(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ粒子を含む、液体クロマトグラフィーおよび固相抽出における使用のための粒子状クロマトグラフィー材料であって、前記シリカ粒子が、球形及び単分散であり、０．２〜５０μｍの中央粒径を有し、かつ前記シリカ粒子が、内部である骨格構造と、表面とを有し、前記骨格構造内ならびに前記表面上に、籠構造を有するシルセスキオキサン部分が含有されている、粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項２】
前記シリカ粒子がハイブリッドオルガノシリカ粒子であり、前記シルセスキオキサン部分が、籠の角部に位置するケイ素原子を有する籠構造を備え、前記籠の前記角部に位置する１つ以上のケイ素原子が有機基を有する、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項３】
前記有機基が炭化水素基である、請求項２に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項４】
前記炭化水素基がアルキル基またはアリール基である、請求項３に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項５】
前記籠構造が１つ以上の欠けた角部を有する、請求項２に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項６】
前記籠構造が７つまたは６つの角部ケイ素原子を備え、各角部ケイ素原子が有機基を有する、請求項５に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項７】
前記ハイブリッドオルガノシリカ粒子が、ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ10/8］n、ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/8］n、及びＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/7］nからなる群から選択される式を有し、式中、ｎ＝０．０１〜３であり、Ｒはシルセスキオキサン部分上の有機基である、請求項２に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項８】
前記シリカ粒子が無機シリカ粒子である、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項９】
前記無機シリカ粒子が、式ＳｉＯ2／［ＳｉＯ3/2］nを有し、式中、ｎ＝０．０１〜３である、請求項８に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１０】
前記シリカ粒子が多孔質である、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１１】
前記シリカ粒子が非多孔質であり、０．２〜５μｍの中央粒径を有する、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１２】
前記シルセスキオキサン籠構造が８つのケイ素原子または７つ以下のケイ素原子を備える、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１３】
前記骨格構造が２つ以上の異なるシルセスキオキサン部分を含有する、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１４】
前記シリカ粒子が、８０〜２０００Åの平均孔径を有し、かつ１〜５００ｍ2／ｇのＢＥＴ比表面積を有する、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１５】
前記シリカ粒子がクロマトグラフィーの固定相としての使用のために表面改質されている、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料。
【請求項１６】
液体クロマトグラフィーまたは固相抽出における使用のための、請求項１に記載の粒子状クロマトグラフィー材料で充填されたクロマトグラフィーカラム。
【請求項１７】
塩基性条件下での縮合反応においてシルセスキオキサンを加水分解して、シリカ粒子を生成することを含む、粒子状材料を調製する方法であって、前記シリカ粒子が、球形及び単分散であり、０．２〜５０μｍの中央粒径を有し、かつ前記シリカ粒子が、内部である骨格構造と、表面とを有し、前記骨格構造内ならびに前記表面上に、籠構造を有するシルセスキオキサン部分が含有されている、前記方法。
【請求項１８】
前記シルセスキオキサンが、前記シルセスキオキサンをシランと共縮合することで粒子を生成する、前記シランとの加水分解混合物の共成分である、請求項１７に記載の粒子状材料を調製する方法。
【請求項１９】
前記方法が、Ｓｔｏｂｅｒ法または修正されたＳｔｏｂｅｒ法においてシルセスキオキサンを縮合させることを含む、請求項１７に記載の粒子状材料を調製する方法。
【請求項２０】
前記方法が、水、有機溶媒、及び塩基を含む塩基性加水分解混合物において、前記シルセスキオキサンをテトラアルコキシシランと共縮合することを含む、請求項１８に記載の粒子状材料を調製する方法。
【請求項２１】
前記加水分解混合物が、ポロゲンとして作用する界面活性剤をさらに含む、請求項２０に記載の粒子状材料を調製する方法。
【請求項２２】
シルセスキオキサン及びテトラアルコキシシランの共縮合がゾルの形成をもたらし、前記方法が、前記ゾルの粒子をゲル化してシリカ粒子の沈殿を形成することを含む、請求項２０に記載の粒子状材料を調製する方法。
【請求項２３】
前記シルセスキオキサンがシルセスキオキサン−シラノールを含む、請求項１７に記載の粒子状材料を調製する方法。
【請求項２４】
前記シルセスキオキサンが、籠の角部に位置するケイ素原子を有する籠構造を備え、前記籠の前記角部に位置する１つ以上のケイ素原子が有機基を有する、請求項１７に記載の粒子状材料を調製する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体クロマトグラフィー及び固相抽出を含むクロマトグラフィー試料分離の分野に関し、詳細には、本発明は、クロマトグラフィー試料分離における固定相としての使用のための材料及び材料の合成に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＨＰＬＣ及びＵＨＰＬＣなどの、液体クロマトグラフィー（ＬＣ）、及び固相抽出（ＳＰＥ）は、分析及び調製の両方のクロマトグラフィーの応用において日常的に使用される。これらのクロマトグラフィー技術において、成分の混合物からなる試料の分離は、カラムにおける固定相を通して液体移動相において試料を搬送することによって達成され、それによって、各成分の移動相と固定相との間の異なる分配のために（すなわち、成分は異なる分配係数を有する）、試料をその成分に分離させる。固定相は典型的に、カラム内に充填された粒子の層の形式であるか、またはカラム内に保持されるモノリス材料の形式である。
【０００３】
非多孔質粒子の層は、比較的低い試料容量を有する。そのため、孔のネットワークを含有する多孔質粒子が一般的に使用され、固定相の表面積を増加させるため、分離の容量を向上させる。多孔質粒子は、完全な多孔質であってもよく、孔はバルク状の粒子全体に広がる。完全な多孔質粒子の代替として、さらに最近の使用は、いわゆる溶融コア粒子からなるものであり、これは表面多孔質粒子とも呼ばれる。これらは非多孔質コア（溶融または固体コアとも呼ばれる）を有する粒子であり、外層または非多孔質コアを囲む領域のみにおいて多孔質である。
【０００４】
シリカ粒子は固定相として、非多孔質、完全な多孔質、または表面多孔質の粒子のいずれかとして、一般的に使用される。
【０００５】
Ｓｔｏｂｅｒらは、１９６８年に、テトラエトキシシランとも呼ばれるテトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）などのアルキルシリケートを、アンモニア、アルコール、及び水の混合溶液内で加水分解することでシリカ球を合成し、このシリカ球を調製するためのゾルゲルベースの湿式化学の手順は広く使用されている。約３０年後、Ｕｎｇｅｒのグループ（Ｇｒｕｎ，Ｍ．;Ｌａｕｅｒ，Ｉ;Ｕｎｇｅｒ，Ｋ．Ｋ;Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．１９９７，９，２５４）が、規則メソ多孔質シリカ材料を合成するための犠牲孔テンプレートとして最初に、及び継続して、使用されている、アルキルアンモニウムハライド界面活性剤（例、Ｃ16ＴＡＢ）を導入することで、同じシステムにおいて、規則メソ多孔質シリカ球の調製に成功した。この手法において、界面活性剤が加水分解溶液内に追加され、この時点でミセルが形成される。シリカ前駆体の後付加は、ミセルの周りのシリカソースの加水分解及び縮合を促進する。ミセルの除去／抽出は、粒子内に多孔質ネットワークを生成する。後者の工程は、「修正されたＳｔｏｂｅｒ法」とされている。得られた、いわゆるＭＣＭ−４１型球は、高性能の液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）におけるカラム充填材料として使用される場合、非球形ＭＣＭ−４１粒子に対して優れた性能を示している。
【０００６】
ＵＳ４，０１７，５２８及びＵＳ６，６８６，０３５において説明されるように、例えばアルキルなどの有機官能性が、シリカのバルクと表面の両方に組み込まれる、ハイブリッドシリカ材料も知られている。このような手法は、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）及び、アルキルトリエトキシシランなどのオルガノトリエトキシシランの混合物の重縮合を含む。このような手法において、小さな前駆体分子が反応させられ、シリカ骨格を形成する。
【０００７】
シリカ粒子の表面改質も、無極性固定相を生成するためによく確立されている。これは、シリカのヒドロキシル化された表面を、例えば１、２、または３官能性のオルガノクロロシランなどの表面改質剤で反応させることを含む。
【０００８】
このような手法によって形成されるシリカ粒子に関して、例えば、耐ｐＨ性及び耐薬品性を向上させるため、ならびに熱安定性及び機械的堅牢性を向上させるために、状態の範囲において、クロマトグラフィー材料としての使用のためにシリカ粒子の安定性を向上させる必要がある。向上された熱安定性は、移動相の粘性を減少させるさらに高い温度の使用を可能にし、それがさらに幅広い移動相成分、ならびに分析時間を減少させるさらに速い速度につながる。固定相または固体支持体のさらに幅広いｐＨ安定性は、アミンのプロトン化を抑制するさらに高いｐＨの使用を可能にし、酸性溶質のイオン化を抑制するさらに低いｐＨの使用を可能にする。ｐＨ制御を伴わなければ、これらの工程の両方が、溶質の固定相上での不可逆的な保持を引き起こし得る。
【０００９】
本発明は、この背景に対して作られた。
【発明の概要】
【００１０】
本発明の一態様によると、シルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有する粒子を備える粒子状材料が提供される。
【００１１】
粒子は、好ましくは、シルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有するシリカ粒子である。シルセスキオキサン部分は籠構造を有する。
【００１２】
本発明の別の態様によると、粒子を生成するために、少なくともシルセスキオキサンを縮合させることを含む粒子状材料を調製する方法が提供される。本方法は、籠構造を有するシルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有するシリカ粒子を生成するために縮合反応でシルセスキオキサンを加水分解することを含む。好ましくは、このような態様の本発明は、粒子を生成するための加水分解混合物の共成分としてのシルセスキオキサンの使用にある。
【００１３】
本粒子は、好ましくはシリカ粒子である。好ましくは、粒子状材料を調製する方法は、粒子を生成するためにシルセスキオキサン及びシランを共縮合させることを含む。
【００１４】
本発明のさらに別の態様では、例えば液体クロマトグラフィーまたは固相抽出における使用のための、粒子状材料が充填されるクロマトグラフィーカラムが提供される。
【００１５】
そのため、本発明は、例えば固定相としてなどのクロマトグラフィーの応用のための、多孔質または非多孔質の粒子状材料を作るための、ナノメートルサイズの部分（シルセスキオキサン、多面体オリゴマーシルセスキオキサンとも呼ばれ、ＰＯＳＳの商標で商業的に使用可能である）の使用に関する。形成される本材料は、既知のクロマトグラフィー材料に比べて、優れたｐＨ耐性、高い機械的堅牢性、及び非常に向上した熱安定性を奏する。本材料は、シリカまたはハイブリッドオルガノシリカ粒子を備える。任意の理論によって束縛されず、向上された熱、機械、及びｐＨ安定性（例、ｐＨ１〜１１にまたがる）は、硬質でナノサイズのシルセスキオキサンの籠またはコアのシリカへの組み込みに起因してもよい。
【００１６】
発明の詳細な説明
本発明で使用される、多面体オリゴマーシルセスキオキサンとも呼ばれるシルセスキオキサンの基本構造は、配列した状態で酸素原子と結合される多数のケイ素原子を備える、分子シリカの籠様の構造として視認されることができる。本発明の好ましい「籠」シルセスキオキサンは、そのため、一般的に立方体の籠構造である、籠様の構造を有する化合物である。ケイ素原子は、籠の角部に位置する。籠は、典型的に、酸素原子と結合される籠の角部に位置する８つのケイ素原子を備える。幾つかの実施形態では、例えば７つのケイ素原子または６つのケイ素原子など、８つより少ないまたは多いケイ素原子が籠に存在してもよい。このような実施形態では、籠の１つ以上の角部は、そうでなければ完全な籠構造から「欠けて」いてもよい。一般的に、籠状シルセスキオキサンは、完全な籠であってもよく、または１つ以上の欠けた角部及び選択的に１つ以上（典型的に１つ）の欠けた縁部を有してもよい。本明細書では、籠は、８つのケイ素の籠、７つのケイ素の籠、６つのケイ素の籠等を称してもよい。
【００１７】
好ましくは、籠の角部に位置する１つ以上のケイ素原子は、水酸基、水素基及び有機基（特に、例えばアルキルまたはアリールなどの炭化水素基）から選択される置換基を担持する。さらに好ましいのは、各ケイ素の籠の角部は、水酸基、水素基または有機基（特に、例えばアルキルなどの炭化水素基）でありえる、好ましくは置換基である。好ましくは、角部に位置する、特に複数のケイ素原子である、１つ以上のケイ素原子は、水酸基（シラノール）基を担持する。このような実施形態において、好ましくは、角部におけるケイ素原子の残部は有機基を担持する。ケイ素の籠の角部における有機置換基は、炭化水素基（例、アルキル、アリール、本明細書ではアルケン、アルキン等を含む）から選択されてもよい。有機置換基は、Ｓ、ＯＨ、ハライド、アミド、スルホンアミド、エステル、カルボン酸、またはスルホン酸等の基を含有してもよい。このような有機置換基は、下記でさらに詳細に定義される。
【００１８】
角部のケイ素原子が、例えばシラノール基などのヒドロキシ置換基のみを担持する籠状シルセスキオキサンは、無機（「純」または「非ハイブリッドの」）シリカを生成するために有用である。例えば、各角部にシラノール基をもつ８つのケイ素の籠のシルセスキオキサンは、非ハイブリッド（すなわち、有機基を含有しない）の籠を備えるシリカ材料を作るために有用である。水酸（シラノール）基は、縮合（重縮合）反応に必要とされる。
【００１９】
非多孔質で非ハイブリッドの粒子もハイブリッドオルガノ−シリカ粒子の焼成及び／または焼結によって作られることができる。
【００２０】
逆に、本発明におけるハイブリッドオルガノ−シリカ材料は、有機置換基を担持する少なくとも１つの角部のケイ素原子、ならびに水酸基を担持する少なくとも１つのケイ素原子を有する、籠状シルセスキオキサンからなる。さらに好ましくは、角部に位置する、１つ以上のケイ素原子、特に複数のケイ素原子は、少なくとも角部におけるケイ素原子の残部が有機基を担持する、水酸基を担持する。このような実施形態において、前記籠構造は、好ましくは、７つまたは６つの角部ケイ素原子を備え、各角部ケイ素原子は有機基を担持する。そのため、さらに好ましくは、角部のすべてのケイ素原子は、有機基を担持し、１つ以上の角部のケイ素原子、特に複数の角部のケイ素原子もまた、水酸基を担持する。例えば、角部における有機基をもつ籠もまた、典型的に、１つ以上の欠けた角を有し（すなわち、７つのケイ素または６つのケイ素の籠）、縮合反応に必要なシラノール基を提供する。さらに好ましくは、ハイブリッドオルガノ−シリカ材料において、シルセスキオキサンは、各角部ケイ素原子が有機基を担持する籠を備え、複数のケイ素角部原子もまた、水酸基を担持する。このようなシルセスキオキサンは、好ましくは、７つのケイ素または６つのケイ素の籠（最も好ましくは、７つのケイ素の籠）である。
【００２１】
数々のナノメートルサイズの籠状のシルセスキオキサン分子が、よく確立された技術を使用して、調製されることができ、多くは、ＰＯＳＳの商標の下、Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓから、容易に商業的に利用可能である。
