albert, J. Chromatogr. A[色谱杂志 A] 757 (1997),第 3 页)、蒽基(C. Grosse-Rhode, H. G. Kicinski, A. Kettrup, Chromatographia [色谱学]29 (1990)，第 489 页)以及萘二甲酸亚胺(J. Horak, N. M. Maier, ff. Lindner, J. Chromatogr. A [色谱杂志 A] 1045 (2004),第 43 页)。
Nakashima等人使用了一种填充材料，即经过3-(1,8_萘二甲酰亚氨基)丙基改性了的甲硅烷基硅胶，作为一种固定相用于高效液相色谱。据报道，这种材料如同具有某种π-π相互作用的反相固定相一样起作用，并且被用于分离多种嘌呤衍生物，即黄嘌呤、 次黄嘌呤、尿酸、可可碱、茶碱以及咖啡因(K. Nakashima等人J. Chromatogr. A[色谱杂志 A] 722 (1996)，第107-113页)。然而，由于该短烷基连接物，所以疏水保留性过低而不能在希望反相模态时被广泛应用。另外,Nakashima等人所使用的合成路线包括一个两步反应， 从而产生了不希望有的η-η相互作用或芳香族堆积相互作用以及一种阴离子交换“混合型”物质。这种合成路线还仅提供了有机配体的低键合密度，从而导致了低择形性和低水解稳定性。
J. Horak等人报道了三种萘二甲酰亚胺型固定相的制备和色谱评价数据 (J. Horak 等人 J. Chromatogr. A[色谱杂志 A] 1045 (2004)，第 43-58 页)。这些由萘二甲酰亚胺端基组成的相提供了芳香族堆积相互作用和具有硫醇醚键的长烷基间隔基。他们报道了在反相系统内存在电子供体/接受体部分不仅会延长芳香族溶质的总体保留时间，还会使得混杂固定相的择形性有所提高。然而，这些相具有相当多的缺点。首先，在酸性条件下硫醇和硫醇醚基是不稳定的，并且易遭受氧化和/或裂解。因此，它们不是可行的色谱填充材料。其次，该合成包括R1-SH与CH2 = CH-R2之间的自由基加成，从而产生了一种不希望有的复杂混合型表面，该表面包括芳香族相互作用部分、硫醇醚以及未反应的硫醇基。此外， 由于位阻，所报道的合成途径产生了非常低的键合密度(1.08至1.73μmOl/m2)。低键合密度对多种色谱特性具有不利的影响，包括低择形性、低疏水保留性以及低水解稳定性。
大多数高表面覆盖度反相柱与高水性流动相不相容，从而在中断流动相流动之后会遭受到骤然的保留时间损失(经常被称为固定相去湿或相崩塌的一种现象)。这个问题的一种示例性解决方法是使用极性封端或将多个极性基团，包括酰胺、磺酰胺、氨基甲酸酯或脲基结合在烷基链中。然而，苯基型相与它们具有相同碳原子数的烷基型对应物相比具有更低的疏水保留性，并且添加一种极性基团会进一步加剧这个问题。因此，只有通过将所有的三种组分(即，一种更长、更具疏水性的连接物、一种极性基团以及与该极性基团相稠合的一种芳香族部分)组合才可以制备出与多种高水性流动相相容并且具有多种反相特性的一种有用的芳香族相互作用固定相。本发明提供了具有这类特性的多种固定相。发明概述
本发明提供了可用作固定相用于多种色谱应用，如液相色谱(LC)(例如，高效液相色谱(HPLC))和固相萃取(SPE)的多种组合物。本发明的固定相提供了强芳香族相互作用和高水平的疏水保留性。
疏水保留性是对于大范围的HPLC应用来讲最重要并且极其希望有的特性之一。 这对于苯基型柱也不例外。然而，将预料到更长的烷基链将会增加保留物，但会减少该保留物的组分，这与芳香族堆积相互作用，即立体选择性和芳香族选择性有关。如在本发明中所证实的，与所预料的情况相反，实际上是以下情况更长的烷基链同时实现高水平的疏水保留性、择形性以及芳香族选择性。虽然不受任何操作理论或原理所束缚，但诸位发明人相信这些芳香族部分也许是通过多个η-电子云的相互作用而在一种低介电环境下更强地相互作用，该低介电环境是通过将具有一个更长、更具疏水性的连接物与一个芳香族(例如邻苯二甲酰亚胺)部分相组合而产生的。
在一个示例性实施方案中，本发明提供了具有强芳香族相互作用和高水平的疏水保留性的多种新型HPLC填充材料。更具体而言，本发明涉及多种新型硅烷的合成、它们在硅石上的固定、以及所产生的相在液相色谱中的用途。
本发明提供了许多优于现有色谱固定相的优点。举例来说，长烷基链(例如，在固体基质与酰亚氨基(imidyl)部分(moiety)C8或更大部分之间的连接物)提供了比现有芳香族相互作用固定相高的疏水保留性和优良的水解稳定性。环状、平面的芳香族酰亚氨基部分的组合提供了强芳香族相互作用，并且该酰亚氨基部分与多种高水性流动相完全相容。
因此，本发明提供了组合有芳香族部分(例如，苯基或与另一个环相稠合的苯基) 的多种新颖固定相，这些固定相具有高芳香族选择性、高疏水保留性、独特并且互补的选择性、以及与多种高水性流动相的相容性。本发明提供了高效并且坚固的填料。
在一个示例性实施方案中，本发明的组合物包括包含一个芳香族酰亚氨基部分(例如，邻苯二甲酰氨基)的一种配体，并且具有至少八个相邻碳原子的一个连接物提供了该配体在固体载体上的最佳键合密度，从而为不同形状的芳香族分析物提供了具有高度立体选择性和择形性的一种介质。(参见，例如J. Chromatogr. A[色谱杂志 A]1045 (2004)43-58)。
