接枝和超支化混合阴离子交换剂的制作方法

本发明涉及适用于色谱介质的涂覆的离子交换基质及其制备方法。

背景技术：

1、离子色谱法已经是用于测定各种无机和有机离子的有力技术。然而，提供同时具有高效率和选择性且在分离阴离子所需的高碱性介质中具有稳定性的阴离子交换剂仍然充满挑战。

2、这是因为由阴离子交换剂提供的分离取决于各种参数，包括基质类型、粒度、粒度分布、固定相的亲水性、固定相的水含量以及填充程序。

3、因此，需要提供高效率和选择性的稳定的阴离子交换材料。

4、最近，已经报道了使用形成于带负电荷的磺化基质表面的静电结合的超支化功能层的这种阴离子交换材料，例如c.pohl，c.saini，new developments in the preparationof anion exchange media based on hyperbranched condensation polymers，j.chromatogr.a1213(2008)37-44。

5、然而，这种方法难以应用于超支化层的共价键合，因为难以将可充当这种层的连接点的任何其他官能团引入到磺化基质中。

6、利用共价连接的关键要素是确保共价连接点仅存在于基质表面上，并且很少(优选地不)存在于表面下的致密聚合物内。致密聚合物相中的离子交换位点导致较差的物质运输并导致较低的效率和较差的峰形。

7、然而，如下文所述，这已经证明难以实现。

8、例如，在“anion exchangers with negatively charged functionalities inhyperbranched ion-exchange layers for ion chromatography，zatirkha et al，j.ofchromatography a.，1482(2017)pages 57-64”中，获得并检验了具有共价键合的含有带负电官能团的超支化官能离子交换层的新型ps-dvb基阴离子交换剂。然而，这些阴离子交换剂具有以下缺点：用作超支化层的连接点的氨基通过化学衍生方法引入，因而位于颗粒的内部和外部，这不利地影响了柱性能。

9、在“hyperbranched anion exchangers prepared from polyethylenepolyamine modified polymeric substrates for ion chromatography，j ofchromatography a.，1655(2021)462508”中，报道了通过较为容易的环氧-胺聚合方法用包括乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺的多乙烯多胺接枝的新型聚合阴离子交换剂。然而，不幸的是，环氧化物基团最终均匀地结合在整个颗粒中，再次不利地影响了柱性能。

10、在“hyperbranched anion exchangers prepared from thiol-ene modifiedpolymeric substrates for suppressed ion chromatography，talanta，184(2018)pages491-498”中，报道了通过硫醇-烯反应将半胱胺/半胱氨酸固定到甲基丙烯酸烯丙基酯-二乙烯基苯(ama-dvb)和乙基乙烯基苯-二乙烯基苯(evb-dvb)上的简便且纯净的方法。然而，半胱胺/半胱氨酸部分最终被结合到整个颗粒中，因此柱效率相当低。

11、最后，在“covalent hyperbranched porous carbon nanospheres as apolymeric stationary phase for ion chromatography，micochimica acta，(2019)186，139”中，描述了用于多孔碳纳米球(pcns)的共价季铵化的方法以及它们作为阴离子交换固定相用于离子色谱法的应用。然而，聚胺层主要由在高ph下水解的酰胺键保持，导致较差的柱稳定性。

技术实现思路

1、总之，已经发现使用共价键合的基质的柱填料比静电结合的基质效率低并且更难以制备。

2、在本说明书中对明显在先公开的文献的列举或讨论不一定被认为是承认该文献是现有技术的一部分或是公知常识。

3、由于色谱选择性不仅受基质特性的影响，还取决于功能层的结构及其连接至基质的方式，因此提供功能层与基质共价键合以提供离子分离的额外选择的超支化阴离子交换材料是有利的。

4、本发明寻求通过使用高极性单体(例如使用n-乙烯基甲酰胺)以在基质上形成共价键合的聚合物来解决上述问题中的至少一些，其中聚合物具有能够与超支化基质(例如包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基的胺化合物和/或具有至少两个能与所述伯胺和/或仲胺基团反应的官能部分的多官能化合物)进一步反应的侧链(pendent)氨基。

5、因此，本发明提供了一种制备离子交换色谱填充材料的方法，其中填充材料包含与基质颗粒共价键合的缩聚物，并且形成缩聚物的方法包括：

6、(a)通过使包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团的(至少)单体与引发剂在极性溶剂中反应，并任选地将任何能够通过水解转化为氨基的侧链官能团和/

7、或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的侧链官能团转化为侧链氨基，形成包含侧链氨基的线型聚合物产物；

8、(b)使步骤(a)后存在于线型聚合物产物上的侧链氨基与以下物质反应：

9、(i)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，或

10、(ii)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，和至少第一胺化合物，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基，

