(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
置換エチレン基繰り返し単位；オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される１種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含むクロマトグラフィー用の複合材料であって、
材料は以下の式：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
（式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり、ただしｘおよびｙが共に０．００となることはなく；
Ｎｐは、炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、これらの酸化物、およびこれらの窒化物からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質であるナノ粒子を表し；
Ａは置換エチレン基繰り返し単位を表し；
Ｂはオキシシリル置換アルキル基繰り返し単位を表し；
Ｃは下記構造式からなる無機繰り返し単位を表し；
【化１】
0005597191.tif 000028
および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。）
で表される、粒子状またはモノリス状であるクロマトグラフィー用の複合材料。
【請求項２】
ナノ粒子は１種より多いナノ粒子の混合物である、請求項１の複合材料。
【請求項３】
ナノ粒子はナノ複合材料の＜２０重量％で存在する、請求項１の複合材料。
【請求項４】
ナノ粒子はナノ複合材料の＜５重量％で存在する、請求項１の複合材料。
【請求項５】
ナノ粒子は結晶性または非晶質である、請求項１の複合材料。
【請求項６】
繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１種は、２種以上の繰り返し単位を含む混合物である、請求項１の複合材料。
【請求項７】
材料はモノリスである、請求項１の複合材料。
【請求項８】
繰り返し単位およびナノ粒子の順序は、ランダム、ブロック、またはこれらの組合せが可能である、請求項１の複合材料。
【請求項９】
ナノ粒子は、ナノダイヤモンド、炭化ケイ素、二酸化チタン、立方晶窒化ホウ素からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質である、請求項１の複合材料。
【請求項１０】
ナノ粒子は直径が２００μｍ以下である、請求項１または２の複合材料。
【請求項１１】
ナノ粒子は直径が１００μｍ以下である、請求項１または２の複合材料。
【請求項１２】
ナノ粒子は直径が５０μｍ以下である、請求項１または２の複合材料。
【請求項１３】
ナノ粒子は直径が２０μｍ以下である、請求項１または２の複合材料。
【請求項１４】
Ａは、
【化２】
0005597191.tif 000029
（ここで
ｋは３から６の整数であり；
ｍは１から２０の整数であり；
ｎおよびｐは、０から１０の整数であり；
Ｙは、Ｏ、Ｓ（Ｏ）０−２、ＮＨ、ＮＲ、ＮＲ２（ｐが０の場合）、ＮＲ２＋Ｘ−（ｐが０ではない場合）、またはＮＲ３＋Ｘ−（ｐが０の場合）であり、ならびにＸ−は任意のアニオンであり、
Ｑは、水素、Ｎ（Ｃ１−６アルキル）３、Ｎ（Ｃ１−６アルキル）２（Ｃ１−６アルキレン−ＳＯ３）、またはＣ（Ｃ１−６ヒドロキシアルキル）３、−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２（ＯＨ）、ＯＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２（ＯＨ）、
【化３】
0005597191.tif 000030
、または
【化４】
0005597191.tif 000031
であり；および
Ｒ、Ｒ２、およびＲ３はそれぞれ、独立して、ＨまたはＣ１−Ｃ１０アルキル基である。）
からなる群より選択される、請求項１の複合材料。
【請求項１５】
各Ｒは、独立して、水素、メチル、エチル、またはプロピルである、請求項１４の材料。
【請求項１６】
Ｂは、
【化５】
0005597191.tif 000032
からなる群より選択される、請求項１または６の複合材料。
【請求項１７】
Ｂは、
【化６】
0005597191.tif 000033
0005597191.tif 000034
（ここで
Ｒ、Ｒ１、およびＲ２は、すでに定義したとおりであり；
Ｘは、Ｃ１−Ｃ１８アルコキシまたはＣ１−Ｃ１８アルキルであり；および
ｎは１から８である。）
からなる群より選択される、請求項１の複合材料。
【請求項１８】
Ｂは、ビス（トリエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）オクタン、ビス（メチルジエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）エタン、ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン、エチルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、フェニルエチルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、３−シアノブチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、アセチルオキシエチルトリメトキシシラン、クロロエチルトリエトキシシラン、およびフルオロトリエトキシシランからなる群より選択される、請求項１の複合材料。
【請求項１９】
Ｂは、ビス（トリエトキシシリル）エタン；
【化７】
0005597191.tif 000035
である、請求項１の複合材料。
【請求項２０】
Ｃは、アルミナ、シリカ、チタン、セリウムまたは酸化ジルコニウム、およびセラミック材料からなる群より選択される、請求項１または６の複合材料。
【請求項２１】
粒子である、請求項１または６の複合材料。
【請求項２２】
粒子は球状である、請求項２１の複合材料。
【請求項２３】
粒子の細孔構造は秩序がある、または無秩序である、請求項２２の複合材料。
【請求項２４】
粒子の無秩序な細孔構造は非結晶性または非晶質である、請求項２３の複合材料。
【請求項２５】
粒子の細孔構造の分子配列は周期的である、請求項２２の複合材料。
【請求項２６】
粒子は、結晶性または非晶質である、請求項２２の複合材料。
【請求項２７】
粒子は主に非晶質であるが、結晶性ナノ粒子が含まれる、請求項２２の複合材料。
【請求項２８】
粒子は主に結晶性であるが、非晶質ナノ粒子が含まれる、請求項２２の複合材料。
【請求項２９】
粒子は、０．１から３００μｍの平均直径を有する、請求項２１の複合材料。
【請求項３０】
粒子は、０．１から３０μｍの平均直径を有する、請求項２１の複合材料。
【請求項３１】
粒子は、０．１から２０μｍの平均直径を有する、請求項２１の複合材料。
【請求項３２】
２０から１１００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項１の複合材料。
【請求項３３】
８０から５００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項１の複合材料。
【請求項３４】
８００から１１００ｍ２／ｇの比表面積を有する、請求項１の複合材料。
【請求項３５】
０．２から１．７ｃｍ３／ｇの比細孔容積を有する、請求項１または１０の複合材料。
【請求項３６】
０．６から１．３ｃｍ３／ｇの比細孔容積を有する、請求項１または１０の複合材料。
【請求項３７】
２０から５０００Åの平均細孔直径を有する、請求項２２の複合材料。
【請求項３８】
２０から２０００Åの平均細孔直径を有する、請求項２２の複合材料。
【請求項３９】
３０から１０００Åの平均細孔直径を有する、請求項２２の複合材料。
【請求項４０】
６０から４００Åの平均細孔直径を有する、請求項２２の複合材料。
【請求項４１】
８０から２００Åの平均細孔直径を有する、請求項２２の複合材料。
【請求項４２】
９０から１５０Åの平均細孔直径を有する、請求項２２の複合材料。
【請求項４３】
ｗは０である、請求項１または６の複合材料。
【請求項４４】
ｘは０．０から１の範囲である、請求項１または６の複合材料。
【請求項４５】
ｘは０．０４から０．５０の範囲である、請求項１または６の複合材料。
【請求項４６】
ｘは１である、請求項４３の複合材料。
【請求項４７】
ｙは１である、請求項４４の複合材料。
【請求項４８】
ｘは０．２０でありならびにｙは０．８である、請求項４３の複合材料。
【請求項４９】
粒子状またはモノリス状である複合材料を含むクロマトグラフィー材料であって、複合材料は、オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位および無機繰り返し単位に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、複合材料はクロマトグラフィーで用いるのに適合させてあるクロマトグラフィー材料であって、
前記ナノ粒子は、炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、これらの酸化物、およびこれらの窒化物からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質であり、
前記無機繰り返し単位は、下記構造式からなるものである
【化８】
0005597191.tif 000036
ことを特徴とする、クロマトグラフィー材料。
【請求項５０】
以下の式：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
（式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは置換エチレン基繰り返し単位を表し；
Ｂはオキシシリル置換アルキル基繰り返し単位を表し；
Ｃは前記無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。）
で表される、請求項４９のクロマトグラフィー材料。
【請求項５１】
分離デバイスで用いるのに適合させてある、請求項４９のクロマトグラフィー材料。
【請求項５２】
液体クロマトグラフィー固定相；封鎖試薬；コンビナトリアルケミストリー用固体支持体；オリゴ糖合成、ポリペプチド合成、またはオリゴヌクレオチド合成用固体支持体；生体アッセイ用固体支持体；質量分析用キャピラリー生体アッセイデバイス；制御された巨大孔重合体フィルム用テンプレート；キャピラリークロマトグラフィー固定相；電気運動ポンプ充填材料；重合体添加物；触媒；またはマイクロチップ分離デバイス用充填材料として用いるのに適合させてある、請求項４９のクロマトグラフィー材料。
【請求項５３】
ＨＰＬＣ固定相として用いるのに適合させてある、請求項４９のクロマトグラフィー材料。
【請求項５４】
ＵＰＬＣ固定相として用いるのに適合させてある、請求項４９のクロマトグラフィー材料。
【請求項５５】
前記粒子は、有機基型表面改質剤、シラノール基型表面改質剤、重合体被覆型表面改質剤、およびこれらの組合せからなる群より選択される表面改質剤で表面修飾されている、請求項５１の材料。
【請求項５６】
前記粒子は、式Ｚａ（Ｒ１）ｂＳｉ−Ｒ２（式中、Ｚは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｃ１−Ｃ５アルコキシ、ジアルキルアミノ、またはトリフルオロメタンスルホナートであり；ａおよびｂは、それぞれ０から３の整数であるが、ただしａ＋ｂ＝３であり；Ｒ１は、直鎖、環状、または分岐鎖のＣ１−Ｃ６アルキル基であり、ならびにＲ２は官能化基である。）を有する表面改質剤で表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項５７】
Ｒ１は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、およびシクロヘキシルからなる群より選択される、請求項５６の材料。
【請求項５８】
官能化基Ｒ２は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、シアノ、アミノ、ジオール、ニトロ、エステル、カチオンもしくはアニオン交換基、または極性官能性を組み込ませたアルキルもしくはアリール基からなる群より選択される、請求項５６の材料。
【請求項５９】
前記官能化基Ｒ２はＣ１−Ｃ２０アルキル基である、請求項５８のハイブリッド材料。
【請求項６０】
前記表面改質剤は、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルジメチルクロロシラン、およびオクタデシルジメチルクロロシランからなる群より選択される、請求項５６の材料。
【請求項６１】
前記粒子は、重合体で被覆されることにより表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項６２】
前記重合体は、シリコーンエラストマーポリマーである、請求項６１の材料。
【請求項６３】
前記粒子は、有機基修飾とシラノール基修飾の組合せで表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項６４】
前記粒子は、有機基修飾と重合体被覆の組合せで表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項６５】
前記粒子は、シラノール基修飾と重合体被覆の組合せで表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項６６】
シラノール基は置換エチレン基を含有するシランで修飾される、請求項６５の材料。
【請求項６７】
修飾シラノール基は次いで有機繰り返し単位の重合性部分により重合され、請求項６６の材料。
【請求項６８】
重合性部分は置換エチレン部分である、請求項６７の材料。
【請求項６９】
粒子の有機基と修飾試薬との有機共有結合形成を介して表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項７０】
前記粒子は、有機基修飾、シラノール基修飾、および重合体被覆の組合せで表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項７１】
前記粒子はシラノール基修飾で表面修飾されている、請求項５５の材料。
【請求項７２】
請求項４９に記載の材料を含む分離デバイス。
【請求項７３】
クロマトグラフィーカラム、薄層プレート、固相抽出デバイス、ろ過膜、試料クリーンアップデバイス、およびマイクロタイタープレートから選択される、請求項７２の分離デバイス。
【請求項７４】
請求項４９に記載の材料を含有する充填済クロマトグラフィーカラム。
【請求項７５】
請求項７４の充填済クロマトグラフィーカラムを含むクロマトグラフィーシステム。
【請求項７６】
粒子状またはモノリス状である複合材料を含む、クロマトグラフィー用の多孔質ナノ複合粒子であって、複合材料は置換エチレン基繰り返し単位；オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される１種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、ならびに材料は
以下の式：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
（式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり、ただしｘおよびｙが共に０．００となることはなく；
ｑは０から４の範囲の正の数字であり；
Ｎｐは、炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、これらの酸化物、およびこれらの窒化物からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質であるナノ粒子を表し；
Ａは置換エチレン基単位を表し；
Ｂはオキシシリル置換アルキル基繰り返し単位を表し；
Ｃは下記構造式からなる無機繰り返し単位を表し；
【化９】
0005597191.tif 000037
および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。）
で表される、クロマトグラフィー用の多孔質ナノ複合粒子。
【請求項７７】
粒子は球状である、請求項７６のクロマトグラフィー用の多孔質ナノ複合粒子。
【請求項７８】
粒子状またはモノリス状である複合材料を含む耐高圧クロマトグラフィー粒子であって、複合材料はオキシシリル置換アルキル基繰り返し単位および下記構造式からなる無機繰り返し単位
【化１０】
0005597191.tif 000038
に由来する無機またはハイブリッド材料内にナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は、炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、これらの酸化物、およびこれらの窒化物からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質であり、ならびに粒子は１０３．４５ＭＰａ（１５，０００ｐｓｉ）を超える流体圧下で細孔構造を維持するように適合させてある、耐高圧性クロマトグラフィー粒子。
【請求項７９】
粒子状またはモノリス状である複合材料を含む熱特性向上クロマトグラフィー粒子であって、複合材料はオキシシリル置換アルキル基繰り返し単位および無機繰り返し単位に由来する無機またはハイブリッド材料内にナノ粒子を含み、前記ナノ粒子は、炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、これらの酸化物、およびこれらの窒化物からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質であり、前記無機繰り返し単位は
【化１１】
0005597191.tif 000039
であり、ならびに粒子は複合材料の熱伝導を改善するように適合させてある、熱特性向上クロマトグラフィー粒子。
【請求項８０】
直径が２μｍ未満である、請求項７９の粒子。
【請求項８１】
複合材料は、以下の式：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
（式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐは前記ナノ粒子を表し；
Ａは置換エチレン基繰り返し単位を表し；
Ｂはオキシシリル置換アルキル基繰り返し単位を表し；
Ｃは前記無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。）
で表される、請求項７８または７９の粒子。
【請求項８２】
１３７．９３ＭＰａ（２０，０００ｐｓｉ）から６８９．６６ＭＰａ（１００，０００ｐｓｉ）の範囲の流体圧下で細孔構造を実質的に維持することができる、請求項７８の粒子。
【請求項８３】
ＵＰＬＣに用いることができる、請求項７８の粒子。
【請求項８４】
粒子の空隙率は０．３ｃｃ／ｇより大きい、請求項７８または８２の粒子。
【請求項８５】
粒子の空隙率は１．０ｃｃ／ｇより大きい、請求項７８または８２の粒子。
【請求項８６】
粒子の空隙率は１．０ｃｃ／ｇから２．０ｃｃ／ｇの範囲である、請求項７８または８２の粒子。
【請求項８７】
請求項７８の粒子を充填した高性能ＵＰＬＣカラム。
【請求項８８】
２ミクロン未満の内径を有する、請求項８７のＵＰＬＣカラム。
【請求項８９】
請求項１から２３のいずれか一項に記載の複合材料の調製方法であって、１種以上の前記ナノ粒子をポリオリゴマー型オルガノシロキサン内に分散させて分散混合物を形成すること、および請求項１から２３のいずれか一項に記載の材料が調製されるように分散混合物を加水分解的に縮合することを含む、方法。
【請求項９０】
ポリオリゴマー型オルガノシロキサンは、オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位；下記の構造式からなる無機繰り返し単位
【化１２】
0005597191.tif 000040
；およびこれらの任意の組合せからなる群より選択される１種以上の構成要素の部分縮合から形成される、請求項８９の方法。
【請求項９１】
構成要素は、有機官能性シラン、テトラアルコキシシラン、２種以上の有機官能性シランの混合物、および１種以上の有機官能性シランとテトラアルコキシシランの混合物からなる群より選択される、請求項８９または９０の方法。
【請求項９２】
テトラアルコキシシランはテトラエトキシシランまたはテトラメトキシシランである、請求項９１の方法。
【請求項９３】
前記置換エチレン基単位は、ジビニルベンゼン、スチレン、ビニルベンジルクロリド、エチレングリコールジメタクリラート、１−ビニル−２−ピロリジノン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリラート、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、ブチルアクリラート、エチルアクリラート、メチルアクリラート、２−（アクリルオキシ）−２−ヒドロキシプロピルメタクリラート、３−（アクリルオキシ）−２−ヒドロキシプロピルメタクリラート、トリメチロールプロパントリアクリラート、トリメチロールプロパンエトキシラートトリアクリラート、トリス［（２−アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌラート、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イタコン酸、メタクリル酸、トリメチルシリルメタクリラート、Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、（３−アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリド、［３−（メタクリロイルアミノ）プロピル］ジメチル（３−スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド分子内塩、
【化１３】
0005597191.tif 000041
からなる群より選択される有機オレフィン繰り返し単位の反応で材料に組込まれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項９４】
オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位は、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−（３−アクリルオキシ−２−ヒドロキシプロピル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（３−アクリルオキシプロピル）トリメトキシシラン、Ｏ−（メタクリルオキシエチル）−Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）ウレタン、Ｎ−（３−メタクリルオキシ−２−ヒドロキシプロピル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルオキシメチルトリエトキシシラン、メタクリルオキシメチルトリメトキシシラン、メタクリルオキシプロピ（ｐｒｏｐｙ）メチルジエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリス（メトキシエトキシ）シラン、３−（Ｎ−スチリルメチル−２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン塩酸塩、
【化１４】
0005597191.tif 000042
（ここで、各Ｒは、独立して、ＨまたはＣ１−Ｃ１０アルキル基であり、ならびにＲ’は、独立して、ＨまたはＣ１−Ｃ１０アルキル基である。）
からなる群より選択される官能基化したシランの反応により材料に組込まれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項９５】
各Ｒは、独立して、水素、メチル、エチル、またはプロピルである、請求項９４の方法。
【請求項９６】
Ｒ基は全て同一であって、ならびに水素、メチル、エチル、またはプロピルからなる群より選択される、請求項９５の方法。
【請求項９７】
オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位は、
【化１５】
0005597191.tif 000043
0005597191.tif 000044
（ここで、Ｒ、Ｒ１、およびＲ２は、すでに定義したとおりであり；ＸはＣ１−Ｃ１８アルコキシまたはＣ１−Ｃ１８アルキルであり；およびｎは１から８である。）
からなる群より選択した官能基化したシランの反応により材料に組込まれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項９８】
オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位は、ビス（トリエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）オクタン、ビス（メチルジエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）エテン、ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン、エチルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、フェニルエチルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、３−シアノブチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、アセチルオキシエチルトリメトキシシラン、クロロエチルトリエトキシシラン、およびフルオロトリエトキシシランからなる群より選択される官能基化したシランの反応により材料に組込まれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項９９】
オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位は、官能基化したシラン：（ビス（トリエトキシシリル）エタン）
【化１６】
0005597191.tif 000045
の反応により材料に組込まれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項１００】
前記無機繰り返し単位は、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、およびテトラブトキシシランからなる群より選択されるアルコキシシランの反応により材料に組込まれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項１０１】
テトラアルコキシシランは、テトラメトキシシランまたはテトラエトキシシランである、請求項１００の方法。
【請求項１０２】
加水分解縮合は、酸または塩基で触媒される、請求項８９または９０の方法。
【請求項１０３】
縮合は酸で触媒される、請求項１０２の方法。
【請求項１０４】
酸は、塩酸、臭化水素酸、フッ化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、およびリン酸からなる群より選択される、請求項１０３の方法。
【請求項１０５】
縮合工程は、塩基で触媒される、請求項１０２の方法。
【請求項１０６】
塩基は、水酸化アンモニウム、Ｉ族およびＩＩ族金属の水酸化物塩、Ｉ族金属の炭酸塩および炭酸水素塩、ならびにＩ族およびＩＩ族金属のアルコキシド塩からなる群より選択される、請求項１０５の方法。
【請求項１０７】
全ての工程が同一反応容器で行なわれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項１０８】
縮合は、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、シクロヘキサン、石油エーテル、ジエチルエーテル、ジアルキルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、酢酸エチル、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、１−メチル−２−ピロリジノン、塩化メチレン、クロロホルム、およびこれらの組合せからなる群より選択される溶媒中で行なわれる、請求項８９または９０の方法。
【請求項１０９】
材料は粒子を含む、請求項８９または９０の方法。
【請求項１１０】
材料の前記細孔構造は、界面活性剤または異なる界面活性剤の組合せをさらに含むことにより、および前記材料を水熱処理にかけることにより、修飾される、請求項８９または９０の方法。
【請求項１１１】
前記界面活性剤または界面活性剤の組合せは、ノニオン性オクチルフェノール界面活性剤、ポリエチレングリコール系ブロックコポリマー界面活性剤、ドデシル硫酸ナトリウム、アンモニウムラウリルスルファート、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンラウリルスルファート、およびこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１１０の方法。
【請求項１１２】
前記界面活性剤は、ノニオン性オクチルフェノール界面活性剤またはドデシル硫酸ナトリウムである、請求項１１０の方法。
【請求項１１３】
材料を表面修飾する工程をさらに含む、請求項８９または９０の方法。
【請求項１１４】
材料は、有機基型表面改質剤、シラノール基型表面改質剤、重合体被覆型表面改質剤、およびこれらの組合せからなる群より選択される表面改質剤で表面修飾されている、請求項１１３の方法。
【請求項１１５】
材料は、式Ｚａ（Ｒ’）ｂＳｉ−Ｒ（式中、ＺはＣｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｃ１−Ｃ５アルコキシ、ジアルキルアミノ、またはトリフルオロメタンスルホナートであり；ａおよびｂはそれぞれ、０から３の整数であるが、ただしａ＋ｂ＝３であり；Ｒ’は直鎖、環状、または分岐鎖のＣ１−Ｃ６アルキル基であり；およびＲは官能化基である。）を有する表面改質剤で表面修飾されている、請求項１１３の方法。
【請求項１１６】
Ｒ’は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、およびシクロヘキシルからなる群より選択される、請求項１１５の方法。
【請求項１１７】
官能化基Ｒは、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、シアノ、アミノ、ジオール、ニトロ、エステル、カチオンもしくはアニオン交換基、または極性官能基を包埋したアルキルもしくはアリール基からなる群より選択される、請求項１１５の方法。
【請求項１１８】
前記官能化基ＲはＣ１−Ｃ２０アルキル基である、請求項１１７の方法。
【請求項１１９】
前記表面改質剤は、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルジメチルクロロシラン、およびオクタデシルジメチルクロロシランからなる群より選択される、請求項１１５の方法。
【請求項１２０】
材料は、重合体被覆により表面修飾されている、請求項１１４の方法。
【請求項１２１】
前記重合体はシリコーンエラストマーポリマーである、請求項１２０の方法。
【請求項１２２】
材料は、有機基修飾とシラノール基修飾の組合せで表面修飾されている、請求項１１４の方法。
【請求項１２３】
材料は、有機基修飾と重合体被覆の組合せで表面修飾されている、請求項１１４の方法。
【請求項１２４】
材料は、シラノール基修飾と重合体被覆の組合せで表面修飾されている、請求項１１４の方法。
【請求項１２５】
材料は、有機基修飾、シラノール基修飾、および重合体被覆の組合せで表面修飾されている、請求項１１４の方法。
【請求項１２６】
材料は、シラノール基修飾で表面修飾されている、請求項１１４の方法。
【請求項１２７】
ポロゲンを添加する工程をさらに含む、請求項１１６または１１７の方法。
【請求項１２８】
ポロゲンは、シクロヘキサノール、トルエン、メシチレン、２−エチルヘキサン酸、フタル酸ジブチル、１−メチル−２−ピロリジノン、１−ドデカノール、およびノニオン性オクチルフェノール界面活性剤からなる群より選択される、請求項１２７の方法。
【請求項１２９】
フリーラジカル重合開始剤を添加する工程をさらに含む、請求項１１６または１１７の方法。
【請求項１３０】
前記フリーラジカル重合開始剤は、２，２’−アゾビス−［２−（イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリド、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’−アゾビス（２−プロピオンアミジン）ジヒドロクロリド、２，２’アゾビス（２，４−ジメチルペンタンニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルブタンニトリル）、過酸化ベンゾイル、２，２−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン、−２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−２，５−ジメチルヘキシン、ビス（１−（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−１−メチ（ｍｅｔｈｙ）エチル）ベンゼン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルアセタート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾアート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボナート、クメンペルオキシド、シクロヘキサノンヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、２，４−ペンタンジオンペルオキシド、過酢酸、および過硫酸カリウムからなる群より選択される、請求項１２９の方法。
【請求項１３１】
フリーラジカル重合開始剤の添加に続いて加熱する工程をさらに含む、請求項１２９の方法。
【請求項１３２】
遊離シラノール基にエンドキャップをつける工程をさらに含む、請求項１１６または１１７の方法。
【請求項１３３】
界面活性剤または安定剤を加える工程をさらに含む、請求項１１６または１１７の方法。
【請求項１３４】
前記界面活性剤は、ノニオン性オクチルフェノール界面活性剤、ＴＬＳ、ポリエチレングリコール系ブロックコポリマー界面活性剤、またはドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）である、請求項１３３の方法。
【請求項１３５】
ポリオリゴマー型オルガノシロキサンはあらかじめ調製し、および分散混合物は前記ナノ粒子をポリオリゴマー型オルガノシロキサンに加えて得られる混合物を振盪して分散混合物を形成することにより調製される、請求項１１６の方法。
【請求項１３６】
振盪は、磁気混合、機械混合、回転子／固定子混合、または超音波処理により行なわれる、請求項１３５の方法。
【請求項１３７】
ポリオリゴマー型オルガノシロキサン（ＰＯＳ）はあらかじめ調製し、および分散混合物は前記ナノ粒子のスラリーをポリオリゴマー型オルガノシロキサンに加えて得られる混合物を振盪して分散混合物を形成することにより調製される、請求項１１６の方法。
【請求項１３８】
ナノ粒子のスラリーは、水性スラリー、アルコールスラリー、エーテルスラリー、またはこれらの組合せからなる群より選択される、請求項１３７の方法。
【請求項１３９】
振盪は、磁気混合、機械混合、回転子／固定子混合、または超音波処理により行なわれる、請求項１３７の方法。
【請求項１４０】
スラリーの共溶媒を大気圧または真空蒸留で除去してＮｐ／ＰＯＳを生成する、請求項１３７の方法。
【請求項１４１】
スラリーの共溶媒は除去せず、前記ナノ粒子のＰＯＳ／共溶媒（水、アルコール、またはエーテル）分散物を形成する、請求項１３７の方法。
【請求項１４２】
分散混合物は、前記ナノ粒子を、ポリオリゴマー型オルガノシロキサンを形成する縮合反応物に加え、得られる混合物を振盪して分散混合物を形成することにより調製される、請求項１１６の方法。
【請求項１４３】
振盪は、磁気混合、機械混合、回転子／固定子混合、または超音波処理により行なわれる、請求項１４２の方法。
【請求項１４４】
遠心分離またはろ過を用いて巨大ナノ粒子または凝集した材料を除去する、請求項１３５、１３７、または１４２の方法。
【請求項１４５】
請求項１から４８のいずれか一項の複合材料を含むクロマトグラフィー材料であって、複合材料は、オキシシリル置換アルキル基繰り返し単位；および下記構造式からなる無機繰り返し単位
【化１７】
0005597191.tif 000046
からなる群より選択される１種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、複合材料はクロマトグラフィーで用いるのに適合させてある、クロマトグラフィー材料。
【請求項１４６】
請求項８９から１４４のいずれか一項の方法により調製される請求項１から４８のいずれか一項に記載の複合材料。
【請求項１４７】
クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する、請求項１から４８のいずれか一項の複合材料。
【請求項１４８】
クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する、請求項４９から７１のいずれか一項のクロマトグラフィー材料。
【請求項１４９】
クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する、請求項７６から８６のいずれか一項の粒子。
【請求項１５０】
調製した材料は、クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する、請求項８９から１４４のいずれか一項の方法。
【請求項１５１】
前記ナノ粒子を得るさらなる工程を含む、請求項８９から１４４のいずれか一項の方法。
【請求項１５２】
ポリオリゴマー型オルガノシロキサンを得るさらなる工程を含む、請求項８９から１４４のいずれか一項の方法。
【請求項１５３】
調製される複合材料をクロマトグラフィーで用いるのに適合させるさらなる工程を含む、請求項８９から１４４のいずれか一項の方法。
【請求項１５４】
クロマトグラフィーで化合物を分離する方法であって、化合物の混合物中の１種以上の化合物が混合物から分離されるように、適切なクロマトグラフィー条件下において、化合物の混合物を請求項１から４８のいずれか一項の複合材料または請求項４９から７１のいずれか一項のクロマトグラフィー材料にかける工程を含む、方法。
【請求項１５５】
複合材料を得ることをさらに含む、請求項１５４の方法。
【請求項１５６】
複合材料を含有する分離デバイスを調製する工程をさらに含む、請求項１５４の方法。
【請求項１５７】
化合物の混合物を、複合材料を含む分離デバイスにかける、請求項１５４の方法。
【請求項１５８】
分離デバイスは、クロマトグラフィーカラム、薄層プレート、固相抽出デバイス、ろ過膜、試料クリーンアップデバイス、およびマイクロタイタープレートからなる群より選択される、請求項１５６または１５７の方法。
【請求項１５９】
請求項１から４８のいずれか一項の複合材料、および化合物の混合物をクロマトグラフィー法で分離するための使用説明書を含むキット。
【請求項１６０】
使用説明書は、請求項１５４または１５６に記載の方法で複合材料を用いるための説明書である、請求項１５９のキット。
【請求項１６１】
分離デバイスをさらに含む、請求項１５９または１６０のキット。
【請求項１６２】
少なくとも１種の化合物が混合物から分離されるように、化合物の混合物を、請求項１から４８のいずれか一項の複合材料を含む分離デバイスに通すことを含む、分離の実行方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
液体クロマトグラフィー（ＬＣ）の充填材料は、大きく２種類に分類される：例えばポリジビニルベンゼンなどの有機材料と、シリカを代表とする無機材料である。多くの有機材料は強塩基性および強酸性移動相に対して化学的に安定であり、移動相ｐＨの選択に幅を持たせることができる。しかしながら、有機クロマトグラフィー材料では、一般に、効率の低いカラムとなり、特に低分子量分析物に対して不十分な分離能となってしまう。さらに、多くの有機クロマトグラフィー材料は、代表的なクロマトグラフィー用シリカのような機械強度を持たないだけでなく、移動相の組成が変化したときに収縮したり膨張したりする。
【０００２】
主にこうした制約によって、シリカが高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）で最も広く使用される材料となっている。最も一般的な用例では、有機官能基（オクタデシル（Ｃ１８）、オクチル（Ｃ８）、フェニル、アミノ、シアノなど）で表面誘導体化したシリカを用いる。ＨＰＬＣ用固定相として、こうした充填材料は効率が高く、しかも収縮または膨張の証拠を示さないカラムをもたらす。
【０００３】
残留するシラノール基活性の問題（すなわち、分析物によっては、保持が長くなったり、ピークテーリングが過剰になったり、不可逆的に吸着されたりする。）およびシリカ系固定相の加水分解不安定性の問題を克服するため、高純度シリカの使用、炭素処理シリカ、重合体材料によるシリカ表面の被覆、短鎖試薬（トリメチルシランなど）による遊離シラノール基のエンドキャップ処理、および溶離液への抑制因子（アミンなど）の添加をはじめとする多くの方法が試されてきた。こうした試みは、実用で完全に満足がいくものであることを証明してはいない。
【０００４】
米国特許番号４，０１７，５２８に開示される試みの１つは、「ハイブリッド」シリカを調製するプロセスに関するものであり、このプロセスではアルキル官能基をシリカの骨格と表面の両方にカップリングさせる。しかしながら、こうした材料で多くの問題が広く見られるままである。このような問題として、形態の不均一に伴う充填の問題、微細孔の不規則な形状および高密度による溶質物質移動の阻害、それによる不十分なピーク形状およびバンドの幅広さが挙げられる。
【０００５】
こうした問題を回避するためにさらなる試みがなされているものの、依然として、こうした問題を解決しさらには利点（例えば、機械強度、カラム効率の上昇、およびクロマトグラフィー選択性）をもたらす代替材料が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４，０１７，５２８号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、複合材料、クロマトグラフィー材料としてのこれらの使用（例えば、粒子およびモノリス状）、ならびにこうした材料を用いるデバイスおよびシステムを提供する。詳細には、本発明の複合材料は、重合体ネットワークの骨格マトリクス全体に分布したナノ粒子を含む。ある実施形態において、本発明の材料は、選択的クロマトグラフィー分離が可能な細孔幾何形状に加えて、向上した機械強度と改善された熱特性を有する。
【０００８】
従って、本発明の１つの態様は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含む複合材料を提供する。この材料は、以下の式で表すことができる：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。
【０００９】
本発明の別の態様は、複合材料を含むクロマトグラフィー材料を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、この複合材料はクロマトグラフィーに使用するのに適合させてある。
【００１０】
本発明のさらなる態様は、本発明のクロマトグラフィー材料を含む分離デバイスまたは充填済クロマトグラフィーカラムを提供する。また、本発明は、この充填済クロマトグラフィーカラムを含むクロマトグラフィーシステムを提供する。
【００１１】
さらに別の態様において、本発明は、複合材料を含む多孔性ナノ複合粒子を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含む。この複合材料は、以下の式で表すことができる：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。
【００１２】
本発明の別の態様は、複合材料を含む耐高圧性クロマトグラフィー粒子を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含む。この実施形態の粒子は、１５，０００ｐｓｉ（約１０３ＭＰａを超える流体圧下で細孔構造を実質的に維持するようになっている。
【００１３】