此外，本发明提供了一种制备固定相的方法，该方法是通用、稳固以及简单的，会提供均匀性和化学稳定性优于现有色谱固定相的多种材料。该方法包括(a)提供一种固体载体(例如，无机固体载体，如娃胶或娃石单块(monolith);或一种有机聚合固体载体， 如聚苯乙烯-二乙烯基苯共聚物)，该固体载体具有一个外部表面和多个内壁，这些内壁限定了延伸至该外部表面中的多个开口的多个内部孔；并且(b)使多种有机配体共价键合至该固体载体的外部和内部表面，例如，经由该固体载体的表面和/或该配体上的多个反应性官能团。这些配体包括至少一种芳香族堆积基团。
本发明进一步提供了在流通床中适合用作色谱介质的本发明组合物。另外，本发明提供了一种包括本发明组合物的色谱柱。本发明进一步提供了一种填充有包括本发明组合物的分离介质的色谱柱。
本发明进一步提供了一种色谱方法(例如，用于分离一种液体样品中的多种分析物)，该方法包括使一种液体流过包括本发明组合物的一种分离介质的床(例如，填充床或单块)。在一个实例中，该液体(即流动相)是一种主要含水的介质，任选地包括一种有机溶剂。示例性色谱方法包括芳香族分析物的分离、糖皮质激素的分离、磷脂的分离、留类激素(例如，雌激素)的分离以及脂溶性维生素的分离。
本发明的另外的方面、目的以及实施方案根据以下详细说明是清楚的。附图简要说明
图I是用于本发明的示例性配体和固定相中的示例性芳香族基团的表。
图2是用于本发明的示例性配体和固定相的示例性烯丙基前体的表。
图3是本发明的示例性固定相的示例性合成路线。
图4是示出了本发明的示例性载体(6)对于亲水性和疏水性芳香族化合物的优良保留性的图表。
图5是示出了本发明的示例性固定相(6)的芳香族选择性的图表。
图6a是示出了本发明的示例性固定相(6)的立体选择性的图表。图6b是示出了本发明的示例性固定相(6)的立体选择性对模型样品的组分的保留时间的影响的色谱图。 图6c是示出了本发明的示例性载体6相较于其他苯基型相的多环芳香烃选择性的一系列色谱图。图6d是示出了本发明的示例性载体6相较于其他苯基型相的多环芳香烃选择性的一系列色谱图。
图7是显示了本发明的示例性固定相(6)的润湿测试的结果的图表。
图8是比较本发明的示例性载体(6)与其他苯基型相的疏水性的图表。
图9是示出了在本发明的示例性载体(6)上分离糖皮质激素的色谱图。
图10是对使用本发明的示例性载体(6)与另一种苯基型相所产生的色谱图的比较。
图11是示出了在本发明的示例性载体(6)上分离脂溶性维生素的混合物的色谱图。
图12是示出了在本发明的示例性载体(6)上分离大豆卵磷脂和蛋卵磷脂的组分的两张色谱图。
图13是示出了在本发明的示例性载体(6)上分离大豆卵磷脂的磷脂组分的色谱图。图14是示出了在本发明的固定相(例如，6)上对C60富勒烯与杂质(*)进行全分离的色谱图。本发明的详细说明I.定义
在取代基是通过它们从左向右所书写的常规化学式来说明的情况下，它们任选地同样涵盖将因从右向左书写该结构而产生的化学上相同的取代基，例如，-CH2O-旨在也叙述 _0CH2_。
除非另外说明，否则术语“烷基”独自或作为另一个取代基的一部分意指直链或支链或环状烃基、或其组合，该烃基可以是完全饱和的、单或多不饱和的，并且可以包括具有所指定的碳原子数(即C1-Cltl意指一至十个碳)的二价和多价基团。饱和烃基的实例包括但不限于如下基团，如甲基、乙基、正丙基(例如，-CH2-CH2-CH3^ -CH2-CH2-CH2-)、异丙基、正丁基、叔丁基、异丁基、仲丁基、环己基、(环己基)甲基、环丙基甲基，例如正戊基、正己基、正庚基、正辛基以及类似基团的同系物和同分异构体。不饱和烷基是具有一个或多个双键或三键的基团。不饱和烷基的实例包括但不限于乙烯基、2-丙烯基、丁烯基、2-异戍烯基、2_( 丁二烯基)、2,4_戍二烯基、3_(1,4_戍二烯基)、乙炔基、I-丙炔基和3-丙炔基、3-丁炔基、以及高级同系物和同分异构体。除非另外指出，否则术语“烷基”还任选地旨在包括以下更详细定义的烷基的衍生物，如“杂烷基”。限于烃基的烷基被称为“同源烷基7(homoalkyl) ”。在烧基是_■价基团的情况下，术语“烧基”还可以意指“亚烧基”或“烧_■基” 以及烧叉(alkylidene)。
术语“亚烷基”或“烷二基”独自或作为另一个取代基的一部分意指衍生自烷基的二价基团，如由(但不限于)-CH2CH2CH2-(亚丙基或丙烷-1，3-二基)所举例说明，并且进一步包括以下描述为“杂亚烷基”的那些基团。典型地，一个烷基(或亚烷基)将具有从I 至约30个碳原子，优选地具有从I至约25个碳原子，更优选地具有从I至约20个碳原子， 甚至更优选地具有从I至约15个碳原子，并且最优选地具有从I至约10个碳原子。“低级烷基”、“低级亚烷基”或“低级烷二基”是较短链的烷基、亚烷基或烷二基，总体上具有约10 个或更少个碳原子、约8个或更少个碳原子、约6个或更少个碳原子、或约4个或更少个碳原子。
术语“烷叉”独自或作为另一个取代基的一部分意指衍生自烷基的二价基团，如由 (但不限于)CH3CH2CH2=(丙叉)所举例说明。典型地，一个烷叉将具有从I至约30个碳原子，优选地具有从I至约25个碳原子，更优选地具有从I至约20个碳原子，甚至更优选地具有从I至约15个碳原子，并且最优选地具有从I至约10个碳原子。“低级烷基”或“低级烷叉”是较短链的烷基或烷叉，总体上具有约10个或更少个碳原子、约8个或更少个碳原子、约6个或更少个碳原子、或约4个或更少个碳原子。