【００２２】
本発明において、ナノメートルサイズの分子（すなわち、多面体オリゴマーシルセスキオキサン）が使用され、クロマトグラフィー応用のための様々な新規の多孔質または非多孔質の材料を作る。アルコキシシラン及びアルキラルコキシシランなどの小さな分子が使用されて、クロマトグラフィーの応用のためのシリカまたはハイブリッドシリカ／オルガノ粒子を作る既存の技術とは違い、本発明は、粒子を作る工程において、ナノメートルサイズのシルセスキオキサン分子を利用し、その結果、シルセスキオキサン部分がシリカの骨格または内部構造内、ならびに表面上に含有される。そのため、粒子の骨格単位は、好ましくは、Ｓｉ−シルセスキオキサン−Ｓｉ結合を含有する。結果的に得られる材料は、既知の方法で作られる材料に比べて、詳細にはｐＨ、温度及び／または機械的堅牢性のうち１つ以上について、さらに優れた特性をもたらす。
【００２３】
多面体オリゴマーシルセスキオキサンは、クロマトグラフィー材料の合成において以前から使用されているが、本発明の方式で使用されてはいない。ある場合において、シルセスキオキサンは、米国特許出願公開第２０１２／０２０５３１５号で説明されるように、固定相表面改質剤として使用されている。しかしながら、シルセスキオキサンがシリカ粒子自体を形成するために使用されることができることは、その中で提案されていない。それに対して、本発明では、シルセスキオキサン部分が、表面上だけでなく、シリカの骨格または内部構造内に含有される。
【００２４】
シルセスキオキサンは、Ｗｕら、無機−有機ハイブリッドモノリスカラム調製のための架橋剤としてのポリヘドラルオリゴマーシルセスキオキサン、Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（２０１０），８２（１３），５４４７−５４５４）において説明されるように、無機−有機ハイブリッドモノリス材料の調製のための架橋剤としても使用されている。その場合、シルセスキオキサンは有機モノマーと共重合され、ポリマー様のモノリス材料を形成する。それに対して、本発明は、非多孔質または多孔質の、純シリカまたはハイブリッドシリカ粒子を合成する。モノリス及び粒子の合成は、非常に異なっており、通常は他を作るために移動されることができないものを作る技術である。Ｗｕらで説明される方法は、細い毛管状のカラム用の材料を生成するように設計され、このようなシステムは、例えば壁取り付けの課題などによって、一般的にスケールアップができない。本発明は毛管状のカラムに限定されない。例えば、本発明による材料は、例えば１〜１０ｍｍの範囲、さらに詳細には２〜５ｍｍなど、従来の２．１ｍｍ〜４．６ｍｍのＨＰＬＣ直径カラムのように、カラムの直径が１ｍｍ以上であるＨＰＬＣ応用において、またはカラムの直径が例えば最高で１０ｍｍであるＳＰＥ応用において、使用されてもよい。しかしながら、本発明の応用に対するカラムの寸法の詳細な限定はなく、ナノ規模から分取規模まで使用されてもよい。本発明における材料のクロマトグラフィーの特性は、従来のモノリスに比べて、異なっており、さらに制御される。
【００２５】
オルガノトリアルコキシシランを重合することで、シルセスキシロキサンが合成される。この重合は、オルガノトリアルコキシシランの加水分解及び沈殿を通して生じる。重合が、最も安定する８員の環をもつ多くのシロキサンの環の形成を引き起こす。さらに、重合は、多面体オリゴマー構造を生成する。今日、商業的な出発原料として、シルセスキシロキサンが利用可能である。
【００２６】
基本的なシルセスキシロキサンの構造は、配列された状態で酸素原子と結合される、定義された数のケイ素原子からなる分子シリカの籠として視認されることができる。各角部には、水酸基または有機化学において既知のどの任意の化学基でもありえる、置換基がある。その３次元性、高い対称性、サイズによって、シルセスキオキサンは、本発明によるシリカ粒子の形成において有用な構成要素となっている。３次元の空間で制御される配向とともに、可能な官能基の多様性は、３次元すべてにおける、ナノメートル掛けるナノメートルの、テイラード性の高い構造をさらに可能にする。シルセスキオキサン籠は、望ましくは、典型的な有機−シリカハイブリッド材料を超える、機械的及び熱的な特性を提供する、剛性及び熱安定性を付与する。付着される有機置換基の官能基をもつ堅牢な籠またはコアを組み合わせることで、化合物の物理的な特性を変えることもでき、それが、典型的なセラミックよりも簡単な処理を可能にする。有機及び無機官能基の混合物は、従来の材料の特性より優れた特性を奏する、新規の材料の作成に引き起こすことができる。有機官能基を異ならせることで、実用的に、無限の数のシルセスキオキサンの変形がある。そのため、本発明によるハイブリッドオルガノシリカ粒子は、シルセスキオキサン部分のケイ素原子に結合される有機基または部分を備える。後述されるように、有機部分は、好ましくは炭化水素基部分であり、特に、アルキルまたはアリール部分である。下記で説明されるように、このような炭化水素基部分は、置換された炭化水素基部分であってもよい。
【００２７】
好ましい実施形態における本発明は、シルセスキオキサン分子のＳｔｏｂｅｒ法または修正されたＳｔｏｂｅｒ法への組み込み、すなわち、テトラアルコキシシラン（例、ＴＥＯＳ）などのシランとの共縮合手法を介しての組み込みを含み、本明細書に説明される付着可能な物理特性を有する、多孔質または非多孔質の、様々なシリカまたはハイブリッドシリカ粒子を生成する。この手法に加え、他の従来のシリカ粒子を作る方法が使用されることができる。別の方法の例は、シルセスキオキサン部分の、例えば共縮合による、既知の分子量のポリエトキシシラン（ＰＥＯＳ）内への組み込みを含む。結果として得られるハイブリッドポリエトキシシラン（ハイブリッドシルセスキシロキサン−ポリエトキシシラン）は次に、好ましくは塩基触媒の存在中で、水性媒体内に懸濁され、多孔質粒子へとゲル化される。さらなる例は、ハイブリッドゾルを形成するためのシリカゾルのシルセスキシロキサン部分との官能基化、その後に、乳化ビーズを形成するための界面活性剤との非極性有機溶媒内のハイブリッドゾルの乳化を含む。乳化ビーズは、次に、粒子を形成するために酸性触媒を使用してゲル化されることができる。
【００２８】
次に、本発明の様々な好ましい特徴が説明される。
【００２９】
シルセスキオキサン及びシランの共縮合で使用されるシランは、好ましくは、テトラアルコキシシランであり、さらに好ましくは、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）である。これによって、シリカ粒子内のシルセスキオキサン部分は、好ましくはシロキサン結合を介して結合される。
【００３０】
シルセスキオキサン及びシランの縮合は、好ましくは加水分解溶液内で行われ、さらに好ましくは塩基性媒体内で行われる。そのため、加水分解溶液は好ましくは塩基（この用語は塩基の混合物も含む）を含有し、さらに好ましくは水酸化アンモニウムまたはアルカリ金属水酸化物（例、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム）を含有し、最も好ましくは水酸化アンモニウムを含有する。しかしながら、塩基性条件の使用が本発明において好ましいが、従来技術で既知であるように、酸性条件下でもシリカが形成されることができることが理解されるべきである。
【００３１】
加水分解溶液は、好ましくは水及び有機溶媒を備える。有機溶媒は、好ましくはアルコールを備え、さらに好ましくはエタノールを備える。そのため、水及びエタノールの加水分解溶液が好ましい。
【００３２】
加水分解溶液は、好ましくは、多孔質構造を提供するテンプレートを含有する。加水分解溶液は、好ましくは、界面活性剤テンプレート（この用語は界面活性剤テンプレートの混合物も含む）を含有する。界面活性剤は、ポロゲンテンプレートとして働き、一度除去されると（例、焼かれると）多孔質構造を提供する。界面活性剤は、好ましくは水溶性である。界面活性剤は、好ましくは、本工程の加水分解及び縮合の状況下でミセルを形成する。界面活性剤は、イオン性または非イオン性であるが、好ましくはイオン性であり、さらに好ましくはカチオンである。好ましい界面活性剤は、カチオン、４級アンモニウム界面活性剤であり、さらに好ましくは臭化または塩化のいずれかの対イオンを伴い、さらに好ましい例の式は（Ｒ4）（Ｒ5）（Ｒ6）（Ｒ7）（Ｎ）+Ｘ-であり、式中、各Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7は、Ｈ、アルキル、アルケニル、アルキニル、ベンジル、及びアリール（特にアルキル）から独立して選択され、これらのそれぞれは置換されなくてもよく、または置換されてもよく（好ましくは、各Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6は独立したアルキル基であり、Ｒ7はアルキルまたはベンジル基（特に、アルキル基）である）、ＸはＢｒまたはＣｌである。特に、Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6、Ｒ7のうち少なくとも１つは、Ｃ8~20のアルキル基（置換されていない、または置換された）である。さらに特には、各Ｒ4、Ｒ5、Ｒ6は独立してＣ1~2のアルキル基（特にメチル）及びＲ7はＣ8~20のアルキル基である。特に好ましい例は、臭化または塩化アルキルトリメチルアンモニウムであり、さらに特には、ラウリル（Ｃ12）、ミリスチル（Ｃ14）、及びセチル（ヘキサデシル）（Ｃ16）を伴う、臭化または塩化（Ｃ８〜２０アルキル）トリメチルアンモニウムであり、最も好ましくは、特によい例である臭化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＢ）及び／または塩化セチルトリメチルアンモニウム（ＣＴＡＣ）を伴う、ステアリル（Ｃ18）及びジデシル（Ｃ20）類似体である。
【００３３】
シルセスキオキサン及びシランの共縮合は、典型的には最初にゾルの形成をもたらす。次に、例えば攪拌によって、ゾルがゲル化されることができ、溶液から分離されることができるシリカ粒子の沈殿を形成する。有益には、ゾルの形成及び、粒子を形成するゲル化は、単一の容器内で、すなわち、ワンポット工程として、実行されてもよい。分離されたシリカの沈殿は、選択的に洗浄及び乾燥されてもよい。界面活性剤は、例えば酸抽出、及び／または熱で焼かれることで、シリカ粒子から除去されることができる。シリカ粒子は、クロマトグラフィー使用の前に焼成されてもよい。
【００３４】
試薬の追加及び／または混入の順序は、特に制限されない。しかしながら、好ましいプロトコルでは、界面活性剤は、水及び有機溶媒を備える溶液内に、選択的に塩基と、溶解され、または、界面活性剤の後に塩基が溶液に追加され、次にシルセスキオキサン及びシランの混合物が溶液に追加され、ゾルを形成する。混合物は典型的に、例えば２〜４８時間、または１０〜３０時間、または約２４時間、攪拌される。シルセスキオキサン／シランの混合物は、加水分解溶液への追加の前に、エタノールなどの有機溶媒内に溶解されてもよい。
【００３５】
１つの例において、本方法は、（ｉ）界面活性剤を含有する、水、有機溶液（例、エタノール）及び界面活性剤（例、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド）の加水分解溶液を調製することと、（ｉｉ）その界面活性溶液内に塩基（水酸化アンモニウム）を提供することと、（ｉｉｉ）テトラアルコキシシラン（例、ＴＥＯＳ）及びシルセスキオキサンの混合物の前駆溶液を調製することと、（ｉｖ）前駆溶液を加水分解溶液に追加することで、テトラアルコキシシラン及びシルセスキオキサンを共縮合させ、粒子を形成することを含む。粒子は洗浄され、乾燥されることができ、界面活性剤はシリカ粒子から除去されることができ、粒子内に多孔質構造を残す。シルセスキオキサンが有機置換基を担持する場合、ハイブリッドオルガノシリカ粒子が形成される。シルセスキオキサンが有機置換基を担持しない場合、純無機シリカ粒子が形成される。ＴＥＯＳのシルセスキオキサンへの割合の調整は、シルセスキオキサンが有機置換基を担持する場合、形成された粒子内において、ある範囲の炭素％（Ｃ％）を与えることができる。シルセスキオキサンの例は、ジシラノールアルキルシルセスキオキサンまたは、例えば、トリシラノールイソオクチルシルセスキオキサンなどのトリシラノールアルキルシルセスキオキサンである。分子上のシラノール基は、その部分を反応における共縮合のために利用可能にする。加水分解溶液の濃度及び縮合反応の温度の調整は、ある範囲の粒子のサイズを提供することができる。
【００３６】
説明される反応状態から、本発明は、（非多孔質の）粒子を作るために、好ましくはＳｔｏｂｅｒ手法を利用し、好ましくは、多孔質粒子の生成を促進する修正されたＳｔｏｂｅｒ手法を利用する。このような手法は、ワンポット工程として実行されてもよい。
【００３７】
形成されるシリカ粒子は、例えば、孔の拡大、焼成及び／または焼結など１つ以上のさらなる処理を受けてもよい。孔の拡大ステップ（例、焼成されていない粒子）は、好ましくは粒子の水熱処理を含んでもよい。孔を拡大された粒子は、続いて焼成及び／または焼結されてもよい。
【００３８】
本発明で使用されるシルセスキオキサンは、特に限定されない。シリカ粒子に異なる特性を付与するために、異なるシルセスキオキサンが選択されてもよい。粒子を形成するために、本発明において、ある種類のシルセスキオキサン分子が使用されてもよく、または２つ以上の異なる種類のシルセスキオキサン分子が使用されてもよい。
【００３９】
一般的に、例えばアルコキシシランなどの加水分解混合物の共成分と反応することができる、任意のシルセスキオキサンが使用されてもよい。
【００４０】
シルセスキオキサン−シラノール分子を工程における共成分として使用し、多孔質及び非多孔質のシリカ粒子が形成されてもよい。シルセスキオキサン−シラノール分子において、１つ以上のケイ素原子（好ましくは、２つ以上、または３つ以上のケイ素原子）が、水酸基置換基を担持する。この方法で、シルセスキオキサンは共縮合反応に加わることができ、ゾルを形成する。特定の好ましい実施形態において、１つ以上のケイ素角部原子は、シルセスキオキサンの立方体の籠構造から欠けており、すなわち、籠は７つ以下のケイ素原子を備える。欠けたケイ素角部をもち、７つのケイ素原子を有する、このようなシルセスキオキサンは、好適には、シラノール置換基をケイ素原子上に有し、そうでなければ、シラノール置換基は欠けた角部のケイ素原子に付着される。他のケイ素原子は、水酸基置換基を有してもよく、または、ハイブリッドシリカを形成することが望ましい場合、有機置換基を有してもよい。シルセスキオキサン−シラノールは、シルセスキオキサン−シラノールの塩の形として使用されてもよいことを理解されるであろう。
【００４１】
多孔質及び非多孔質の純（すなわち、無機質の）シリカ粒子は、ケイ素原子上に有機置換基を担持しないシルセスキオキサン−シラノール分子を使用して形成されてもよい。多孔質及び非多孔質のハイブリッドシリカ／オルガノ粒子は、シルセスキオキサンの１つ以上のケイ素原子上に有機置換基を有する、ナノサイズのシルセスキオキサン−シラノール分子を使用して形成されてもよい。この方法で、本発明は、化学的、熱的、及びｐＨの安定性を修正する、異なる化学部分のシリカ粒子の骨格または部分構造への導入の方法を提供する。
【００４２】
シルセスキオキサン−シラノールは、アルコキシシランとの共縮合によってシリカ粒子内に組み込まれる部分としての好ましい出発原料である。無機シリカ粒子の生成に関して、有機置換基を有さないシルセスキオキサン−シラノールが使用されてもよい（無機シルセスキオキサン−シラノール）。無機シリカ粒子を形成するための例示の無機シルセスキオキサン−シラノールの構造が図１に示される。示される分子は、８つのケイ素原子を籠構造内に有し、各ケイ素は水酸基を担持する。他の無機シルセスキオキサン−シラノールは、７つ以下のケイ素原子を有してもよい。シルセスキオキサン−シラノールは、例えば、図１に示されるオクタシラノールシルセスキオキサンのテトラメチルアンモニウム（ＴＭＡ）塩などの、アンモニウム塩またはその他の塩として、シルセスキオキサン−シラノールの塩の形で、提供または使用されてもよい。
【００４３】
ハイブリッド有機／シリカ粒子の生成のために、有機置換基（「有機シルセスキオキサン−シラノール」）を有するシルセスキオキサン−シラノールが使用されてもよい。図２において、
１  Ｒはイソブチル（Ｃ32Ｈ74Ｏ13Ｓｉ8）であるジシラノール−イソブチル−シルセスキオキサン、
２  Ｒはフェニル（Ｃ48Ｈ44Ｏ14Ｓｉ8）であるテトラシラノール−フェニル−シルセスキオキサン、
３  Ｒはエチル（Ｃ14Ｈ38Ｏ12Ｓｉ7）であるトリシラノール−エチル−シルセスキオキサン、
４  Ｒはイソブチル（Ｃ28Ｈ26Ｏ12Ｓｉ7）であるトリシラノール−イソブチル−シルセスキオキサン
５  Ｒはフェニル（Ｃ42Ｈ38Ｏ12Ｓｉ7）であるトリシラノール−フェニル−シルセスキオキサン、
６  Ｒはイソオクチルであるトリシラノール−イソオクチル−シルセスキオキサンである、好適な有機シルセスキオキサン−シラノールの例が示される。
【００４４】
本発明は、１つのシルセスキオキサンの種類、または２つ以上のシルセスキオキサンの種類の混合物を利用してもよく、すなわち、粒子は骨格構造に２つ以上の異なるシルセスキオキサン部分を備えてもよい。