11、以与第一未反应的过量官能部分形成第一缩聚物反应产物。

12、该方法在下文中被称为本发明的方法。

13、在步骤(a)中，形成包含侧链氨基的线型聚合物产物。该产物通过使包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团的单体与引发剂在极性溶剂中反应以形成包含侧链官能团的线型聚合物产物而形成。侧链官能团将取决于步骤(a)中使用的单体。如果单体包含氨基，则侧链官能团将包含侧链氨基，并且产物可以在没有任何额外改性的情况下使用。然而，如果单体包含能够通过水解转化为氨基的官能团和/或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团，则聚合物产物将经历额外的步骤以将能够通过水解转化为氨基的官能团和/或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团转化为氨基。

14、线型聚合物产物上的侧链基团可仅包含侧链氨基(例如，线型聚合物产物上的侧链基团可由或基本上由侧链氨基组成)，或者侧链基团可包含侧链氨基与能够通过水解转化为氨基的侧链官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的侧链官能团的混合物。在一个优选的方面，线型聚合物产物上的侧链基团可由氨基组成。

15、如本文所用，“氨基”旨在包括伯胺、仲胺或叔胺基团。在本发明的一个方面，“氨基”可包括伯胺和仲胺或仅包括伯胺。氨基可以是单或多官能的，即氨基可包含单个伯胺、仲胺或叔胺基团，或者可包含多于一个伯胺、仲胺或叔胺基团，例如两个或三个伯胺、仲胺或叔胺基团。

16、如本文所用，“能够通过水解转化为氨基的官能团”旨在包括当与水(酸性或碱性溶液)反应时提供伯胺、仲胺或叔胺基团的基团。例如，酰胺基。

17、如本文所用，“能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团”旨在包括当与胺基反应时形成伯胺、仲胺或叔胺基团的基团。例如，通过卤代烷烃的亲核取代或还原胺化。

18、在本发明的一个方面，步骤(a)中能够转化为氨基的官能团可不包含羟基。

19、包含能够通过水解转化为氨基的官能团或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的单体的例子包括但不限于酰胺(如n-乙烯基甲酰胺或苯乙烯酰胺)、异氰酸酯(如乙烯基异氰酸酯、烯丙基异氰酸酯或3-异丙烯基-二甲基苄基异氰酸酯)、氨基甲酸酯、异氰尿酸酯、环氧化物、卤化物、硫化物和甲苯磺酸酯。

20、可用于步骤(a)的优选单体包括但不限于n-乙烯基甲酰胺、n-甲基-n-乙烯基乙酰胺、n-[(4-乙烯基苯基)甲基]乙酰胺、苯乙烯酰胺、烯丙胺、氨基苯乙烯和乙烯基吡啶单体。

21、步骤(a)中使用的单体可优选地是极性单体，优选高极性单体。

22、极性单体或高极性单体是指该单体不溶或基本上不溶于所使用的基质。即单体不溶解于(或仅微溶解于)基质中。下文将更详细地定义基质。

23、步骤(a)中使用的单体包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个如上文定义的官能团。例如，单体可包含一个、两个、三个或更多个不饱和键和/或一个、两个、三个或更多个官能团。

24、在本发明的一个方面，单体可不包含基于甲基丙烯酸酯的单体。

25、步骤(a)中使用的单体可以是相同类型或不同类型。例如，可使用包含相同官能团的单一类型的单体，即单体可包含相同的氨基。或者，可使用多于一种类型的单体，其中至少一种单体包含选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的不同官能团。例如，可使用两种、三种、四种或五种不同单体的组合，其中至少一种单体包含选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团。

26、在与引发剂反应时，步骤(a)中使用的单体形成包含选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和/或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的侧链官能团的线型聚合物产物。

27、线型聚合物的形成是重要的，因为它有助于后续的超支化步骤并且为链中每个氨基处的超支化结构提供基础，同时还为链之间的交联提供进一步增强交联控制的机制。

28、引发剂可以是热聚合引发剂，也可以是光聚合引发剂。可优选地，引发剂是热聚合引发剂，例如aibn(2，2′-偶氮二异丁腈)、2，2′-偶氮双[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐和acva(4，4′-偶氮双(4-氰基戊酸))。

29、极性溶剂可以是通常用于聚合反应中的任何极性溶剂。例如，极性溶剂可选自碳酸酯、醇、乙二醇、甲酰胺、乙酰胺和dmso。

30、当线型聚合物产物上的侧链官能团包含能够通过水解转化为氨基的那些官能团或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的那些官能团时，步骤(a)包括将这些官能团转化为氨基以提供包含侧链氨基的线型聚合物产物。官能团如何转化将取决于存在的官能团。例如，可使用任何合适的水解反应来水解酰胺基。例如，用酸性或碱性水溶液加热含酰胺的线型聚合物产物。这些方法是本领域技术人员所知晓的。