术语“烷氧基”、“烷氨基”以及“烷硫基”(或硫代烷氧基)是在它们的常规意义上使用的，并且分别是指经由氧原子、氨基或硫原子连接至分子的其余部分上的那些烷基。
除非另外说明，否则术语“杂烷基”独自或与另一个术语组合意指稳定的直链或支链或环状烃基，或其组合，该烃基由规定数目的碳原子和至少一个选自下组的杂原子组成， 该组由0、N、Si、S以及B组成，并且其中这些氮和硫原子可以是任选地氧化的，并且该氮杂原子可以是任选地季铵化的。该一个或多个杂原子O、N、B、S以及Si可以被放置在杂烷基的任何内部位置上，或在该烷基与分子的其余部分相连接的位置上。实例包括但不限于-C H2-CH2-O-CH3、-CH2-CH2-NH-CH3、-CH2-CH2-N (CH3) -CH3、-CH2-S-CH2-CH3、-CH2-CH2，-S (O) -CH3、-CH2-CH2-S (O)2-CH3'-CH = CH-O-CH3'-Si (CH3) 3、-CH2-CH = N-OCH3 以及-CH = CH-N(CH3)-CH3。 至多两个杂原子可以是连续的，例如像-CH2-NH-OCH3和-CH2-O-Si (CH3) 3。类似地，术语“杂亚烷基”独自或作为另一个取代基的一部分意指衍生自杂烷基的二价基团，如由(但不限于)-CH2-CH2-S-CH2-CH2-和-CH2-S-CH2-CH2-NH-CH2-所举例说明。对于杂亚烷基，杂原子还可以占据链末端的任何一端或两端(例如，亚烧基氧基、亚烧基_■氧基、亚烧基氣基、亚烧基二氨基以及类似的基团)。更进一步，对于亚烷基和杂亚烷基连接基团，连接基团的取向并非由书写该连接基团的化学式的方向所暗示。举例来讲，化学式-co2r’代表-c(o)or’ 和-OC(O)R’。
除非另外说明，否则术语“环烷基”和“杂环烷基”独自或与其他术语组合分别代表“烷基”和“杂烷基”的环状型式。另外，对于杂环烷基，杂原子可以占据该杂环与分子的其余部分相连接的位置。环烷基的实例包括但不限于环戊基、环己基、I-环己烯基、3-环己烯基、环庚基以及类似的基团。杂环烷基的实例包括但不限于1-(1，2，5，6_四氢吡啶基)、 I-哌啶基、2-哌啶基、3-哌啶基、4-吗啉基、3-吗啉基、四氢呋喃-2-基、四氢呋喃-3-基、 四氢噻吩-2-基、四氢噻吩-3-基、I-哌嗪基、2-哌嗪基以及类似的基团。
除非另外说明，否则术语“卤代”或“卤素”独自或作为另一个取代基的一部分意指氟、氯、溴或碘原子。另外，术语(如“卤代烷基”)意图包括单卤代烷基和多卤代烷基。 举例来讲，术语“卤代(C1-C4)烷基”意图包括但不限于三氟甲基、2，2，2_三氟乙基、4-氯丁基、3-溴丙基以及类似的基团。
除非另外说明，否则术语“芳基”意指多不饱和、芳香族取代基，该取代基可以是单个环或多个环(优选地是从I至3个环)，这些环稠合在一起或以共价方式连接。术语“杂芳基”是指包含一至四个选自N、O、S、Si以及B的杂原子的芳基(或环)，其中这些氮和硫原子是任选地氧化的，并且该一个或多个氮原子是任选地季铵化的。杂芳基可以通过杂原子连接至分子的其余部分。芳基和杂芳基的非限制性实例包括苯基、I-萘基、2-萘基、4-联苯、I-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基、3-吡唑基、2-咪唑基、4-咪唑基、批嗪基、2-噁唑基、 4-噁唑基、2-苯基-4-噁唑基、5-噁唑基、3-异噁唑基、4-异噁唑基、5-异噁唑基、2-噻唑基、4-噻唑基、5-噻唑基、2-呋喃基、3-呋喃基、2-噻吩基、3-噻吩基、2-吡啶基、3-吡啶基、 4-吡啶基、2-嘧啶基、4-嘧啶基、5-苯并噻唑基、嘌呤基、2-苯并咪唑基、5-吲哚基、I-异喹啉基、5-异喹啉基、2-喹喔啉基、5-喹喔啉基、3-喹啉基以及6-喹啉基。针对上述芳基和杂芳基环系统中的每一个的取代基选自以下所描述的可接受取代基的组。
为了简便起见，术语“芳基”在与其他术语(例如，芳氧基、芳基硫氧基、芳烷基) 组合使用时任选地包括如上所定义的芳基和杂芳基环。因此，术语“芳烷基”意图包括芳基连接至烷基的那些基团(例如，苯甲基、苯乙基、吡啶基甲基以及类似的基团)，包括碳原子(例如，亚甲基)已经被例如氧原子替代的那些烷基(例如，苯氧甲基、2-吡啶氧甲基、3-(1_萘氧基)丙基以及类似的基团)。
以上术语(例如，“烷基”、“杂烷基”、“芳基”以及“杂芳基”)各自均意图包括所指明基团的取代和未取代的形式。以下提供了针对各种类型的基团的优选取代基。
针对烷基和杂烷基的取代基(包括经常被称为亚烷基、烯基、杂亚烷基、杂烯基、块基、环烧基、杂环烧基、环稀基以及杂环稀基的那些基团)属类地被称为“烧基取代基”，并且它们可以是选自(但不限于)以下基团的多个基团中的一个或多个取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的杂环烷基、-0R’、= O、= NR' = N-OR'-NR，R”、-SR，、卤素、-SiR，R” R”，、-OC (O) R，、-C (O) R，、_C02R，、-C0NR，R”、-OC(O) NR，R”、-NR，，C(0)R，、-NR，-C (0) NR” R”，、-NR” C (0) 2R，、-NR-C (NR，R，，R，，，)= NR””、-NR-C (NR，R”) = NR”，、-S (0) R，、-S (0) 2R，、-OS (0) 2R，、-S (0) 2NR，R”、-NRSO2Rj、-CN 以及-NO2，它们的数目在零至(2m’+l)的范围内，其中m’是这种基团中碳原子的总数。