本発明のさらなる態様は、複合材料を含む熱特性向上クロマトグラフィー粒子を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含む。この実施形態の粒子は、複合材料の熱伝導を改善するようになっている。さらに別の態様において、本発明は、本発明による複合材料の調製法を提供し、この方法は、１種類以上のナノ粒子をポリオリゴマー型オルガノシロキサン中に分散させて分散混合物を形成することを含む。この方法はさらに、本発明による材料が調製されるように、分散混合物を加水分解的に縮合することを含む。
【００１４】
本発明の別の態様は、本明細書中記載される複合材料を含むクロマトグラフィー材料を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、この複合材料はクロマトグラフィーに使用するのに適合させてある。
【００１５】
別の態様において、本発明は、本明細書中記載されるいずれかの方法で調製された本明細書中記載される複合材料を提供する。
【００１６】
さらに別の態様において、本発明は、クロマトグラフィーを用いた化合物の分離法を提供する。この方法は、化合物の混合物中の１種以上の化合物が混合物から分離されるように、適切なクロマトグラフィー条件下、化合物の混合物を本明細書中記載される複合材料にかける工程を含む。
【００１７】
本発明のさらなる態様は、本明細書中記載される複合材料、およびクロマトグラフィー法で化合物の混合物を分離するための使用説明書を含むキットを提供する。
【００１８】
本発明の別の態様は、分離の実行法を提供し、この方法は、化合物の混合物から少なくとも１種の化合物が分離されるように、本明細書中記載される複合材料を含む分離デバイスに混合物を通すことを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】２種のＴｉＯ２多形、鋭錐石型（４．８ｎｍで７７．５％）および板チタン石型（６．６ｎｍで２２．５％）の証拠となるＸ線回折（ＸＲＤ）を示す試料６ｋ。
【図２】試料７ａのＳＥＭ画像／特性決定であり、真球度の高い粒子の形成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、重合体ネットワークの骨格マトリクス全体に分布したナノ粒子を含む独特な複合材料を提供する。こうしたナノ粒子の選択および分布は、得られる複合材料の物性（機械強度、熱特性、および細孔構造など）を制御することを可能にする。さらに、本発明は、選択した複合材料のクロマトグラフィー材料（例えば、粒子およびモノリス状）としての使用、この材料を含有する分離デバイス、ならびにこのような分離デバイスを用いるシステムを提供する。
【００２１】
しかしながら、本発明をさらに記載する前に、本発明の理解をより容易にする目的で、便利なように最初にいくつかの用語について定義しまとめておく。
【００２２】
１．定義
「からするのに適合させた」という言葉は、本明細書中、言及または列挙されるある性質を有することができるまたは有するように修飾される本発明の材料を記載するのに用いられる。例えば、「クロマトグラフィー材料として用いるのに適合させた」は、クロマトグラフィーに、より有利になるように修飾された本発明の材料を記載するのに用いられ、細孔の大きさ、表面修飾、組成、ナノ粒子の大きさ、および／またはナノ粒子組成などの性質が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２３】
「複合材料」という言葉および「複合体」という用語は、本明細書中記載される構成要素１種以上と分散したナノ粒子とが組み合わさって構成され、最終構造中、顕微鏡レベルにおいて、各構成要素／ナノ粒子は依然として別々に見分けられる状態にある本発明の設計材料を記載するのに、本明細書中相互交換可能に用いられる。本発明の複合材料は、形に左右されず、実際モノリス状であっても粒子状であってもよい。さらに、分散ナノ粒子を含有する複合材料を記載するのに本明細書中で使用される省略表現、Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙは、以下のように理解され得る：斜線の左側の記号表記は分散ナノ粒子を表し、斜線の右側の記号表記はナノ粒子（斜線の左側に記されたもの）が分散した材料を構成する構成要素を表す。ある実施形態において、本発明の複合材料は、ナノ複合体であってもよく、既知ナノ複合体として少なくとも、例えば、ナノ／ナノ型、イントラ型、インター型、およびイントラ／インター型が挙げられる（Ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｐ．Ｍ．Ａｊａｙａｎ，Ｌ．Ｓ．Ｓｃｈａｄｌｅｒ，Ｐ．Ｖ．Ｂｒａｕｎ，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ（Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，Ｇｅｒｍａｎｙ），２００３）。
【００２４】
「クロマトグラフィー材料」という言葉は、当分野で認識されるとおりであり、化学混合物のクロマトグラフィー分離に用いるのに特に適したまたは適合させた材料を示す。ある実施形態において、本発明の材料はクロマトグラフィー材料として用いるのに適合させてある。
【００２５】
「クロマトグラフィー分離」という言葉は、当分野で認識されるとおりであり、液体または気体で運ばれる化学混合物が、固定された液相または固相の周りを、またはそこを通って流れるうちに、溶質への分散の差の結果としてこの構成成分に分離されるプロセスを記載する。例えば本発明の材料に適したクロマトグラフィー分離として、ゲル濾過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）を含む、順相ＨＰＬＣ、ＲＰ−ＨＰＬＣ、ＨＩＬＩＣ、および分子ふるいクロマトグラフィー（ＳＥＣ）などの液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣを含む。）法が挙げられるが、これらに限定されない。その他の適した分離法として、例えば、超高速液体クロマトグラフィー（ＵＰＬＣ）、中高圧液体クロマトグラフィー（ＦＰＬＣ）などをはじめとするさらなるＨＰＬＣ法および関連する液体クロマトグラフィー技法が挙げられる。
【００２６】
「クロマトグラフィー促進細孔幾何形状」という言葉は、例えば、当分野の他のクロマトグラフィー媒体とは区別されるとおりの、材料のクロマトグラフィー分離能を向上するとわかった、本明細書中記載されるある材料の細孔配置の幾何形状を含む。例えば、幾何形状は、形成、選択、または構築することができ、様々な性質および／または因子を用いて、例えば、当分野で既知または従来用いられている幾何形状と比較して、材料のクロマトグラフィー分離能が「向上」したかどうか求めることができる。こうした因子の例として、分離効率の高さ、カラム寿命の長さ、および物質移動性の良好さ（例えば、バンドの広がりが狭くなる、およびピークの形がよくなるなどで示されるように）が挙げられる。こうした性質は、当分野で認識される技法を用いて測定または観測することができる。例えば、本発明のある粒子のクロマトグラフィー促進細孔幾何形状は、「インクボトル型」または「シェル型」細孔幾何形状または形態が存在しないことにより、従来技術の粒子と区別することができる。「インクボトル型」および「シェル型」は、例えば、物質移動速度を減少させ効率低下を導くため、両方とも望ましくない。
【００２７】
クロマトグラフィー促進細孔幾何形状は、微細孔を少ない割合でしか含有しない複合材料で見出される。微細孔の割合を減らすことは、材料の比表面積のうち、約３４Å未満の直径の孔全部によるものが約１１０ｍ２／ｇ未満である材料で達成される。微細孔表面積がこのように少ない材料は、分離効率の高さおよび物質移動性の良好さ（例えば、バンドの広がりが狭くなる、およびピークの形がよくなるなどで示されるように）をはじめとするクロマトグラフィーの促進をもたらす。微細孔表面積は、３４Å以下の直径を持つ孔における表面積として定義され、多点窒素吸着分析により、ＢＪＨ法を用い、等温線の吸着脚から求められる。
【００２８】
「合体する」および「合体した」という用語は、適切な化学または物理プロセス（例えば、加熱）により複数の個別の構成要素が一体化して新たな１つの構成要素となった材料を記載するものとする。「合体した」という用語は、最終製品が個別の粒子を含む、物理的に密接した（例えば、ベッド構成で）個別の粒子の集りとは区別されるものとする。
【００２９】
「分散した」および「分散」という用語は、本明細書中、ナノ粒子の本発明の複合材料中への分布を記載するのに用いられる。「分散した」という用語は、理にかなった一様または均一な分布、ならびに不均一な分布を含み、それぞれ本明細書中記載されるとおりの複合材料の調製法により生じ得るものであり得る（すなわち、ある実施形態において、統計的分布として説明することができる。）。特定の実施形態において、分散とは理にかなった均一分布である。
【００３０】
「官能基化した」という用語は、本明細書中、官能化基を含有した本発明の材料を記載するのに用いられる。
【００３１】
「官能化基」という用語は、クロマトグラフィー固定相に、あるクロマトグラフィー用官能性を与える有機官能基を含み、例えば、オクタデシル（Ｃ１８）またはフェニルが挙げられる。このような官能化基は、例えば、表面改質剤（本明細書中開示されるものなど）に存在し、表面改質剤は、基礎材料に、例えば、誘導体化または塗布およびその後の架橋を介して結合して、表面改質剤の化学特性を基礎材料に付与する。実施形態において、そうした表面改質剤は、式Ｚａ（Ｒ’）ｂＳｉ−Ｒ（式中、Ｚは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｃ１−Ｃ５アルコキシ、ジアルキルアミノ、例えば、ジメチルアミノ、またはトリフルオロメタンスルホン酸塩であり；ａおよびｂは、それぞれ０から３の整数であるが、ただしａ＋ｂ＝３であり；Ｒ’は、直鎖、環状、または分岐鎖のＣ１−Ｃ６アルキル基であり、Ｒは官能化基である。）を有する。Ｒ’は、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、またはシクロヘキシルが可能である。特定の実施形態において、Ｒ’はメチルである。
【００３２】
「ハイブリッド」という用語、すなわち、「ハイブリッド材料」で用いられるとおりのこの用語は、本明細書中、「無機／有機ハイブリッド材料」という言葉の略語として用いられ、有機官能基が内部または「骨格」無機構造ならびにハイブリッド材料表面の両方と統合されている無機系構造を有する材料を記載する。ハイブリッド材料の無機部分は、例えば、アルミナ、シリカ、酸化チタンもしくは酸化ジルコニウム、またはセラミック材料が可能である。好適な実施形態において、ハイブリッド材料の無機部分は、シリカである。ハイブリッド材料の例は、米国特許番号４，０１７，５２８に示されており、この内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【００３３】
「無機繰り返し単位」という言葉は、本発明の複合材料の、化学的に区別のつく無機構成成分または構成要素を記載する。特定の実施形態において、無機繰り返し単位は、記号「Ｃ」で表される。無機繰り返し単位は、１種以上の異なる形の無機繰り返し単位を含んでもよく、例えば、アルミナ、シリカ、チタン酸化物、セリウム酸化物、またはジルコニウム酸化物、およびセラミック材料からなる群より選択することができる。特定の実施形態において、無機繰り返し単位は以下のものが可能である：
【００３４】
【化１】
0005597191.tif 000002
【００３５】
さらに、無機繰り返し単位は、本明細書中、複合材料のマトリクスに組込まれたこの形に基づいて記載されており、従って、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、およびテトラブトキシシラン、例えば、テトラメトキシシランまたはテトラエトキシシラン（これらはシリカの既知代理品である。）を含むことが理解されるはずである。例えば、一実施形態において、無機前駆体は、ケイ素、チタン、ジルコニウム、セリウム、またはアルミニウムの、オキシド、ヒドロキシド、エトキシド、メトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド、ｓｅｃ−ブトキシド、ｔｅｒｔ−ブトキシド、ｉｓｏ−ブトキシド、フェノキシド、エチルヘキシルオキシド、２−メチル−２−ブトキシド、ノニルオキシド（ｎｏｎｙｌｏｘｉｄｅ）、イソオクチルオキシド、グリコール酸塩、カルボン酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩（ｏｘｙｌａｔｅ）、硝酸塩、クロリド、アミン、およびこれらの混合物からなる群より選択される。特定の実施形態において、無機前駆体は、メチルチタントリイソプロポキシド、メチルチタントリフェノキシド、チタンアリルアセトアセタートトリイソプロポキシド、チタンメタクリラートトリイソプロポキシド、チタンメタクリルオキシエチルアセトアセタートトリイソプロポキシド、ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリメトキシド、ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリクロリド、ジルコニウムメタクリルオキシエチルアセトアセタートトリ−ｎ−プロポキシド、塩化セリウム、酢酸セリウム、およびシュウ酸セリウムの１つ以上からなる群より選択することができる。
【００３６】
「モノリス」という用語は、当分野で認識されるとおりであり、一かたまり中に連続して相互接続した細孔構造を有する多孔質の三次元材料を記載する。「モノリス」という用語は、最終製品が個別の粒子を含む、ベッド構成で充填された個別の粒子の集りとは区別されるものとする。一実施形態において、本発明のモノリスは、前駆体を所望の形の型で成型することにより調製される。別の実施形態において、モノリスは合体粒子を含む。さらに別の実施形態において、モノリス材料は、クロマトグラフィーに用いることができる。すなわち、モノリスは、クロマトグラフィーに有用な材料、例えば、クロマトグラフィーカラムである。
【００３７】
「ナノ粒子」という用語は、顕微鏡レベルの粒子／顆粒、または少なくとも一方向の寸法が約１００ｎｍ未満（例えば、直径または粒子厚さが約１００ｎｍ（０．１μｍ）未満）の顕微鏡レベルの粉末体／ナノ粉末体であり、結晶であっても非結晶であってもよい。ナノ粒子は、従来のバルク材料の性質とは異なる性質を有し、この性質はさらに優れていることが多い。このような性質として、例えば、さらに優れた強度、硬度、延性、焼結性、およびとりわけさらに優れた反応性が挙げられる。ナノ材料の性質を確定するために相当数の科学研究が注がれ続けているが、ナノ材料はコロイド沈殿、機械研削、および気相核生成および成長をはじめとする多数のプロセスにより少量で合成されてきた（主にナノサイズ粉末として）。幅広い総説が、ナノ相材料における最近の発展を報告しており、これらは参照により本明細書に組み込まれる：Ｇｌｅｉｔｅｒ，Ｈ．（１９８９）「Ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ，」Ｐｒｏｇ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．３３：２２３−３１５  ａｎｄ  Ｓｉｅｇｅｌ，Ｒ．Ｗ．（１９９３）「Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｎａｎｏ−ｐｈａｓｅ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ，」Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｅｎｇ．Ａ  １６８：１８９−１９７。ある実施形態において、ナノ粒子は、以下の酸化物または窒化物を含む：炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、およびこれらの混合物。ある実施形態において、本発明のナノ粒子は、ダイヤモンド、酸化ジルコニウム（非晶質、単斜晶、正方晶、および立方晶形）、酸化チタン（非晶質、鋭錐石、板チタン石、およびルチル形）、アルミニウム（非晶質、α、およびγ形）、ならびに窒化ホウ素（立方晶形）から選択される。特定の実施形態において、本発明のナノ粒子は、ナノダイヤモンド、炭化ケイ素、二酸化チタン（鋭錐石形）、立方晶窒化ホウ素、およびこれらの任意の組合せから選択される。さらに、特定の実施形態において、ナノ粒子は、結晶性であっても非晶質であってもよい。特定の実施形態において、ナノ粒子は直径が１００μｍ以下、例えば、直径が５０μｍ以下、例えば、直径が２０μｍ以下である。
【００３８】
さらに、本発明の複合体に分散していることを特徴とするナノ粒子は外から加えられたナノ粒子を記載するものとして理解されるはずである。このナノ粒子は、ｉｎ  ｓｉｔｕで形成され得、この中で例えば巨大分子構造（粒子など）が、内部で形成された粒子の凝集体を含むことがあるナノ粒子、または推定ナノ粒子と明らかな類似性を含有する層と対照的である。
【００３９】
ナノ粒子は、バルク材料と原子もしくは分子構造との間の有効な架け橋となるので、多いに科学的興味が持たれている。バルク材料は、この大きさに関係なく一定した物性を有するはずであるが、ナノスケールではこのことが当てはまらなくなることが多い。半導体粒子への量子閉じ込め、ある種の金属粒子の表面プラズモン共鳴、および磁性材料での超常磁性などの大きさに依存した性質が観測される。
【００４０】
材料の性質は、この大きさがナノスケールに近づくと、また材料表面での原子の割合が大きくなると、変化する。１μｍより大きいバルク材料については、表面での原子の割合は材料原子の総数に対して非常に少ない。ナノ粒子の興味深く時に予想外である性質は、一部には、バルク性質に代わってこの性質を支配する材料表面の態様によるものである。ある実施形態において、ナノ粒子の選択は、クロマトグラフィー材料の選択性に影響を及ぼす。例えば、ＴｉＯ２または酸化ジルコニウムの分散は、表面電荷、表面酸性度、従ってクロマトグラフィー選択性を修飾することができる。
【００４１】
材料、構成要素、または物質を得るというような「得る」という用語は、購入すること、合成すること、またはその他の材料を取得することを含むものとする。本発明のある実施形態において、本発明の方法は、本発明の方法で用いる試料または試薬を得るさらなる工程を含む。
【００４２】
「有機繰り返し単位」という言葉は、本発明の複合材料の、化学的に区別のつく炭化水素系構成成分または構成要素を記載する。有機繰り返し単位は、重合性または非重合性部分を含有することができ、多様な官能基（例えば、極性または非極性基）で官能基化することができる。ある実施形態において、有機繰り返し単位は記号「Ａ」で表される。有機繰り返し単位は、１種以上の異なる形の有機繰り返し単位を含んでもよく、例えば、置換エチレン基が可能である。特定の実施形態において、「Ａ」は、以下からなる群より選択され得る：
【００４３】
【化２】
0005597191.tif 000003
式中
ｋは３から６の整数であり；
ｍは１から２０の整数であり；
ｎおよびｐは、それぞれ独立して、０から１０の整数であり；
Ｙは、Ｏ、Ｓ（Ｏ）０−２、ＮＨ、ＮＲ、ＮＲ２（ｐが０の場合）、ＮＲ２＋Ｘ−（ｐが０ではない場合）、またはＮＲ３＋Ｘ−（ｐが０の場合）であり、Ｘ−は任意のアニオン（例えば、Ｃｌ−、ＯＨ−、カーボネート）であり；
Ｑは、ハロゲン、Ｎ（Ｃ１−６アルキル）３、Ｎ（Ｃ１−６アルキル）２（Ｃ１−６アルキル−ＳＯ３）、またはＣ（Ｃ１−６ヒドロキシアルキル）３、−ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２（ＯＨ）、ＯＣＨ２ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ２（ＯＨ）、
【００４４】
【化３】
0005597191.tif 000004
、または
【００４５】
【化４】
0005597191.tif 000005
であり；および
Ｒ、Ｒ２、およびＲ３はそれぞれ、独立して、ＨまたはＣ１−Ｃ１０アルキル基である。特定の実施形態において、各Ｒは、独立して、水素、メチル、エチル、またはプロピルが可能である。
【００４６】
さらに、ある実施形態において、繰り返し単位Ａは、重合（例えば、フリーラジカル重合）を起こすことができる１つ以上の重合性部分を有する多様な有機繰り返し単位試薬由来であることができる。具体的には、繰り返し単位Ａは、多数のプロセスおよび機構によりオリゴマー化または重合することができる。このようなプロセスおよび機構として、連鎖付加プロセスおよび段階的縮合プロセス、ラジカル機構、アニオン機構、カチオン機構、開環機構、基移動機構、メタセシス機構、および光化学機構が挙げられるが、これらに限定されない。
【００４７】
「有機シリル繰り返し単位」という言葉は、少なくとも１つの有機部分が直接ケイ素原子に結合して官能基化された、本発明の複合材料の化学的に区別のつくシラン系構成成分または構成要素を記載する（例えば、オルガノシロキサン（例えば、Ｒ’ｑ−Ｓｉ（ＯＲ’’）４−ｑ、式中、Ｒ’およびＲ’’は低級アルキル部分であり、ｑは、０から４の範囲の正の数である。））。有機部分は、重合性または非重合性官能基を含有することができる。ある実施形態において、この有機繰り返し単位は記号「Ｂ」で表され、１種以上の異なる形の有機シリル繰り返し単位を含んでもよく、例えば、オキシシリル置換アルキル基が可能である。
【００４８】
一実施形態において、有機シリル繰り返し単位は、以下の式Ｉを有する：
Ｒ６（（Ｒ４）ｐ（Ｒ５）ｑＳｉＯｔ）ｍ（Ｉ）
式中、
Ｒ４およびＲ５は、それぞれ独立してＣ１−Ｃ１８アルコキシ、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８ヘテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、Ｃ５−Ｃ１８アリールオキシ、またはＣ１−Ｃ１８ヘテロアリールであり；
Ｒ６は、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、Ｃ１−Ｃ１８ヘテロアリールであるか；存在せず；各Ｒ２は２個以上のケイ素原子に結合しており；
ｐおよびｑは、それぞれ独立して０．０から３．０であり、
ｔは０．５、１．０、または１．５であり；
ｍは、１から２０の整数であり；
Ｒ４、Ｒ５、およびＲ６は場合により置換されるが、ただし：
（１）Ｒ６が存在しない場合、ｍ＝１、およびｐ＋ｑ≦３ならばｔ＝（４−（ｐ＋ｑ））／２；および
（２）Ｒ６が存在する場合、ｍ＝２から２０、およびｐ＋ｑ≦２ならばｔ＝（３−（ｐ＋ｑ））／２である。