31、在步骤(a)之后形成的线型聚合物产物可被称为“基底层”，因为它最终连接到基质颗粒上。例如，它可在步骤(a)期间连接到基质颗粒上。或者，聚合物可在不存在基质颗粒的情况下形成，然后使用夺氢法进行连接。在存在基质颗粒的情况下形成基底层通常导致最大链密度，因此在本发明的一个方面，在存在基质颗粒的情况下形成线型聚合物产物可以是优选的。

32、应当注意，基底层不一定完全覆盖或涂覆其所连接的基质。然而，优选的是基底层完全覆盖或涂覆基质。覆盖或涂覆可取决于基质上存在的已与线型聚合物产物形成共价键的官能团的数目。

33、如上文所述，步骤(a)可在存在基质颗粒的情况下进行。如果步骤(a)在存在基质颗粒的情况下进行，则在该步骤期间形成共价键，并且不必使步骤(a)或(b)的产物与额外的基质颗粒反应。

34、例如，用于制备离子交换色谱填充材料的方法可包括：

35、(a)通过使包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团的(至少)单体与引发剂在存在基质颗粒的情况下在极性溶剂中反应，并任选地将任何能够通过水解转化为氨基的侧链官能团和/或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的侧链官能团转化为侧链氨基，形成包含侧链氨基的线型聚合物产物，其中该产物与基质颗粒共价键合；

36、(b)使步骤(a)后存在于线型聚合物产物上的侧链氨基与以下物质反应：

37、(i)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，或

38、(ii)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，和至少第一胺化合物，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基，

39、以与第一未反应的过量官能部分形成第一缩聚物反应产物。

40、或者，步骤(a)或(b)的产物可与基质颗粒反应以在颗粒与步骤(a)的产物或步骤(b)的产物之间形成共价键，例如通过夺氢法。除非如上文所指出，在步骤(a)中存在基质。

41、例如，用于制备离子交换色谱填充材料的方法可包括：

42、(a)通过使包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团的(至少)单体与引发剂在极性溶剂中反应，并任选地将任何能够通过水解转化为氨基的侧链官能团和/或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的侧链官能团转化为侧链氨基，形成包含侧链氨基的线型聚合物产物；

43、(i)使步骤(a)的产物与基质颗粒反应以在线型聚合物产物与基质之间形成共价键；

44、(b)使步骤(a)后存在于线型聚合物产物上的侧链氨基与以下物质反应：

45、(i)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，或

46、(ii)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，和至少第一胺化合物，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基，

47、以与第一未反应的过量官能部分形成第一缩聚物反应产物。

48、或者，用于制备离子交换色谱填充材料的方法可包括：

49、(a)通过使包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团的(至少)单体与引发剂在极性溶剂中反应，并任选地将任何能够通过水解转化为氨基的侧链官能团和/或能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的侧链官能团转化为侧链氨基，形成包含侧链氨基的线型聚合物产物；

50、(b)使步骤(a)后存在于线型聚合物产物上的侧链氨基与以下物质反应：

51、(i)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，或

52、(ii)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，和至少第一胺化合物，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基，

53、以与第一未反应的过量官能部分形成第一缩聚物反应产物，并使步骤(b)(i)或(ii)的产物与基质颗粒反应以在步骤(b)(i)或(ii)的产物与基质之间形成共价键。

54、基质颗粒具有包含有机聚合物的表面。在本发明的方法的步骤(a)中使用的单体不溶于或基本上不溶于基质颗粒。例如，不溶于或基本上不溶于颗粒表面上的有机聚合物。

55、术语“表面”包括与基质的其余部分具有相同化学组成的基质的表面和与载体基质的表面层具有不同化学组成的表面。因此，有机聚合物表面可包括整个基质颗粒或可由另一种材料(例如由无机氧化物制成的材料)形成的仅基质颗粒的顶表面。或者，基质颗粒可在其表面上包含无机材料，例如由无机氧化物(例如硅胶、氧化铝、二氧化钛、氧化锆和熔融二氧化硅)制成的无机材料。

56、合适的基质颗粒可包括多种市售色谱介质，例如色谱颗粒的填充床，并且还包括许多其他形式，包括已适当衍生化的管和可在简单的碱水解处理以活化表面后使用的熔融二氧化硅毛细管。因此，除非另有说明，术语“基质颗粒”包括一种或多种基质。此外，基于平面材料的产品例如生物测定中常用的“芯片”和阵列也可用作基质。在后一种情况下，可通过施加如上文所述的多层来修饰表面，或者可将一层或多层凝胶形成试剂混合物施加到表面上以形成生物分子的结合位点。