【００４５】
出発原料及び／または最終的な粒子におけるアルコキシシランのシルセスキオキサンに対するモル比は、１：ｘの範囲内であってもよく、すなわち、アルコキシシラン１モルに対してシルセスキオキサンｘモルであり、ｘが０．０１〜３であり、好ましくは０．０２〜２であり、さらに好ましくは０．１〜１．５であり、特には０．１〜１または０．３〜１である。
【００４６】
シルセスキオキサンまたはシルセスキオキサン−シラノール上の有機基または置換基は、好ましくは炭化水素であり、さらに好ましくは、アルキル及びアリールの基から選択される。
【００４７】
本明細書において、「アルキル」という用語は、それ自体または別の置換基、手段の一部として、明示されない限り、直鎖または分岐、または環状の炭化水素基またはその組み合わせであり、完全に飽和されているか、モノ不飽和または多不飽和であり、炭素原子の数が指定されている（すなわち、Ｃ1〜Ｃ10は１〜１０の炭素を意味する）２価及び多価基を含むことができる。飽和された炭化水素基の例は、限定されないが、メチル、エチル、ｎ−プロピル（例、−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ3、−ＣＨ2−ＣＨ2−ＣＨ2−）、イソプロピル、ｎ−ブチル、ｔブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、シクロヘキシル、（シクロヘキシル）メチル、シクロプロピルメチル、例えばｎ−ペンチル、ｎ−ヘキシル、ｎ−ヘプチル、ｎ−オクチルなどの同族体及び異性体などの基を含む。不飽和アルキル基は、１つ以上の二重結合または三重結合を有する基である。不飽和アルキル基の例は、限定されないが、ビニル、２−プロペニル、クロチル、２−イソペンテニル、２−（ブタジエニル）、２，４−ペンタジエニル、３−（１，４−ペンタジエニル）、エチニル、１−及び３−プロピニル、３−ブチニル、及びさらに高い同族体及び異性体を含む。「アルキル」という用語は、注記されない限り、「ヘテロアルキル」など、下記でさらに詳細に定義されるアルキルの誘導体を含むようにも意味される。炭化水素基に限定されるアルキル基は、「ホモアルキル」と呼ばれる。「アルキル」という用語は、アルキル基が２価の基である場合、「アルキレン」または「アルキルジイル」、ならびにアルキリデンを意味することもできる。
【００４８】
本明細書において、「アルキレン」または「アルキルジイル」という用語は、それ自体によって、または別の置換基の一部として、例示として、制限されないが、−ＣＨ2ＣＨ2ＣＨ2−（プロピレンまたはプロパン−１，３−ジイル）などで例示される、アルキル基に由来する２価の基を意味し、下記で「ヘテロアルキレン」として説明される基をさらに含む。典型的に、アルキル（またはアルキレン）基は、１〜約３０の炭素原子を有し、好ましくは１〜約２５の炭素原子、さらに好ましくは１〜約２０の炭素原子、またさらに好ましくは１〜約１５炭素原子、及び最も好ましくは１〜約１０炭素原子を有する。「低級アルキル」、「低級アルキレン」、または「低級アルキルジイル」は、さらに短い鎖のアルキル、アルキレン、またはアルキルジイル基であり、一般的に約１０以下の炭素原子、約８以下の炭素原子、約６以下の炭素原子、または約４以下の炭素原子を有する。
【００４９】
本明細書において、「アルキリデン」という用語は、それ自体によって、または別の置換基の一部として、限定されないが、ＣＨ3ＣＨ2ＣＨ2＝（プロピリデン）によって例示される、アルキル基に由来する２価の基を意味する。典型的に、アルキリデン基は、１〜約３０炭素原子を有し、好ましくは１〜約２５炭素原子、さらに好ましくは１〜２０炭素原子、またさらに好ましくは１〜約１５炭素原子、及び最も好ましくは１〜約１０炭素原子を有する。「低級アルキル」または「低級アルキリデン」は、さらに短い鎖のアルキルまたはアルキリデン基であり、約１０以下の炭素原子、約８以下の炭素原子、約６以下の炭素原子、または約４以下の炭素原子を一般的に有する。
【００５０】
本明細書において、「アルコキシ」、「アルキルアミノ」及び「アルキルチオ」（またはチオアルコキシ）という用語は、従来の意味で使用され、分子の残部に酸素原子を介して付着されるアルキル基、アミノ基、または硫黄原子をそれぞれ指す。
【００５１】
本明細書において、「ヘテロアルキル」という用語は、それ自体によって、または別の用語、手段との組み合わせで、明示されない限り、明示された数の炭素原子及び、Ｏ、Ｎ、Ｓｉ、Ｓ及びＢからなる基から選択される少なくとも１つのヘテロ原子からなる、安定した直鎖または分岐、または環状の炭化水素基、またはその組み合わせを意味し、窒素及び硫黄原子は選択的に酸化されてもよく、窒素ヘテロ原子は選択的に四級化されてもよい。ヘテロ原子Ｏ、Ｎ、Ｂ、Ｓ及びＳｉは、ヘテロアルキル基の任意の内部の位置、またはアルキル基が分子の残部に付着される位置に配置されてもよい。例は、限定されないが、−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｏ−ＣＨ3、−ＣＨ2−ＣＨ2−ＮＨＣＨ3、−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、及び−ＣＨ＝ＣＨ−Ｎ（ＣＨ3）−ＣＨ3を含む。２つまでのヘテロ原子ｇａ、例えば−ＣＨ2−ＮＨ−ＯＣＨ3及び−ＣＨ2−Ｏ−Ｓｉ（ＣＨ3）3など、連続であってもよい。同様に、「ヘテロアルキレン」の用語は、それ自体によって、または別の置換基の一部として、限定されないが、−ＣＨ2−ＣＨ2−Ｓ−ＣＨ2−ＣＨ2及びＣＨ2−Ｓ−ＣＨ２−ＣＨ2−ＮＨ−ＣＨ2−によって例示される、ヘテロアルキルに由来する２価の基を意味する。ヘテロアルキレン基について、ヘテロ原子は鎖末端（例、アルキレンオキシ、アルキレンジオキシ、アルキレンアミノ、アルキレンジアミノなど）のいずれかまたは両方を占めることができる。選択的に、アルキレン及びヘテロアルキレン結合基について、結合基の配向が、結合基の式が書かれる方向によって暗示されない。例えば、式−ＣＯ2Ｒ’−は、選択的に、−Ｃ（Ｏ）ＯＲ’と−ＯＣ（Ｏ）Ｒ’の両方を表す。
【００５２】
本明細書において、「シクロアルキル」及び「ヘテロシクロアルキル」という用語は、それら自体によって、または他の用語との組み合わせで、明示されない限り、環状の様式の「アルキル」及び「ヘテロアルキル」をそれぞれ表す。さらに、ヘテロシクロアルキルについて、ヘテロ原子は、ヘテロ環が分子の残部に付着される位置を占めることができる。シクロアルキルの例は、制限されないが、シクロペンチル、シクロヘキシル、１−シクロヘクセニル、３−シクロヘクセニル、シクロヘプチルなどを含む。ヘテロシクロアルキルの例は、制限されないが、１−（１，２，５，６−テトラヒドロピリジル）、１−ピペリジニル、２−ピペリジニル、３−ピペリジニル、４−モルホリニル、３−モルホリニル、テトラヒドロフラン−２−イル、テトラヒドロフラン−３−イル、テトラヒドロチエン−２−イル、テトラヒドロチエン−３−イル、１−ピペラジニル、２−ピペラジニルなどを含む。
【００５３】
本明細書において、「ハロ」または「ハロゲン」という用語は、それ自体によって、別の置換基の一部として、明示されない限り、フッ素、塩素、臭素、またはヨウ素原子を意味する。さらに、「ハロアルキル」などの用語は、モノハロアルキル及びポリハロアルキルを含むように意味される。例えば、「ハロ（Ｃ1〜Ｃ4）アルキル」という用語は、限定されないが、トリフルオロメチル、２，２，２−トリフルオロエチル、４−クロロブチル、３−ブロモプロピルなどを含むように意味される。
【００５４】
本明細書において、「アリール」という用語は、明示されない限り、単環または多環でありえる（好ましくは、１〜３環）、共に溶融される、または共有結合される、多不飽和で、芳香族の、置換基を意味する。「ヘテロアリール」という用語は、Ｎ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ及びＢから選択される１〜４のヘテロ原子を含有するアリール基（または環）を指し、窒素及び硫黄原子は、最適に酸化され、窒素原子は、最適に四級化される。ヘテロアリール基は、ヘテロ原子を通して分子の残部に付着されることができる。制限されないアリール及びヘテロアリール基の例は、フェニル、１−ナフチル、２ーナフチル、４−ビフェニル、１−ピロリル、２−ピロリル、３−ピロリル、３−ピラゾリル、２−イミダゾリル、４−イミダゾリル、ピラジニル、２−オキサゾリル、４−オキサゾリル、２−フェニル−４−オキサゾリル、５−オキサゾリル、３−イソキサゾリル、４−イソキサゾリル、５−イソキサゾリル、２−チアゾリル、４−チアゾリル、５−チアゾリル、２−フリル、３−フリル、２−チエニル、３−チエニル、２−ピリジル、３−ピリジル、４−ピリジル、２−ピリミジル、４−ピリミジル、５−ベンゾチアゾリル、プリニル、２−ベンジミダゾリル、５−インドリル、１−イソキノリル、５−イソキノリル、２−キノキサリニル、５−キノキサリニル、３−キノリル、及び６−キノリルを含む。各上記のアリール及びヘテロアリール環システムに対する置換基は、下記で説明される許容可能な置換基の基から選択される。
【００５５】
簡潔さのために、本明細書において、「アリール」という用語は、他の用語と組み合わせて使用される場合（例、アリールオキシ、アリールチオキシ、アリールアルキル）、上記で定義されるアリールとヘテロアリール環との両方を含む。そのため、「アリールアルキル」という用語は、アリール基が、炭素原子（例メチレン基）が、例えば酸素原子によって置き換えられるアルキル基（例、フェノキシメチル、２−ピリジルオキシメチル、３−（１−ナフチルオキシ）プロピルなど）を含むアルキル基（例、ベンジル、フェネチル、ピリジルメチルなど）に付着されるそれらの基を含むように意味される。
【００５６】
上記の用語（例、「アルキル」、「ヘテロアルキル」、「アリール」及び「ヘテロアリール」）のそれぞれは、示された基の、置換された形態と置換されていない形態の両方を含むように意味する。基の各種の好ましい置換基が下記に提供される。
【００５７】
アルキル及びヘテロアルキル基（アルキレン、アルケニル、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニル、アルキニル、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、シクロアルケニル、及びヘテロシクロアルケニルとしばしば呼ばれる基を含む）のための置換基は、一般的に「アルキル基置換基」と呼ばれ、それらは、限定されないが、置換された、または置換されていないアリール、置換された、または置換されていないヘテロアリール、置換された、または置換されていないヘテロシクロアルキル、−ＯＲ’、＝Ｏ、＝ＮＲ’、＝Ｎ−ＯＲ’、−ＮＲ’Ｒ”、−ＳＲ’、−ハロゲン、−ＳｉＲ’Ｒ”Ｒ”’、−ＯＣ（Ｏ）Ｒ’、−Ｃ（Ｏ）Ｒ’、−ＣＯ2Ｒ’、−ＣＯＮＲ’Ｒ”、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ’Ｒ”、−ＮＲ”Ｃ（Ｏ）Ｒ’、−ＮＲ’−Ｃ（Ｏ）ＮＲ”Ｒ”’、−ＮＲ”Ｃ（Ｏ）2Ｒ’、−ＮＲ−Ｃ（ＮＲ’Ｒ”Ｒ’”）＝ＮＲ””、−ＮＲ−Ｃ（ＮＲ’Ｒ”）＝ＮＲ’”、−Ｓ（Ｏ）Ｒ’、−Ｓ（Ｏ）2Ｒ’、−ＯＳ（Ｏ）2Ｒ’、−Ｓ（Ｏ）2ＮＲ’Ｒ”、−ＮＲＳＯ2Ｒ’、−ＣＮ及び−ＮＯ2から、０〜（２ｍ’＋１）の範囲の数で、選択される１つ以上の様々な基であることができ、ｍ’はこのような基における炭素原子の合計数である。Ｒ’、Ｒ”、Ｒ”’及びＲ””は、それぞれ好ましくは独立して、水素、置換された、または置換されていないヘテロアルキル、置換された、または置換されていないアリール、例えば、１〜３ハロゲンで置換されたアリール、置換された、または置換されていないアルキル、アルコキシ、またはチオアルコキシ基、またはアリールアルキル基を指す。例えば、本発明の化合物が１つ以上のＲ基を含む場合、１つ以上のこれらの基が存在する場合に、Ｒ基のそれぞれが、各Ｒ’、Ｒ”、Ｒ’”及びＲ””基として独立して選択される。Ｒ’及びＲ”が同じ窒素原子に付着される場合、それらは窒素原子と組み合わせられて、５、６、７員の環を形成することができる。例えば、−Ｎ’Ｒ”は、限定されないが、１−ピロリジニル及び４−モルホリニルを含むように意味される。置換基の上記の説明から、「アルキル」という用語は、ハロアルキル（例、−ＣＦ3及び−ＣＨ2ＣＦ3）及びアシル（例、−Ｃ（Ｏ）ＣＨ3、−Ｃ（Ｏ）ＣＦ3、−Ｃ（Ｏ）ＣＨ2ＯＣＨ3など）などの水素基以外の基に結合される炭素原子を含む基を含むように意味されることを、当業者は理解するであろう。
【００５８】
アルキル基に対して説明される置換基と同様に、アリール及びヘテロアリール基に対する置換基は、一般的に「アリール基置換基」と呼ばれる。置換基は、例えば、置換された、または置換されていないアルキル、置換された、または置換されていないアリール、置換された、または置換されていないヘテロアリール、置換された、または置換されていないヘテロシクロアリール、−ＯＲ’、＝Ｏ、＝ＮＲ’、＝Ｎ−ＯＲ’、−ＮＲ’Ｒ”、−ＳＲ’、−ハロゲン、−ＳｉＲ’Ｒ”Ｒ”’、−ＯＣ（Ｏ）Ｒ’、−Ｃ（Ｏ）Ｒ’、−ＣＯ2Ｒ’、−ＣＯＮＲ’Ｒ”、−ＯＣ（Ｏ）ＮＲ’Ｒ”、−ＮＲ”Ｃ（Ｏ）Ｒ’、ＮＲ’−Ｃ（Ｏ）ＮＲ”Ｒ”’、−ＮＲ”Ｃ（Ｏ）2Ｒ’、−ＮＲ−Ｃ（ＮＲ’Ｒ”Ｒ’”）＝ＮＲ””、−ＮＲ−Ｃ（ＮＲ’Ｒ”）＝ＮＲ’”、−Ｓ（Ｏ）Ｒ’、−Ｓ（Ｏ）2Ｒ’、−Ｓ（Ｏ）2Ｒ’Ｒ”、−ＮＲＳＯ2Ｒ’、−ＣＮ及び−ＮＯ2、−Ｒ’、−Ｎ3、−ＣＨ（Ｐｈ）2、フルオロ（Ｃ1〜Ｃ4）アルコキシ、フルオロ（Ｃ1〜Ｃ4）アルキルから、０から芳香環系上の開放原子価の合計数までの数で選択され、Ｒ’、Ｒ”、Ｒ”’及びＲ””は、好ましくは水素、置換された、または置換されていないアルキル、置換された、または置換されていないヘテロアルキル、置換された、または置換されていないアリール、及び置換された、または置換されていないヘテロアリールから独立して選択される。例えば、本発明の化合物が１つ以上のＲ基を含む場合、１つ以上のこれらの基が存在する場合に、Ｒ基のそれぞれが、各Ｒ’、Ｒ”、Ｒ’”及びＲ””基として独立して選択される。
【００５９】
本発明において、シルセスキオキサン部分は表面にも存在してもよいが、シルセスキオキサン部分は、シリカの表面上だけでなく、シリカの骨格構造内に含有される。
【００６０】
本発明による無機（純）シリカ粒子は、好ましくは、
ＳｉＯ2／［ＳｉＯ3/2］nの式を有し、式中、ｎ＝０．０１〜３であり、好ましくは、ｎ＝０．０２〜１である。
【００６１】
本発明によるハイブリッドオルガノシリカ粒子は、好ましくは、
ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ10/8］n
ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/8］n
ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/7］n
からなる群から選択される式を有し、式中、ｎ＝０．０１〜３であり、好ましくはｎ＝０．０２〜１であり、Ｒは、シルセスキオキサン部分（の角部）上の有機（好ましくは炭化水素基）部分である。
【００６２】
好ましいシルセスキオキサン部分は、欠けた角部または欠けた縁部を有する。
【００６３】
本明細書における説明から、本発明によって数々の好ましい手法が想定されることが分かる。手法１：角部にシラノール基のみを有し、例えばオクタシルセスキオキサン（角部に８つのシラノール基）などの有機基を有さない籠状シルセスキオキサンを、多孔質のシリカ粒子を作る際に添加剤または共成分として使用し、好ましくは、ＴＥＯＳを共成分として使用する。手法２：角部にシラノール基のみを有し、例えばオクタシルセスキオキサン（８つのシラノール）などの有機基を有さない籠状シルセスキオキサンを、非多孔質のシリカ粒子を作る際に添加剤または共成分として使用し、好ましくは、ＴＥＯＳを共成分として使用する。手法１及び２から結果として得られる材料は、機械的、熱的、及び化学的な安定性が向上された、「純」、すなわち無機の、シリカである。手法３：多孔質シリカ粒子を作ることにおいて、ジ、トリ、及び／またはテトラシラノール炭化水素シルセスキオキサンを添加剤または共成分として使用し、好ましくは、ＴＥＯＳを共成分として使用する。手法４：多孔質オルガノシリカ粒子を作ることにおいて、ジ、トリ、及び／またはテトラシラノール炭化水素シルセスキオキサンを添加剤または共成分として使用し、好ましくは、ＴＥＯＳを共成分として使用する。手法３及び４から結果として得られる材料は、機械的、熱的、及び化学的な安定性が向上された、オルガノシリカハイブリッド材料である。
【００６４】
ハイブリッドシリカ粒子は、多くの応用、すなわちハイブリッドシリカに望ましい特性を有し、有機の、特にアルキルの、官能性が骨格構造に選択的に、及びシリカの表面に組み込まれる。
【００６５】
本発明の粒子状材料は、望ましくは、例えばＬＣまたはＳＰＥ応用での使用のためのクロマトグラフィー材料である。本材料は、ナノ−ＬＣ、分析−ＬＣ、または分取規模のＬＣにおいて使用されてもよい。様々な実施形態において、複数の粒子が充填された層に配置される。例えば、プラスチックまたは金属のカラムが粒子で充填される。
【００６６】
シリカまたはハイブリッドのシリカ粒子は、典型的に、及び好ましくは、実質的に球体であるが、いくつかの実施形態では不規則な形状であってもよい。シリカまたはハイブリッドシリカ粒子は、好ましくは細い径の分布を有する。