R’、 R”、R”’以及R””各自优选地独立地指氢、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基(例如，被1_3个齒素取代的芳基)、取代或未取代的烧基、烧氧基或硫代烧氧基、或芳烧基。当本发明的化合物包括超过一个R基团时，例如，这些R基团各自被独立地选为各R’、R”、R”’ 以及R””基团(当这些基团中超过一个存在时)。当R’和R”连接至同一个氮原子时，它们可以与这个氮原子组合以形成5-元、6-元或7-元环。举例而言，-NR’ R”意图包括但不限于I-吡咯烷基和4-吗啉基。从以上关于取代基的论述中，本领域技术人员将了解到，术语“烷基”意图包括如下基团，它们包括与除了氢基以外的基团相结合的碳原子，如卤代烷基(例如，-CF3 和-CH2CF3)和酰基(例如，-C (O) CH3、-C (O) CF3、-C (O) CH2OCH3 以及类似的基团)。
类似于对于烷基所描述的取代基，针对芳基和杂芳基的取代基属类地被称为“芳基取代基”。这些取代基选自例如取代或未取代的烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的杂环烷基、-0R’、= O、= NR’、= N-0R’、-NR’ R”、-SR’、 卤素、-SiR，R，，R，，，、-OC (O) R，、-C (O) R，、-CO2R\ -C0NR，R”、-OC(O) NR，R”、-NR” C(O) R，、-NR，-C (0) NR” R，”、-NR” C (0) 2R，、-NR-C (NR，R” R”，) = NR””、-NR-C (NR，R” )= NR”，、-S (0) R，、-S (0) 2R，、-S (0) 2NR，R”、-NRSO2R，、-CN 以及-NO2、-R，、-N3、-CH (Ph) 2、氟代 (C1-C4)烷氧基以及氟代(C1-C4)烷基，它们的数目在零至芳环系统上开放化合价的总数的范围内；并且其中R’、R”、R”’以及R””优选地独立地选自氢、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基、以及取代或未取代的杂芳基。当本发明的化合物包括超过一个R基团时，例如，这些R基团各自被独立地选为各R’、R”、R”’以及R””基团(当这些基团中超过一个存在时)。
芳基或杂芳基环的相邻原子上的两个取代基可以任选地被化学式-T-C (O) - (CRR’ ) q-u-的取代基所替代，其中T和U独立地是-NR-、-O-、-CRR’ -或单键， 并且q是从O至3的整数。可替代地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的两个取代基可以任选地被化学式-A-(CH2) r_B-的取代基所替代，其中A和B独立地是-CRR’-、-0-、-NR-、-S-、 -S (O) -、-S (O) 2-、-S (O) 2NR’-或单键，并且r是从I至4的整数。如此所形成的新环的多个单键中的一个可以任选地被双键替代。可替代地，芳基或杂芳基环的相邻原子上的两个取代基可以任选地被化学式(CRR’)S-X-(CR”R”’ )d-的取代基所替代，其中s和d独立地是从 O 至 3 的整数，并且 X 是-O-、-NR，-、-S-、-S (O) -、-S (O) 2_ 或-S (O) 2NR，。取代基 R、R，、 R”以及R”’优选地独立地选自氢或取代或未取代的(C1-C6)烷基。
如在此所使用的术语“甲硅烷基取代基”可以是选自(但不限于)以下基团的多种基团中的一个或多个取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、取代或未取代的杂环烷基、酰基、-OR’、-NR’ R”、-SR’、-卤素、-SiR，R，，R，，，、-OC (O) R，、-C (O) R，、_C02R，、-C0NR，R”、-OC(O) NR，R ”、-NR” C(O) R'-NR，-C(O)NR ” R”’、-NR”C(0)2R’、-NR-C(NR’ R”R”’)= NR””、-NR-C (NR’R”)= NR”，、-S(0)R，、-S(0)2R，、-0S(0)2R，、-S(0)2NR，R，，、-NRSO2R，、-CN 以及-NO2。R，、R，，、R，，，以及R””各自优选地独立地指氢、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基(例如，被1-3 个卤素取代的芳基)、取代或未取代的烷基、烷氧基或硫代烷氧基、或芳烷基。当本发明的化合物包括超过一个R基团时，例如，这些R基团各自被独立地选为各R’、R”、R”’以及R”” 基团(当这些基团中超过一个存在时)。当R’和R”连接至同一个氮原子时，它们可以与该氮原子组合以形成5-元、6-元或7-元环。举例而言，-NR’R ”意图包括但不限于I-吡咯烷基和4-吗啉基。从以上关于取代基的论述中，本领域的技术人员将了解到，术语“烷基”意图包括如下基团，它们包括与除了氢基以外的基团相结合的碳原子，如卤代烷基(例如，-CF3 和-CH2CF3)和酰基(例如，-C(O) CH3> -C(O) CF3> -C(O) CH2OCH3 以及类似的基团)。