【００４９】
ある実施形態において、Ｒ６は存在せず、ｐ＋ｑ＝１ならばｔ＝１．５であるか；ｐ＋ｑ＝２ならばｔ＝１である。他の実施形態において、Ｒ２は存在し、ｐ＝０、ｑは０または１であり、ｑ＝０ならばｔ＝１．５；またはｑ＝１ならばｔ＝１である。
【００５０】
ある実施形態において、Ｒ６は存在しない。他の実施形態において、Ｒ６は存在する。Ｒ６が存在する式Ｉの一実施形態において、本発明は、式Ｉの有機シリル繰り返し単位を提供し、式中、ｐは０であり、ｑは０であり、ｔは１．５であり、ｍは２であり、Ｒ６は、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、またはＣ１−Ｃ１８ヘテロアリールであり；各Ｒ６は２個以上のケイ素原子に結合している。
【００５１】
Ｒ６が存在する式Ｉの他の実施形態において、本発明は、式Ｉの有機シリル繰り返し単位を提供し、式中、ｑは０であり、Ｒ６はＣ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、またはＣ１−Ｃ１８ヘテロアリールであり；各Ｒ６は２個以上のケイ素原子に結合している。さらなる実施形態において、ｐは０、１、または２である。別のさらなる実施形態において、ｔは１．０または１．５である。別の実施形態において、ｍは１または２である。
【００５２】
別の実施形態において、本発明の有機シリル繰り返し単位は以下の式ＩＩを有する：
（Ｒ４）ｐ（Ｒ５）ｑＳｉＯｔ（ＩＩ）
式中、
Ｒ４およびＲ５は、それぞれ独立して、Ｃ１−Ｃ１８アルコキシ、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、Ｃ５−Ｃ１８アリールオキシ、またはＣ１−Ｃ１８ヘテロアリールであり；
ｐおよびｑは、それぞれ独立して、０．０から３．０であるが、ただしｐ＋ｑ＝１ならばｔ＝１．５であり；ｐ＋ｑ＝２ならばｔ＝１であり；ｐ＋ｑ＝３ならばｔ＝０．５である。
【００５３】
さらに別の実施形態において、本発明の有機シリル繰り返し単位は以下の式ＩＩＩを有する：
Ｒ６（（Ｒ５）ｒＳｉＯｔ）ｍ（ＩＩＩ）
式中、
Ｒ５は、Ｃ１−Ｃ１８アルコキシ、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、Ｃ５−Ｃ１８アリールオキシ、またはＣ１−Ｃ１８ヘテロアリールであり；
Ｒ６は、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、Ｃ１−Ｃ１８ヘテロアリールであるか、または存在せず；各Ｒ２は２個以上のケイ素原子に結合しており；
ｒは０、１、または２であるが、ただしｒ＝０ならばｔ＝１．５であり；ｒ＝１ならばｔ＝１であり；ｒ＝２ならばｔ＝０．５であり；および
ｍは、１から２０の整数である。
【００５４】
様々な実施形態において、本発明は、式ＩおよびＩＩの有機シリル繰り返し単位を提供し、式中、ＲはＣ１−Ｃ１８アルコキシ、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、またはＣ１−Ｃ１８アルキルである。様々な実施形態において、本発明は、式Ｉ、ＩＩ、およびＩＩＩの有機シリル繰り返し単位を提供し、式中Ｒ１はＣ１−Ｃ１８アルコキシ、Ｃ１−Ｃ１８アルキル、またはＣ１−Ｃ１８アルキルである。様々な実施形態において、本発明は式ＩおよびＩＩＩの有機シリル繰り返し単位を提供し、式中、Ｒ２はＣ１−Ｃ１８アルキル、Ｃ２−Ｃ１８アルケニル、Ｃ２−Ｃ１８アルキニル、Ｃ３−Ｃ１８シクロアルキル、Ｃ１−Ｃ１８へテロシクロアルキル、Ｃ５−Ｃ１８アリール、またはＣ１−Ｃ１８ヘテロアリールである。
【００５５】
特定の実施形態において、有機シリル繰り返し単位は、以下からなる群より選択され得る：
【００５６】
【化５】
0005597191.tif 000006
【００５７】
特定の実施形態において、有機シリル繰り返し単位は、以下からなる群より選択され得る：
【００５８】
【化６】
0005597191.tif 000007
【００５９】
例えば、１つの特定の実施形態において、有機シリル繰り返し単位は、以下からなる群より選択され得る：
【００６０】
【化７】
0005597191.tif 000008
【００６１】
例えば、１つの特定の実施形態において、有機シリル繰り返し単位は、以下からなる群より選択され得る：
【００６２】
【化８】
0005597191.tif 000009
式中、Ｒ、Ｒ１、およびＲ２は先に定義したとおりであり；ＸはＣ１−Ｃ１８アルコキシまたはＣ１−Ｃ１８アルキルであり；およびｎは１から８である。
【００６３】
ある実施形態において、単量体は１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタンである：
【００６４】
【化９】
0005597191.tif 000010
他の実施形態において、単量体は１，２−ビス（メチルジエトキシシリル）エタン：
【００６５】
【化１０】
0005597191.tif 000011
または１，８−ビス（トリエトキシシリル）オクタンである：
【００６６】
【化１１】
0005597191.tif 000012
【００６７】
「繰り返し単位」という言葉は、本明細書中使用される場合、本発明の複合体の調製に用いられる反応体と対比して、および区別して、本明細書中記載される複合体の構成基を形成する単量体単位を記載する。例えば、本明細書中分類される繰り返し単位に到達することができ最終的に複合体の構成マトリクスの一部を形成する任意の反応体を用いることができる。さらに、本明細書中記載される繰り返し単位（有機（Ａ）、オルガノシリル（Ｂ）、および無機（Ｃ））は、ランダム、ブロック、またはランダムとブロックの組合せとして並べられてもよい。Ａは、１つ以上の繰り返し単位ＡまたはＢに有機結合を介して共有結合した有機繰り返し単位である。Ｂは、１つ以上の繰り返し単位ＢまたはＣに無機シロキサン結合を介して結合した有機シリル繰り返し単位であり、１つ以上の繰り返し単位ＡまたはＢに有機結合を介してさらに結合していてもよい。Ｃは、１つ以上の繰り返し単位ＢまたはＣに無機結合を介して結合した無機繰り返し単位である。
【００６８】
「表面修飾した」という言葉は、本明細書中、表面改質剤でさらに置換または誘導化できる、有機基およびシラノール基両方を有する本発明の複合材料を記載するのに用いる。「表面改質剤」として、（代表的に）あるクロマトグラフィー用官能性をクロマトグラフィー固定相に付与する有機官能基を挙げられる。本明細書中に開示されるような表面改質剤は、例えば、誘導体化、または塗布とその後の架橋を介して基礎材料に結合させられ、表面改質剤の化学的特徴を基礎材料に付与する。一実施形態において、ハイブリッド材料（例えば、粒子）の有機基は、反応して、表面改質剤と有機共有結合を形成する。改質剤は、有機化学および重合体化学で周知の多数の機構を介して、材料の有機基と有機共有結合を形成することができる。このような機構として、求核反応、求電子反応、環化付加、フリーラジカル反応、カルベン反応、ナイトレン反応、およびカルボカチオン反応が挙げられるが、これらに限定されない。有機共有結合は、有機化学の一般的な元素間の共有結合の形成を含むと定義される。一般的な元素として、水素、ホウ素、炭素、窒素、酸素、ケイ素、リン、硫黄、およびハロゲンが挙げられるが、これらに限定されない。また、炭素ケイ素および炭素酸素ケイ素結合は、有機共有結合として定義されるが、ケイ素酸素ケイ素結合は有機共有結合として定義されない。多様な合成変換が文献で周知である。例えば、Ｍａｒｃｈ，Ｊ．Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，３ｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８５を参照。
【００６９】
「カラム効率を実質的に維持する」という言葉は、本明細書中、カラムのクロマトグラフィー材料が、指定条件組下におかれる前の自身の効率と比較して、この条件組下この９０％超を維持する能力を記載するのに用いられる。
【００７０】
「細孔構造を実質的に維持する」という言葉は、本明細書中、材料がクロマトグラフィーに有用であり続けるように、指定条件組下細孔構造が、この完全性を維持する能力を記載するのに用いられる。
【００７１】
ＩＩ．本発明の材料
Ａ．複合体
従って、本発明の一実施形態は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位から選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含む複合材料を提供する。ある実施形態において、この材料は、以下の式で表される：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。１つの特定の実施形態において、例えば、ｘが１であるか、またはｘが０．２０でありｙが０．８である場合、ｗは０である。別の特定の実施形態において、ｘは、０．０４から１の範囲、例えば、０．０４から０．５０の範囲にある。
【００７２】
このとおりであるので、本発明のある実施形態において、材料は以下の式で表すことができる：
Ｎｐ／（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中：
ｘおよびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。１つの特定の実施形態において、ｘは１であるか、またはｘは０．２０でありｙは０．８である。別の特定の実施形態において、ｘは、０から１の範囲、例えば、０．０４から１、例えば、０．０４から０．５０の範囲にある。従って、さらに具体的な実施形態において、材料は、Ｎｐ／Ｂ（例えば、式Ｉ、ＩＩ、またはＩＩＩの１つ以上で表され、式中、Ｒ６はエチレンである。）またはＮｐ／Ｃ（例えば、式中、Ｃはシリカである。）のいずれかで表すことができる。
【００７３】
複合材料の実施形態の例として、以下が挙げられるがこれらに限定されない：
（Ｂ）ｙ（Ｃ）ｚ  式中、Ｂ＝Ｏ１．５ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＳｉＯ１．５およびＣ＝ＳｉＯ２、およびｙ＝０．２、ｚ＝０．８、またはｙが０．２から１．０の場合ｚは０．８から０である；
（Ｂ）ｙ（Ｃ）ｚ  式中、Ｂ＝Ｏ１．５ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＳｉＯ１．５およびＣ＝ＳｉＯ２、およびｙ＝０．２、ｚ＝０．８、またはｙが０．２の場合ｚは０．８である；
（Ｂ）ｙ（Ｃ）ｚ  式中、Ｂ＝Ｏ１．５ＳｉＣＨ２ＣＨ２ＳｉＯ１．５およびｙ＝１およびｚ＝０；および
（Ｂ）ｙ（Ｃ）ｚ  式中、Ｃ＝ＳｉＯ２およびｚ＝１およびｙ＝０。
【００７４】
例えば、本発明は、複合材料（例えば、本明細書中記載される複合材料）を含むクロマトグラフィー材料を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、この複合材料はクロマトグラフィーに使用するのに適合させてある。しかしながら、ある実施形態において、このクロマトグラフィー材料は以下の式で表される：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中：
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。
【００７５】
本発明のナノ粒子は、例えば、以下のものの酸化物または窒化物を含むことができる：炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、およびこれらの混合物。さらに、特定の実施形態において、ナノ粒子は、結晶性であっても非晶質であってもよい。特定の実施形態において、ナノ粒子は直径が２００μｍ以下、例えば、直径が１００μｍ以下、例えば、直径が５０μｍ以下、例えば、直径が２０μｍ以下である。
【００７６】
ナノ粒子が有する通常とは異なる性質のため、この粒子への関心が、この２０年の間に高まっている。こうした性質は、概して粒子の表面積対体積比が大きいことに起因するが、粒子の大きさにも起因する。ナノ粒子は、いったん形成されると、本発明の複合体中に分散して新規複合材料（例えば、上記の式のもの）となる。特定の実施形態において、ナノ粒子はナノ複合体の＜２０重量％で存在し、例えば、ナノ複合体の＜５重量％で存在する。
【００７７】
ナノ粒子を含む本明細書中作り出される複合体の応用可能性として、耐摩耗性被膜、遮熱被膜、延性セラミックス、新規の電子および光学デバイス、ならびに触媒が挙げられるが、これらに限定されない。従って、周知のナノ粒子、ならびに特定の性質を、得られる複合体で達成するまたは複合体に与えるように選択および／または調製されたナノ粒子を含む複合体は、本発明の範囲内にあるものとする。例えば、本明細書中用いることができるナノ粒子として、金属（例えば、Ｐｄ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｎｉ）、金属間化合物（例えば、Ａｌ５２Ｔｉ４８）、および金属酸化物（例えば、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３）から作られた周知のナノ粒子が挙げられる。ある実施形態において、ナノ粒子は結晶性または非晶質である。
【００７８】
ナノ粒子が分散した無機またはハイブリッド材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来するものが可能であり、ｑは０から４の範囲の正の数である。ある実施形態において、繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１種は、２種以上の繰り返し単位を含む混合物である。例えば、有機繰り返し単位Ａは、２種以上の個別の繰り返し単位Ａ’およびＡ’’からなるものが可能であり、Ａ’およびＡ’’は、まとめて、繰り返し単位Ａと称することができる。さらに、繰り返し単位およびナノ粒子の順序は、ランダム、ブロック、またはこれらの組合せが可能である。
【００７９】
得られる材料は、粒子であってもモノリスであってもよい。このとおりであるので、特定の実施形態において、材料は粒子であり、この粒子は実質的に球状であっても非球状（例えば、不明瞭な粒子、顆粒状粒子、または凝集粒子）であってもよく、平均直径が約０．１から３００μｍ、例えば、約０．１から３０μｍ例えば、約０．１から２０μｍの、結晶性または非晶質のものが可能である。材料の細孔構造は、秩序（例えば、周期性がある。）があっても、無秩序（例えば、非結晶または非晶質）であってもよく、平均細孔直径が約２０から５０００Å、例えば、約２０から２０００Å、例えば、約３０から１０００Å、例えば、約６０から４００Å、例えば、約８０から２００Å、例えば、約９０から１５Åである。材料の比表面積は、約２０から１１００ｍ２／ｇ、例えば、約８０から５００ｍ２／ｇ、または約８００から１１００ｍ２／ｇであり、比細孔容積が約０．２から１．７ｃｍ３／ｇ、例えば、約０．６から１．３ｃｍ３／ｇである。ある実施形態において、材料は、クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する。
【００８０】
さらに、一実施形態において、本発明は、分子の順序に秩序があるか無秩序（例えば、非結晶または非晶質）かのいずれかであり、細孔構造に周期性がある細孔構造を有する多孔質球状粒子を提供する。本発明の粒子の平均細孔直径を制御した範囲にすることで、粒子内にクロマトグラフィーに有用な細孔構造分布を提供し、材料を幅広いクロマトグラフィー用途に用いることを可能にする。クロマトグラフィー用途として、小分子、ペプチド、タンパク質、ヌクレオチド、高分子、およびその他巨大分子の分離が挙げられる。
【００８１】
本発明はさらに、材料（例えば、粒子）を、有機基型表面改質剤、シラノール基型表面改質剤、重合体被膜型表面改質剤、およびこれらの任意の組合せからなる群より選択される表面改質剤で表面修飾できるようにする。例えば、本発明は、材料（粒子など）を提供し、この粒子は有機基修飾およびシラノール基修飾の組合せで表面修飾されているか、シラノール基修飾で表面修飾されているか、重合体（例えば、Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標））で表面修飾されている。ある実施形態において、表面改質剤は、式Ｚａ（Ｒ１）ｂＳｉ−Ｒ２（式中、Ｚは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｃ１−Ｃ５アルコキシ、ジアルキルアミノ、またはトリフルオロメタンスルホナートであり；ａおよびｂは、それぞれ、０から３の整数であるが、ただしａ＋ｂ＝３であり；Ｒ１は、直鎖、環状、または分岐鎖のＣ１−Ｃ６アルキル基であり；およびＲ２は官能化基である。）を有する。特定の実施形態において、Ｒ１は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、およびシクロヘキシルからなる群より選択され、例えば、メチルである。
【００８２】
官能化基Ｒ２は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、シアノ、アミノ、ジオール、ニトロ、カチオンもしくはアニオン交換基、または包埋した極性官能基を含むことができる。適したＲ官能化基の例として、Ｃ１−Ｃ２０を含むＣ１−Ｃ３０アルキル（オクチル（Ｃ８）、オクタデシル（Ｃ１８）、およびトリアコンチル（Ｃ３０）など）；アルカリール（例えば、Ｃ１−Ｃ４−フェニル）；シアノアルキル基（例えば、シアノプロピル）；ジオール基（例えば、プロピルジオール）；アミノ基（例えば、アミノプロピル）；および極性官能基を包埋したアルキルまたはアリール基（例えば、米国特許番号５，３７４，７５５に開示されるものなどのカルバメート官能基）が挙げられる（この内容は、参照により本明細書に組み込まれる。）。このような基として、以下の一般式のものが挙げられる：
【００８３】
【化１２】
0005597191.tif 000013
式中、ｌ、ｍ、ｏ、ｒ、およびｓは、０または１であり、ｎは０、１、２、または３であり、ｐは０、１、２、３、または４であり、ｑは０から１９の整数であり；Ｒ３は、水素、アルキル、シアノ、およびフェニルからなる群より選択され；およびＺ、Ｒ’、ａ、およびｂは、上記で定義されるとおりである。特定の実施形態において、カルバメート官能基は、以下に示す一般構造を有する：
【００８４】
【化１３】
0005597191.tif 000014
式中Ｒ５は、例えば、シアノアルキル、ｔ−ブチル、ブチル、オクチル、ドデシル、テトラデシル、オクタデシル、またはベンジルが可能である。特定の実施形態において、Ｒ５は、オクチル、ドデシル、またはオクタデシルである。特定の実施形態において、表面改質剤は、オルガノトリハロシラン（オクチルトリクロロシランまたはオクタデシルトリクロロシランなど）、またはハロポリオルガノシラン（オクチルジメチルクロロシランまたはオクタデシルジメチルクロロシランなど）が可能である。
【００８５】
別の実施形態において、材料の有機基およびシラノール基はどちらも表面修飾または誘導体化されている。別の実施形態において、粒子は重合体で被覆されて表面修飾されている。ある実施形態において、重合体で被覆することによる表面修飾は、シラノール基修飾、有機基修飾、またはシラノール基および有機基両方の修飾と組み合わせて用いられている。
【００８６】
重合体被覆は、文献でも既知であり、一般に、本発明の材料表面に物理吸着した繰り返し単位の重合または重縮合による、重合体相と支持体との化学結合なしのもの（Ｉ型）、表面に物理吸着した繰り返し単位の重合または重縮合による、重合体相と支持体との化学結合ありのもの（ＩＩ型）、物理吸着したプレポリマーの支持体への固定によるもの（ＩＩＩ型）、および前合成された重合体の支持体表面への化学吸着によるもの（ＩＶ型）により、提供することができる。例えば、Ｈａｎｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊ．Ｃｈｒｏｍａｔ．Ａ６５６（１９９３）３６９−３８０を参照のこと（この内容は、参照により本明細書に組み込まれる。）。上記のとおり、本発明の材料を重合体で被覆することは、本発明に記載される様々な表面修飾と組み合わせて用いることができる。
【００８７】
「脂肪族基」という用語は、直鎖または分岐鎖の、代表的には炭素原子を１から２２個有することを特徴とする有機化合物を含む。脂肪族基として、アルキル基、アルケニル基、およびアルキニル基が挙げられる。複雑な構造では、鎖は分岐または架橋することができる。アルキル基として、１個以上の炭素原子を有する飽和炭化水素が挙げられ、直鎖アルキル基および分岐鎖アルキル基が含まれる。このような炭化水素部分は、１個以上の炭素が、例えば、ハロゲン、ヒドロキシル、チオール、アミノ、アルコキシ、アルキルカルボキシ、アルキルチオ、またはニトロ基で置換されてもよい。炭素数について特に記載がないかぎり、「低級脂肪族」は、本明細書中使用される場合、上記で定義されるとおりの脂肪族基を意味する（例えば、低級アルキル、低級アルケニル、低級アルキニル）が、ただし炭素原子を１から６個有するものとする。そうした低級脂肪族基（例えば、低級アルキル基）の代表は、メチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、２−クロロプロピル、ｎ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、２−アミノブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ−ブチル、３−チオペンチルなどである。本明細書中使用される場合、「ニトロ」という用語は、−ＮＯ２を意味する。「ハロゲン」という用語は、−Ｆ、−Ｃｌ、−Ｂｒ、または−Ｉを示す。「チオール」という用語は、ＳＨを意味する。「ヒドロキシル」という用語は−ＯＨを意味する。従って、「アルキルアミノ」という用語は、本明細書中使用される場合、上記で定義されるとおりのアルキル基にアミノ基が結合したものを意味する。適したアルキルアミノ基として、１個から約１２個の炭素原子、好ましくは１個から約６個の炭素原子を有する基が挙げられる。「アルキルチオ」という用語は、上記で定義されるとおりのアルキル基にスルフヒドリル基が結合したものを示す。適したアルキルチオ基として、１個から約１２個の炭素原子、好ましくは１個から約６個の炭素原子を有する基が挙げられる。「アルキルカルボキシル」という用語は、本明細書中使用される場合、上記で定義されるとおりのアルキル基にカルボキシル基が結合したものを意味する。「アルコキシ」という用語は、本明細書中使用される場合、上記で定義されるとおりのアルキル基に酸素原子が結合したものを意味する。代表的なアルコキシ基として、１個から約１２個の炭素原子、好ましくは１個から約６個の炭素原子を有する基、例えば、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ｔｅｒｔ−ブトキシなどが挙げられる。「アルケニル」および「アルキニル」という用語は、アルキルと類似した不飽和脂肪族基を示すが、ただしこれらはそれぞれ少なくとも１つの二重結合または三重結合を含有する。適したアルケニル基およびアルキニル基として、２個から約１２個の炭素原子、好ましくは１個から約６個の炭素原子を有する基が挙げられる。