【００６７】
特定の例において、シリカ粒子は本質的に「単分散」、または本質的に「ホモ分散」であり、これは粒子の多数の（例、粒子の８０、９０または９５％）粒子径が、実質的に（例、１０％を超えない）、メジアン粒径（Ｄ50）を下回って、または上回って、変わらないことを示す。例示の単分散の粒子集団では、粒子の９０％が約０．９×Ｄ50〜約１．１×Ｄ50平均粒子サイズを有する。これは、クロマトグラフィーの応用に有益である。単分散粒子が好ましい一方、さらに大きな粒子径の分布を伴う粒子は、多くの応用において有用である。
【００６８】
シリカ粒子は、典型的に、マイクロ粒子であり、好ましくは直径０．１μｍ以上であり、好ましくは、メジアン粒径が最高で１０００μｍである。さらに好ましくは、粒子は、直径が１〜１０００μｍ、または０．１〜５００μｍ、または１〜５００μｍであり、またさらに好ましくは、直径が０．１〜１００μｍまたは１〜１００μｍであり、またはそれよりも好ましくは、直径が０．２〜５０μｍであり、特に、０．１〜１０μｍまたは１〜１０μｍ、及び最も好ましくは、直径１．５〜５μｍである。
【００６９】
粒子は多孔質（部分的に多孔質、完全に多孔質、または表面的に多孔質を含む）または非多孔質粒子であってもよい。粒子は、固体コアのクロマトグラフィー材料を調製するために有用であってもよい。
【００７０】
多孔質粒子が形成される場合、粒子の孔が任意の径を有することができる。公称粒径は、典型的に、オングストロームで測定される（１０~10ｍ，Å）。粒径分布（ＰＳＤ）が、ＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ  Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）方法を使用して吸着データから計算され、平均粒径（ＷB/H）がＰＳＤの最大として定義される。１つの例において、孔の平均径または直径は、約１〜約５０００Åの間である。別の例において、孔の体積平均径は、約１０〜約５０００Å、約１０〜約４０００Å、約１０〜約３０００Å、約１０〜約２０００Å、約１０〜約１０００Å、約１０〜約８００Å、約１０〜約６００Å、約１０〜約５００Å、約１０〜約４００Å、約１０〜約３００Å、約１０〜約２００Å、約１０〜約１００Å、約２０〜約２０００Å、約２０〜約１０００Å、約２０〜約５００Å、約２０〜約３００Å、約２０〜約２００Å、約２０〜約１００Å、約３０〜約２０００Å、約３０〜約１０００Å、約３０〜約５００Å、約３０〜約３００Å、約３０〜約２００Å、約３０〜約１００Å、約４０〜約２０００Å、約４０〜約１０００Å、約４０〜約５００Å、約４０〜約３００Å、約４０〜約２００Å、約４０〜約１００Å、約５０〜約２０００Å、約５０〜約１０００Å、約５０〜約５００Å、約５０〜約３００Å、約５０〜約２００Å、約５０〜約１００Å、約６０〜約２０００Å、約６０〜約１０００Å、約６０〜約５００Å、約６０〜約３００Å、約６０〜約２００Å、約６０〜約１００Å、約７０〜約２０００Å、約７０〜約１０００Å、約７０〜約５００Å、約７０〜約３００Å、約７０〜約２００Å、約７０〜約１００Å、約８０〜約２０００Å、約８０〜約１０００Å、約８０〜約５００Å、約８０〜約３００Å、約８０〜約２００Å、約１００〜約２００Å、約１００〜約３００Å、約１００〜約４００Å、約１００〜約５００Å、約２００〜約５００Å、または約２００〜約６００Åである。好ましくは、平均孔径は、約３０〜約２０００Åであり、さらに好ましくは、約８０〜約１０００Åである。最も好ましくは、平均孔径は、約８０〜約３００Åである。
【００７１】
粒子状材料の（ＢＥＴ）比表面積は、典型的に、約０．１〜２０００ｍ2／ｇである。例えば、粒子状材料の比表面積は、約１〜約１０００ｍ2／ｇ、約１〜約８００ｍ2／ｇ、約１〜約６００ｍ2／ｇ、約１〜約５００ｍ2／ｇ、約１〜約４００ｍ2／ｇ、約１〜約２００ｍ2／ｇ、または約１〜約１００ｍ2／ｇである。別の例において、材料の比表面積は、約１０〜約１０００ｍ2／ｇ、約１０〜約８００ｍ2／ｇ、約１０〜約６００ｍ2／ｇ、約１０〜約５００ｍ2／ｇ、約１０〜約４００ｍ2／ｇ、約１０〜約２００ｍ2／ｇ、または約１０〜約１００ｍ2／ｇである。別の例において、材料の比表面積は、約５０〜約１０００ｍ2／ｇ、約５０〜約８００ｍ2／ｇ、約５０〜約６００ｍ2／ｇ、約５０〜約５００ｍ2／ｇ、約５０〜約４００ｍ2／ｇ、約５０〜約２００ｍ2／ｇ、または約５０〜約１００ｍ2／ｇである。好ましくは、粒子状材料の比表面積は、約１〜約５００ｍ2／ｇまたは約１０〜約５００ｍ2／ｇ、（特に、約５０〜約５００ｍ2／ｇ）である。別の例において、さらに好ましい比表面積は、約１０〜約１００ｍ2／ｇである。
【００７２】
非多孔質粒子について、好ましい比表面積は、約０．５〜１０ｍ2／ｇである。非多孔質粒子について、メジアン粒径は、好ましくは０．１〜５μｍである。
【００７３】
生成されたシリカまたはハイブリッドシリカ粒子の表面改質は、固定相材料としての使用のための表面改質シリカ粒子の既知の方法を使用して可能であることが、理解されるであろう。シリカまたはハイブリッドシリカ粒子は、例えば、Ｃ１８表面改質されてもよい。特定の実施形態におけるシリカまたはハイブリッドシリカ粒子は、米国特許出願公開第２０１２／０２０５３１５号で説明されるように、シルセスキオキサン部分を使用して表面改質もされてもよい。同じまたは異なるシルセスキオキサンが、シリカ粒子の骨格を形成するために使用されるように、表面改質剤として使用されることができる。そのため、さらに高い熱安定性、さらに高いｐＨ安定性、改善された機械的安定性及び化学的堅牢性をもたらす目的で、これらの分子は、クロマトグラフィー応用のために、新規の特徴を粒子のバルクと表面との両方に導入するために使用されることができる。
【００７４】
本発明による本材料の利点は、丈夫な化学的安定性、改善された熱安定性、高い物理的強度、高いｐＨ安定性、及びさらに環境にやさしい合成工程（例、揮発性及び有害なシラン試薬を少なく使用する）を含んでもよい。本材料は、様々な高性能の分離媒体のためのプラットフォームを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明による、無機シリカ粒子を形成するための例示の無機シルセスキオキサン−シラノールの構造を概略的に示す。
【図２】ハイブリッド有機シリカ粒子（Ｒが有機置換基である）の生成のための好適な無機シルセスキオキサン−シラノールの例１〜６を概略的に示す。
【図３Ａ】下記の実施例１において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×７ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図３Ｂ】下記の実施例１において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×７ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図４Ａ】下記の実施例４において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×４ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図４Ｂ】下記の実施例４において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×４ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図５Ａ】下記の実施例７において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×４ｋ及び×９ｋ）を示す。
【図５Ｂ】下記の実施例７において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×４ｋ及び×９ｋ）を示す。
【図６Ａ】下記の実施例９ａにおいて得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図６Ｂ】下記の実施例９ａにおいて得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図７Ａ】下記の実施例１２．５において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図７Ｂ】下記の実施例１２．５において得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図８】５％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳを使用して下記の実施例１３で得られる、孔径が増加した粒子に対する、水銀圧入ポロシメトリーから得られる、孔直径に対するＬｏｇ微分細孔体積の等温線を示す。
【図９】５％のトリシラノールフェニルＰＯＳＳを使用して下記の実施例１３で得られる、孔径が増加した粒子に対する、ＢＪＨ脱着等温線を示す。
【図１０Ａ】下記の実施例２８ａで得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図１０Ｂ】下記の実施例２８ａで得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図１１Ａ】下記の実施例２９ａで得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×２．５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【図１１Ｂ】下記の実施例２９ａで得られる粒子のＳＥＭ画像（それぞれ×２．５ｋ及び×１０ｋ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７６】
実施例の説明
本発明のさらなる理解を可能にするために、しかし本発明の範囲を制限することなく、本発明の様々な例示の実施形態が、添付の図面を参照して説明される。
【００７７】
材料及び方法
例において、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）としても知られているテトラエチルオルトシリケート、エタノール（無水防腐剤無添加）、無水酢酸（試薬用）及びヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（ＣＴＡＢ、９８％）は、すべてＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ（英国）から購入された。水酸化アンモニウム溶液（３５重量％のＮＨ3）及びトルエン（試薬用）はＦｉｓｈｅｒ（Ｌｏｕｇｈｂｏｒｏｕｇｈ、英国）から購入された。イソオクチルトリシラノールシルセスキオキサン、イソブチルトリシラノールシルセスキオキサン、フェニルジシラノールシルセスキオキサン、フェニルトリシラノールシルセスキオキサン、及びオクタＴＭＡシルセスキオキサン（商品名ＰＯＳＳ）はすべてＨｙｂｒｉｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ（Ｈｅｔｔｌｅｓｂｕｒｇ、米国）から購入された。すべての化学物質、溶媒、及び試薬は、さらなる精製をせずに受け取られたまま使用された。脱イオン化した（ＤＩ）水は、社内で提供された。
【００７８】
窒素収着測定は、ＭｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓのＡＳＡＰ  ２０２０容積分析器上で実行された。測定の前に、試料は２００℃で１２時間脱気された。比表面積は、ＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ  Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法を使用して計算された。孔径分布は、ＢＪＨ（Ｂａｒｒｅｔｔ  Ｊｏｙｎｅｒ−Ｈａｌｅｎｄａ）法を使用する吸着データから計算された。平均孔径（ＷBJH）は、ＰＳＤの最大として定義される。シリカマイクロ球の画像を得るために走査型電子顕微鏡（Ｈｉｔａｃｈｉ  ＴＭ−１００）が使用された。
【００７９】
Ｂｅｃｋｍａｎｎ  Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒの３コールターカウンタ上で電気検知帯（ＥＳＺ）技術、ならびに遠心粒径（ＣＰＳ）技術を介する分析を使用する、粒径分布（ＰＳＤ）が測定された。Ｄ１０は、累積粒径分布の１０％で粒径として定義され、Ｄ９０は、累積粒径分布の９０％で粒径として定義される。Ｄ９０／１０は、Ｄ９０値のＤ１０値に対する比率として定義される。Ｃ組成物％は、ＬＥＣＯ  ＣＳ２３０炭素／硫黄分析器を使用してマイクロ分析によって決定された。
【００８０】
多孔質のシリカ粒子の合成
修正されたＳｔｏｂｅｒ法
一般的な手順１
メソ多孔質シリカマイクロ球は、室温で単純なバッチ工程で合成された。まず、０．７８５ｇの界面活性剤（ＣＴＡＢ）が、室温（２２℃）で、２Ｌの丸底フラスコ内で、２５０ｍＬのＤＩ水及び４００ｍＬの無水エタノールを含有する溶液に溶解された。懸濁液を混合することが、１時間、低速で磁気攪拌（２００ｒｐｍ）することで可能にされた。１０ｍＬのＮＨ4ＯＨ（２５％）を混合物に添加し、さらに１５分間攪拌して加水分解溶液を作り、その後、３．５６ｍＬのＴＥＯＳ及びｘｍＬ（ｘは０．４４または２ｍＬのいずれか）のＰＯＳＳの予め混合された溶液の１段階の添加によって、以下のモル比、すなわち１モルのＴＥＯＳ：０．０２２〜０．３モルのＰＯＳＳ：０．１２モルのＣＴＡＢ：７５４モルのＨ2Ｏ：３７２モルのＥｔＯＨ：７．３モルのＮＨ3であるゾルをもたらした。一般的に、出発原料及び／または粒子におけるアルコキシシランのシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）に対するモル比は、１：ｘの範囲内であってもよく、ｘが０．０１〜３であり、好ましくは０．０２〜２であり、さらに好ましくは０．１〜１．５であり、特には０．１〜１または０．３〜１である。ゾルは、３００ｒｐｍで２４時間攪拌することが可能にされた。シリカの沈殿は、遠心分離（３７００ｒｐｍで５分）によって分離され、メタノールで洗浄され（５回）、かつ８０℃で１６時間乾燥された（０．２℃／分の加熱速度）。界面活性剤は、１５０ｍＬの無水エタノール及び１．７ｍＬの濃縮ＨＣｌの溶液に追加された１ｇのシリカ球を含む酸抽出によって、除去された。酸性溶液は、６０℃に加熱され、２４時間反応することを可能にされた。この手順はさらに２回繰り返された。異なるＰＯＳＳ分子が、例えば、トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳ、トリシラノールフェニルＰＯＳＳ、またはトリシラノールエチルＰＯＳＳ、トリシラノールブチルＰＯＳＳなど、異なる例において使用された。
【００８１】
実施例１
反応は、上記で説明された一般的な手順に従ったが、わずかな変化を伴った。ＴＥＯＳ及びトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳは、加水分解溶液への追加の前にエタノールに溶解された。このために、組み合わせられた前駆体の体積の４倍に相当するエタノールの体積が使用され（すなわち、３．５６ｍＬのＴＥＯＳ及び０．４４ｍＬのＰＯＳＳ（合計４ｍＬ）が１６ｍＬのエタノールに溶解された）、これはエタノールの合計の容量からとられた（すなわち、４００ｍＬの代わりに３８４ｍＬのエタノールが２５０ｍＬのＤＩ  Ｈ2Ｏと混合され、加水分解溶液を構成した。）
【００８２】
実施例２
実施例２において、実施例１の手順に従い、前駆体の量が変更され、１：１の混合物が達成された。そのため、実施例２の組成物は、２ｍＬのＴＥＯＳ及び２ｍＬのＰＯＳＳであった。実施例１と２の両方が、修正されたＳｔｏｂｅｒ条件で得られた、通常シリカ粒子に関連付けられる、さらに大きい粒径分布のある球状の粒子を生成した。実施例１と２の両方が、合成後に高いＣ組成物％を伴うシリカを生成した（下記の結果を参照）。
【００８３】
実施例３〜６
実施例３〜６は、結果として得られる粒径分布を改善することに焦点を当てた。実験プロトコルは、まず上記に説明された一般的な手順に戻って、すなわち、これらの場合において、前駆体の前希釈が実行されなかった。ＴＥＯＳ及びＰＯＳＳ試薬は、ガラスバイアル内で混合され、２分間超音波で混合された。この後、混合された前駆体溶液が反応フラスコに追加された。これらの実施例は、非常に小さな粒径分布及び約１．５μｍの平均粒径をもつ粒子を生成した。いかなる理論にも束縛されるものではないが、これらの例ではイソオクチルである、アルキルの、ＰＯＳＳ化合物内における鎖は、反応混合物に追加される場合、反応媒体を安定化させるのを助け、それによって安定したエマルションが形成されること、及び深刻な粒子の凝集の防止を可能にする。炭素組成物％は、実施例１から得られた結果と一致した。
【００８４】
実施例６ａ（焼成）