如在此所使用的术语“非反应性甲硅烷基取代基”意指玉与本发明的基质反应以在该甲硅烷基取代基与该基质之间形成共价键的一种“甲硅烷基取代基”。示例性的“非反应性甲娃烧基取代基”包括烧基(例如，甲基、乙基、丙基、丁基以及其他低级烧基)或芳基 (例如，苯基)。
如在此所使用的术语“反应性甲硅烷基取代基”意指Il盤与本发明的基质反应以在该甲硅烷基取代基与该基质之间形成共价键的一种“甲硅烷基取代基”。示例性的“反应性甲硅烷基取代基”包括常规上定义为离去基团的那些基团，如卤素(例如，Cl和Br)。其他示例性的“反应性甲硅烷基取代基”包括烷氧基(例如，甲氧基或乙氧基)以及伯和仲氨基。
如在此所使用的术语“酰基”描述了包含羰基残基的取代基，即C(0)R。对于R的示例性的种类包括H、卤素、取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、以及取代或未取代的杂环烷基。
如在此所使用的术语“稠环系统”意指至少两个环，其中每个环具有至少2个与另一个环共有的原子。稠环系统可以包括芳环以及非芳环。“稠环系统”的实例是萘、吲哚、喹啉、苯并吡喃以及类似的物质。
如在此所使用的术语“杂原子”包括氧(O)、氮(N)、硫⑶、硅(Si)以及硼⑶。
符号“R”是代表选自以下基团的取代基的通用缩写取代或未取代的烷基、取代或未取代的杂烷基、取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、以及取代或未取代的杂环烧基。
如在此所使用的术语“连接物”描述了一种插入在芳香族堆积(例如酰亚氨基)部分与基质之间的部分。该连接物任选地包括内部的离子基团、可离子化基团或极性基团。在此描述了多种示例性的极性基团、离子基团以及可离子化基团。示例性的极性基团包括醚基、酰胺基、磺酰胺基、脲基、氨基甲酸酯基、碳酸酯基以及类似的基团。一种示例性连接部分包括一条具有一定数目的顺序的碳原子的碳链，其中这个数目是由下限和/或上限来定义的。对于下限来说，该连接物具有至少6个、至少7个、至少8个、至少9个、至少10个、 至少11个、至少12个、至少13个、至少14个、至少15个、至少16个、至少17个、至少18 个、至少19个、或至少20个顺序的碳原子。对于上限来说，该连接部分优选地包括不超过约50个顺序的碳原子、不超过约30个碳原子、不超过约25个碳原子、不超过约20个碳原子、不超过约15个碳原子、不超过约14个、不超过约13个、不超过约12个、不超过约11个、 不超过约10个、不超过约9个、或不超过约8个顺序的碳原子。顺序的碳原子数目的示例性范围可以在上述任一上限与下限之间形成。在一个具体的实施方案中，一个疏水性部分具有至少8个顺序的碳原子。在另一个实施方案中，该连接部分具有至少8个碳原子，但不超过20个顺序的碳原子。在该连接部分内，顺序的碳原子中至少两个任选地是一个环(例如，一个5-兀或6-兀环)的一部分,其中该环是选自以下各项的一个成员芳基、杂芳基、 环烷基、以及可以包括芳基、杂芳基以及环烷基环的一种稠环系统。该环任选地例如被非极性(疏水性)取代基(如未取代的烷基(例如，甲基、乙基或丙基))取代。在一个实例中， 该连接部分展现出多种反相特征(例如，至少C8烷基)。
如在此所使用的术语“离子交换基团”是指一种离子基团或一种可离子化基团。离子基团是带电荷的(例如，带正电荷的季胺)，然而可离子化基团可以是带电荷的或不带电荷的，这取决于该可离子化基团所暴露的条件(即，碱性或酸性基团)。举例来说，叔氨基可以通过接受质子而带电荷(碱性基团)，然而羧酸基可以通过供给质子而带电荷(酸性基团)。离子交换基团包括阴离子交换基团、阳离子交换基团、两性以及两性离子基团。阴离子交换基团包括伯、仲、叔和季胺，以及任何其他碱性(质子接受)官能团。阳离子交换基团包括磺酸盐、硫酸盐、羧酸盐、膦酸盐、磷酸盐、硅烷醇、酚羟基以及任何其他酸性(质子供给)官能团。两性和两性离子配体包括至少一种阴离子交换和至少一种阳离子交换的基团，这些基团各自可以选自上述的离子交换基团。本发明的示例性固定相(例如，基质、配体)基本上不含离子交换基团，因而避免了复杂、多模式的分离机制。
如在此所使用的术语“具有电荷”、“带电荷的”、“带正电荷的”、“带负电荷的”以及它们与本发明的固定相有关的任何语法变体都可以意指结合有“离子”基团或“可离子化”基团。
术语“基质”与“载体”或“固体载体”是可互换使用的。
术语“基本上被保留”是指一种分析物(例如，一种离子、一种可离子化化合物、一种不带电荷的分子以及类似的物质)，并且意指该分析物在空隙体积后从分离介质中洗脱出，例如，从而使得一个峰与溶剂峰达到基线分离。
术语“颗粒的平均直径”、“粒径”、“平均粒径”、“中值粒径”或其任何语法变体是指对于本发明的基质(固定载体)的粒径的说明。粒径典型地由制造商提供。粒径可以是指任何类型的颗粒，包括球形和不规则形状的颗粒。
如在此所使用的“Acclaim苯基-I ”是指填充有本发明的固定载体6的一种色谱柱。一种示例性柱是3. 0X250mm。
本发明的某些固定相拥有不对称碳原子(光学中心)或双键；外消旋物、非对映异构体、几何同分异构体以及单独的同分异构体都被涵盖在本发明的范围内。旋光性(R)-和(S)-同分异构体可以使用手性合成子或手性试剂制备，或使用常规技术拆分。当在此所描述的化合物包含烯属双键或其他具有几何不对称性的中心时，并且除非另外指明，否则这些化合物旨在包括E和Z两种几何同分异构体。同样地，还旨在包括所有互变异构形式。