57、合适的基质颗粒包括但不限于乙基乙烯基苯-二乙烯基苯(evb-dvb)、聚苯乙烯-二乙烯基苯(ps-dvb)和聚乙烯醇(pva)。

58、共价键是在颗粒和线型聚合物产物的游离双键之间。

59、在本发明的一个方面，所用的基质颗粒未被磺化或带负电。

60、基质与单体的重量比可为约10∶0.5至约2.5∶2.5，例如约3∶1。

61、在本发明的方法的步骤(b)中，存在于线型聚合物产物上的侧链氨基与以下物质反应：(i)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与所述伯胺和/或仲胺基团反应的官能部分，或(ii)至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，和至少第一胺化合物，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基，以与第一未反应的过量官能部分形成第一缩聚物反应产物(cprp)。

62、进行步骤(b)中的反应以提供过量的未反应(且因此具有反应性的)官能部分。这些官能部分可以是多官能化合物上的未反应部分或第一cprp中的胺化合物上的未反应部分。“未反应”是指一个或多个官能部分未反应，例如未参与缩合反应，因此仍然具有反应性。

63、该至少第一多官能化合物包含至少两个能与基底层中的氨基或后续形成第一、第二或更高编号的cprp层的胺化合物反应的官能部分。多官能化合物中合适的官能部分包括环氧化物、烷基卤化物、苄基卤化物、甲苯磺酸酯、甲基硫化物及其混合物中的一者或多者。

64、合适的环氧化物的其他例子包括丁二烯二环氧化物、乙二醇二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、二乙二醇二缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚、甘油三缩水甘油醚和含有两个或更多个环氧基团的许多其他化合物，包括通常用于商业环氧制剂中的环氧树脂。合适的烷基卤化物包括二氯乙烷、二氯丙烷、二氯丁烷、二溴乙烷、二溴丙烷、二溴丁烷以及许多其他烷基卤化物。合适的苄基卤化物包括α，α-二氯二甲苯和α，α-二溴二甲苯以及许多其他苄基卤化物。合适的甲苯磺酸酯包括乙二醇二甲苯磺酸酯、二乙二醇二甲苯磺酸酯以及各种其他脂族或芳族多元醇的甲苯磺酸酯。合适的甲基硫化物包括1，3-双(甲硫基)丙烷和1，4-双(甲硫基)丁烷以及许多其他聚甲基硫化物。用于本发明的多官能化合物优选地包括环氧化物多官能部分，其定义为包括单环氧化物化合物、双环氧化物化合物和/或在包括聚合物的化合物中的多环氧化物部分。

65、多官能化合物的尺寸可在较宽的范围内变化，从例如分子量小于87的简单的非聚合化合物到分子量为234至10,000的小聚合化合物。优选地，多官能化合物是水溶性的，并且由多元醇的缩水甘油醚组成，或者含有连接到亲水性聚合物如聚乙二醇或聚丙二醇上的缩水甘油醚，或者是所有三种物质的组合，如甘油丙氧基三缩水甘油醚。

66、能够与多官能胺或多官能环氧化物形成缩聚物的其他多官能试剂也可与适合与胺反应的材料或适合与环氧化物反应的材料结合使用或代替适合与胺反应的材料或适合与环氧化物反应的材料使用。用于与多官能胺反应的合适的可供选择的多官能试剂包括2-甲基-2-硝基-1，3-丙二醇、二硫代双(琥珀酰亚胺基丙酸酯)、氰尿酰氯和多官能酰氯如己二亚胺酸二甲酯二盐酸盐。用于与多官能环氧化物反应的合适的可供选择的多官能试剂包括诸如多官能硫醇的化合物。优选地，合适的试剂也是水溶性的，以促进水基合成方法。

67、该至少第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基。该至少第一胺化合物可包括另外的氨基，并且可包括伯胺和仲胺以及叔胺。

68、伯胺类型的合适氨基包括甲胺、乙胺、丙胺、异丙胺、丁胺、异丁胺、仲丁胺、叔丁胺、戊胺、叔戊胺、己胺、庚胺、辛胺、苄胺、苯乙胺、乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、1-氨基-2-丙醇、2-氨基-1-丙醇、2-氨基-1，3-丙二醇、4-氨基-1-丁醇以及具有或不具有额外的极性和/或亲水性取代基的许多其他伯胺。

69、仲胺类型的合适氨基包括二甲胺、二乙胺、二丙胺、二异丙胺、二丁胺、二异丁胺、二仲丁胺、二叔丁胺、二叔戊胺、二戊胺、二己胺、二乙醇胺、甲基乙醇胺、乙基乙醇胺、吗啉以及具有或不具有额外的极性和/或亲水性取代基的许多其他仲胺。