実施例６から回収された材料の１ｇの部分は、炉内に配置され、２４時間、５６０℃まで（１Ｋ／分の速度で）加熱された（焼成された）。このステップは、コールター技術による粒径測定が実用上の限定を有するため、実行された。実施例１〜６から回収された粒子は、ＳＥＭで見られた場合、約１．４〜１．５μｍの平均径を有し、この径はコールター器具に対する検出の下限である。これらの試料に対する報告されたＤ９０／１０の比率は、ＳＥＭで観察されたものよりも、さらに広く見られた。ＣＰＳ技術は、非常に広い検出範囲を有し、本事象において、さらに正確な結果を提供する。しかしながら、本技術は、分析のために懸濁液勾配を提供する水性しょ糖溶液を使用する。ハイブリッドオルガノシリカ形態におけるシリカ粒子は、共縮合されたＰＯＳＳの介在物のため、関連付けられたあまりに多くの疎水性を有し、回収された粒子は、有機官能基の除去を伴わなければ分析されることができなかった。焼成がこれを促進し、加熱温度が焼結温度（＞８００℃）まで上昇された場合、非多孔質粒子が生成されることができたことも示した。本方法を介して作られた粒子は、通常のシロキサン（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）結合に対して、Ｓｉ−（ＳｉＯ１．５）−Ｓｉ結合を有するべきである。
【００８５】
実施例７
実施例７が、小さな粒径分布を維持したまま、回収された平均粒径の増加を調査するために使用された。これを試行し、達成するために、本調査は、従来のＳｔｏｂｅｒ反応の既知のパラメータを使用した。さらに低い反応温度及び反応物の濃度の変化などのパラメータは、最終的な粒径を変更することができる。本実験は、システム内へのＮＨ3触媒の濃度を５０％減少させることを含んだ。本実験からの結果は、１．４μｍから１．８μｍへ最終粒径を増加させ、一方で最終粒径分布を維持する。
【００８６】
結果
実施例１〜７について選択された測定は、表１に示される。用語ＳＳＡ、ＭＰＶ、及びＭＰＤはそれぞれ、比表面積、メジアン孔体積、及び中央孔径を表す。
【表１】
0006480471.tif 000002
【００８７】
実施例１において取得される粒子のＳＥＭ画像は、図３Ａ（×７ｋ）及び図３Ｂ（×１０ｋ）において示される。１０μｍ規模は、粒径を示すように示され、粒子は明確な球体の形状である。実施例４において取得される粒子のＳＥＭ画像は、図４Ａ（×４ｋ）及び図４Ｂ（×１０ｋ）において示される。２０μｍまたは１０μｍ規模は、粒径を示すように示され、粒子は再度明確な球体の形状である。実施例７で取得される球体粒子のＳＥＭ画像（減少されたＮＨ3触媒）が、図５Ａ（×４ｋ）及び図５Ｂ（×９ｋ）に示される。小さい粒径分布は、ＳＥＭ画像から明白である。
【００８８】
本粒子は、さらに処理されてもよい。数々のプロトコルが次に説明される。
【００８９】
実施例１〜７からの官能性のハイブリッドシリカ粒子の孔の拡大
焼成されていない粒子が予め調製された水に追加され、ジメチルドデシルアミン（ＤＭＤＡ３．３％ｖ）エマルションシステムとなる。１時間の混合の後、オートクレーブのために内容物が移動され、３日間、水熱的に１３０℃まで加熱される。孔が拡大された粒子は、室温まで冷却されることが可能にされ、メタノール、メタノール：水（５０％）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄され、次に一晩、８０℃で乾燥する。
【００９０】
有機官能性の除去を伴わない界面活性剤テンプレートの除去
界面活性剤テンプレートが、酸性エタノール溶液を使用して繰り返される抽出によって除去される。２ｇの孔が広がったシルセスキオキサンハイブリッドシリカ粒子が、無水エタノール（１５０ｍＬ）内に懸濁され、その後、濃縮された塩酸（１．７ｍＬ）が追加される。懸濁液は、一晩還流される。粒子は、遠心分離によって収集され、エタノールで繰り返し洗浄される。抽出工程は３回繰り返され、続いて、８０℃で、炉内で乾燥する。
【００９１】
孔の拡大２
第２の孔拡大手順は、粒子をＤＩ水及びトリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン（ＴＲＩＳ）の混合物に追加することで実行されてもよい。典型的な例は次のとおりである。界面活性剤テンプレートで抽出された粒子の１．５ｇは、ＴＲＩＳ（０．４ｇ）の溶液及びＤＩ水（１０ｍＬ）内に溶解され、次に、１３５℃で２４時間水熱処理され、続いてＤＩ水、メタノール、及びアセトン内で洗浄される。粒子は、一晩、８０℃で乾燥される。
【００９２】
ハイブリッドである完全な多孔質の粒子を生成するためのさらなる例も、本発明の範囲内に含まれる。このような方法は、小さい粒径分布を生成するために分類を必要としてもよい。
【００９３】
修正されたＳｔｏｂｅｒ法
一般的な手順２
一般的な手順１と同様の別の一般的な手順が、別の一連の実施例のために使用された。一般的な手順２は、非ハイブリッドのシリカを形成する、ＰＯＳＳ化合物（すなわち、ＴＥＯＳのみ）を伴わずに、まず下記に説明される。続いて、ＴＥＯＳのある部分に代わり異なる量のＰＯＳＳを伴う手順が説明される（下記の実施例８〜１２）。ＰＯＳＳ化合物の重量％の追加は、ＴＥＯＳの追加の合計の重量％として与えられる。
【００９４】
ＴＥＯＳのみを使用する一般的な手順２
典型的な調製において、３．２ｇのＣＴＡＢがまず、１０００ｍＬの水及び１６００ｍＬの無水エタノールからなる混合物内に溶解された。１５ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％のＮＨ3）が混合物内に追加され、１６ｍＬのＴＥＯＳの追加の単一のステップの前に、１５分間攪拌された。懸濁液は、２４時間、２５０ｒｐｍで攪拌されることを可能にされた。シリカ粒子は、６０℃で一晩乾燥される前に、遠心分離で分離され、かつメタノール、水、及びアセトンで繰り返し洗浄され、次にテンプレートを除去するために、２４時間、５６０℃で焼成された。
【００９５】
一般的な手順２を介して生成された粒子から得られる一組の結果が、下記の表２に示される。
【表２】
0006480471.tif 000003
【００９６】
実施例８及び９
ＰＯＳＳで合成されるハイブリッド多孔質シリカマイクロ球
上記の一般的な手順２を使用して、ハイブリッドメソ多孔質シリカマイクロ球を形成するために、ＴＥＯＳのある部分に代わり様々な量のＰＯＳＳ化合物が使用された。ＰＯＳＳ化合物の化学的性質は変化され（トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳまたはトリシラノールフェニルＰＯＳＳのいずれかを使用して）、追加された量は、一般的な手順２で使用されたシリカ前駆体（ＴＥＯＳ）の合計の重量パーセントに基づいた。
【００９７】
実施例８−トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳの追加
典型的な調製において、３．２ｇ（３．３ミリモル）のＣＴＡＢが、まず、１０００ｍＬの水及び１６００ｍＬの無水エタノールからなる混合物内に溶解された。１５ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％のＮＨ3）が混合物内に追加され、１５．８４ｍＬのＴＥＯＳ及び０．１４９ｇのトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳの予め混合された溶液の追加の単一のステップの前に、１５分間攪拌された（実施例８ａ）。懸濁液は、２４時間、２５０ｒｐｍで攪拌されることを可能にされた。シリカ粒子は、６０℃で一晩乾燥される前に、遠心分離で分離され、かつメタノール、水、及びアセトンで繰り返し洗浄された。
【００９８】
テンプレートが、還流下の酸性エタノール溶液を伴う、繰り返される抽出を介して除去された。典型的な例において、孔膨張手順から回収された粒子が、エタノール（１．５重量％）内に懸濁され、その後、濃縮された塩酸が追加された（２．５重量％）。懸濁液は、２４時間、還流され、遠心分離によって回収された粒子は、続いて中性ｐＨが達成されるまでエタノールで洗浄された。本工程は、３回繰り返された。
【００９９】
実験的な調査は、最終的な粒径分布または粒子モルホロジーへの崩壊を伴わずに、調製内に含まれるＰＯＳＳの量が、最初のＴＥＯＳの重量の合計の１０％まで増加されることができることを示した。平均粒径における増加は、ＰＯＳＳの介在物によって起こる。
【０１００】
様々な実験の実行（実施例８ａ〜８ｅ）のための詳細が表３に挙げられ、トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳの重量％の追加は、ＴＥＯＳ追加の合計の重量％として与えられる。得られた結果が表４において与えられる。本方法論から生成された粒子のＳＥＭ画像は、一般的に図４Ａ及び４Ｂに示されるのと同じである。
【表３】
0006480471.tif 000004
【表４】
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【０１０１】
実施例９−トリシラノールフェニルＰＯＳＳの追加
実施例８において説明される合成プロトコルが繰り返されたが、ＰＯＳＳ分子の種類は、トリシラノールフェニルＰＯＳＳに変更される（実施例９ａ及び９ｂ）。得られた結果が表５において与えられる。５重量％のトリシラノールフェニルＰＯＳＳの介在物から生成された粒子のＳＥＭ画像の例が、図６Ａ（×５ｋ）及び図６Ｂ（×１０ｋ）において示される。
【表５】
0006480471.tif 000006
【０１０２】
実施例１０−さらに大きな孔体積をもつ粒子の生成を促進するために高められた界面活性剤濃度
一般的方法
実施例８及び９において説明される実験方法は、小さな粒径分布をもつオルガノシリカマイクロ球を生成した。しかしながら、合成された材料の物理的特性の分析は、孔の体積が、得られた値が＜０．４ｃｍ3／ｇであり、比較的低いことを示した。一連の実験が、それによって、最終粒径分布または粒子モルホロジーを崩壊させずに、孔の体積を増加させるように設計された。これは、反応混合物において界面活性剤ＣＴＡＢの量を、徐々に増加することによって達成された。４．６ミリモルの最終的な最大ＣＴＡＢ濃縮は、大きな孔体積＞０．４ｃｍ3／ｇをもつ小さな粒子分布をもつ球体メソ多孔質マイクロ球を生成するのに最適であるように決定された。
【０１０３】
典型的な調製において、４．４ｇ（４．６ミリモル）のＣＴＡＢが、まず、１０００ｍＬの水及び１６００ｍＬの無水エタノールからなる混合物内に溶解された。１６ｍＬのＴＥＯＳの追加の単一のステップの前に、１５ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％のＮＨ3）が混合物に追加され、１５分間攪拌された。懸濁液は、２４時間、２５０ｒｐｍで攪拌されることを可能にされた。シリカ粒子は、６０℃で一晩乾燥される前に、遠心分離で分離され、かつメタノール、水及びアセトンで繰り返し洗浄された。表６に結果が示される。
【表６】
0006480471.tif 000007
【０１０４】
実施例１１−ＰＯＳＳを使用する、孔の体積が増加されたハイブリッド粒子（例、トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳまたはトリシラノールフェニルＰＯＳＳ）の生成を促進するために高められた界面活性剤の濃度
さらに大きな孔体積のハイブリッドシリカマイクロ球が、実施例１０で使用された一般的な方法論に基づいて生成された。反応条件が表７に挙げられ、結果が表８に与えられる。
【表７】
0006480471.tif 000008
【表８】
0006480471.tif 000009
【０１０５】
実施例１２−粒径の増加
最終的な粒径は、水酸化アンモニウムの体積の調整によって、反応において制御されることができる。反応条件及び得られた最終的な粒径が表９に示される。５重量％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳの介在物から生成された粒子のＳＥＭ画像の例、及び減少されたＮＨ4ＯＨの体積（例１２．５）が、図７Ａ（×５ｋ）及び図７Ｂ（×１０ｋ）において示される。
【表９】
0006480471.tif 000010
【０１０６】
実施例１３−孔径の増加
クロマトグラフィーの分離における使用のための粒子の孔径を増加させることが、望ましい。孔の幅を増加させるために様々な方法が利用可能である。典型的な手法は、合成が行われた直後のテンプレートの膨張方法を含む。テンプレートの除去は、次に、非ハイブリッド材料または溶媒抽出のために、焼成を介して、必要とされる。一度これが行われると、エッチング手順が孔径を、典型的にクロマトグラフィーの分離に必要とされる領域、すなわち＞５０Åへと、さらに広げることができる。実施例１３は、Ｓａｙａｒｉらの実施を基にしており、方法が下記に与えられる。
【０１０７】
水におけるＤＭＤＡのエマルション（３％）が、１時間、激しく攪拌された（４００ｒｐｍ）。合成されたシリカ粉末（２．５％ｗ／ｗ）が、エマルションに追加され、さらに１時間、減少された３００ｒｐｍの速度で攪拌され、次に、４８時間、１１０℃で、オートクレーブにおいて、自発生圧力下で静的に処理された。シリカが遠心分離によって回収され、１６時間、６５℃で乾燥され、次に２４時間、５６０℃で焼成され、テンプレートを除去した。
【０１０８】
さらに孔径を増加させるために、上記の熱処理から得られた粒子が、水に懸濁され（１０％ｗ／ｗ）、それが、完全な分散を補助するために、超音波処理された。これらの粒子に水酸化アンモニウム溶液（２５％ｗ／ｗ）が追加され、ｐＨが１１に調整され、次に、穏やかな攪拌で、６時間、室温で反応させられた。
【０１０９】
表１０に結果が示される。
【表１０】
0006480471.tif 000011
【０１１０】
例えば、上記の表１０に挙げられる、５％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳに対する、水銀圧入ポロシメトリーから得られる、孔直径に対するＬｏｇ微分細孔体積の等温線が、図８に示される。
【０１１１】
５％のトリシラノールフェニルＰＯＳＳを含有する、表１０に挙げられた例のためのＢＪＨ脱着等温線が、図９に示される。
【０１１２】
両方の孔径拡張手順が、孔幅の拡大を明らかに示す。
【０１１３】
実施例１４−ハイブリッドＰＯＳＳポリエトキシシラン（ＰＥＳ）を介した多孔質ハイブリッドシリカの生成
ハイブリッドシリカ粒子のさらに多いバッチ生成は、ハイブリッドポリエトキシシランの乳化を介して生成されることができる。ハイブリッドポリエトキシシラン（ＰＥＳ）は、まずＴＥＯＳのＰＯＳＳとの共縮合から生成される。ハイブリッドＰＥＳは、次に乳化され、球体ビーズを生成する。表面積、孔体積、及び孔径の制御は、ハイブリッドＰＥＳの調製から、または乳化に導入される添加剤によって、制御されることができる。
【０１１４】
本方法の例は次のとおりである。
【０１１５】
ポリエトキシシラン（ＰＥＳ）の調製
２３３ｍＬのテトラエトキシシラン及び１５ｇのトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳが、フラスコ内で混合された。４４５ｍＬの無水、添加剤を含まない、２００プルーフエタノールが追加され、続いて５０ｍＬの０．０１Ｍ  ＨＣｌ溶液が混合物内に低速で追加され、次にそれが窒素雰囲気の下、１６時間、還流される。混合物が、あらゆる余分なエタノールを除去するために真空下で蒸留され、続いて、２時間、上昇された１２５℃の温度で、窒素下でさらに加熱される。ハイブリッドポリエトキシシランの茶色の粘液が得られる。
【０１１６】
多孔質シリカ粒子を生成するためのポリエトキシシランの乳化
９００ｍＬのＤＩ水及び３００ｍＬのエタノールの混合物が、ＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＳＭホモジナイザーを使用して、ビーカー内で混合された（８０００ｒｐｍ、１５分）。別に、ハイブリッドＰＥＳの３３０ｍＬの懸濁液、２０ｍＬのトルエン、及び３０ｍＬのＤＭＦが調製された。１５分の攪拌の後、ＰＥＳ／トルエン／ＤＭＦ混合物が、水／エタノール分散液に追加された。混合物は、２０分間反応することを可能にされた。攪拌が停止された後にさらに３分間攪拌して球体ビーズをゲル化するために、４０ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％）がエマルションに追加された。粒子懸濁液が、次に、１６時間、５０℃で加熱され、粒子がろ過によって収集され、メタノール、メタノール：水（６０：４０ｖ：ｖ）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄された。粒子は次に真空炉内で、２４時間、８０℃で乾燥された。表１１に結果が示される。
【表１１】
0006480471.tif 000012
さらに、本発明による粒子を生成するために使用されてもよい様々な手順の例が下記に与えられる。
【０１１７】
実施例１５−メソ多孔質粒子を作るためのＰＥＯＳ手順へのトリシラノールアルキルＰＯＳＳ（イソブチルまたはイソオクチルＰＯＳＳの様式）の追加
１５．１  ポリエトキシシラン（ＰＥＯＳ）の調製
無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（４４５ｍＬ）及びテトラエトキシシラン（２３３ｍＬ）がフラスコ内で混合される。０．０１Ｍ  ＨＣｌ溶液が混合物に低速で追加され、次に、１６時間、窒素雰囲気下で還流される。混合物は、あらゆる余分なエタノールを除去するために真空下で蒸留され、続いて、２時間、上昇された１２５℃の温度で、窒素下でさらに加熱される。ポリエトキシシランの無色の粘液は、およそ８００の分子量となる。