本发明的化合物还可以在组成这类化合物的一个或更多个原子上包含非天然比例的原子同位素。举例来说，这些化合物可以用放射性同位素来放射性标记，例如像氘、氚 (3H)、碘-125 (125I)以及碳-H(14C)。本发明化合物的所有放射性或非放射性同位素变体均旨在被涵盖在本发明的范围内。II.前言
苯基型相在增强与多种芳香族化合物的相互作用的方面通常是优越的。本发明载体的独特的化学性质因独特的选择性而进一步扩大了芳香族相互作用，同时维持了足够的疏水相互作用以及水性相容性。
本发明提供了具有多种独特色谱特性的多种组合物，这些组合物可用作固定相用于多种色谱应用，如高效液相色谱(HPLC)和固相萃取(SPE)。在示例性实施方案中，本发明的组合物在同一种色谱材料内纳入反相(RP)和芳香族堆积能力。
由本发明提供的固定相的好处包括I.这些组合物提供了独特的选择性。举例来说，这些组合物可以被用于在同一个分析内使用反相和芳香族堆积模态进行保留和分离。3.本发明组合物的选择性可以通过改变芳香族堆积部分或连接物的化学组成来调节。4.这些组合物与高水性条件相容(例如，在100%水性条件下对去湿作用具抗性)。参见，例如图7。5.这些组合物不仅可用于制造分析型分离柱，还可用于研发新型固相萃取(SPE)应用。因此，本发明提供了一种使用本发明的组合物来进行SPE(例如，加速的溶剂萃取 (ASE))的方法。该方法包括使本发明的固体载体与一种样品相接触，从而使得该样品的至少一种组分吸附在该固体载体上；任选地去除至少一种未吸附的(或吸附强度较低的) 样品组分，并且使该所吸附的样品组分和该固体载体与用于该所吸附样品的一种溶剂相接触，从而将该所吸附样品组分从该固体载体中洗脱出。7.这些组合物可以与其他色谱填充材料相掺混，以便产生用于分离和SPE柱的多种新颖填充材料。8.这些组合物可以用通用、容易并且经济节约的方式来制备。配体的量、它的连接物长度和组成、以及芳香族堆积部分的身份(identity)在使用具有不同表面积和粒径、不同配体结构、和/或不同表面化学性质的标准固体载体的情况下是容易调节的，以便在固体载体上形成层。III.组合物
本发明提供了一种组合物，包括(a) —种固体载体；以及(b)与该固体载体共价结合的多种有机配体。在不同实例中，这些配体包括一个具有反相色谱特性的连接物与一个与芳香族分析物(例如，通过堆积)相互作用的基团的组合。
在下文描述了可用在这些组合物中的示例性固体载体和有机配体以及本发明的方法。固体载体
本发明的固体载体(基质)可以是任何固体材料，并且可以任选地包括多个孔 (例如，可用作固定相/填充材料用于色谱的那些材料)。在一个实例中，该固体载体包括无机(例如，硅石)材料。在另一个实例中，该固体载体包括有机(例如，聚合)材料(例如，合成树脂)。在又另一个实例中，该固体载体包括一种混杂的无机-有机材料。该基质优选地在用于对应的分离的溶剂系统中不可溶。
在一个实施方案中，该固体载体包括金属氧化物或类金属氧化物。示例性基质包括基于娃石(例如，氧化娃，SiO2)、基于钛白(titania)(例如,氧化钛，TiO2)、基于锗(例如，氧化锗)、基于错石(zirconia)(例如,氧化错，ZrO2)、基于帆土(例如,氧化招，Al2O3) 的材料或其混合物。其他基质包括交联和未交联的聚合物、碳化材料以及金属。多种基质还可以结合有聚合网络、溶胶-凝胶网络或其混杂形式。在一个实施方案中，该基质是一种基于硅石的基质。示例性的基于硅石的基质包括硅胶、玻璃、多种溶胶_凝胶、多种聚合物 /溶胶_凝胶混杂物、多种核壳结构以及多种硅石单块材料。
在本发明中可用作有机基质的示例性合成树脂描述于Stevens等人的美国专利 4，927，539、Stevens 等人的美国专利 4，351，909、Stevens 等人的美国专利 4，519，905、 Barretto等人的美国专利4，383，047和美国专利5，532，279中，这些专利的披露内容各自出于所有目的通过引用结合在此。
固体载体可以由任何合成树脂材料形成。示例性合成聚合物离子交换树脂包括聚 (苯酚-甲醛)、聚(丙烯酸)、聚(甲基丙烯酸)、聚腈、胺-表氯醇共聚物、苯乙烯在聚乙烯或聚丙烯上的接枝聚合物、聚(2-氯甲基-1，3-丁二烯)、聚(乙烯基芳香族)树脂(如衍生自以下各项的那些树脂苯乙烯、α -甲基苯乙烯、氯苯乙烯、氯甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯基萘或乙烯基吡啶)、丙烯酸和甲基丙烯酸的相应酯、以及类似的不饱和单体、单亚乙烯基单体(包括含单亚乙烯基环的氮杂环化合物)、以及以上树脂的任何共聚物。另外的实例包括基于丙烯酸缩水甘油酯和基于甲基丙烯酸缩水甘油酯的材料(例如，甲基丙烯酸2-缩水甘油氧基乙酯、乙烯基苯甲基缩水甘油醚、2- (4-乙烯基苯甲氧基)乙基缩水甘油醚)，以及衍生自以下各项的那些材料乙烯基苯甲基氯化物、乙烯基苯甲醇、2-(4-乙烯基苯甲氧基)乙醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯甲酰胺。
以上材料中的任何一种可以任选地与结合有多个离子或可离子化(以及任选地反相)官能团的多种单体进行共聚。可以任选地用结合有多个离子或可离子化以及任选地反相的官能团的一种适合的配体对以上材料中的任何一种进行官能化。