70、合适的胺化合物包括：脂族二胺，例如乙二胺、1，3-二氨基丙烷、1，2-二氨基丙烷、1，4-二氨基丁烷、1，5-二氨基戊烷、1，6-二氨基己烷、1，7-二氨基庚烷、1，8-二氨基辛烷、1，9-二氨基壬烷、1，10-二氨基癸烷、1，12-二氨基十二烷、1，2-二氨基环己烷、1，4-二氨基环己烷；芳族苄基二胺，例如间苯二甲胺、对苯二甲胺；脂族多胺，例如二乙烯三胺、三乙烯四胺和更高级的聚合类似物；以及在单一化合物中含有多个伯胺、仲胺和/或叔胺基团的各种其他结构。

71、伯胺和仲胺在性质上都是多官能的，因为它们各自包括至少两个可与多官能基团反应以形成cprp的官能团，如下文将描述的。胺化合物的尺寸可在较宽的范围内变化，从例如分子量为17的简单的非聚合化合物到分子量为200至10，000的小聚合化合物。优选地，胺化合物中的每个氨基应当在每个氨基之间的连接中具有至少三个原子，以便实现对于每个氨基的良好反应性，但是聚合物质如聚乙烯亚胺和衍生自n-乙烯基甲酰胺聚合物的水解的多胺也可用于本发明。

72、在步骤(b)中，可以使用大量过量的至少第一多官能化合物或至少第一多官能化合物和至少第一胺化合物。

73、在步骤(b)中使用的化合物可包括作为唯一的胺化合物的第一胺化合物和作为唯一的多官能化合物的第一多官能化合物。或者，步骤(b)中使用的化合物可包括第一胺化合物与一种或多种额外的胺化合物的混合物。此外，步骤(b)中使用的化合物可包括单独的第一多官能化合物以及第一胺化合物或额外的胺化合物，或者可包括第一多官能化合物与一种或多种额外的多官能化合物的混合物。以这种方式，可调整每种缩聚物反应产物以包括期望的功能。

74、此外，各胺化合物中的氨基和多官能化合物中的两个官能部分可彼此相同或不同。例如，第一胺化合物可包括至少仅伯胺基团、仅仲胺基团、一个或多个伯胺和/或仲基团等。类似地，第一多官能化合物可包括至少两个能与相同类型或不同类型的氨基反应的官能部分，并且可另外包括多于两个官能部分。

75、可在步骤(b)之后通过使第一cprp的未反应的过量官能部分与额外的多官能化合物和/或胺化合物反应来形成后续cprp。用于形成后续cprp的化合物将取决于存在于先前cprp上的非反应性部分。例如，如果第一cprp经由步骤(b)(i)形成，则后续cprp可使用过量的胺化合物或过量的多官能化合物和胺化合物两者形成。或者，如果第一cprp经由步骤(b)(ii)形成，则后续cprp可使用过量的多官能化合物或过量的多官能化合物和胺化合物两者形成。

76、因此，该方法可包括步骤(c)(i)，其中步骤(b)(i)的cprp上的未反应的过量官能部分可与过量的至少第二胺化合物或过量的至少第二多官能化合物和至少第二胺化合物两者反应以形成第二cprp；或者步骤(c)(ii)，其中步骤(b)(ii)的cprp上的未反应的过量官能部分可与过量的至少第二多官能化合物或过量的至少第二多官能化合物和至少第二胺化合物两者反应以形成第二cprp。

77、以这种方式，多官能化合物和胺化合物可依序加入或采用一锅法以形成后续cprp。

78、该过程可根据需要重复多次以实现最终产品的所需性质，通常为在基质颗粒上的完整涂层的形式。

79、关于步骤(c)(i)或(ii)以及任何后续重复(如果存在的话)，该至少第二胺化合物或第二多官能化合物可以与第一胺化合物和第一多官能化合物类似的方式表征。因此，第二胺化合物可以是与一种或多种额外的胺化合物的混合物，并且可在第二胺化合物中包含一个或多个伯胺和/或仲胺基团。

80、应注意，步骤(c)(i)或(ii)中的术语“第二胺化合物”和“第二多官能化合物”用于显示步骤(c)(i)或(ii)在步骤(b)之后发生。然而，术语“第二胺化合物”的含义包括与第一胺化合物相同或不同的胺化合物。类似地，术语“第二多官能化合物”包括与第一多官能化合物相同或不同的第二多官能化合物。

81、使用上述方法，形成涂覆的离子交换基质，其中涂层包含至少第一cprp。第一cprp通过步骤(a)中形成的线型聚合物与载体基质颗粒的表面共价结合，并且包含至少前述类型的第一胺化合物和/或具有能与第一胺化合物的氨基反应的至少两个官能部分至少第一多官能化合物。形成第二cprp，该第二cprp包含第一胺化合物或第一多官能化合物与第二胺化合物或第二多官能化合物的反应产物。该产物包括至少第一和第二cprp，以及另外的如上文所述在与第二cprp的后续反应中形成的第三或任何后续cprp。