【０１１８】
１５．２  多孔質シリカ粒子を生成するためのポリエトキシシランの乳化
ＤＩ水（４８０ｍＬ）及びイソプロパノールＩＰＡ（１６０ｍＬ）の混合物が、ＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＳＭホモジナイザーを使用して、ビーカー内で混合された（４７００ｒｐｍ）。別のビーカーにおいて、トリシラノールアルキルＰＯＳＳ（１１８．４ｇ）がポリエトキシシラン（１２０ｍＬ）及びジメチルホルムアミド（４０ｍＬ）に追加される。混合物は、２０分間反応することを可能にされ、その後、攪拌された水／ＩＰＡ溶液に追加され、５分間混合されることを可能にされる。さらに３分間攪拌して球体ビーズをゲル化するために、水酸化アンモニウム溶液２５％（５０ｍＬ）がエマルションに追加され、その後、攪拌が停止される。粒子懸濁液が、次に、１６時間、５０℃で加熱され、粒子がろ過によって収集され、メタノール、メタノール：水（６０：４０ｖ：ｖ）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄された。粒子は次に真空炉内で、２４時間、８０℃で乾燥された。
【０１１９】
実施例１６−孔の拡大が後続するトリシラノールアルキル−ＰＯＳＳ（イソブチルまたはイソＣ８様式）の一般的なゾルゲル手順への追加
１６．１多孔質ＰＯＳＳシリカ球を形成するための一般的なゾルゲルエマルション方法
２７重量％のＳｉＯ2からなる８０ｍＬの水性シリカゾルに、ＯｃｔａＴＭＡ  ＰＯＳＳ（８ｇ）が追加され、３０分間混合することが可能にされる。１．０８ｇの界面活性剤スパン８０及び１．０８ｇのステアリン酸をトルエン（２５０ｍＬ）内に溶解することで、油相が調製される。エマルションを作るためにＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＭホモジナイザーが使用される。攪拌器は６０００ｒｐｍで回転することを可能にされ、シリカ／ＰＯＳＳゾルが油相に追加され、１５分間攪拌される。
【０１２０】
シリカゾルは、直径が１〜３０μｍの球状の滴になる。無水酢酸（１０ｍＬ）が、３０秒より長く、エマルション内に追加され、粒子は一晩置かれることが可能にされる。
【０１２１】
この方法で調製されたシリカゲルスラリーが、メタノール内に分散され、再度一晩置かれることが可能にされる。前もって追加されるトルエン及び乳化剤が、繰り返し、上澄みのメタノール溶液を他の容器に静かに移すことで除去される。
【０１２２】
実施例１７−孔拡大及び焼成が後続するトリシラノールＰＯＳＳ（任意の種類の）を使用する修正されたＳｔｏｂｅｒ反応
あらゆる有機官能基を伴わず、骨格内にシルセスキオキサン籠を含有する完全な多孔質純シリカ粒子は、次の手順によって得られることができる。
【０１２３】
メソ多孔質シリカマイクロ球は、室温で単純なバッチ工程で合成された。まず、０．７８５ｇの界面活性剤（ＣＴＡＢ）が、室温（２２℃）で、２Ｌの丸底フラスコ内で、２５０ｍＬのＤＩ水及び４００ｍＬの無水エタノールを含有する溶液に溶解された。懸濁液を混合することが、１時間、低速で磁気攪拌（２００ｒｐｍ）することで可能にされた。１０ｍＬのＮＨ4ＯＨ（２５％）を混合物に添加し、さらに１５分間攪拌して加水分解溶液を作り、その後、３．５６ｍＬのＴＥＯＳ及びｘｍＬ（ｘは０．４４または２ｍＬのいずれか）のＰＯＳＳの予め混合された溶液の１段階の添加によって、以下のモル比、すなわち１モルのＴＥＯＳ：０．０２２〜０．３モルのＰＯＳＳ：０．１２モルのＣＴＡＢ：７５４モルのＨ2Ｏ：３７２モルのＥｔＯＨ：７．３モルのＮＨ3であるゾルをもたらした。ゾルは、３００ｒｐｍで２４時間攪拌することが可能にされた。シリカの沈殿は、遠心分離（３７００ｒｐｍで５分）によって分離され、メタノールで洗浄され（５回）、かつ８０℃で１６時間乾燥された（０．２℃／分の加熱速度）。
【０１２４】
１７．１  孔の拡大１
焼成されていない粒子が、次に、予め調製された水に追加され、ジメチルドデシルアミン（ＤＭＤＡ３．３％ｖ）エマルションシステムとなる。１時間の混合の後、オートクレーブに内容が移動され、３日間、水熱的に１３０℃まで加熱される。孔が拡大された粒子は、室温まで冷却されることが可能にされ、メタノール、メタノール：水（５０％）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄され、続いて、一晩、８０℃で乾燥する。
【０１２５】
１７．２  界面活性剤テンプレート及び有機官能性の除去
乾燥した後、粒子は界面活性剤テンプレート及び使用されたＰＯＳＳ化合物の有機官能基を除去するために焼成される。焼成は、材料を好適な炉内で２４時間、５６０℃（１℃／分の加熱速度）で加熱されることで実行されることができる。
【０１２６】
１７．３  孔の拡大２
第２の孔拡大手順は、粒子をＤＩ水及びトリ（ヒドロキシメチル）アミノメタン（ＴＲＩＳ）の混合物に追加することで実行される。典型的な例は次のとおりである。界面活性剤テンプレートで抽出された粒子の１．５ｇは、ＴＲＩＳ（０．４ｇ）の溶液及びＤＩ水（１０ｍＬ）内に溶解され、次に、１３５℃で２４時間水熱処理され、続いてＤＩ水、メタノール、及びアセトン内で洗浄される。粒子は、一晩、８０℃で乾燥される。
【０１２７】
実施例１８−焼成が後続するシルセスキオキサン（ＰＯＳＳ）（トリシラノール）のＰＥＯＳへの組み込み
１８．１  ポリエトキシシランの調製
無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（４４５ｍＬ）及びテトラエトキシシラン（２３３ｍＬ）がフラスコ内で混合される。０．０１Ｍ  ＨＣｌ溶液が混合物に低速で追加され、次に、１６時間、窒素雰囲気下で還流される。混合物は、あらゆる余分なエタノールを除去するために真空下で蒸留され、続いて、２時間、上昇された１２５℃の温度で、窒素下でさらに加熱される。ポリエトキシシランの無色の粘液は、およそ８００の分子量となる。
【０１２８】
１８．２  多孔質シリカ粒子を生成するためのポリエトキシシランの乳化
ＤＩ水（４８０ｍＬ）及びイソプロパノールＩＰＡ（１６０ｍＬ）の混合物が、ＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＳＭホモジナイザーを使用して、ビーカー内で混合された（４７００ｒｐｍ）。別のビーカーにおいて、トリシラノールＰＯＳＳ（１１８．４ｇ）がポリエトキシシラン（１２０ｍＬ）及びジメチルホルムアミド（４０ｍＬ）に追加される。混合物は、２０分間反応することを可能にされ、その後、攪拌された水／ＩＰＡ溶液に追加され、５分間混合されることを可能にされる。さらに３分間攪拌して球体ビーズをゲル化するために、水酸化アンモニウム溶液２５％（５０ｍＬ）がエマルションに追加され、その後、攪拌が停止される。粒子懸濁液が、次に、１６時間、５０℃で加熱され、粒子がろ過によって収集され、メタノール、メタノール：水（６０：４０ｖ：ｖ）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄された。粒子は次に真空炉内で、２４時間、８０℃で乾燥された。
【０１２９】
１８．３  有機官能基の焼成除去
乾燥した後、粒子は、使用されたＰＯＳＳ化合物の有機官能基を除去するために焼成される。焼成は、材料を好適な炉内で２４時間、５６０℃で（１℃／分の加熱速度）加熱されることで実行される。
【０１３０】
実施例１９−焼成が後続するＰＯＳＳ（ＯｃｔａＴＭＡ）の一般的なゾルゲル方法への組み込み
１９．１  多孔質ハイブリッド球を生成するための一般的なゾルゲルエマルション方法
２７重量％のＳｉＯ2からなる８０ｍＬの水性シリカゾルに対して、ＯＣＴＭＡ  ＰＯＳＳ（８ｇ）が追加され、３０分間の混合が可能にされる。１．０８ｇの界面活性剤スパン８０及び１．０８ｇのステアリン酸をトルエン（２５０ｍＬ）内に溶解することで、油相が調製される。エマルションを作るためにＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＭホモジナイザーが使用される。攪拌器は６０００ｒｐｍで回転することを可能にされ、シリカ／ＰＯＳＳゾルが油相に追加され、１５分間攪拌される。
【０１３１】
シリカゾルは、直径が１〜３０μｍの球状の滴になる。無水酢酸（１０ｍＬ）が、３０秒より長く、エマルション内に追加され、粒子は一晩置かれることが可能にされる。
【０１３２】
この方法で調製されたシリカゲルスラリーが、メタノール内に分散され、再度一晩置かれることが可能にされる。前もって追加されるトルエン及び乳化剤が、繰り返し、上澄みのメタノール溶液を他の容器に静かに移すことで除去される。
【０１３３】
１９．２  有機官能基の焼成／除去
乾燥した後、粒子は、使用されたＰＯＳＳ化合物の有機官能基を除去するために焼成される。焼成は、材料を好適な炉内で２４時間、５６０℃で（１℃／分の加熱速度）加熱されることで実行される。
【０１３４】
実施例２０−焼結を伴わずにトリシラノールＰＯＳＳ（任意の種類）を組み込むＳｔｏｂｅｒ法
組み込まれたＰＯＳＳのオルガノ官能基を保持する非多孔質のシリカ粒子が、次の手順によって得られることができる。無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（２３ｍＬ）及び水酸化アンモニウム溶液（２５％、５ｍＬ）が丸底フラスコ内で混合される。別のバイアルにおいて、ＴＥＯＳ（０．４９ｍＬ）及びトリシラノールＰＯＳＳ（０．１ｍＬ）が混合され（超音波処理、２分間）、その後、２ｍＬのエタノールが追加され、溶液は再度、超音波処理される。エタノール／水酸化アンモニウム溶液に、高速攪拌でＴＥＯＳ／ＰＯＳＳ／エタノール混合物が追加される。本反応は、１６時間進めることを可能にされる。遠心分離によって粒子は収集され（３７００ｒｐｍ、５分）、かつメタノール及びアセトンで繰り返し洗浄され、続いて、一晩、８０℃で乾燥する。
【０１３５】
実施例２１−焼結を伴わないＴＥＯＳ／トリシラノールＰＯＳＳ（任意の種類）でのＳｔｏｂｅｒナノ粒子の種結晶成長
本手順の典型的な例は次のとおりである。無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（７５０ｍＬ）及び水酸化アンモニウム溶液（２５％、２００ｍＬ）が、１５分間、室温で、急速な攪拌の下、２リットルの丸底フラスコ内で混合される。テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）（５７ｍＬ）がエタノール（２２８ｍＬ）に追加され、完全に混合される。ＴＥＯＳは、エタノール溶液が、次に、エタノール／水酸化アンモニウム溶液に追加され、混合物は１６時間反応することを可能にされる。
新しく形成されたＳｔｏｂｅｒ粒子（６００ｎｍ）は３リットルで３つの首部をもつ丸底フラスコに移動され、４０℃まで加熱される。
【０１３６】
脱イオン化された（ＤＩ）水（３６０ｍＬ）、エタノール（４００ｍＬ）及び水酸化アンモニウム溶液（２５％、２４０ｍＬ）からなる加水分解溶液が、１Ｌのホウケイ酸ＨＰＬＣボトル内に作られ、封止される。ＴＥＯＳ（１４０ｍＬ）及びトリシラノールＰＯＳＳ（６０ｍＬ）が、超音波処理を介して、混合され、第２のホウケイ酸のボトルにおける８００ｍＬのエタノールに追加される。
【０１３７】
別に調製される加水分解及びＴＥＯＳ／ＰＯＳＳ溶液が、連続流通シリンジポンプ（Ａｔｌａｓシリンジポンプ、Ｓｙｒｒｉｓ）に付着され、予め調製されたＳｔｏｂｅｒシリカ粒子懸濁液内に、流速５ｍＬ／分ごとに供給される。最終的な粒径は、経時的な成長試薬の追加を可能にした後、達成されることができる。例えば、３時間の連続追加は、Ｄ90／Ｄ10比が１．１１である、１μｍのＰＯＳＳハイブリッド球の生成を促進する。追加が完了すると、粒子は一晩攪拌することを可能にされ、遠心分離によって収集され、水／メタノール溶液５０％ｖ内に２日間懸濁され、その後、粒子は収集され、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄される。粒子は、次に、一晩、８０℃で乾燥される。
【０１３８】
実施例２２−ＰＯＳＳ籠を骨格内に有するが有機官能基を有さない純シリカ非多孔質粒子
２２．１  焼結を伴ってトリシラノールＰＯＳＳ（任意の種類）を組み込むＳｔｏｂｅｒ法
非多孔質粒子は、Ｓｔｏｂｅｒ反応内へのＰＯＳＳ化合物の組み込みを介して作られることができる。どの方法も本発明を限定しない、典型的な例は次のとおりである。
【０１３９】
無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（２３ｍＬ）及び水酸化アンモニウム溶液（２５％、５ｍＬ）が丸底フラスコ内で混合される。別のバイアルにおいて、ＴＥＯＳ（０．４９ｍＬ）及びトリシラノールＰＯＳＳ（０．１ｍＬ）が混合され（超音波処理、２分間）、その後、２ｍＬのエタノールが追加され、溶液は再度、超音波処理される。エタノール／水酸化アンモニウム溶液に、高速攪拌でＴＥＯＳ／ＰＯＳＳ／エタノール混合物が追加される。本反応は、１６時間進めることを可能にされる。遠心分離によって粒子は収集され（３７００ｒｐｍ、５分）、かつメタノール及びアセトンで繰り返し洗浄され、続いて、一晩、８０℃で乾燥する。粒子は回収されたものとして使用されるか、上昇された温度で焼結されることができる。焼結は、ＰＯＳＳ化合物に関連付けられるあらゆる有機官能基を除去するが、化合物の籠構造は、シリカ骨格内に残る。
【０１４０】
２２．２  焼結手順
「生成されたとする」ＰＯＳＳＳｔｏｂｅｒ粒子の一部は、炉内に配置され（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅの１１００℃急速加熱ボックス炉）、かつ１℃／分の加熱速度で１０００℃まで加熱される。粒子は、この温度で２時間保持され、そして室温への冷却を可能にされる。これは、比表面積（ＢＥＴ）が４ｍ2／ｇである、径が４００ｎｍの遠心分離粒径によって決定される粒径の形成を促進する。
【０１４１】
実施例２３−焼結が後続するＴＥＯＳ／ＰＯＳＳ（トリシラノールＰＯＳＳ）混合物でのＳｔｏｂｅｒナノ粒子の種結晶成長
平均粒径が８００ｎｍ以上の非多孔質粒子は、種結晶成長方法を介して生成されることができる。Ｓｔｏｂｅｒシリカ粒子の種溶液が最初に調製され、次に、３０％までの前駆体の体積が、この例では、トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳまたはトリシラノールフェニルＰＯＳＳである、適切なＰＯＳＳ分子と交換される連続制御された種結晶成長手順を介して、所望される最終的な粒径に成長させられる
【０１４２】
典型的な例は次のとおりである。無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（７５０ｍＬ）及び水酸化アンモニウム溶液（２５％、２００ｍＬ）が、１５分間、室温で、急速な攪拌の下、２リットルの丸底フラスコ内で混合される。テトラエチルオルトシリケート（ＴＥＯＳ）（５７ｍＬ）がエタノール（２２８ｍＬ）に追加され、完全に混合される。ＴＥＯＳは、エタノール溶液が、次に、エタノール／水酸化アンモニウム溶液に追加され、混合物は１６時間反応することを可能にされる。新しく形成されたＳｔｏｂｅｒ粒子（６００ｎｍ）は３リットルで３つの首部をもつ丸底フラスコに移動され、４０℃まで加熱される。
【０１４３】
脱イオン化された（ＤＩ）水（３６０ｍＬ）、エタノール（４００ｍＬ）及び水酸化アンモニウム溶液（２５％、２４０ｍＬ）からなる加水分解溶液が、１Ｌのホウケイ酸ＨＰＬＣボトル内に作られ、封止される。ＴＥＯＳ（１４０ｍＬ）及びトリシラノールＰＯＳＳ（６０ｍＬ）が、超音波処理を介して、混合され、第２のホウケイ酸のボトルにおける８００ｍＬのエタノールに追加される。
【０１４４】
別に調製される加水分解及びＴＥＯＳ／ＰＯＳＳ溶液が、連続流通シリンジポンプ（Ａｔｌａｓシリンジポンプ、Ｓｙｒｒｉｓ）に付着され、予め調製されたＳｔｏｂｅｒシリカ粒子懸濁液内に、流速５ｍＬ／分ごとに供給される。最終的な粒径は、経時的な成長試薬の追加を可能にした後、達成されることができる。例えば、３時間の連続追加は、Ｄ90／Ｄ10比が１．１１である、１μｍのＰＯＳＳハイブリッド球の生成を促進する。
追加が完了すると、粒子は一晩攪拌することを可能にされ、遠心分離によって収集され、水／メタノール溶液５０％ｖ内に２日間懸濁され、その後、粒子は収集され、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄される。粒子は、次に、一晩、８０℃で乾燥される。乾燥された粒子は、次に、実施例１５のように、焼結される。
【０１４５】
実施例２４−焼結が後続するトリシラノールアルキル−ＰＯＳＳ（イソブチルまたはイソＣ８様式）を伴う修正されたＳｔｏｂｅｒ法
２４．１  修正されたＳｔｏｂｅｒ法
典型的に、メソ多孔質シリカマイクロ球は、室温で単純なバッチ工程で合成された。典型的に、０．７８５ｇの界面活性剤（ＣＴＡＢ）が、室温（２２℃）で、２Ｌの丸底フラスコ内で、２５０ｍＬのＤＩ水及び４００ｍＬの無水エタノールを含有する溶液に溶解された。懸濁液を混合することが、１時間、低速で磁気攪拌（２００ｒｐｍ）することで可能にされた。１０ｍＬのＮＨ4ＯＨ（２５％）を混合物に添加し、さらに１５分間攪拌して加水分解溶液を作り、その後、３．５６ｍＬのＴＥＯＳ及びｘｍＬ（ｘは０．４４または２ｍＬのいずれか）のＰＯＳＳの予め混合された溶液の１段階の添加によって、以下のモル比、すなわち１モルのＴＥＯＳ：０．０２２〜０．３モルのＰＯＳＳ：０．１２モルのＣＴＡＢ：７５４モルのＨ2Ｏ：３７２モルのＥｔＯＨ：７．３モルのＮＨ3であるゾルをもたらした。ゾルは、３００ｒｐｍで２４時間攪拌することが可能にされた。シリカの沈殿は、遠心分離（３７００ｒｐｍで５分）によって分離され、メタノールで洗浄され（５回）、かつ８０℃で１６時間乾燥された（０．２℃／分の加熱速度）。