在一个实施方案中，载体包含多种交联的聚合物或共聚物。一种示例性的共聚物是苯乙烯-二乙烯基苯共聚物(例如，PS-DVB)。在一个实例中，该苯乙烯-二乙烯基苯共聚物包含按重量计约0%至约100%之间的二乙烯基苯单体。在另一个实例中，该苯乙烯-二乙烯基苯共聚物包含按重量计约25%至约80%之间的二乙烯基苯单体。该共聚物可以例如根据 Ikada 等人,Journal of Polymer Science,第 12 卷，1829-1839 (1974)的方法或如在Meitzner等人的美国专利4，382，124中所描述来制备。
在一个实例中，固体载体包括硅石_、矾土 _、锆石-或钛白_聚合树脂混杂材料。示例性硅石-有机混杂物描述于美国专利6，528，167和美国专利申请公开 2006/0070937 (申请序列号11/240，695)中，这些专利的披露内容出于所有目的通过引用结合在此。
在一个实例中，本发明的固体载体通过熟知的悬浮聚合技术而形成。在这个实例中，这些颗粒典型地由一种单体混合物产生,该混合物在将与这些颗粒相接触的溶剂中不可溶。示例性基质是通过在一种适合的乳化剂存在下，加热并且搅拌多种单体在一种适合的溶剂中的悬浮液而形成的。可替代地，可以通过悬浮、本体或溶液方法来进行聚合，接着通过机械装置(例如，球磨机、棒磨机或类似的装置)将树脂研磨成所希望的大小。
固体载体可以具有任何形式，包括微粒(例如，呈球形、基本上呈球形；例如，树脂珠粒)、薄片、大块、块料、单块以及类似的形式。当该基质呈微粒形式时，这些颗粒(例如， 不规则形状或珠粒状，例如，基本上呈球形)具有中值粒径(即，直径)。在一个实例中，基质(例如球形硅胶)的中值粒径是在约O. I (例如，硅石微球体)与约10，000 μ m(微米) 之间。在一个实例中，基质的中值粒径是在约I与约5000微米之间、在约I与约1000微米之间、在约I与约500微米之间、在约I与约400微米之间、在约I与约300微米之间、在约 I与约200微米之间、或在约I与约100微米之间。在又另一个实例中，基质的中值粒径是在约I与约80微米之间、在约I与约70微米之间、在约I与约60微米之间、在约I与约50 微米之间、在约I与约40微米之间、在约I与约30微米之间、在约I与约20微米之间、或在约I与约10微米之间。在其他实例中，基质的中值粒径是在约10与约100微米之间、在约10与约80微米之间、在约40与约200微米之间、在约40与约100微米之间、在约40与约80微米之间、在约60与约200微米之间、在约60与约100微米之间、在约70与约200微米之间、在约80与约200微米之间、在约100与约200微米之间、在约200与约600微米之间、在约200与约500微米之间、或在约200与约400微米之间。在一个具体的实例中，基质是基于硅石(例如，硅胶)的并且具有在约40与80微米之间的中值粒径。粒径还可以用如泰勒等价标度上所定义的“筛目”来测量(颗粒越小，筛目数越高)。典型的筛目特征在约10与600之间的范围内。总体而言，适用在任何填充床色谱应用(例如，LC、HPLC或超高压色谱)中的基质颗粒均适合用在本发明的组合物之中。
在不同实例中，载体呈微粒形式，并且将多个载体颗粒放置在填充床中。举例来说，用载体颗粒来填充塑料或金属柱。
在其他实例中，基质颗粒是基本上“单分散的”或基本上“均匀分散的”，这表明了这些颗粒中的大部分(例如,这些颗粒的80%、90%或95% )的粒径不会在中值粒径(M) 以下或以上实质上(例如，不超过50% )变化。在一个示例性的单分散基质颗粒群体中，这些颗粒中的90%具有在约O. 5XM与约I. 5XM之间的平均粒径。
在另一个实例中，基质是一种无机或有机单块。在一个实例中，固体载体包括一种硅石单块。在另一个实例中，固体载体包括一种矾土单块。在又另一个实例中，固体载体包括一种锆石单块。在另一个实例中，固体载体包括一种钛白单块。示例性的基于有机组合物的单块材料和制备这类材料的方法描述于美国专利5，130，343 ;5，929，214 ;5，728，457 ； 5，260，094 ;6，887，384 ;5，334，310 ;7，303，671 ;5，453，185 以及 7，074，331 中，这些专利的披露内容出于所有目的通过引用以其全部内容结合在此。
当使用一种多孔基质时，该基质的孔可以具有任何大小。在一种典型的基质中，平均孔径大小等于或小于下文在此所述的微球体。标称的孔径大小典型地以埃(IO-ltVA) 来测量。在一个实例中，基质孔的平均直径是在约I与约5000 A.之间。在另一个实例中， 基质孔的体积平均直径是在约10与约5000 A之间、在约10与约4000 A之间、在约10与约3000人之间、在约10与约2000 A之间、在约10与约1000人之间、在约10与约800 A-之间、在约10与约600人之间、在约10与约400人Z间、在约10与约200 A.之间、在约10 与约100 A之间、在约20与约200人之间、在约20与约100 A之间、在约30与约200 A.之间、在约30与约100 A之间、在约40与约200人之间、在约40与约100人之间、在约50与约200人之间、在约50与约100 A之间、在约60与约200人之间、在约60与约100人之间、 在约70与约200人之间、在约70与约100人之间、在约80与约200人之间、在约ioo与约 200 A.之间、在约ioo与约300 A之间、在约ioo与约400 A.之间、在约ioo与约500 A之间、在约200与约500人:t间、或在约200与约600 A之间。