82、反应步骤(c)可以重复任何期望的次数。在上述方法的任何时候，缩聚物反应产物的外层具有胺基的阳离子官能度。该反应的产物可直接以这种形式使用而无需进一步改性。在这种情况下，该反应的产物将含有强碱阴离子交换位点和弱碱阴离子交换位点，这对于一些分离是有利的。

83、然而，可通过与包含叔胺基团的封端化合物反应的封端反应将强碱阴离子交换位点引入到缩聚物的外层中。以这种方式，将反应封端或终止，并且离子交换涂层包含大量常规用于阴离子分离的季胺，如当基质以阴离子交换填料的形式用于色谱柱等时。

84、通过使涂覆的基质外表面上的过量胺反应性官能团与含胺阳离子官能化合物反应以将基质转化成阳离子交换基质，可将涂覆的离子交换基质转化成阳离子交换基质。如上文所述，在一个优选的实施方案中，基质包括多个颗粒形式的基质，并且涂覆的颗粒包括离子交换填料颗粒，例如用于色谱分离。合适的含胺阳离子官能团包括磺酸、膦酸和羧酸或其组合。优选地，合适的含胺阳离子官能化合物包括两个或更多个阳离子官能团，使得阳离子官能团的总数超过先前形成的阴离子交换位点的数目。合适的化合物包括：γ-羧基谷氨酸、次氮基三乙酸、3，3′，3″-次氮基三丙酸、n-(2-羧乙基)亚氨基二乙酸、n-(膦酰基甲基)甘氨酸、2-氨基-3-膦酰基丙酸、亚氨基二(甲基膦酸)、2-氨基乙基膦酸、哌嗪-1，4-双(2-乙磺酸)、高半胱氨酸和2-氨基-3-磺基丙酸，以及许多其他含胺阳离子官能化合物。

85、通过使涂覆的基质外表面上的过量胺官能团与阳离子官能化合物反应以将基质转化成阳离子交换基质，可将涂覆的离子交换基质转化成阳离子交换基质。如上文所述，在一个优选的实施方案中，基质包括多个颗粒形式的基质，并且涂覆的颗粒包括离子交换填料颗粒，例如用于色谱分离。合适的阳离子官能团包括磺酸、膦酸和羧酸。合适的阳离子官能化合物包括：氯乙酸、溴乙酸、氯丙酸、溴丙酸、2-氯乙磺酸钠、2-溴乙磺酸钠或1，4-丁磺内酯。膦酸阳离子官能团可使用合适的试剂如五氯化磷或三溴氧化磷并随后进行水解而引入。

86、一个或多个缩聚物官能团可以是支化的和/或交联的。例如，第二、第三或更高的cprp可以通过适当选择试剂和通过选择试剂和通过调节试剂的比例和如下文所示的胺化合物和多官能化合物中的一种或另一种的过量而支化和交联。

87、例如，步骤(c)(i)或(ii)的“第二cprp”可使用多官能胺和多官能环氧化物化合物的混合物制备。可以调节该层的组成，使得混合物在“第二cprp”的应用的条件下不会产生凝胶。例如，甲胺(能够与总共三个环氧基团反应，形成季胺离子交换位点的三官能胺)优选地与水溶性二环氧化物(双官能环氧化物)组合，在优选的实施方案中与丁二醇二缩水甘油醚组合。如果这两种成分以二摩尔甲胺比三摩尔丁二醇二缩水甘油醚的比例组合，则它们倾向于形成交联凝胶，因为它们以官能度互补的化学计量组合在一起。在浆料模式或流通式“填充柱”模式中的这种反应混合物可能是不期望的，因为凝胶化在前一种情况下，将导致基质颗粒悬浮在不适合用于液相色谱的稳定凝胶中，而在后一种情况下将导致形成极高的压力，排除了使用泵送作为递送试剂的手段，使得该材料不适合用于液相色谱。相反，如果调节两种试剂的比例使得不形成凝胶(优选地使用与能够凝胶化的组合物接近的组合物而不使用能够凝胶化的组合物)，则溶液可通过“填充柱”而不经历凝胶化特有的高压。此外，当该溶液通过柱时，涂层厚度将继续增加。

88、有用的“cprp涂层”，例如第一和/或第二和/或后续cprp涂层，可通过使用1∶1摩尔比的优选试剂，同时在存在步骤(a)或(b)的产物的情况下使试剂在65℃反应一小时来实现。如果后续cprp正在形成，使用该组合物允许在步骤(a)的产物或步骤(b)(i)或(b)(ii)的产物上形成基本上线型的cprp。