【００８８】
「脂環式基」という用語は、３個以上の炭素原子の閉環構造を含む。脂環式基として、飽和環状炭化水素であるシクロパラフィンまたはナフテン、２つ以上の二重結合を持つ不飽和のシクロオレフィン、および三重結合を有するシクロアセチレンが挙げられる。これらは芳香族基を含まない。シクロパラフィンの例として、シクロプロパン、シクロヘキサン、およびシクロペンタンが挙げられる。シクロオレフィンの例として、シクロペンタジエンおよびシクロオクタテトラエンが挙げられる。脂環式基は、縮合環構造および置換脂環式基（アルキル置換脂環式基など）も含む。脂環式基の例において、このような置換基としてさらに、低級アルキル、低級アルケニル、低級アルコキシ、低級アルキルチオ、低級アルキルアミノ、低級アルキルカルボキシル、ニトロ、ヒドロキシル、−ＣＦ３、−ＣＮなどを挙げることができる。
【００８９】
「複素環基」という用語は、閉環構造で環の原子の１個以上が炭素以外の元素（例えば、窒素、硫黄、または酸素）であるものを含む。複素環基は、飽和または不飽和が可能であり、ピロールおよびフランなどの複素環基は、芳香族特性を有することができる。複素環基は、縮合環構造（キノリンおよびイソキノリンなど）を含む。複素環基の他の例として、ピリジンおよびプリンが挙げられる。複素環基は、構成原子１個以上を、例えば、ハロゲン、低級アルキル、低級アルケニル、低級アルコキシ、低級アルキルチオ、低級アルキルアミノ、低級アルキルカルボキシル、ニトロ、ヒドロキシル、−ＣＦ３、−ＣＮなどで置換することができる。適したへテロ芳香族およびへテロ脂環式基は、一般に、１から３個の別個のまたは縮合した環を有し、環はそれぞれ三員から約八員であって１個以上のＮ、Ｏ、またはＳ原子を含む。例えば、クマリニル、キノリニル、ピリジル、ピラジニル、ピリミジル、フリル、ピロリル、チエニル、チアゾリル、オキサゾリル、イミダゾリル、インドリル、ベンゾフラニル、ベンゾチアゾリル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロピラニル、ピペリジニル、モルホリノ、およびピロリジニルである。
【００９０】
「芳香族基」という用語は、１個以上の環を含有する不飽和環式炭化水素を含む。芳香族基として、五員および六員の単環基が挙げられ、この基は０から４個のヘテロ原子を含んでもよい。例えば、ベンゼン、ピロール、フラン、チオフェン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、トリアゾール、ピラゾール、ピリジン、ピラジン、ピリダジン、およびピリミジンなどである。芳香族環は、環の一カ所以上で例えば、ハロゲン、低級アルキル、低級アルケニル、低級アルコキシ、低級アルキルチオ、低級アルキルアミノ、低級アルキルカルボキシル、ニトロ、ヒドロキシル、−ＣＦ３、−ＣＮなどで置換されてもよい。
【００９１】
「アルキル」という用語は、飽和脂肪族基を含み、直鎖アルキル基、分岐鎖アルキル基、シクロアルキル（脂環式）基、アルキル置換シクロアルキル基、およびシクロアルキル置換アルキル基が挙げられる。ある実施形態において、直鎖または分岐鎖アルキルは、この中心骨格に３０個以下の炭素原子を有する（例えば、直鎖ならＣ１−Ｃ３０、または分岐鎖ならＣ３−Ｃ３０）。ある実施形態において、直鎖または分岐鎖アルキルは、この中心骨格に２０個以下（例えば、直鎖ならＣ１−Ｃ２０、または分岐鎖ならＣ３−Ｃ２０）、より好ましくは１８個以下の炭素原子を有する。同様に、好ましいシクロアルキルは、この環構造中に４から１０個の炭素原子を有し、より好ましくはこの環構造中に４から７個の炭素原子を有する。「低級アルキル」という用語は、鎖中に１から６個の炭素を有するアルキル基、および環構造中に３から６個の炭素を有するシクロアルキルを示す。
【００９２】
さらに、「アルキル」という用語（「低級アルキル」を含む。）は、本明細書および特許請求の範囲を通じて使用されるとおり、「無置換アルキル」および「置換アルキル」の両方を含み、後者は、炭化水素骨格の１個以上の炭素で水素が置換基に置き換わっているアルキル部分を示す。このような置換基として、例えば、ハロゲン、ヒドロキシル、アルキルカルボニルオキシ、アリールカルボニルオキシ、アルコキシカルボニルオキシ、アリールオキシカルボニルオキシ、カルボキシラート、アルキルカルボニル、アルコキシカルボニル、アミノカルボニル、アルキルチオカルボニル、アルコキシル、ホスファート、ホスホナート、ホスフィナート、シアノ、アミノ（アルキルアミノ、ジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、およびアルキルアリールアミノを含む。）、アシルアミノ（アルキルカルボニルアミノ、アリールカルボニルアミノ、カルバモイル、およびウレイドを含む。）、アミジノ、イミノ、スルフヒドリル、アルキルチオ、アリールチオ、チオカルボキシラート、スルファート、スルホナート、スルファモイル、スルホンアミド、ニトロ、トリフルオロメチル、シアノ、アジド、へテロシクリル、アラルキル、または芳香族もしくはへテロ芳香族部分が挙げられる。炭化水素鎖に置換された部分は、適切ならばこれ自身が置換され得ることが、当業者に理解される。シクロアルキルは、例えば、上記の置換基でさらに置換することができる。「アラルキル」部分とは、例えば、１から３個の別個のまたは縮合した環と６から約１８個の環炭素原子を有するアリールで置換したアルキルである（例えば、フェニルメチル（ベンジル））。
【００９３】
「アリール」という用語は、五員および六員の単環芳香族基を含み、この基は０から４個のヘテロ原子を含んでもよい。例えば、置換または無置換の、ベンゼン、ピロール、フラン、チオフェン、イミダゾール、オキサゾール、チアゾール、トリアゾール、ピラゾール、ピリジン、ピラジン、ピリダジン、およびピリミジンなどである。アリール基は、多環式縮合芳香族基（ナフチル、キノリル、インドリルなど）も含む。芳香族環は、環の一カ所以上で、例えば、アルキル基について上記で記載したような置換基で置換することができる。適したアリール基として、無置換および置換フェニル基が挙げられる。「アリールオキシ」という用語は、本明細書中使用される場合、上記で定義されるとおりのアリール基に酸素原子が結合したものを意味する。「アラルコキシ」という用語は、本明細書中使用される場合、上記で定義されるとおりのアラルキル基に酸素原子が結合したものを意味する。適したアラルコキシ基は、１から３個の別個のまたは縮合した環と６から約１８個の環炭素原子を有する（例えば、Ｏ−ベンジル）。
【００９４】
「アミノ」という用語は、本明細書中使用される場合、式−ＮＲａＲｂ（式中、ＲａおよびＲｂは、それぞれ独立して、水素、アルキル、アリール、またはへテロシクリルであるか、またはＲａとＲｂは、これらが結合した窒素原子と一緒になって、環に３から８個の原子を有する環式部分を形成する。）を有する無置換または置換部分を示す。従って、「アミノ」という用語は、他に記載がない限り、環式アミノ部分（ピペリジニルまたはピロリジニル基）を含む。「アミノ置換したアミノ基」は、アミノ基中のＲａおよびＲｂの少なくとも１つがさらにアミノ基で置換されたものを示す。
【００９５】
理論に縛られることは望まないが、本発明の材料は、実質的に空隙がない重合体マトリクスを有し、形成されたまたは形成される重合体のすき間にナノ粒子を埋め込むことにより形成されると思われる。ナノ粒子の組込みの際、個々の重合体を包埋するマトリクスとなり、このマトリクスは実質的に空隙および欠陥がないものとなる。このとおりであるので、本発明の有利な特徴は、個々の重合体間のすき間にナノ粒子を含浸する能力に関係する。
【００９６】
本発明の材料および粒子は、ミクロサイズの粒子を用いた混合床充填剤（ｐａｃｋｉｎｇｓ）で達成されるものと同様な熱特性の改善をもたらすが、ローディング容量は未修飾の多孔質充填床材料と同様である。本発明の材料および粒子は、材料が、移動相組成またはクロマトグラフィー実行条件に大きな変化を必要とせずに、シリカまたはハイブリッド粒子と同様なクロマトグラフィー実行パラメーター（すなわち、選択性、保持力、移動相組成）を有することで、表面金属化粒子と区別される。さらに、本発明の材料および粒子は、個々のナノ粒子が重合体ネットワーク内に均一または不均一にあるように骨格壁マトリクス全体に分散されていることで、部分縮合反応内で可溶性金属前駆体を有機官能性シランまたはテトラアルコキシシランと共縮合したハイブリッド粒子と区別される。さらに、ナノ粒子を含有する本明細書中記載される複合体は、ナノ複合体の結晶構造を変化させるのに通常用いられる高温を必要としないで調製される。例えば、金属アルコキシドから形成したＴｉＯ２は、室温で通常非晶質である。３００から５００℃という温度を、この材料をアニーリングし鋭錐石構造の形成を開始させるのに用いることができる。＞６００℃の温度で、ルチル結晶形が成長し始める。しかしながら、非晶質ＴｉＯ２を用いた代表的なＢＣＣ’ハイブリッドにおいて、加熱して鋭錐石またはルチルを形成する場合、ハイブリッド基の熱分解が観測される。同じことがダイヤモンド（超高温高圧および時間をかけて、または爆発により形成される。）および立方晶窒化ホウ素にも言える。本明細書中記載される、ナノ粒子を加える新規アプローチは、ハイブリッド材料を分解することなくこの種の材料を添加する唯一の方法である。
【００９７】
熱特性の改善は、本発明の複合体のある実施形態（例えば、ナノ粒子ダイヤモンド）の優れた熱伝導につながる。理論に縛られることは望まないが、例えば、ダイヤモンドはカラムから壁面への熱移動を助け、カラムの熱勾配を小さくすると思われる。カラムの熱勾配は粒子が小さくなるかカラム直径が大きいほどカラムの性能を下げる可能性がある。
【００９８】
一実施形態において、材料の無機またはハイブリッド構成要素含量およびナノ粒子含量を制御することにより、材料（例えば、多孔質材料）が提供される。特定の多孔質材料に最適な配合は、乳濁液の大きさ、粘度、温度および／または他の添加物（界面活性剤または安定剤など）の存在に依存し得る。安定剤を乳濁液に添加して、安定期間を延ばすことができ、安定剤は通常乳濁液に溶解し乳濁液を粘性にする重合体である。ある実施形態において、本発明の多孔質材料の無機またはハイブリッド構成要素含量は、添加物の存在に依存して、約２５％から約９９．９９９％の範囲である。他の実施形態において、無機またはハイブリッド構成要素含量は、約２５％から約５０％、または約２５％から約３５％の範囲が可能である。他の実施形態において、無機またはハイブリッド構成要素含量は、約４０％から約８５％の範囲である。ある実施形態において、無機またはハイブリッド構成要素含量は、約５０％から約７５％の範囲である。他の実施形態において、無機またはハイブリッド構成要素含量は、約９０％から約９９．９％の範囲である。ある実施形態において、無機またはハイブリッド構成要素含量は、約９５％から約９９％の範囲である。ナノ粒子の合計量は、多孔質材料の重量に基づいて、約０．１重量％から約２０重量％、好ましくは約１．０重量％から約１０重量％の範囲が可能である。
【００９９】
ある実施形態において、例えば、本発明の方法で調製したクロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する本発明の材料は、一般に、Ｎ２吸着分析で測定して、約５０から８００ｍ２／ｇ、詳細には約７５から６００ｍ２／ｇ、より詳細には約１００から２００ｍ２／ｇの比表面積を有する。粒子の比細孔容積は、一般に約０．２５から１．５ｃｍ３／ｇ、詳細には約０．４から１．２ｃｍ３／ｇ、より詳細には約０．５から１．０ｃｍ３／ｇである。クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する本発明の材料は、一般に約５０から５００Å、詳細には約６０から５００Å、より詳細には約１００から３００Åの平均細孔直径を有する。微小孔表面積は、約１１０ｍ２／ｇ未満、詳細には約１０５ｍ２／ｇ未満、より詳細には約８０ｍ２／ｇ未満、さらにより詳細には約５０ｍ２／ｇ未満である。
【０１００】
ＩＩＩ．本発明の材料の応用
本発明の材料は、その他に記載される応用の中でも、少なくとも以下のような商業利用で有用となり得る：クロマトグラフィー（ＵＰＬＣ、ＨＰＬＣ）カラム用充填剤、クロマトグラフィーカートリッジ、プレートまたは特殊化生体分子分離キット、封鎖試薬、コンビナトリアルケミストリー用固体支持体、オリゴ糖合成、ポリペプチド合成、および／またはオリゴヌクレオチド合成用固体支持体、固体支持した生体アッセイ、質量分析用キャピラリー生体アッセイデバイス、制御された巨大孔重合体フィルム用テンプレート、キャピラリークロマトグラフィー、電気運動ポンプ充填材料、重合体添加物、触媒支持体、およびマイクロチップ分離デバイス用充填材料。
【０１０１】
詳細には、多孔質材料（例えば、粒子）は、分離科学で多様な最終用途を有する。このような用途は、クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する多孔質無機／有機ハイブリッド粒子を含む固定相を有する、例えば、クロマトグラフィーカラム用充填材料（このようなカラムはアルカリ性移動相に対して安定性を改善し塩基性分析物のピークテーリングを減少させ得る。）、薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）プレート、固相抽出デバイス、ろ過膜、マイクロタイタープレート、スカベンジャー樹脂、固相有機合成支持体などである。固定相は、特定のデバイスの必要条件に依存して、充填、被覆、含浸などにより導入することができる。特定の実施形態において、クロマトグラフィーデバイスは、ＨＰＬＣおよびＵＰＬＣに通常用いられるものなどの充填済みクロマトグラフィーカラムである。
【０１０２】
そうであるので、本発明の一実施形態は、複合材料を含む本発明で提供されるクロマトグラフィー材料を提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含み、式中ｑは０から４の範囲の正の数である。ある実施形態において、クロマトグラフィー材料は、以下の式で表すことができる：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。特定の実施形態において、材料は特定の分離デバイスで用いるのに適合させる。例えば、材料は、液体クロマトグラフィー固定相；封鎖試薬；コンビナトリアルケミストリー用固体支持体；オリゴ糖合成、ポリペプチド合成、またはオリゴヌクレオチド合成用固体支持体；生体アッセイ用固体支持；質量分析用キャピラリー生体アッセイデバイス；制御された巨大孔重合体フィルム用テンプレート；キャピラリークロマトグラフィー固定相；電気運動ポンプ充填材料；重合体添加物；触媒；またはマイクロチップ分離デバイス用充填材料として用いるのに適合させることができる。１つの特定の実施形態において、材料はＨＰＬＣまたはＵＰＬＣ固定相として用いるのに適合させてある。
【０１０３】
そうであるので、本発明の一実施形態は、本発明の材料（例えば、本発明のクロマトグラフィー材料）を含む分離デバイスを提供する。例えば、このデバイスは、クロマトグラフィーカラム、薄層プレート、固相抽出デバイス、ろ過膜、試料クリーンアップデバイス、およびマイクロタイタープレートから選択することができる。
【０１０４】
本発明の別の実施形態は、本発明の材料（例えば、本発明のクロマトグラフィー材料）を含有する充填済みクロマトグラフィーカラム、ならびにこの充填済みクロマトグラフィーカラムを含むクロマトグラフィーシステムを提供する。
【０１０５】
別の実施形態において、本発明は、多孔質ナノ複合粒子（例えば、ほぼ球状の粒子）を提供し、この複合粒子は有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に含み、この材料は以下の式で表される：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
ｑは０から４の範囲の正の数であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。上記で記載されるとおり、粒子は特に有利な性質を有することができ、このような性質として、圧力耐性の向上（すなわち、機械強度が高まっている。）および／または熱特性向上が挙げられるがこれらに限定されない。特定の実施形態において、調製した粒子は、機械強度が高まっており、有機溶媒で膨潤しない。
【０１０６】
この様式において、本発明の別の実施形態は、複合材料を含む耐高圧性クロマトグラフィー粒子を提供し、この複合材料は有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内にナノ粒子を含み、この粒子は、１５，０００ｐｓｉ（約１０３ＭＰａ）を超える流体圧、例えば、約２０，０００ｐｓｉ（約１３７ＭＰａ）から約１００，０００ｐｓｉ（約６８９ＭＰａ）の範囲の流体圧で細孔構造を実質的に維持することができる。そうであるので、ある実施形態において、粒子はＵＰＬＣに使用できる。さらに、さらなる実施形態において、本発明は、例えば、内径２ミクロン未満を有しこれらの粒子を充填した高性能ＵＰＬＣカラムを提供する。「高性能」という言葉は、ＵＰＬＣに有用な既知の混合床充填済みカラムと同等なローディング容量で熱特性が改善されているＵＰＬＣカラムの特性を記載する。
【０１０７】
さらなる実施形態において、本発明は、複合材料を含む熱特性の向上したクロマトグラフィー粒子を提供し、この複合材料は有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内にナノ粒子を含み、この粒子は複合材料の熱電動を改善するように適合している。ある実施形態において、複合材料は２００℃を超える温度でカラム効率を実質的に維持するように適合させてある。
【０１０８】
熱特性の向上した粒子または耐高圧性粒子は、ある実施形態において、直径が２μｍ未満の粒子を含むことができる。さらに、ナノ粒子は、炭化ケイ素、アルミニウム、ダイヤモンド、セリウム、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、ジルコニウム、バリウム、セリウム、コバルト、銅、ユーロピウム、ガドリニウム、鉄、ニッケル、サマリウム、ケイ素、銀、チタン、亜鉛、ホウ素、これらの酸化物、およびこれらの窒化物からなる群より選択される部分を１つ以上含む物質が可能である。特定の実施形態において、複合材料は以下の式で表される：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。さらなる特定の実施形態において、粒子の空隙率は、０．３ｃｃ／ｇより大きく、例えば、１．０ｃｃ／ｇより大きく、例えば、約１．０ｃｃ／ｇから２．０ｃｃ／ｇの範囲である。特定の実施形態において、粒子の空隙率は０．３から０．８ｃｃ／ｇの範囲である。
【０１０９】
さらに別の態様において、本発明は複合材料を含む多孔質ナノ複合モノリスを提供し、この複合材料は、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；および無機繰り返し単位からなる群より選択される一種以上の構成要素に由来する無機またはハイブリッド材料内に分散したナノ粒子を含む。この材料は以下の式で表すことができる：
Ｎｐ／（Ａ）ｗ（Ｂ）ｘ（Ｃ）ｙ
式中
ｗ、ｘ、およびｙは、それぞれ独立して、ｗ＋ｘ＋ｙ＝１となるような０から１の範囲の正の数字であり；
Ｎｐはナノ粒子を表し；
Ａは有機繰り返し単位を表し；
Ｂは有機シリル繰り返し単位を表し；
Ｃは無機繰り返し単位を表し；および
各繰り返し単位は、１つ以上のそれぞれ別の繰り返し単位Ａ、Ｂ、またはＣと共有結合している。
【０１１０】
さらなる実施形態において、本発明は、クロマトグラフィーを用いて化合物を分離する方法を提供する。この方法は、適切なクロマトグラフィー条件下、化合物の混合物中の１種以上の化合物が混合物から分離されるように、化合物の混合物を本明細書中記載される複合材料に添加する工程を含む。化合物の混合物の添加は、任意の当分野で認識される技法により達成することができる。特定の実施形態において、化合物の混合物は、クロマトグラフィーに用いられる複合材料の特定の分離性質（例えば、極性、疎水性、親水性、または特定の誘導体化）に基づいて選択される。ある実施形態において、この方法はさらに、複合材料を得ることを含む。ある実施形態において、この方法はさらに、複合材料を含む分離デバイスを調製する工程を含む。特定の実施形態において、化合物の混合物は複合材料を含有する分離デバイスに添加され、このような分離デバイスとして、クロマトグラフィーカラム、薄層プレート、固相抽出デバイス、ろ過膜、試料クリーンアップデバイス、およびマイクロタイタープレートが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１１１】
本発明の別の実施形態は、分離の実行法を提供し、この方法は、少なくとも１種の化合物が化合物の混合物から分離されるように、本明細書中記載される複合材料を含む分離デバイスに化合物の混合物を通すことを含む。化合物の混合物は、例えば、生物によりまたは合成で生成した任意の源に由来するものが可能である。ある実施形態において、分離した化合物は、この化合物が顕著に濃縮されているか完全に分離されたものである。さらに、「通す（ｒｕｎｎｉｎｇ）」という用語は、当分野で認識される用語であり、移動相を用いて化合物混合物をクロマトグラフィー媒体固定相を通過させるプロセスを示す。
【０１１２】
本発明のさらなる実施形態は、本明細書中記載される複合材料、およびクロマトグラフィー法で化合物の混合物を分離するための使用説明書を含むキットを提供する。ある実施形態において、説明書は、クロマトグラフィー（例えば、本明細書中記載されるようなもの）を用いて化合物を分離する方法で複合材料を用いる指示を提供する。特定の実施形態において、キットはさらに分離デバイスを含む。
【０１１３】
ＶＩ．調製法