基质的比表面积典型地在约O. I与约2，OOOmVg之间。举例来说，基质的比表面积是在约I与约1，OOOmVg之间、在约I与约800m2/g之间、在约I与约600m2/g之间、在约 I与约400m2/g之间、在约I与约200m2/g之间、或在约I与约100m2/g之间的树脂。在另一个实例中，基质的比表面积是在约3与约1，000m2/g之间、在约3与约800m2/g之间、在约3与约600m2/g之间、在约3与约400m2/g之间、在约3与约200m2/g之间、或在约3与约 100m2/g之间的树脂。在又另一个实例中，基质的比表面积是在约10与约1，000m2/g之间、 在约10与约800m2/g之间、在约10与约600m2/g之间、在约10与约400m2/g之间、在约10 与约200m2/g之间、或在约10与约100m2/g之间的树脂。
在一个实例中，该基质包括可负或正离子化或带电荷的基团，并且这些可离子化基团是通过与过量的配体或与另一种试剂反应而被“封端”的。
在不例性实施方案中，基质适合于使用一种有机配体进行化学改性。在一个实例中，该基质是一种有机聚合基质。可以使用一种有机配体，通过利用聚合物上存在的多个官能团来对这类基质进行改性。在一个实例中，该聚合物是经过一种结合有氨基或羧酸基的配体官能化了的苯乙烯与二乙烯基苯的共聚物(PS-DVB)。该配体可以由包含硫醇基的前体获得。可以在一种自由基引发剂(如2，2' _偶氮双(2-甲基丙腈))存在下，将该硫醇类似物与该聚合物一起加热。
在另一个实例中，基质是一种无机基质，如硅石。可以使用多种反应性甲硅烷基配体来对硅石进行共价改性。
下文描述了多种示例性配体以及将它们连接至基质的多种方法。配体
在本发明的不同实例中，使用至少一种类型的有机配体对基质进行共价改性。在一个实例中，该配体包括能够参与和一种样品中的一种或多种分析物进行芳香族堆积的至少一个基团。示例性芳香族堆积基团包括平面芳香族部分，例如，芳基、杂芳基以及另一个部分(例如亚胺)与一个芳香族部分相稠合的多种部分。一种示例性芳香族堆积部分是芳基或杂芳基酰亚氨基部分。
在一个示例性实施方案中，用于制备本发明的固定相的配体包括根据化学式(I) 或(II)的部分
权利要求
1.一种组合物，包括一种固体载体，该固体载体具有一个外表面；多种有机配体，包含通过包含至少6个碳原子的一个连接物共价结合至所述外表面上的一个芳香族酰亚氨基部分。
2.如权利要求I所述的组合物，其中所述固体载体是一种颗粒。
3.如权利要求I所述的组合物，其中所述载体包括一种流通单块。
4.如权利要求I所述的组合物，其中所述载体呈微粒形式，并且其中将许多载体颗粒放置在一种填充床中。
5.如权利要求I所述的组合物，其中所述载体包括选自以下各项的一个成员硅石、矾土、钛白、锆石以及其组合。
6.如权利要求I
7.如权利要求I
8.如权利要求I
9.如权利要求I 的一个成员
10.如权利要求I所述的组合物，其中所述配体包含一条烷基链，该烷基链具有至少11 个顺序的碳原子。
11.如权利要求10所述的组合物，其中所述的顺序的碳原子中的至少两个是选自以下各项的一个环的一部分取代或未取代的芳基、取代或未取代的杂芳基、以及取代或未取代的环烧基。
12.如权利要求I所述的组合物，其中所述配体包含一条烷基链，该烷基链具有足够的长度以赋予所述组合物以反相色谱特性。
13.如权利要求I所述的组合物，在一种流通床中适合于用作一种色谱介质。
14.一种色谱柱，该色谱柱填充有包括如权利要求I所述的组合物的一种分离介质。
15.一种用于制备用于分离液体样品中的分析物的组合物的方法，所述方法包括将多种配体共价键合至一种固体载体,所述配体包含含有一个酰亚氨基部分的一个芳香族部分、与所述固体载体反应的一个反应性基团、以及使所述酰亚氨基部分与所述反应性基团进行共价结合的一个连接物。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述载体包括一种流通单块。
17.如权利要求15所述的方法，其中所述载体包括硅石、矾土、钛白、锆石或其组合。
18.如权利要求15所述的方法，其中所述载体包括硅石。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述载体包括硅胶。
20.如权利要求15所述的方法，其中所述载体包括一种聚合的合成有机聚合物。
21.一种色谱方法,包括使一种液体流过一种分离介质的床，该分离介质包括如权利要求I所述的组合物。
22.如权利要求21所述的色谱方法，其中所述液体包含阴离子、阳离子以及不带电荷的分子，各自基本上由所述分离介质所保留。
23.一种分离液体样品中的分析物的方法，包括使所述液体样品流过一种色谱介质，该色谱介质包括根据权利要求I所述的组合物。
全文摘要
本发明提供了可用作固定相用于多种色谱应用(如高效液相色谱(HPLC)和固相萃取(SPE))的多种组合物。这些组合物提供了与一种样品的多种组分进行的强芳香族和疏水性相互作用。此外，本发明提供了多种新型硅烷的组合物、它们在一种固体基质(如硅石)上固定以形成多种新型固定相。
文档编号B01D15/32GK102939140SQ201180024810
公开日2013年2月20日 申请日期2011年5月19日 优先权日2010年5月19日
发明者刘晓东, 陈锦华, C.A.波尔 申请人:迪奥内克斯公司