89、用该组合物形成的缩聚物含有大量反应性胺位点，因为在这些条件下，胺反应物就试剂的官能度而言是过量的。因此，当将甲胺(三官能试剂)和丁二醇二缩水甘油醚(双官能试剂)以1∶1的比例组合时，将形成聚合物，其中平均两个丁二醇二缩水甘油醚试剂连接到每个甲胺试剂上，形成基本上线型的聚合物，所得聚合物主要是具有在聚合物链中交替的胺和丁二醇二缩水甘油醚基团的交替聚合物。由此形成的所有胺基的大部分在“cprp”制备步骤完成时是叔胺，尽管此时一些胺基将是季胺且一些胺基将是仲胺。这些叔胺基团(以及仲胺基团)仍然可用于进一步反应，在每个反应位点处形成季胺位点。因此，“cprp”，例如“第一cprp”或“第二cprp”可用于后续使用多官能环氧化物的处理。

90、在本发明方法的一个方面，可随后使来自步骤(a)的“线型聚合物产物”与大量过量(例如50至200％)的多官能环氧化物(多官能化合物)，优选地丁二醇二缩水甘油醚反应。通过使用大量过量的多官能环氧化物，“线型聚合物产物”现在被未反应的侧链环氧化物基团修饰。在用大量过量(例如50至200％)的多官能环氧化物处理之后，可用大量过量的多官能胺(胺化合物)，优选地甲胺处理基质。这使得表面被含有胺官能团的具有两个残留的反应性位点侧链基团修饰。

91、重复使用大量过量的多官能环氧化物、随后大量过量的多官能胺的循环将在每个胺处产生分支点，在分支点处具有季胺位点。理论上，利用丁二醇二缩水甘油醚和甲胺以及交替反应将导致每层的分支数目翻倍。通过利用该方法，通过重复该循环合适的次数(例如，至少3、4、5、6、7、8或更多次)可实现非常高的容量。在实践中，情况明显比这更复杂，因为随着支化增加，支链交联在一起的可能性也增加。因此，当循环数增加时，使用优选的实施方案生产的材料将倾向于具有更大量的交联(假设所用试剂中的至少1个试剂具有＞2的官能度)。然而，如果层是双官能胺和双官能环氧化物二者交替的，则链增长将主要是线型的并且交联副反应将大大减少。

92、在该反应化学中另一种可能的复杂化是环氧化物经历碱催化聚合的倾向。由于使用这种合成策略的缩聚物将是氢氧化物形式，因此它们可以在一些条件下在不存在任何胺的情况下诱导多官能环氧单体的聚合。最终的缩聚物可能含有一部分经由该聚合副反应形成的聚环氧化物，该聚环氧化物也修饰表面。这些额外的反应途径的存在本身并不限制当前方法的实用性，如在涂覆的连接中提供的实例所展示的。可通过改变不同的组合(包括改变每层中胺或环氧化物或两者的性质)或通过在每层中使用胺或环氧化物的组合来产生有用的组合物。

93、在一个具体方面，本发明提供制备离子交换色谱填充材料的方法，其中填充材料包含与基质颗粒共价键合的缩聚物，并且形成缩聚物的方法包括：

94、(a)通过使(至少)选自由n-乙烯基甲酰胺、n-甲基-n-乙烯基乙酰胺、n-[(4-乙烯基苯基)甲基]乙酰胺、苯乙烯酰胺、烯丙胺、氨基苯乙烯和乙烯基吡啶单体组成的组的单体与引发剂在存在选自由乙基乙烯基苯-二乙烯基苯(evb-dvb)、聚苯乙烯-二乙烯基苯(ps-dvb)和聚乙烯醇(pva)组成的组的基质颗粒的情况下在极性溶剂中反应，将侧链酰胺基团转化为侧链氨基，形成包含侧链氨基的线型聚合物产物；

95、(b)使步骤(a)后存在于线型聚合物产物上的侧链氨基与以下物质反应：

96、(i)至少第一多官能环氧化物化合物(如1，4-丁二醇二缩水甘油醚)，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，或

97、(ii)至少第一多官能环氧化物化合物(如1，4-丁二醇二缩水甘油醚)，该第一多官能化合物具有至少两个能与侧链氨基反应的官能部分，和至少第一胺化合物(如甲胺)，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基，

98、以与第一未反应的过量官能部分形成第一缩聚物反应产物。

99、尽管精确的条件可根据多官能环氧单体和多官能胺的给定混合物导致凝胶形成所需的浓度、温度和时间而变化，但以下提供了适于制备“第一cprp”或“第二cprp”以防止在该步骤期间凝胶形成的可能方法。

100、环氧单体可用于生产氢氧化物选择性材料。氢氧化物选择性需要位于每个阴离子交换位点的季胺中心附近的羟基官能团。

101、环氧单体提供这种羟基作为环氧化物与胺反应的副产物。因此，此类缩聚物尤其可用于制备氢氧化物选择性阴离子交换相。然而，这并不将本发明的实用性限制于环氧单体和胺。事实上，类似的缩聚物也可使用例如多官能烷基卤化物结合多官能胺生产。这种缩聚物将不是氢氧化物选择性的，但仍可用于制备阴离子交换相。