さらなる実施形態において、本発明は、本発明の複合材料の調製法を提供する。この方法は、本発明の材料が調製されるように、１種類以上のナノ粒子をポリオリゴマー型オルガノシロキサン中に分散させて分散混合物を形成すること、および分散混合物を加水分解して縮合することを含む。ある実施形態において、ポリオリゴマー型オルガノシロキサンは、有機繰り返し単位；有機シリル繰り返し単位；無機繰り返し単位；およびこれらの任意の組合せからなる群より選択される一種以上の構成要素の部分縮合から形成される。特定の実施形態において、本発明は、ポリオリゴマー型オルガノシロキサン中に分散した一種以上のナノ粒子（＜２０重量％）の加水分解縮合により合成された多孔質材料（例えば、粒子）を提供し、ポリオリゴマー型オルガノシロキサンは、部分縮合有機官能性シラン、テトラアルコキシシラン、２種以上の有機官能性シランの混合物、または１種以上の有機官能性シランとテトラアルコキシシラン、例えば、テトラエトキシシランまたはテトラメトキシシランとの混合物からなる。ある実施形態において、調製した材料はクロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有する。
【０１１４】
ある実施形態において、ポリオリゴマー型オルガノシロキサン（ＰＯＳ）は、あらかじめ作られており、分散混合物は、ナノ粒子をポリオリゴマー型オルガノシロキサンに加え、得られる混合物を振盪して分散混合物を形成することで、調製される。例えば、実施例３を参照。振盪は、磁気混合、機械混合、回転子／固定子混合、または超音波処理で行なうことができる。遠心分離またはろ過を用いて、大きいナノ粒子または凝集した材料を除去することができる。
【０１１５】
ある代替実施形態において、ポリオリゴマー型オルガノシロキサンは、あらかじめ作られており、分散混合物は、ナノ粒子のスラリー（例えば、ナノ粒子のスラリーが、水性スラリー、アルコールスラリー、エーテルスラリー、またはこれらの組合せからなる群より選択される場合）をポリオリゴマー型オルガノシロキサンに加え、得られる混合物を振盪して分散混合物を形成することで、調製される。例えば、実施例４を参照。特定の実施形態において、スラリーの共溶媒（例えば、水、アルコール、またはエーテル溶液）は、大気圧蒸留または減圧蒸留により除去されＮｐ／ＰＯＳを生成する。他の特定の実施形態において、共溶媒は除去されず、ナノ粒子のＰＯＳ／共溶媒（例えば、水、アルコール、またはエーテル）分散体を形成する。振盪は、磁気混合、機械混合、回転子／固定子混合、または超音波処理で行なうことができる。遠心分離またはろ過を用いて、大きいナノ粒子または凝集した材料を除去することができる。
【０１１６】
あるさらなる代替実施形態において、分散混合物は、ポリオリゴマー型オルガノシロキサンを形成する縮合反応物にナノ粒子を加え、得られる混合物を振盪して分散混合物を形成することで、調製される。例えば、実施例２を参照。振盪は、磁気混合、機械混合、回転子／固定子混合、または超音波処理で行なうことができる。遠心分離またはろ過を用いて、大きいナノ粒子または凝集した材料を除去することができる。
【０１１７】
例えば、有機繰り返し単位は、以下からなる群より選択される有機オレフィン繰り返し単位の反応により、材料に組込まれる：ジビニルベンゼン、スチレン、ビニルベンジルクロリド、エチレングリコールジメタクリラート、１−ビニル−２−ピロリジノン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、ｔｅｒｔ−ブチルメタクリラート、アクリルアミド、メタクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−（１，２−ジヒドロキシエチレン）ビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−エチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、ブチルアクリラート、エチルアクリラート、メチルアクリラート、２−（アクリルオキシ）−２−ヒドロキシプロピルメタクリラート、３−（アクリルオキシ）−２−ヒドロキシプロピルメタクリラート、トリメチロールプロパントリアクリラート、トリメチロールプロパンエトキシラートトリアクリラート、トリス［（２−アクリロイルオキシ）エチル］イソシアヌラート、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、イタコン酸、メタクリル酸、トリメチルシリルメタクリラート、Ｎ−［トリス（ヒドロキシメチル）メチル］アクリルアミド、（３−アクリルアミドプロピル）トリメチルアンモニウムクロリド、［３−（メタクリロイルアミノ）プロピル］ジメチル（３−スルホプロピル）アンモニウムヒドロキシド分子内塩、
【０１１８】
【化１４】
0005597191.tif 000015
【０１１９】
このアプローチで用いることができる有機シリル繰り返し単位の例として、以下が挙げられる（が、これらに限定されない。）：ビス（トリエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）オクタン、ビス（メチルジエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）エテン、ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン、エチルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、メルカプトプロピルトリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、フェニルエチルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、オクチルトリメトキシシラン、３，３，３−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、および３−シアノブチルトリエトキシシラン。プロトン化脱シリル反応（ｐｒｏｔｏｄｅｓｉｌｙｌａｔｉｏｎ）、脱保護、または分解により反応することがわかっている反応性オルガノアルコキシシランを用いることも、ハイブリッド粒子に多孔性を導入するのに有用であり得る。プロトン化脱シリル反応、脱保護、または分解によりハイブリッド粒子に多孔性を導入することができるオルガノアルコキシシランを挙げると、以下のとおりである（が、これらに限定されない。）：フェニルトリエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、アセチルオキシエチルトリメトキシシラン、クロロエチルトリエトキシシラン、およびフルオロトリエトキシシラン。このアプローチで用いて粒子枠組み内に有機結合（例えば、フリーラジカル重合）および無機シロキサン結合の両方を形成することができるアルケン置換したオルガノアルコキシシランの使用として、以下が挙げられる（がこれらに限定されない。）；メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、Ｎ−（３−アクリルオキシ−２−ヒドロキシプロピル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（３−アクリルオキシプロピル）トリメトキシシラン、Ｏ−（メタクリルオキシエチル）−Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）ウレタン、Ｎ−（３−メタクリルオキシ−２−ヒドロキシプロピル）−３−アミノプロピルトリエトキシシラン、メタクリルオキシメチルトリエトキシシラン、メタクリルオキシメチルトリメトキシシラン、メタクリルオキシプロピル（ｐｒｏｐｙ）メチルジエトキシシラン、メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、メタクリルオキシプロピルトリス（メトキシエトキシ）シラン、３−（Ｎ−スチリルメチル−２−アミノエチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン塩酸塩、
【０１２０】
【化１５】
0005597191.tif 000016
式中、各Ｒは、独立して、ＨまたはＣ１−Ｃ１０アルキル基であり、Ｒ’は、独立して、ＨまたはＣ１−Ｃ１０アルキル基である。特定の実施形態において、各Ｒは、独立して、水素、メチル、エチル、またはプロピルである。別の特定の実施形態において、Ｒ基は全て同一であり、水素、メチル、エチル、またはプロピルからなる群より選択される。
【０１２１】
本発明のナノ粒子は、市販のものでもよいし、周知の技術を用いて調製したものでもよい。ナノ粒子形成技術として、化学および物理蒸着；機械摩擦；気相熱分解および凝結；電着；低温化学合成；レーザー熱分解；ゲル合成；および、例えば、水熱処理または熱処理の使用を通じた材料の分子配列／結晶性の変更が挙げられる。例えば、摩擦では、マクロまたはミクロ規模の粒子を、ボールミル、遊星ボールミル、またはその他の大きさ縮小機構で粉砕する。得られる粒子を空気分級してナノ粒子を回収する。熱分解では、有機前駆体（液体または気体）を開口部から高圧で噴き出して燃焼させる。得られる灰を空気分級してオキシドナノ粒子を回収する。
【０１２２】
熱プラズマも、数マイクロメートル規模の粒子の蒸発を引き起こすのに必要なエネルギーを送達することができる。熱プラズマ温度は、１００００Ｋのオーダーにあるので、固体粉末は容易に蒸発する。プラズマ領域から出て冷えるとナノ粒子が形成される。ナノ粒子を製造するのに用いられる熱プラズマトーチの主な種類は、ｄｃプラズマジェット、ｄｃアークプラズマ、および高周波（ＲＦ）誘導プラズマである。アークプラズマ反応器では、蒸発および反応に必要なエネルギーは、アノードとカソードの間に形成される電気アークで提供される。例えば、シリカ砂は、大気圧でアークプラズマにより蒸発させることができる。得られるプラズマガスとシリカ蒸気の混合物は、酸素でクエンチすることにより急冷することができ、生成したフュームドシリカの品質をこうして確保する。ＲＦ誘導プラズマトーチでは、プラズマとのエネルギー結合は、誘導コイルにより生じる電磁場を通じて達成される。プラズマガスは電極と接触することはなく、こうして混入の原因となる可能性を排除し、そうしたプラズマトーチを幅広い気体（不活性雰囲気、還元雰囲気、酸化雰囲気、およびその他腐食性雰囲気など）で操作できるようにする。作業周波数は、代表的には２００ｋＨｚから４０ＭＨｚの間である。実験室規模の設備は、３０から５０ｋＷのオーダーの出力レベルで稼働するが、大規模な産業規模の設備は、上限１ＭＷになる出力レベルで試験されてきている。注入した供給液滴のプラズマ滞留時間は非常に短いため、蒸発を完全にする目的で、液滴の大きさを十分に小さくすることが重要である。ＲＦプラズマ法は、異なるナノ粒子材料を合成するのに、例えば、様々なセラミックナノ粒子（ＴｉおよびＳｉの、酸化物、カーボール（ｃａｒｂｏｕｒｓ）／炭化物、および窒化物など）の合成に、用いられてきた。
【０１２３】
さらに、材料による分類の他に、各材料内で、ナノ粒子には同定可能な／他と区別される特性が様々に存在し得る。例えば、ダイヤモンドナノ粒子、すなわちナノダイヤモンド（ＮＤと示す。）には、合成単結晶性ダイヤモンド（ＳＭＤ）、合成多結晶性ダイヤモンド（ＳＰＤ）、超分散ダイヤモンド（ＵＤＤ）、超ナノ微結晶ダイヤモンド（ＵＮＣＤ）、超微細ダイヤモンド（ＵＦＤ）、ならびに天然ダイヤモンドとも呼ばれるものがある。ナノダイヤモンドは、結晶性および非晶質ダイヤモンド様材料を含むことができる。一方ＳＭＤは超高温高圧下で金属触媒を用いて調製される。その他の種類のダイヤモンド（ＳＰＤ、ＵＤＤ、ＵＦＤ）は、高エネルギー爆発物（トリニトロトルエンなど）を用いて調製される。Ｘｉａｎｇｙａｎｇ  Ｘｕ，Ｚｈｉｍｉｎｇ  Ｙｕ，Ｙｏｎｇｗｅｉ  Ｚｈｕ，Ｂａｉｃｈｕｎ  Ｗａｎｇ，Ｄｉａｍｏｎｄ  ＆  Ｒｅｌａｔｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４（２００５）２０６−２１２。Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ｔｕｍａｖｉｔｃｈ，Ｒ＆Ｄ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，１１（２００５）３５。合成条件に依存して、ナノダイヤモンドの大きさ、集団化、および不純物レベルが変化し得る。結果として、様々な商業等級のナノダイヤモンド純度が存在し、様々な精製（硝酸を用いた酸化、または強酸（塩酸など）処理の利用を含む。）を行なうことができる。「Ｕｌｔｒａ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｄｉａｍｏｎｄ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，ａｓ  ｐａｒｔ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｅｒｉｅｓ，Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｏｌｇａ  Ａ．Ｓｈｅｎｄｅｒｏｖａ，Ｄｉｅｔｅｒ  Ｍ．Ｇｒｕｅｎ，Ｗｉｌｌｉａｍ  Ａｎｄｒｅｗ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ（Ｎｏｒｗｉｃｈ，ＮＹ），２００６。
【０１２４】
ナノダイヤモンドは、湿式製粉、超音波処理、破砕機、および回転子固定子ミキサーをはじめとする多数の方法により、溶媒に分散させることができる。ナノダイヤモンド分散体の品質および安定性は、一次または二次溶媒の性質、酸または塩基の濃度、塩濃度、表面電荷（またはゼータ電位）および界面活性安定剤の使用に大きく依存する。Ｘｉａｎｇｙａｎｇ  Ｘｕ，Ｚｈｉｍｉｎｇ  Ｙｕ，Ｙｏｎｇｗｅｉ  Ｚｈｕ，Ｂａｉｃｈｕｎ  Ｗａｎｇ，Ｄｉａｍｏｎｄ  ＆  Ｒｅｌａｔｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４（２００５）２０６−２１２。Ｍａｓａｋｉ  Ｏｚａｗａ，Ｍａｓａｙａｓｕ  Ｉｎａｇｕｍａ，Ｍａｋｏｔｏ  Ｔａｋａｈａｓｈｉ，Ｆｕｍｉａｋｉ  Ｋａｔａｏｋａ，Ａｎｋｅ  Ｋｒｕｇｅｒ，Ｅｉｊｉ  Ｏｓａｗａ，Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９（２００７），１２０１−１２０６。
【０１２５】
ナノダイヤモンドの表面は、多数の異なる様式で修飾することができる。酸化、電気化学的方法、金属（例えば、パラジウム）の表面沈着、およびアンモニアの表面処理を用いて、ナノ粒子表面を修飾することができる。疎水性ナノダイヤモンド材料を作るために、重合体添加物（例えば、ポリジメチルシロキサンおよびポリイソプレン）またはトリメチルシリル基と表面活性基（アルコール、アミン、またはカルボン酸を含む。）とのシリル化反応を用いることができる。「Ｕｌｔｒａ  Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｄｉａｍｏｎｄ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，ａｓ  ｐａｒｔ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｓｅｒｉｅｓ，Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｏｌｇａ  Ａ．Ｓｈｅｎｄｅｒｏｖａ，Ｄｉｅｔｅｒ  Ｍ．Ｇｒｕｅｎ，Ｗｉｌｌｉａｍ  Ａｎｄｒｅｗ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ（Ｎｏｒｗｉｃｈ，ＮＹ），２００６，ｐａｇｅｓ  ３７１−３７４。
【０１２６】
加水分解縮合は、酸または塩基により触媒されてもよい。特定の実施形態において、この縮合は、酸に触媒され、例えば、酸は、塩酸、臭化水素酸、フッ化水素酸、ヨウ化水素酸、硫酸、ギ酸、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、およびリン酸からなる群より選択される。他の特定の実施形態において、縮合工程は塩基に触媒され、例えば、塩基は、水酸化アンモニウム、Ｉ族およびＩＩ族金属の水酸化物塩、Ｉ族金属の炭酸塩および炭酸水素塩、ならびにＩ族およびＩＩ族金属のアルコキシド塩からなる群より選択される。
【０１２７】
縮合反応に関して、縮合は、本発明に従って縮合を起こすのに適した任意の溶媒中で行なうことができる。溶媒の例として、以下が挙げられるがこれらに限定されない：水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ｔｅｒｔ−ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、ヘキサフルオロイソプロパノール、シクロヘキサン、石油エーテル、ジエチルエーテル、ジアルキルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、酢酸エチル、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、１−メチル−２−ピロリジノン、塩化メチレン、クロロホルム、およびこれらの組合せ。さらに、縮合の工程は全て、同一反応容器中で行なうことができる。
【０１２８】
材料の細孔構造は、界面活性剤または異なる界面活性剤の組合せをさらに含むことにより、および前記材料に水熱処理を施すことにより、修飾することができる。界面活性剤または界面活性剤の組合せの例として、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−４５、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１６５、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−３０５、ＴＬＳ、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ  Ｆ−８７、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ  Ｐ−１０５、Ｐｌｕｒｏｎｉｃ  Ｐ−１２３、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−４０５、トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンラウリルスルファート、およびこれらの組合せからなる群より選択することができる。さらに、細孔構造は、ポロゲン（ｐｏｒｏｇｅｎ）を添加するさらなる工程を用いることにより修飾することができる。ポロゲンとして、シクロヘキサノール、トルエン、メシチレン、２−エチルヘキサン酸、フタル酸ジブチル、１−メチル−２−ピロリジノン、１−ドデカノール、およびＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１２９】
ある実施形態において、前重合工程は、酸触媒の存在下、１種以上の構成要素を加水分解することを含み、オルガノアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン、またはナノ粒子（例えば、前重合工程中に存在する場合）の含量は、様々であり得る。加水分解するのに用いる水の量は、様々であり得る（例えば、シラン１モルあたり１．１から１．４モル）。得られる混合物は、均一溶液を形成し、この溶液をアルゴンまたは窒素流下、撹拌しながら加熱還流させる。前重合してポリオルガノアルコキシシロキサン（ＰＯＳ）（例えば、ポリアルキルアルコキシシロキサン）を形成するのに十分な時間の間、溶液を還流させた後、溶媒および副生成物（例えば、エタノール）を、反応液から留去する。その後、残渣を不活性ガス（例えば、窒素、アルゴンなど）の雰囲気中、一定時間（例えば、０．５から４８時間）の間、高温（例えば、４５から８５℃の範囲で）で加熱する。残渣を、９５℃から１２０℃で、例えば、１から３時間、大気圧下または減圧下（例えば、１０−２から１０−３ｔｏｒｒ）で、さらに加熱して任意の揮発性種を除去する。または、ＰＯＳ形成後に追加溶媒有りまたは無しでナノ粒子を添加することができ、そうした追加溶媒は（存在するならば）除去してもしなくてもよい。
【０１３０】
特定の実施形態において、次の工程は、ＰＯＳを、水およびアルコール（エタノールまたはブタノールなど）を含有する微小ビーズ溶液に、４５から６５℃で、振盪により懸濁させることを含むことができる。溶液中のアルコールの体積割合は、１０から２０％で様々である。界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００、Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１６５、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）、ドデシル（ｄｏｃｅｃｙｌ）硫酸アンモニア、またはドデシル（ｄｏｃｅｃｙｌ）硫酸ＴＲＩＳなど）を、懸濁剤として懸濁液に加える。理論に縛られることは望まないが、界面活性剤は、ＰＯＳビーズと水相の疎水性／親水性界面で配向してＰＯＳビーズを安定させることができると思われる。界面活性剤は、ゲル化工程の間この親水性基を通じて、ＰＯＳビーズの表面の水および塩基触媒の濃縮を促進することもでき、これによりＰＯＳビーズの表面から中心へのゲル化を誘導する。ＰＯＳビーズの表面構造を修飾するために界面活性剤を使用することで、ゲル化プロセス全体を通じてＰＯＳビーズの形状を安定させることができ、不規則な形状（例えば、「シェル型」）および不均一な形態を有する粒子の形成を最小限にまたは抑制する。
【０１３１】
ＰＯＳ単独のかわりに、ＰＯＳおよびポロゲンを含有する溶液を水相に懸濁させることも可能である。ポロゲンは、水相に溶解せず、ゲル化工程の間ＰＯＳビーズに残留して細孔構造を修飾するように機能する。ポロゲンの例として、トルエンおよびメシチレンが挙げられるが、これらに限定されない。ＰＯＳ／トルエン溶液のトルエンの相対量を制御することにより、最終ハイブリッド粒子の細孔容積を正確に制御することができる。これにより、大きい細孔容積（例えば、０．２５から１．５ｃｍ３／ｇ）を有するハイブリッド粒子の調製が可能になる。
【０１３２】
ゲル化工程は、塩基性触媒（例えば、水酸化アンモニウム）をＰＯＳ懸濁液に加えることにより開始することができる。その後、反応液を撹拌して反応を完了させる。ある実施形態において、塩基性触媒は水酸化アンモニウムまたは水酸化ナトリウムである。粒子を単離して水で洗う。縮合反応は、形成したハイブリッド粒子を、１から４日間還流下で、水性酸懸濁液（例えば、塩酸）に再分散させることによりさらに進めることができる。このようにして調製した新鮮なハイブリッド粒子をろ過し、アンモニウムイオンを含まない水およびメタノールで洗い、次いで乾燥させる。
【０１３３】