【０１４６】
２４．２  多孔質の修正されたＳｔｏｂｅｒハイブリッドＰＯＳＳ粒子の焼結
回収された粒子は、次に、炉（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅの高温ボックス炉）内に配置され、１℃／分の加熱速度で、１０００℃まで加熱される。得られた粒子は、典型的に、１．２μｍの平均粒径を有し、Ｄ９０／Ｄ１０が１．１６であり、比表面積が４ｍ2／ｇである。
【０１４７】
実施例２５−焼結が後続するメソ多孔質粒子を作るためのＰＯＳＳ（任意の種類）のＰＥＯＳ手順への追加
無水で、添加剤を含まない、２００プルーフエタノール（４４５ｍＬ）及びテトラエトキシシラン（２３３ｍＬ）がフラスコ内で混合される。０．０１Ｍ  ＨＣｌ溶液が混合物に低速で追加され、次に、１６時間、窒素雰囲気下で還流される。混合物は、あらゆる余分なエタノールを除去するために真空下で蒸留され、続いて、２時間、上昇された１２５℃の温度で、窒素下でさらに加熱される。ポリエトキシシランの無色の粘液は、およそ８００の分子量となる。
【０１４８】
２５．１  多孔質シリカ粒子を生成するためのポリエトキシシランの乳化
ＤＩ水（４８０ｍＬ）及びイソプロパノールＩＰＡ（１６０ｍＬ）の混合物が、ＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＳＭホモジナイザーを使用して、ビーカー内で混合された（４７００ｒｐｍ）。別のビーカーにおいて、トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳ（１１８．４ｇ）がポリエトキシシラン（１２０ｍＬ）及びジメチルホルムアミド（４０ｍＬ）に追加される。混合物は、２０分間反応することを可能にされ、その後、攪拌された水／ＩＰＡ溶液に追加され、５分間混合されることを可能にされる。さらに３分間攪拌して球体ビーズをゲル化するために、水酸化アンモニウム溶液２５％（５０ｍＬ）がエマルションに追加され、その後、攪拌が停止される。粒子懸濁液が、次に、１６時間、５０℃で加熱され、粒子がろ過によって収集され、メタノール、メタノール：水（６０：４０ｖ：ｖ）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄された。
【０１４９】
２５．２  多孔質ハイブリッドＰＥＯＳ／ＰＯＳＳ粒子の焼結
回収された粒子は、次に、炉（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅの高温ボックス炉）内に配置され、１℃／分の加熱速度で１０００℃まで加熱される。得られた粒子は、典型的に、１．２μｍの平均粒径を有し、Ｄ９０／Ｄ１０が１．１６であり、比表面積が４ｍ2／ｇである。
【０１５０】
実施例２６  焼結が後続される作るための一般的なゾルゲル手順へのＰＯＳＳ（任意の種類）の追加
２７重量％のＳｉＯ2粒子からなる８０ｍＬの水性シリカゾルに対して、ＯＣＴＭＡ  ＰＯＳＳ（８ｇ）が追加され、３０分間の混合が可能にされる。１．０８ｇの界面活性剤スパン８０及び１．０８ｇのステアリン酸をトルエン（２５０ｍＬ）内に溶解することで、油相が調製される。エマルションを作るためにＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＭホモジナイザーが使用された。攪拌器は６０００ｒｐｍで回転することを可能にされ、シリカ／ＰＯＳＳゾルが油相に追加され、１５分間攪拌された。
【０１５１】
シリカゾルは、直径が１〜３０μｍの球状の滴になった。無水酢酸（１０ｍＬ）が、３０秒より長く、エマルション内に追加され、粒子は一晩置かれることが可能にされた。
【０１５２】
この方法で調製されたシリカゲルスラリーが、メタノール内に分散され、再度一晩置かれることが可能にされる。前もって追加されるトルエン及び乳化剤が、繰り返し、上澄みのメタノール溶液を他の容器に静かに移すことで除去される。
【０１５３】
２６．１  焼結
回収された粒子は、次に、炉（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅの高温ボックス炉）内に配置され、１℃／分の加熱速度で１０００℃まで加熱される。
【０１５４】
実施例２７−非多孔質ハイブリッドシリカナノ粒子の生成
既知のＳｔｏｂｅｒ反応の修正に従って非多孔質ハイブリッドシリカ球が形成された。
【０１５５】
一般的な手順−非多孔質シリカナノ粒子
従われた一般的な手順が、非多孔質で非ハイブリッドのシリカ球の生成の例を伴って例証される。
【０１５６】
予め清潔にされた丸底フラスコ内に２００ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％）及び７５０ｍＬのエタノールが追加され、１５分間混合することを可能にされた（２００ｒｐｍ）。別に、５４ｍＬのＴＥＯＳが、２１６ｍＬのエタノール内に攪拌しながら溶解され、アンモニア／エタノールの混合物を含有するフラスコ内に高速で移動された。１時間攪拌が継続され、その後、直径が約６５０ｎｍの非常に小さい粒径分布のシリカ粒子が形成された。
【０１５７】
実施例２８−非多孔質ハイブリッドシリカ球
実施例２７の一般的な手順に説明された方法は、様々な形式のＰＯＳＳを組み込むように修正された。ＰＯＳＳ化学物質を含むように使用された実験プロトコルは、一般的な手順において、ＴＥＯＳの合計の重量の様々な重量％の置換基に基づいた。表１２は、本実施例に使用された試薬の量を示す。
【表１２】
0006480471.tif 000013
【０１５８】
表１２に挙げられた試薬の追加は、実施例２７の一般的な手順に説明されたとおりであった。ＴＥＯＳ／ＰＯＳＳ混合物は、加水分解溶液内への追加の前に、１０分間超音波処理された。粒子が精製され、繰り返される遠心分離によってエタノール及び水から分離された。粒子は、次に、１６時間、６５℃で乾燥された。炭素含有量は、燃焼分析によって決定され、その結果は表１３に示される。実質的２８ａにおいて生成された粒子のＳＥＭ画像が図１０Ａ（５Ｋの拡大率）及び図１０Ｂ（１０Ｋ）に示される。
【表１３】
0006480471.tif 000014
【０１５９】
１より大きな重量％で使用する際、トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳは不規則な形状の粒子を生成し、クラスタの母集団を増加させたことがＳＥＭ試験を通して示された。トリシラノールイソオクチルＰＯＳＳが、トリシラノールフェニルＰＯＳＳで置換される場合、この減少は、５％より大きな重量％が使用されない限り、発生しなかった。
【０１６０】
この方法を介して生成された粒子は、一般的な手順で生成された粒子と比べる場合、炭素官能をもつことで、向上された物理特性を有する。これらの材料は、作られたままで、または、さらに多い量の有機官能基をもつ、さらに大きなマイクロ球の生成を促進するようにさらに成長させて使用することができる。
【０１６１】
実施例２９−非多孔質ハイブリッドシリカマイクロ粒子の生成
さらに大きな径の非多孔質ハイブリッドシリカ球の生成を促進するために、成長手順が使用される。本方法は（１）ＴＥＯＳ及びＰＯＳＳを使用するハイブリッド種の調製、（２）ＴＥＯＳ及びＰＯＳＳを使用するコア成長、（３）粒子の精製、（４）粒子の分類、のマルチステップ手順を含んだ。
【０１６２】
ハイブリッド種粒子が一旦形成されると、次に、シリカ前駆体及び加水分解溶液の連続供給によって、ハイブリッド種粒子はさらに大きい粒径へと成長された。この例において、成長ステップに使用されたシリカ前駆体は、様々な量のＰＯＳＳと混合されたＴＥＯＳからなり、ポンプを介して種溶液内に供給された。粒子成長の機構は、種の成長の方法によって大きく異なったため、このステップ中に、さらに多い量のＰＯＳＳが前駆体を混合されることができた。加水分解溶液は、既知の濃度のエタノール、水、及びアンモニアからなった。濃度は、成長ステップが進むにつれての粒子の凝集を最小化するように決定された。最終的な粒径は、反応時間の機能であった。
【０１６３】
実施例２９ａ−成長に伴って１重量％のＰＯＳＳをもつコアを含有する非多孔質ハイブリッドシリカ粒子の生成、及びそれに伴う最終的な濃度における増加
清潔な丸底フラスコ内に２００ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％）及び７５０ｍＬのエタノールが追加され、室温で、１５分間混合することを可能にされた（２００ｒｐｍ）。別に、５３．４６ｍＬのＴＥＯＳ及び０．５０４ｇのトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳが、２１６ｍＬのエタノール内に攪拌しながら溶解され、アンモニア／エタノールの混合物を含有するフラスコ内に高速で移動された。１時間攪拌が継続され、その後、約１％のＣを含有する、直径が約６５０ｎｍの非常に小さい粒径分布のシリカ粒子が形成された。
【０１６４】
１時間の反応後、ハイブリッド種は、次に、磁気攪拌（３００ｒｐｍ）を伴って、５Ｌのセラミックホットプレートに位置された５Ｌの丸底フラスコ内に移動された。ホットプレートの温度は、５５℃まで上昇され、ハイブリッド種懸濁液が、１時間の間、平衡化することが可能にされた。１リットルのホウケイ酸のボトルにおいて、１重量％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳを含有するＴＥＯＳの溶液が調製された。第２の２Ｌのホウケイ酸のボトルにおいて、水、エタノール、及びアンモニアからなる加水分解溶液が、１４／８０／７の体積比で調製された。これらの溶液は、それぞれ、１００〜８００μｌ／分の流速で、自動化されたディスペンサを介してハイブリッド種懸濁液内に供給された。追加は、所望される粒径が得られるまで継続することを可能にされ、その後、粒子は、繰り返される遠心分離及びエタノール、水、及びアセトンでの洗浄によって、分離され、かつ精製され、続いて、１６時間、６５℃で乾燥された。
【０１６５】
増加する量のＰＯＳＳが成長溶液に追加された、さらなる方法が実行された。１及び５重量％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳを含有する成長溶液に対する結果が、表１４に示される。実施例２９ａにおいて生成された粒子のＳＥＭ画像が図１１Ａ（２．５Ｋの拡大率）及び図１１Ｂ（１０Ｋ）に示される（すなわち、１重量％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳ／ＴＥＯＳでの７２時間の成長が後続する、１％のトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳを含有する粒子）。
【表１４】
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【０１６６】
これらの材料は、官能化非多孔質シリカ粒子を含む分離における使用のために、作られたまま、クロマトグラフィー装置内で使用されることができる。これらの材料は、交互積層堆積から作られるコアシェル粒子の生成において向上された特性をもつ出発コア粒子として使用されることも可能である。これらの材料のさらなる使用は、合成後の仮像変形工程を介して、完全に多孔質のシリカ粒子を生成する出発シードとしてである。
【０１６７】
実施例３０−非多孔質シリカ粒子をＰＯＳＳで作られたハイブリッドメソ多孔質シリカ粒子から生成する方法
ＰＯＳＳを含有するハイブリッドメソ多孔質シリカ粒子を製造する例は、優れた粒径分布をもつ材料を生成する。これらの材料は、関連する有機官能基を伴わずに非多孔質シリカ粒子を生成する、簡便な方法を提供することもできる。
【０１６８】
本方法は、ハイブリッドＰＯＳＳメソ多孔質シリカ粒子の標準的な生成、及び材料を延長された時間を超えて高い焼結温度にさらすことを含む。合成の直後に適用される高い焼結温度は、界面活性剤テンプレートを除去し、結果としてあらゆる得られる孔ネットワークを塞ぐ。最初の粒径分布が維持される。
【０１６９】
本方法の例が下記に与えられる。
【０１７０】
小さな粒径分布をもつメソ多孔質シリカマイクロ球が、単純なバッチ工程において、室温で、修正されたＳｔｏｂｅｒタイプのシステムを介して合成された。３．２ｇ（３．３ミリモル）のＣＴＡＢが、まず、１０００ｍＬの水及び１６００ｍＬの無水エタノールからなる混合物内に溶解された。１５ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５重量％のＮＨ3）が混合物内に追加され、１５．８４ｍＬのＴＥＯＳ及び０．１４９ｇのトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳの予め混合された溶液の追加の単一のステップの前に、１５分間攪拌された。懸濁液は、２４時間、２５０ｒｐｍで攪拌されることを可能にされた。シリカ粒子は、６０℃で一晩乾燥される前に、遠心分離で分離され、かつメタノール、水、及びアセトンで繰り返し洗浄された。
【０１７１】
Ｓｔｏｂｅｒ粒子を含有する生成されたＰＯＳＳの一部が、炉（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅの１１００℃高速加熱ボックス炉）内に配置され、１℃／分の加熱速度で、１０００℃まで加熱された。粒子は、この温度で１８時間保持され、そして室温への冷却を可能にされた。
【０１７２】
この方法から生成された粒子は、典型的に、表１５に示される物理特性を有する。
【表１５】
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【０１７３】
実施例３１−ハイブリッドＰＥＳ乳化から作られた粒子から生成される非多孔質シリカ粒子
非多孔質粒子が、空気がこもる炉において、２４時間、１０００／１１００℃で、ハイブリッドＰＥＳ乳化から調製されたハイブリッド多孔質シリカの熱処理によって調製されることができる。
【０１７４】
ポリエトキシシランの調製
２３３ｍＬのテトラエトキシシラン及び１５ｇのトリシラノールイソオクチルＰＯＳＳが、フラスコ内で混合される。４４５ｍＬの無水で、添加剤なしの、２００プルーフエタノールが追加され、続いて５０ｍＬの０．０１Ｍ  ＨＣｌ溶液が混合物内に低速で追加され、次にそれが窒素雰囲気の下、１６時間、還流される。混合物は、あらゆる余分なエタノールを除去するために真空下で蒸留され、続いて、２時間、上昇された１２５℃の温度で、窒素下でさらに加熱される。ハイブリッドポリエトキシシランの茶色の粘液が得られる。
【０１７５】
多孔質シリカ粒子を生成するためのポリエトキシシランの乳化
９００ｍＬのＤＩ水及び３００ｍＬのエタノールの混合物が、ＳｉｌｖｅｒｓｏｎのＬＳＭホモジナイザーを使用して、ビーカー内で混合される（８０００ｒｐｍ、１５分）。別に、ハイブリッドＰＥＳの３３０ｍＬの懸濁液、２０ｍＬのトルエン、及び３０ｍＬのＤＭＦが調製される。１５分の攪拌の後、ＰＥＳ／トルエン／ＤＭＦ混合物が、水／エタノール分散液に追加される。混合物は、２０分間反応することを可能にされる。攪拌が停止された後にさらに３分間攪拌して球体ビーズをゲル化するために、４０ｍＬの水酸化アンモニウム溶液（２５％）がエマルションに追加される。粒子懸濁液が、次に、１６時間、５０℃で加熱され、粒子がろ過によって収集され、メタノール、メタノール：水（６０：４０ｖ：ｖ）、メタノール及びアセトンで繰り返し洗浄された。粒子は次に真空炉内で、２４時間、８０℃で乾燥された。
【０１７６】
Ｓｔｏｂｅｒ粒子を含有する生成されたＰＯＳＳの一部が、炉（Ｃａｒｂｏｌｉｔｅの１１００℃高速加熱ボックス炉）内に配置され、１℃／分の加熱速度で、１０００℃まで加熱される。粒子は、この温度で１８時間保持され、そして室温への冷却を可能にされる。
【０１７７】
クロマトグラフィーカラムにおける結果
ＨＰＬＣ応用において上記の調製された粒子の効果が、実施例１からの粒子をカラム（５０×２．１ｍｍ）内に充填し、ＲＰ−５標準分析混合物（テオフィリン、ｐ−ニトロアニリン、フェネトール、ｏ−キシレン、及び安息香酸メチル）を、移動相で分割することで確認された（５０：５０  ＭｅＣＮ：Ｈ2Ｏ）。
【０１７８】
本発明の方法を使用して、ハイブリッドシリカ粒子が、非常に小さな粒径分布をもって形成されたことを、見られることができる。その結果、本方法は、粒子の非常に少ない分類を必要とする、または粒子の分類を全く必要としないため、合成時間全体を劇的に減少させることができる。シリカ粒子の測定された表面積は非常に大きく、孔体積が反応媒体において界面活性剤テンプレートの濃度によって制御されることができる。粒径は、反応媒体内の塩基（例、ＮＨ4ＯＨ）の体積を変えることで、調製されてもよい。さらに、例えば、合成後の水熱処理及び／または孔径を増加する反応媒体への孔膨張剤の介在など、既知の孔拡大方法が、粒子状材料とともに利用されてもよい。すべてのＮ２等温線が、ＭＣＭ−４１種の材料から得られるものに典型的なＨ４ヒステリシスをもつ、典型的な種１の等温線を表した。
【０１７９】