本発明の材料の調製法は、フリーラジカル重合開示剤を加える工程をさらに含むことができる。フリーラジカル重合開示剤の例として、以下からなる群より選択することができる：２，２’−アゾビス−［２−（イミダゾリン−２−イル）プロパン］ジヒドロクロリド、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）、１，１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’−アゾビス（２−プロピオンアミジン）ジヒドロクロリド、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルペンタンニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルブタンニトリル）、過酸化ベンゾイル、２，２−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン、−２，５−ジメチルヘキサン、２，５−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−２，５−ジメチル−ヘキシン、ビス（１−（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−１−メチル（ｍｅｔｈｙ）エチル）ベンゼン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルアセタート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾアート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピルカーボナート、クメンペルオキシド、シクロヘキサノンヒドロペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、２，４−ペンタンジオンペルオキシド、過酢酸、および過硫酸カリウム。さらに、特定の実施形態において、調製法は、フリーラジカル重合開始剤の添加に続いて加熱の工程をさらに含むことができる。
【０１３４】
一実施形態において、このように調製した複合材料の細孔構造は、窒素（Ｎ２）吸着分析により確認できるとおり、細孔の開口ならびに細孔直径を拡張する水熱処理により修飾される。水熱処理は、このように調製した材料および有機塩基の水溶液を含有するスラリーを調製し、このスラリーをオートクレーブ中高温（例えば、１２３から３００℃）で６から４８時間加熱することにより行なうことができる。スラリーのｐＨは、濃酢酸を用いて８．０から１２．５の範囲に調整することができる。スラリー濃度は、塩基溶液５から１０ｍｌあたり複合材料１ｇの範囲である。このように処理した複合材料をろ過し、ろ液のｐＨが７になるまで水およびアセトンで洗い、次いで減圧下１００℃で１６時間乾燥させる。得られる材料は、３０から１，０００Åの範囲の平均細孔直径を示すことができる。水熱処理された材料の表面は、本発明に記載されるとおり、水熱処理で修飾されていない材料と同様な様式で修飾することができる。
【０１３５】
縮合で得られる材料は、さらに修飾することができる。例えば、本発明の材料の調製法は、材料の表面修飾工程をさらに含むことができる。このような表面修飾は、有機基型表面改質剤、シラノール基型表面改質剤、重合体被覆型表面改質剤（例えば、Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標））、およびこれらの組合せからなる群より選択される表面改質剤を用いて達成することができる。ある実施形態において、表面改質剤は、式Ｚａ（Ｒ’）ｂＳｉ−Ｒを有することができ、式中、Ｚは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、Ｃ１−Ｃ５アルコキシ、ジアルキルアミノ、またはトリフルオロメタンスルホナートであり；ａおよびｂは、それぞれ０から３の整数であるが、ただしａ＋ｂ＝３であり；Ｒ’はＣ１−Ｃ６直鎖、環状、または分岐鎖のアルキル基であり；およびＲは官能化基である。特定の実施形態において、Ｒ’は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ｔ−ブチル、ｓｅｃ−ブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、およびシクロヘキシルからなる群より選択される。他の特定の実施形態において、官能化基Ｒは、アルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、シアノ、アミノ、ジオール、ニトロ、エステル、カチオンもしくはアニオン交換基、および包埋した極性官能基を含有するアルキルもしくはアリール基からなる群より選択される。１つの特定の実施形態において、官能化基Ｒは、Ｃ１−Ｃ２０アルキル基である。表面改質剤の例として、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン、オクチルジメチルクロロシラン、およびオクタデシルジメチルクロロシランが挙げられるが、これらに限定されない。
【０１３６】
別の実施形態において、材料の有機基およびシラノール基は、両方とも表面修飾または誘導体化される。別の実施形態において、粒子は、重合体で被覆されて表面修飾される。ある実施形態において、重合体での被覆による表面修飾は、シラノール基修飾、有機基修飾、またはシラノール基と有機基両方での修飾と組み合わせて用いられる。
【０１３７】
本発明の２工程重合体表面修飾の１つの特定の方法は、表面に、末端アルケン、エポキシドまたはある他の重合性基を有するシラン（例えば、メタクリルオキシプロピルシラン）を結合させる第一の工程を提供する。第二の工程は、この表面修飾した材料の重合である。例えば、表面と、末端エポキシドを有するシランとを結合させるのに、多価求核剤（ポリアミンなど）を用いて重合を完了させることができる。メタクリルオキシプロピルシランに対しては、有機単量体のフリーラジカル重合を用いることができる、例えば、アクリルアミド、アリルアミン、またはアリルアルコール（それぞれ単体で、または混合物で）。
【０１３８】
ある実施形態において、水熱処理したシリカの表面は、有機基を有し、粒子の有機基に対して反応する試薬と反応させることにより誘導体化することができる。例えば、粒子のビニル基を、様々なオレフィン反応性試薬（臭素（Ｂｒ２）、水素（Ｈ２）、フリーラジカル、増殖性（ｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇ）重合体ラジカル中心、ジエンなど）と反応させることができる。別の実施例では、粒子のヒドロキシル基を様々なアルコール反応性試薬（イソシアナート、カルボン酸、カルボン酸クロリドなど）および以下に記載されるとおりの反応性オルガノシランと反応させることができる。この種の反応は文献で周知である。例えば、Ｍａｒｃｈ，Ｊ．「Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，」３ｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８５；Ｏｄｉａｎ，Ｇ．「Ｔｈｅ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，」２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９８１を参照（これらの内容は参照により本明細書に組み込まれる。）。
【０１３９】
さらに、水熱処理したシリカの表面はシラノール基も含有し、反応性オルガノシランで反応させることにより誘導体化することができる。ハイブリッドシリカの表面誘導体化は、標準的な方法に従って、例えば、有機溶媒中、還流条件下、オクタデシルトリクロロシランまたはオクタデシルジメチルクロロシランとの反応により行なわれる。代表的には有機溶媒（トルエンなど）がこの反応に用いられる。有機塩基（ピリジンまたはイミダゾールなど）を反応液に加えて反応を触媒させる。次いで、この反応の生成物を、水、トルエン、およびアセトンで洗い、減圧下８０℃から１００℃で１６時間乾燥させる。得られるハイブリッドシリカを、上記に記載される同様な手順により、短鎖シラン（トリメチルクロロシランなど）とさらに反応させて、残存するシラノール基にエンドキャップをつけることができる。
【０１４０】
別の実施形態において、クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有するハイブリッドシリカの多孔質粒子が開示され、これは、多孔質ハイブリッドシリカ粒子を成形し、多孔質粒子の細孔構造を修飾することで、クロマトグラフィー促進細孔幾何形状を有するハイブリッドシリカ粒子を形成するものである。特定の実施形態において、粒子は楕円体（例えば、卵形）または球状、より詳細には球状である。ある実施形態において、ナノ粒子である、オルガノトリアルコキシシランおよびテトラアルコキシシランは、前重合によりポリアルキルオキシシロキサンを生成する。ポリアルキルオキシシロキサンの界面活性剤含有水性懸濁液を調製し、多孔質粒子を生成するように塩基触媒の存在下でゲル化を行ない、続いて多孔質粒子の細孔構造を水熱処理により修飾して、有利なことに他にも応用できる中間生成物を生成し、多孔質粒子の表面を修飾する。有利な実施形態において、前重合工程は、オルガノトリアルコキシシランおよびテトラアルコキシシランの混合物を、酸触媒の存在下、加水分解および縮合させてポリアルキルオキシシロキサンを生成することを含む。
【０１４１】
特定の実施形態において、ハイブリッドシリカの多孔質球状粒子を、特定の実施形態において、多工程プロセスで調製することができる。第一の工程では、酸触媒の存在下、２種以上の構成要素の混合物を共加水分解することにより、ナノ粒子である、１種以上のオルガノアルコキシシラン（ビス（トリエトキシシリル）エタンなど）およびテトラアルコキシシラン（テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）など）を前重合させて、ポリオルガノアルコキシシロキサン（ＰＯＳ）（例えば、ポリアルキルアルコキシシロキサン）を形成する（本明細書中記載されるとおり、ある実施形態において、ナノ粒子は追加の溶媒有りまたは無しであらかじめ形成したＰＯＳに加えることができ、追加の溶媒の除去を続けて行なっても行なわなくてもよい。）。第二の工程では、ＰＯＳ／ナノ粒子を、界面活性剤または界面活性剤の組合せの存在下、水性媒体に懸濁させ、塩基触媒を用いてゲル化させてハイブリッドシリカの多孔質球状粒子にする。第三の工程では、ハイブリッドシリカ粒子の細孔構造を水熱処理で修飾し、ハイブリッドシリカ中間生成物を生成する。この中間生成物は、これ自身の特定の目的に用いることもできるし、望ましくはさらに以下のとおり処理することもできる。このプロセスの上記の３工程は、粒子の真球度、形態、細孔容積、および細孔の大きさを、先行技術に記載されるものよりも非常に良好に制御できるようにし、従ってクロマトグラフィー促進細孔幾何形状を提供する。
【０１４２】
上記のとおり、本発明のある実施形態において、ハイブリッドシリカの表面有機基は、続く工程で、粒子の有機基と修飾試薬との有機共有結合の形成を介して、誘導体化または修飾される。または、ハイブリッドシリカの表面シラノール基が、例えば、オルガノトリハロシラン（例えば、オクタデシルトリクロロシラン）、またはハロポリオルガノシラン（例えば、オクタデシルジメチルクロロシラン）、またはアルキルアミノシラン（例えば、オクタデシルジメチル（ジメチルアミノ）シラン）と反応させることにより、シロキサン官能基に誘導体化または修飾される。または、ハイブリッドシリカの表面有機基およびシラノール基が両方とも誘導体化または修飾される。次いで、このように調製した材料の表面を、ゲル化の間に包埋された有機基（例えば、アルキル）および誘導体化プロセスの間に加えられた有機基により被覆する。有機基全体による表面被覆率は、従来のシリカ系充填材料よりも高く、従ってハイブリッドシリカにおける残存シラノール基の表面濃度は従来よりも低い。得られる材料は、ＬＣ用固定相として用いると、塩基性分析物について優れたピーク形状を示し、アルカリ性移動相に対してシリカ系充填材料よりも優れた安定性を示す。
【０１４３】
前重合工程が、酸触媒の存在下、２種以上の構成要素および２０重量％未満の量のナノ粒子の混合物を共加水分解することを含む場合、オルガノアルコキシシラン（例えば、オルガノトリアルコキシシランまたはビス（トリアルコキシシリル）オルガノシラン）の含量は、テトラアルコキシシラン１モルあたり、例えば、約０．０３から約１．０モル、より好ましくは、約０．２から約０．５モルと変えることができる。加水分解に用いられる水の量は、シラン１モルあたり、例えば、１．４０から２．２０モルと変えることができる。シラン、ナノ粒子、水、およびエタノール混合物を、均一溶液の形で、アルゴン流下、撹拌しながら加熱還流させる。前重合してポリオルガノアルコキシシロキサン（ＰＯＳ）／ナノ粒子（例えば、ポリアルキルアルコキシシロキサン）を形成するのに十分な時間、混合物を還流させた後、溶媒および副生成物（主にエタノール）を反応液から留去する。その後、残渣を、アルゴンまたは窒素雰囲気下、一定時間（例えば、１．５から１６時間）、高温（例えば、１１０から１４０℃の範囲）で加熱する。残渣は、減圧下（例えば、１０−２から１０−３ｔｏｒｒ）、この温度でさらに（例えば、１から３時間）加熱し、任意の揮発性種を除去することができる。
【０１４４】
第二の工程では、５５℃での振盪によりＰＯＳ／ナノ粒子を水およびエタノールを含有する溶液に懸濁させて微細な滴とする。溶液中のエタノールの体積割合は、１０から２０％で様々である。非イオン性界面活性剤（Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１００、Ｔｒｉｔｏｎ  Ｘ−１６５、またはＴｒｉｔｏｎ  Ｘ−４５など）を、懸濁剤として懸濁液に加える。または、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）またはトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタンラウリルスルファート（ＴＤＳ）を、さらなる懸濁剤として懸濁液に加える。界面活性剤（例えば、アルキルフェノキシポリエトキシエタノール）は、ＰＯＳ滴と水相の疎水性／親水性界面で配向してＰＯＳ／ナノ粒子滴を安定化させると思われる。界面活性剤は、ゲル化工程の間、この親水性基を通じてＰＯＳ／ナノ粒子滴の表面で水および塩基触媒の濃縮を促進し、これによりＰＯＳ／ナノ粒子滴の表面から中心に向かってのゲル化を誘導するとも思われる。ＰＯＳ／ナノ粒子滴の表面構造を修飾する界面活性剤の使用により、ＰＯＳ／ナノ粒子滴の形状がゲル化プロセス全体を通じて安定し、不規則な形状（例えば、「シェル型」）および不均一な形態を有する粒子の形成が最小化または抑制される。
【０１４５】
ＰＯＳ／ナノ粒子単独の代わりに、ＰＯＳ／ナノ粒子およびポロゲン（例えば、トルエンまたはメシチレン）を含有する溶液を、水相に懸濁させることも可能である。水相に不溶性のトルエンは、ゲル化工程の間、ＰＯＳ／ナノ粒子滴に残留し、ポロゲンとして機能する。ＰＯＳ／ナノ粒子／ポロゲン溶液中のポロゲンの相対量を制御することにより、最終的なハイブリッドシリカの細孔容積を、より正確に制御することができる。これにより大きい細孔容積（例えば、０．３から１．６ｃｍ３／ｇ）を有するハイブリッドシリカ粒子の調製が可能になる。
【０１４６】
ゲル化工程は、５５℃で撹拌しながら塩基性触媒（例えば、水酸化アンモニウム）をＰＯＳ／ナノ粒子懸濁液に加えることにより開始される。その後、反応液を、同じ温度で撹拌し、反応を完了させる。塩基（水酸化ナトリウムなど）は望ましくないカチオン源であり、水酸化アンモニウムの方が洗浄工程で容易に除去できることから、特定の実施形態において、水酸化アンモニウムを用いることができる。こうして調製したハイブリッドシリカは、ろ過して、アンモニウムを含まない水およびメタノールで洗い、次いで乾燥させる。
【０１４７】
本発明は、例えば、特定の目的のため、粒子の「サイジング」または粒子の大きさの範囲を選択するさらなる工程も含むことができる。周知のサイジング技法を任意の回数で用いることができる。このようなサイジング技法は、例えば、Ｗ．Ｇｅｒｈａｒｔｚ，ｅｔ  ａｌ．（ｅｄｉｔｏｒｓ）Ｕｌｌｍａｎｎ’ｓ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，５ｔｈ  ｅｄｉｔｉｏｎ，Ｖｏｌｕｍｅ  Ｂ２：Ｕｎｉｔ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ  Ｉ，ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇｓｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ  ｍｂＨ，（Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，Ｆｅｄ．Ｒｅｐ．Ｇｅｒｍ．１９８８）などに記載されている。例えば、ある実施形態において、粒子は、約０．５μｍから約３００μｍ、例えば、約１μｍから約２０μｍの範囲の直径にサイジングすることができる。
【０１４８】
特定の実施形態において、本発明は、調製法に以下の追加工程を提供する（またはこのような工程は、得られる生成物を調製するのに利用される。）：水熱処理、サイジング、結合または表面修飾を伴う酸処理、またはこれらの任意の組合せ。
【０１４９】
本明細書中記載される方法は、以下の工程を１つ以上さらに含むことができる：ナノ粒子を得ること、ポリオリゴマー型オルガノシロキサンを得ること、および／または調製された複合材料クロマトグラフィー用に適合させること。
【０１５０】
実施例
本発明は、本発明の複合材料の調製およびこの使用を記載する以下の非制限的実施例によりさらに説明することができる。
【０１５１】
材料
試薬は全て、他に記載がないかぎり、入手したままの状態で用いた。当業者は、以下の供給品および供給者の等価物が存在し、そうであるので以下に列挙される供給者は制限するものと受け取られないことを理解する。
【０１５２】
特性決定
当業者は、以下の装置および供給者の等価物が存在し、そうであるので以下に列挙される装置は制限するものと受け取られないことを理解する。
【０１５３】
％Ｃの値は、燃焼分析（ＣＥ−４４０元素分析機；Ｅｘｅｔｅｒ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｉｎｃ．，Ｎｏｒｔｈ  Ｃｈｅｌｍｓｆｏｒｄ，ＭＡ）により、または電量炭素分析器（モジュールＣＭ５３００、ＣＭ５０１４、ＵＩＣＩｎｃ．，Ｊｏｌｉｅｔ，ＩＬ）により、測定した。実施例の材料の比表面積（ＳＳＡ）、比細孔容積（ＳＰＶ）、および平均細孔直径（ＡＰＤ）は多点Ｎ２吸着法（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  ＡＳＡＰ２４００；Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．，Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，ＧＡ）を用いて測定した。ＳＳＡは、ＢＥＴ法を用いて計算し、ＳＰＶはＰ／Ｐｏ＞０．９８で求めた単独点の値であり、ＡＰＤは等温線の脱着脚からＢＪＨ法を用いて計算した。微小孔表面積（ＭＳＡ）は、積算吸着細孔直径データとして求め、３４Å未満の細孔については比表面積（ＳＳＡ）から差し引いた。粒子の大きさは、Ｂｅｃｋｍａｎ  Ｃｏｕｌｔｅｒ  Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒ３分析機（開口３０μｍ、計数７０，０００回）を用いて測定した。粒子直径（ｄｐ）は体積基準粒子径分布の５０％積算直径として計算した。分布の幅は、９０％積算体積直径を１０％積算体積直径で割って計算した（９０／１０比と示す。）。実施例の材料について、粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄデジタル粘度計ＤＶ−ＩＩ型（Ｍｉｄｄｌｅｂｏｒｏ，ＭＡ）を用いて測定した。ｐＨの測定はＯａｋｔｏｎ  ｐＨ１００シリーズ測定器（Ｃｏｌｅ−Ｐａｌｍｅｒ，Ｖｅｒｎｏｎ  Ｈｉｌｌｓ，Ｉｌｌｉｎｏｉｓ）で行ない、使用直前に周辺温度でＯｒｉｏｎ（Ｔｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｂｅｖｅｒｌｙ，ＭＡ）基準ｐＨ緩衝液を用いて較正した。多核種（１３Ｃ、２９Ｓｉ）ＣＰ−ＭＡＳ  ＮＭＲスペクトルは、Ｂｒｕｋｅｒ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ａｖａｎｃｅ−３００分光計（７ｍｍ二重広帯域プローブ）で測定した。回転速度は、代表的には５．０から６．５ｋＨｚ、待ち時間（ｒｅｃｙｃｌｅ  ｄｅｌａｙ）は５秒、交差分極接触時間（ｃｒｏｓｓ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｉｍｅ）は６ｍｓｅｃであった。得られる１３Ｃおよび２９Ｓｉ  ＣＰ−ＭＡＳ  ＮＭＲスペクトルシフトを、外部基準のアダマンタン（１３Ｃ  ＣＰ−ＭＡＳ  ＮＭＲ、δ３８．５５）およびヘキサメチルシクロトリシロキサン（２９Ｓｉ  ＣＰ−ＭＡＳ  ＮＭＲ、δ９．６２）を用いて、テトラメチルシランに相対させて記録した。異なるケイ素環境の集団を、ＤＭＦｉｔソフトウェアを用いてスペクトル解析することにより評価した。Ｍａｓｓｉｏｔ，Ｄ．；Ｆａｙｏｎ，Ｆ．；Ｃａｐｒｏｎ，Ｍ．；Ｋｉｎｇ，Ｉ．；Ｌｅ  Ｃａｌｖｅ，Ｓ．；Ａｌｏｎｓｏ，Ｂ．；Ｄｕｒａｎｄ，Ｊ．−Ｏ．；Ｂｕｊｏｌｉ，Ｂ．；Ｇａｎ，Ｚ．；Ｈｏａｔｓｏｎ，Ｇ．Ｍａｇｎ．Ｒｅｓｏｎ．Ｃｈｅｍ．２００２，４０，７０−７６。
【実施例１】
【０１５４】
ポリオルガノシロキサンの合成
Ｊｉａｎｇ  ｅｔ  ａｌ（米国特許第６，６８６，０３５Ｂ２号）に記載されるプロセスに従って、丸底フラスコ中、１種以上のオルガノアルコキシシランまたはテトラアルコキシシラン（全てＧｅｌｅｓｔ  Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡまたはＵｎｉｔｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，ＩＮＣ．，Ｂｒｉｓｔｏｌ，ＰＡより入手）をエタノール（ＥｔＯＨ、無水、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）と混合した。０．１Ｎ塩酸水溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）をフラスコに滴加した。得られる溶液を、アルゴンまたは窒素雰囲気下、１６時間撹拌還流した。アルコールを、大気圧で蒸留してフラスコから除去した。残留アルコールおよび揮発性種は、９５から１２０℃で１から２時間加熱してアルゴンまたは窒素流で掃き出しながら除去した。得られるポリオルガノアルコキシシロキサンは透明な粘性の液体であった。ポリエトキシ化シロキサン重合体（ＰＯＳ）を作るのに用いたオルガノアルコキシシランまたはテトラアルコキシシランについて化学式を表１にまとめる。これらの生成物を調製するのに用いた出発物質の具体的な量を表２にまとめる。
【０１５５】
【表１】
0005597191.tif 000017
【０１５６】
【表２】
0005597191.tif 000018
【実施例２】
【０１５７】
ダイヤモンドナノ粒子含有ポリオルガノシロキサンの合成
丸底フラスコ中、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ，Ｇｅｌｅｓｔ  Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ）および１，２−ビス（トリエトキシシリル）エタン（ＢＴＥＥ，Ｇｅｌｅｓｔ  Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ）を４：１のモル比で８５５ｇと、エタノール４１５ｇ（ＥｔＯＨ、無水、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）とを混合する。これとは別に、２重量％ダイヤモンドナノ粒子（Ｗａｒｒｅｎ  Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｏｌｙｐｈａｎｔ，ＰＡ、５から５０ｎｍ）を０．１Ｎ塩酸（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）に加えた水溶液９８ｇを調製し、丸底フラスコに滴加した。得られる溶液を、窒素雰囲気中１６時間、撹拌還流した。アルコールを大気圧で蒸留してフラスコから除去した。残留アルコールおよび揮発種は、１１０℃で１時間加熱して窒素流で掃き出しながら除去した。得られるポリオルガノアルコキシシロキサン（生成物２ａ）は、不透明混合物であった（粘度＝５４ｃＰ）。
【実施例３】
【０１５８】
ナノ粒子のポリオルガノシロキサンへの添加
ダイヤモンドナノ粒子（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ＆  Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，ＴＸ、４から２５ｎｍ）、炭化ケイ素ナノ粒子（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓａｉｎｔ  Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ、＜１００ｎｍ）、または立方晶窒化ホウ素（ＢＮ２６００、ＬＡＮＤＳ  Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ、１２５ｎｍ）を、実施例１で調製したＰＯＳ（０から１５重量％エタノール（ＥｔＯＨ、無水、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）または０から６１重量％メシチレン（Ｍｅｓ；Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）を含有）に加え、０．０８から１．００重量％分散体とする。生成物３ａから３ｅについては、回転子／固定子ミキサー（Ｍｅｇａ  Ｓｈｅｅｒ，Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｒｏｓｓ  ＆  Ｓｏｎ  Ｃｏ．，Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹ）で混合物を分散させた。生成物３ｆについては、超音波プローブ（Ｓｏｎｉｃｓ  ＆  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃ．，Ｎｅｗｔｏｗｎ，ＣＴ）を用いた。生成物は全て、遠心（Ｔｈｅｒｍｏ  ＥＸＤ、４×１Ｌボトル遠心、Ｍｉｌｆｏｒｄ，ＭＡ）して、凝集体を減らした。０．０８から０．６２重量％ナノ粒子を組込んだ得られる生成物は、不透明混合物であった。これらの生成物を調製するのに用いた出発物質について、具体的な量を表３にまとめる。
【０１５９】
【表３】
0005597191.tif 000019
【実施例４】
【０１６０】
ナノ粒子のポリオルガノシロキサンへの添加
ジエチレングリコールブチルエーテルに分散させたダイヤモンドナノ粒子（ＵＤＤ−Ｋ／ＤＩＯＥ、Ｗａｒｒｅｎ  Ｓｕｐｅｒａｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｃｅｒａｍｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｏｌｙｐｈａｎｔ，ＰＡ、５から５０ｎｍ）、エタノールに分散させたダイヤモンドナノ粒子（等級  Ｇ０１、凝集体含まず、ＰｌａｓｍａＣｈｅｍ  ＧＭＢＨ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ、４ｎｍ）、またはエタノールに分散させた二酸化チタンナノ粒子（ＰｌａｓｍａＣｈｅｍ  ＧｍｂＨ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ、１５から２０ｎｍ）を、実施例１ａで調製したＰＯＳに加えた。生成物４ａから４ｄについては、その後フラスコを加熱してエタノールまたはＤＩＯＥを留去した。生成物４ａは溶媒を除去するのに、２０時間にわたって真空（０．５ｍｍＨｇ）および高温（１１０から１５０℃）にする必要があった。生成物４ｂから４ｄは、大気圧条件下（８０℃）数時間で得られた。生成物４ｅから４ｇについては、エタノールを除去しなかった。０．５から５重量％ナノ粒子を組込んだ得られる生成物は、不透明混合物であった。これらの生成物を調製するのに用いた出発物質について、具体的な量を表４にまとめる。
【０１６１】
【表４】
0005597191.tif 000020
【実施例５】
【０１６２】
新鮮な多孔質ハイブリッド粒子の合成
ａ．Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）、脱イオン水、およびエタノール（ＥｔＯＨ；無水、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）の水性混合物を、丸底フラスコに入れた。水溶液を５５℃で０．５時間加熱した。これとは別のフラスコで、実施例２、３、または４の混合物を０．５時間トルエン（Ｔｏｌ；Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓｕｗａｎｅｅ，ＧＡ）と混合することにより油相溶液を調製した。速く振盪しながら、油相混合物をＥｔＯＨ／水／Ｘ１００混合物に加え、回転子／固定子ミキサー（１００Ｌ型、Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｒｏｓｓ  ＆  Ｓｏｎ  Ｃｏ．，Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹ）で、水相と乳化した。その後、３０％水酸化アンモニウム（ＮＨ４ＯＨ；Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇ，ＮＪ）を乳濁液に加えた。２０分後、生成物をフラスコに移して５５℃で１７時間加熱した。得られる懸濁液中に形成した粒子を遠心（Ｔｈｅｒｍｏ  ＥＸＤ、４×１Ｌボトル遠心、Ｍｉｌｆｏｒｄ，ＭＡ）またはろ過（０．５μｍ濾紙）して単離し、大量の水およびアセトンで連続して洗った。粒子を、真空下８０℃で１６時間乾燥させた。これらの生成物を調製するのに用いた出発物質の具体的な量を表５にまとめる。これらの材料の比表面積（ＳＳＡ）、比細孔容積（ＳＰＶ）、および平均細孔直径（ＡＰＤ）を、多点Ｎ２吸着法で測定した。結果を表５にまとめる。
【０１６３】
ｂ．Ｔｒｉｔｏｎ（登録商標）Ｘ−１００（Ｘ１００、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ）、脱イオン水、エタノール（ＥｔＯＨ；無水、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇｈ，ＮＪ）、およびドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓａｉｎｔ  Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）の水性混合物を、丸底フラスコに入れた。グリコール酸エトキシラート４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニルエーテル（ＧＡＳ、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｓａｉｎｔ  Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）を加えて、ｐＨを５．０５±０．１０に調整した。次いで、水溶液を６５℃で０．５時間加熱した。これとは別のフラスコで、実施例２または３の混合物を０．５時間トルエン（Ｔｏｌ、Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓｕｗａｎｅｅ，ＧＡ）またはメシチレン（Ｍｅｓ、Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）と混合することにより油相溶液を調製した。生成物５ｇについては、あらかじめメシチレンが前駆混合物３ｆに加えられていたため、さらなるポロゲンは加えなかった。速く振盪しながら、油相溶液をＥｔＯＨ／水／Ｘ１００／ＳＤＳ混合物に加え、回転子／固定子ミキサー（１００Ｌ型、Ｃｈａｒｌｅｓ  Ｒｏｓｓ  ＆  Ｓｏｎ  Ｃｏ．，Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹ）で、水相と乳化した。その後、３０％水酸化アンモニウム溶液（ＮＨ４ＯＨ；Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇｈ，ＮＪ）の半分を乳濁液に加えた。２０分後、生成物をフラスコに移して６５℃で１６時間加熱した。１６時間後、水酸化アンモニウム溶液の残り半分を加え、反応物をさらに２４時間６５℃で混合した。得られる懸濁液中に形成した粒子を遠心（Ｔｈｅｒｍｏ  ＥＸＤ、４×１Ｌボトル遠心、Ｍｉｌｆｏｒｄ，ＭＡ）またはろ過（０．５μｍ濾紙）して単離し、２回、粒子を水に再懸濁させて洗った。次いで、粒子を１．０Ｍ  ＨＣｌ溶液に分散させ（粒子１グラム（乾燥重量）あたり８．５６ｍＬ）、２日間加熱還流させた。得られる粒子を０．５μｍ濾紙で単離し、大量の水およびアセトン（ＨＰＬＣ品質、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇｈ，ＮＪ）で連続して洗った。粒子を、真空下８０℃で１６時間乾燥させた。これらの生成物を調製するのに用いた出発物質の具体的な量を表５にまとめる。これらの材料の％Ｃ値、比表面積（ＳＳＡ）、比細孔容積（ＳＰＶ）および平均細孔直径（ＡＰＤ）を、表５にまとめる。
【０１６４】
【表５】
0005597191.tif 000021
【実施例６】
【０１６５】
ナノ粒子を含有する新鮮な多孔質ハイブリッド粒子の水熱処理
実施例５のナノ粒子含有球状多孔質ハイブリッド粒子を、スラリー濃度５ｍＬ／ｇで、０．３Ｍトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン水溶液（ＴＲＩＳ、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）と混合した。得られるスラリーのｐＨを酢酸（Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇｈ，ＮＪ）で９．８に調整した。次いで、スラリーをステンレス鋼オートクレーブに入れて閉じ、１５５℃で２０時間加熱した。オートクレーブを室温まで冷却した後、生成物をろ過し、水で３回、メタノール（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，Ｓｕｗａｎｅｅ，ＧＡ）で２回洗った。次いで、粒子を真空下８０℃で１６時間乾燥させた。これらの材料について具体的な特性データを表６にまとめる。
【０１６６】
選択した試料を、Ｐｈｉｌｉｐｓ  ＰＷ１８００型回折計（４０ＫＶ／３０ｍＡでのＣｕ放射線）を用い、広角Ｘ線粉末回折（ＸＲＰＤ）分析（Ｈ＆Ｍ  Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃ．Ａｌｌｅｎｔｏｗｎ，ＮＪ）により分析した。１試料あたり、ステップ幅０．０５°で１０°から６０°の角度範囲および計測時間３２時間で、走査を行なった。これらの実験条件下、最小検出レベルは約０．１％と推定される。試料６ａは、０．１％濃度で立方晶ＳｉＣ相の証拠を示し、試料６ｆは１．６５％濃度で立方晶ＳｉＣ相の証拠を示す。これらの値は、６ａについて０．２％および６ｆについて２．０％と見積もられたＳｉＣ組込みの推定値に近い。試料６ｊは、立方晶窒化ホウ素相（１９ｎｍ）の証拠を示す。試料６ｋ（図１）は、ＴｉＯ２の２種の形態、鋭錐石（４．８ｎｍで７７．５％）および板チタン石（６．６ｎｍで２２．５％）の証拠を示す。
【０１６７】
これらの条件下、選択した、ナノダイヤモンド（≦５０ｎｍ）０．４から３．９％を含有する試料はＸＲＰＤによる識別できるピークを示さなかった。ダイヤモンドの散乱強度が低いこと（参照強度比の比較により評価）および粒子の大きさが小さくなるにつれて回折ピークが幅広くなっていくのが予想されること（シェラーの式から求められる、Ｒ．Ｊｅｎｋｉｎｓ，Ｒ．Ｌ．Ｓｎｙｄｅｒ，Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｘ−ｒａｙ  Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｏｍｅｔｒｙ；Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｉｎｃ：Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，ＮＹ，１９９６）を考慮すると、このような結果は想像に難くない。大きさ２０ｎｍ未満のナノダイヤモンドを２％未満の濃度で含有するハイブリッド粒子のＸＲＰＤシミュレーションは、これらの条件下でどのような識別できるピークも示さなかった。
【０１６８】
【表６】
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【実施例７】
【０１６９】
ナノ粒子含有多孔質ハイブリッド粒子の酸処理
実施例６ｃに従って調製した多孔質粒子を１．８μｍの大きさにし、次いで９８℃で２０時間、１Ｍ塩酸溶液（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）に分散させた。次いで、粒子を中性ｐＨになるまで水で洗い、続いてアセトン（ＨＰＬＣ品質、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇｈ，Ｎ．Ｊ．）で洗った。次いで、粒子を、真空下８０℃で１６時間乾燥させた。これらの材料の具体的な特性データを表７にまとめる。７ａのＳＥＭ特性決定（図２）は、真球度の高い粒子の形成を示す。
【０１７０】
【表７】
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【実施例８】
【０１７１】
多孔質ハイブリッド粒子のクロロシランによる一次表面修飾
実施例７からの試料を、イミダゾール（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）を用い、トルエン（ＨＰＬＣ品質、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ，Ｐｈｉｌｌｉｐｓｂｕｒｇｈ，ＮＪ）還流下で４時間、オクタデシルトリクロロシラン（ＯＴＣＳ、Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）で修飾した。次いで、反応物を冷却し、生成物をろ過して、トルエン、１：１ｖ／ｖのアセトン／水、およびアセトン（溶媒は全て、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒより）で連続して洗った。次いで、材料をアセトン／０．１２Ｍ酢酸アンモニウム水溶液（Ｓｉｇｍａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ）中で２時間還流させた。次いで、反応物を冷却し、生成物をろ過して、トルエン、１：１ｖ／ｖのアセトン／水、およびアセトン（溶媒は全て、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒより）で連続して洗った。次いで、生成物を減圧下８０℃で１６時間乾燥させた。反応データを表８にまとめる。元素分析で測定した結果、表面修飾の前後の粒子の％Ｃの差からＣ１８基の表面濃度は、３．１８μｍｏｌ／ｍ２であるとわかった。
【０１７２】
【表８】
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【実施例９】
【０１７３】
多孔質ハイブリッド粒子のクロロシランによる二次表面修飾
実施例８のＣ１８結合ハイブリッド材料の表面を、イミダゾール（Ａｌｄｒｉｃｈ，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）を用い、トルエン還流下で４時間、トリエチルクロロシラン（ＴＥＣＳ、Ｇｅｌｅｓｔ  Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ）でさらに修飾した。次いで、反応物を冷却し、生成物をろ過して、水、トルエン、１：１ｖ／ｖのアセトン／水、およびアセトン（溶媒は全て、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒより）で連続して洗い、次いで、減圧下８０℃で１６時間乾燥させた。次いで、材料をヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ、Ｇｅｌｅｓｔ  Ｉｎｃ．，Ｍｏｒｒｉｓｖｉｌｌｅ，ＰＡ）と混合して、スラリー（粒子１．０ｇあたりＨＭＤＳ１．１ｇ濃度）とした。次いで、得られるスラリーをステンレス鋼オートクレーブに入れて閉じ、２００℃で１８時間加熱した。オートクレーブを室温に冷却した後、生成物を濾紙に単離し、水、トルエン、１：１ｖ／ｖのアセトン／水、およびアセトン（溶媒は全て、Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒより）で連続して洗い、次いで、減圧下８０℃で１６時間乾燥させた。反応データを表９にまとめる。
【０１７４】
【表９】
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【実施例１０】
【０１７５】
表面修飾した多孔質ハイブリッド粒子のクロマトグラフィー評価
表１０に記載の中性化合物、極性化合物、および塩基性化合物の混合物の分離に、実施例９の表面誘導体化多孔質粒子の試料を用いた。スラリー充填技法を用いて、２．１×１００ｍｍクロマトグラフィーカラムを充填した。クロマトグラフィーシステムは、ＡＣＱＵＩＴＹ  ＵＰＬＣ（登録商標）システムおよびＡＣＱＵＩＴＹ  ＵＰＬＣ（登録商標）波長可変ＵＶ検出器からなるものであった。データ収集および分析には、Ｅｍｐｏｗｅｒ  ２  Ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ  Ｄａｔａソフトウェア（Ｂｕｉｌｄ  ２１５４）を用いた。移動相条件は以下のとおりであった：２０ｍＭのＫ２ＨＰＯ４／ＫＨ２ＰＯ４、ｐＨ７．００±０．０２／メタノール（３６／６５ｖ／ｖ）；流速：０．２５ｍＬ／分；温度：２３．４℃；検出：２５４ｎｍ。
【０１７６】
ナノ粒子含有ハイブリッド多孔質粒子を基礎とする充填材料は、中性化合物、極性化合物、および塩基性化合物の分離に十分な保持と分解能を提供することがわかる。相対保持とは、分析物の保持時間をアセナフテンの保持時間で割ったものである。従って、１未満の値は、アセナフテンよりも保持が短いことを示し、１より大きい値は、アセナフテンよりも保持が長いことを示す。（相対保持は、ＨＰＬＣの分野で周知のパラメーターである。）
市販のカラムに匹敵する本発明の表面誘導体化多孔質粒子の保持係数および相対保持は、材料の実用性の標準的測定は比較的変わらないままだが、効率および熱効果などの因子は改善されることを示す。
【０１７７】
【表１０】
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【実施例１１】
【０１７８】
表面修飾した多孔質ハイブリッド粒子のピーク形状評価
実施例１０の移動相および試験条件を用いて、ＵＳＰピークテーリング係数について実施例９の表面誘導体化多孔質粒子の試料を評価した。結果を表１１に示す。
【０１７９】
ピークテーリング係数は、ＨＰＬＣの分野で周知のパラメーターである（値が低いほどテーリングが少ない。）。生成物９ａのピークテーリング係数は市販されているハイブリッドＣ１８カラムの塩基性化合物テーリング係数に匹敵するものであったことが明白である。
【０１８０】
市販のカラムに匹敵する本発明の表面誘導体化多孔質粒子のテーリング係数は、材料の実用性の標準的測定は比較的変わらないままだが、効率および熱効果などの因子は改善されることを示す。
【０１８１】
【表１１】
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【０１８２】
参照による組み込み
本明細書中記載される全ての特許、公開特許出願、およびその他の参照の内容は全て、参照によりこの全体が本明細書により明示的に本明細書に組み込まれる。
【０１８３】
等価物
当業者は、日常の実験にすぎないものを用いて、本明細書中記載される特定の手順の多数の等価物を認識するか、または確認できる。このような等価物は、本発明の範囲内にあると認められ、以下の特許請求の範囲に含められる。
【図１】
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【図２】
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