特許請求の範囲を含めて、本明細書において使用される際、文脈が別段示さない限り、本明細書における用語の単数形は複数形を含むものとして、また逆の場合も同様のものとして解釈される。例えば、文脈が示さない限り、単数形の言及は、「１つ以上」を意味する。
【０１８０】
本明細書の説明及び特許請求の範囲の全体で、「備える」、「含む」、「有する」、及び「含有する」という語、及び、例えば「備えている」、「備えた」などのその語の変形は、「限定されないが含んでいる」ということを意味し、他の成分を除外するように意図しない（及び除外しない）。
【０１８１】
本発明の前述の実施形態への変形が成され得る一方、依然として本発明の範囲内にあることが理解されるであろう。本明細書に開示された特徴は、別段述べられない限り、同じ、同等の、または類似の目的に適う代替の特徴と置換されてもよい。したがって、別段述べられない限り、開示された各特徴は、一般的な一連の同等または類似の特徴のみの一実施例である。
【０１８２】
本明細書に提供される、任意の及び全ての例または例示的な言語（「例として」、「等」、「例えば」、「例」、及び同様の言葉）の使用は、より良好に本発明を例証することのみを意図するものであり、別段に言及されない限り、本発明の範囲への制限を示すものではない。本明細書中のいかなる言語も、本発明の実践に対して必須である任意の請求されない要素を示すとして解釈されるべきではない。
【０１８３】
本明細書に記載されたあらゆるステップは、述べられるか、文脈が別段必要としない限り、任意の順序でまたは同時に行われてもよい。
【０１８４】
本明細書に開示された特徴のすべては、このような特徴及び／またはステップのうちの少なくともいくつかが相互排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わされてもよい。特に、本発明の好適な特徴は、本発明のすべての態様に適用可能であり、任意の組み合わせで使用されてもよい。同様に、非本質的な組み合わせにおいて説明される特徴が、別で（組み合わせではなく）使用されてもよい。
本発明のまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１〕籠構造を有するシルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有するシリカ粒子を含む、クロマトグラフィー使用のための粒子状材料。
〔２〕前記シリカ粒子がハイブリッドオルガノシリカ粒子であり、前記シルセスキオキサン部分が、籠の角部に位置するケイ素原子を有する籠構造を備え、前記籠の前記角部に位置する１つ以上のケイ素原子が有機基を有する、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔３〕前記有機基が炭化水素基である、前記〔２〕に記載の粒子状材料。
〔４〕前記炭化水素基がアルキル基またはアリール基である、前記〔３〕に記載の粒子状材料。
〔５〕前記籠構造が欠けた角部を有する、前記〔２〕に記載の粒子状材料。
〔６〕前記籠構造が１つ以上の欠けた角部及び１つ以上の欠けた縁部を有する、前記〔５〕に記載の粒子状材料。
〔７〕前記籠構造が７つまたは６つの角部ケイ素原子を備え、各角部ケイ素原子が有機基を有する、前記〔５〕に記載の粒子状材料。
〔８〕前記籠構造が７つの角部ケイ素原子を備え、各角部ケイ素原子が有機基を有する、前記〔７〕に記載の粒子状材料。
〔９〕前記ハイブリッドオルガノシリカ粒子が、ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ10/8］n、ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/8］n、及びＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/7］nからなる群から選択される式を有し、式中、ｎ＝０．０１〜３であり、Ｒはシルセスキオキサン部分上の有機基である、前記〔２〕に記載の粒子状材料。
〔１０〕前記シリカ粒子が無機シリカ粒子である、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１１〕前記無機シリカ粒子が、式ＳｉＯ2／［ＳｉＯ3/2］nを有し、式中、ｎ＝０．０１〜３である、前記〔１０〕に記載の粒子状材料。
〔１２〕前記シリカ粒子が多孔質である、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１３〕前記シリカ粒子が非多孔質であり、０．１〜５μｍの中央粒径を有する、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１４〕前記シルセスキオキサン籠構造が８つのケイ素原子を備える、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１５〕前記シルセスキオキサン籠構造が７つ以下のケイ素原子を備える、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１６〕前記骨格構造が２つ以上の異なるシルセスキオキサン部分を含有する、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１７〕前記シリカ粒子が実質的に球形であり、かつ単分散である、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１８〕前記シリカ粒子は、中央粒径が０．２〜５０μｍである、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔１９〕前記シリカ粒子が約８０〜約２０００Åの平均孔径を有する、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔２０〕前記シリカ粒子が約１〜約５００ｍ2／ｇのＢＥＴ比表面積を有する、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔２１〕クロマトグラフィー材料である、前記〔１〕に記載の粒子状材料。
〔２２〕前記シリカ粒子がクロマトグラフィーの固定相としての使用のために表面改質されている、前記〔２１〕に記載の粒子状材料。
〔２３〕液体クロマトグラフィーまたは固相抽出における使用のための、前記〔２１〕に記載の前記粒子状材料で充填されたクロマトグラフィーカラム。
〔２４〕縮合反応においてシルセスキオキサンを加水分解して、籠構造を有するシルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有するシリカ粒子を生成することを含む、粒子状材料を調製する方法。
〔２５〕前記シルセスキオキサンが、前記粒子を生成するための加水分解混合物の共成分である、前記〔２４〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２６〕前記方法が、Ｓｔｏｂｅｒ法または修正されたＳｔｏｂｅｒ法においてシルセスキオキサンを縮合させることを含む、前記〔２４〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２７〕前記方法が前記シルセスキオキサンをシランと共縮合させることを含む、前記〔２４〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２８〕前記方法が前記シルセスキオキサンをテトラアルコキシシランと共縮合させることを含む、前記〔２７〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２９〕前記テトラアルコキシシランがテトラエトキシシランである、前記〔２８〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３０〕前記方法が、水、有機溶媒、及び塩基を含む塩基性加水分解混合物において、前記シルセスキオキサンを前記テトラアルコキシシランと共縮合させることを含む、前記〔２８〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３１〕前記方法が、水、エタノール、及び水酸化アンモニウムを含む塩基性加水分解混合物において、前記シルセスキオキサンを前記テトラアルコキシシランと共縮合させることを含む、前記〔３０〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３２〕前記加水分解混合物が、ポロゲンとして作用する界面活性剤をさらに含む、前記〔３０〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３３〕前記界面活性剤がカチオン性４級アンモニウム界面活性剤を含む、前記〔３２〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３４〕前記４級アンモニウム界面活性剤が臭化アルキルトリメチルアンモニウムまたは塩化アルキルトリメチルアンモニウムを含む、前記〔３３〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３５〕シルセスキオキサン及びテトラアルコキシシランの共縮合がゾルの形成をもたらし、前記方法が、前記ゾルの粒子をゲル化してシリカ粒子の沈殿を形成することを含み、前記シリカの沈殿を洗浄し乾燥することを含んでもよく、及びクロマトグラフィー使用の前に前記シリカ粒子を焼成することを含んでもよい、前記〔２８〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３６〕前記シルセスキオキサンがシルセスキオキサン−シラノールを含む、前記〔２４〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３７〕前記シルセスキオキサン−シラノールが、シルセスキオキサン−ジシラノール、シルセスキオキサン−トリシラノールまたはシルセスキオキサン−テトラシラノールからなる群から選択される、前記〔３６〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３８〕前記シルセスキオキサン−シラノールの前記籠構造が、シラノール基を有する８つのケイ素原子を各角部に備える、前記〔３６〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔３９〕前記シルセスキオキサン−シラノールの前記籠構造が、７つ以下のケイ素原子を備える、前記〔３７〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔４０〕前記シルセスキオキサンが、籠の角部に位置するケイ素原子を有する籠構造を備え、前記籠の前記角部に位置する１つ以上のケイ素原子が有機基を有する、前記〔２４〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔４１〕前記有機基が炭化水素基である、前記〔４０〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔４２〕前記炭化水素基がアルキル基またはアリール基である、前記〔４１〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔４３〕前記方法が、２つ以上の異なるシルセスキオキサン種をテトラアルコキシシランと共縮合させることを含む、前記〔２４〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
本発明の更にまた別の態様は、以下のとおりであってもよい。
〔１'〕籠構造を有するシルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有するシリカ粒子を含む、クロマトグラフィー使用のための粒子状材料。
〔２'〕前記シリカ粒子がハイブリッドオルガノシリカ粒子であり、前記シルセスキオキサン部分が、籠の角部に位置するケイ素原子を有する籠構造を備え、前記籠の前記角部に位置する１つ以上のケイ素原子が有機基を有する、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔３'〕前記有機基が炭化水素基である、前記〔２'〕に記載の粒子状材料。
〔４'〕前記炭化水素基がアルキル基またはアリール基である、前記〔３'〕に記載の粒子状材料。
〔５'〕前記籠構造が１つ以上の欠けた角部を有し、かつ１つ以上の欠けた縁部を有してもよい、前記〔２'〕に記載の粒子状材料。
〔６'〕前記籠構造が７つまたは６つの角部ケイ素原子を備え、各角部ケイ素原子が有機基を有する、前記〔５'〕に記載の粒子状材料。
〔７'〕前記ハイブリッドオルガノシリカ粒子が、ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ10/8］n、ＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/8］n、及びＳｉＯ2／［ＲＳｉＯ11/7］nからなる群から選択される式を有し、式中、ｎ＝０．０１〜３であり、Ｒはシルセスキオキサン部分上の有機基である、前記〔２'〕に記載の粒子状材料。
〔８'〕前記シリカ粒子が無機シリカ粒子である、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔９'〕前記無機シリカ粒子が、式ＳｉＯ2／［ＳｉＯ3/2］nを有し、式中、ｎ＝０．０１〜３である、前記〔８'〕に記載の粒子状材料。
〔１０'〕前記シリカ粒子が多孔質である、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔１１'〕前記シリカ粒子が非多孔質であり、０．１〜５μｍの中央粒径を有する、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔１２'〕前記シルセスキオキサン籠構造が８つのケイ素原子または７つ以下のケイ素原子を備える、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔１３'〕前記骨格構造が２つ以上の異なるシルセスキオキサン部分を含有する、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔１４'〕前記シリカ粒子が、実質的に球形及び単分散であり、中央粒径が０．２〜５０μｍであり、約８０〜約２０００Åの平均孔径を有し、かつ約１〜約５００ｍ2／ｇのＢＥＴ比表面積を有する、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔１５'〕クロマトグラフィー材料である、前記〔１'〕に記載の粒子状材料。
〔１６'〕前記シリカ粒子がクロマトグラフィーの固定相としての使用のために表面改質されている、前記〔１５'〕に記載の粒子状材料。
〔１７'〕液体クロマトグラフィーまたは固相抽出における使用のための、前記〔１５'〕に記載の前記粒子状材料で充填されたクロマトグラフィーカラム。
〔１８'〕縮合反応においてシルセスキオキサンを加水分解して、籠構造を有するシルセスキオキサン部分を含有する骨格構造を有するシリカ粒子を生成することを含む、粒子状材料を調製する方法。
〔１９'〕前記シルセスキオキサンが、前記シルセスキオキサンをシランと共縮合することで粒子を生成する、前記シランとの加水分解混合物の共成分である、前記〔１８'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２０'〕前記方法が、Ｓｔｏｂｅｒ法または修正されたＳｔｏｂｅｒ法においてシルセスキオキサンを縮合させることを含む、前記〔１８'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２１'〕前記方法が、水、有機溶媒、及び塩基を含む塩基性加水分解混合物において、前記シルセスキオキサンをテトラアルコキシシランと共縮合することを含む、前記〔１９'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２２'〕前記加水分解混合物が、ポロゲンとして作用する界面活性剤をさらに含む、前記〔２１'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２３'〕シルセスキオキサン及びテトラアルコキシシランの共縮合がゾルの形成をもたらし、前記方法が、前記ゾルの粒子をゲル化してシリカ粒子の沈殿を形成することを含み、前記シリカの沈殿を洗浄し乾燥することを含んでもよく、及びクロマトグラフィー使用の前に前記シリカ粒子を焼成することを含んでもよい、前記〔２１'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２４'〕前記シルセスキオキサンがシルセスキオキサン−シラノールを含む、前記〔１８'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
〔２５'〕前記シルセスキオキサンが、籠の角部に位置するケイ素原子を有する籠構造を備え、前記籠の前記角部に位置する１つ以上のケイ素原子が有機基を有する、前記〔１８'〕に記載の粒子状材料を調製する方法。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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