102、尽管，如上文所述，通常将避免导致凝胶形成的条件，特别是在浆液接枝的情况下，但有用的合成方法包括使用通过简单地减少基质对反应混合物的暴露时间使得暴露时间小于反应混合物的凝胶化时间而最终导致凝胶形成的组合。

103、在本发明的一个有用的方面，使这样的溶液通过基质或步骤(a)的产物的填充床不仅导致基质表面或产物上的接枝，还导致填充柱中单个颗粒的连接以形成基于颗粒的整料。通过选择合适的条件，可将所得的整料从其形成于其中的柱主体中去除。因为聚合物通常总是随着聚合进行而收缩，所以柱内容物远离柱壁收缩，从而允许从柱硬件中去除整料。所得整料在充分水合时通常是柔性的。通过使整料干燥并将其重新插入合适尺寸的柱硬件中，所得的整料可用于色谱分离。

104、另外，根据本发明，可将大量颗粒填充在床中并涂覆在大的流通柱中，并大量去除以作为填充的较小分析柱的供应。

105、尽管本发明的方法可使用甲胺，但如上文所示，多种可供选择的多官能胺也适用于本发明，包括简单的二胺、三胺和更高的多胺。聚合物生长步骤的增长要求胺含有至少两个可利用的反应位点。聚合物生长的终止可通过使用含叔胺化合物的最终反应步骤来完成，或者可在没有这种终止反应的情况下结束反应。

106、本发明的优点在于，当将缩聚物施加到填充有基质或步骤(a)的产物的柱上时，可中断涂覆过程以进行柱评价，然后可重新开始该过程。然而，因为环氧化物在碱性条件下容易水解，所以通常优选地在与含多官能胺的试剂反应后中断反应，而不是在与含多官能环氧化物的试剂反应后立即中断反应。同样地，尽管优选的多官能环氧化物是丁二醇二缩水甘油醚，但是在本发明中可使用多种多官能环氧化物。理想地，多官能环氧化物应当是水溶性的，以有利于在水性条件下形成缩聚物，但可获得的众多多官能环氧化物中的任何一种都可用于此目的。此外，使用标准合成方法可容易地合成不容易获得的多种聚缩水甘油基试剂。尽管缩聚物的原位柱制备是快速评价不同制剂的便利方式，但原位柱制备通常不如分批量合成高效。然而，通过使用浆料接枝技术或优选地大填充床反应器，最佳的涂覆化学品可以容易地转移到更大规模的批量工艺中。

107、一般而言，环氧化物和胺如下所示地反应。

108、

109、本发明还提供离子交换色谱填充材料，包含：

110、(i)基质颗粒；

111、(ii)与基质颗粒共价键合的基底层，其中该基底层包含：

112、a.通过使包含至少一个不饱和碳-碳键和至少一个选自氨基、能够通过水解转化为氨基的官能团和能够通过与胺直接或间接反应转化为氨基的官能团的官能团的(至少)单体与引发剂在极性溶剂中聚合而形成的包含侧链氨基的线型聚合物；和

113、(iii)通过使线型聚合物上的侧链氨基与以下物质反应而形成的第一缩合反应聚合物产物：

114、i.至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个官能部分；或者

115、ii.至少第一多官能化合物，该第一多官能化合物具有至少两个官能部分，和至少第一胺化合物，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基。

116、在以上定义的填充材料中，基质颗粒、单体、引发剂、极性溶剂、胺化合物和多官能化合物如对于本发明的方法所定义。

117、因此，本发明还提供使用如本文所定义的本发明方法获得的离子交换色谱填充材料。

118、在本发明的一个特定方面，涂覆的离子交换基质可包含：

119、(i)选自由乙基乙烯基苯-二乙烯基苯(evb-dvb)、聚苯乙烯-二乙烯基苯(ps-dvb)和聚乙烯醇(pva)组成的组的基质颗粒；

120、(ii)与基质颗粒共价键合的基底层，其中该基底层包含：

121、a.通过使选自由n-乙烯基甲酰胺、n-甲基-n-乙烯基乙酰胺、n-[(4-乙烯基苯基)甲基]乙酰胺、苯乙烯酰胺、烯丙胺、氨基苯乙烯和乙烯基吡啶单体组成的组的(至少)单体与引发剂在极性溶剂中聚合而形成的包含侧链氨基的线型聚合物；和

122、(iii)通过使线型聚合物上的侧链氨基与以下物质反应而形成的第一缩合反应聚合物产物：

123、i.至少第一多官能环氧化物化合物(如1，4-丁二醇二缩水甘油醚)，该第一多官能化合物具有至少两个官能部分；或者

124、ii.至少第一多官能环氧化物化合物(如1，4-丁二醇二缩水甘油醚)，该第一多官能化合物具有至少两个官能部分，和至少第一胺化合物(如甲胺)，该第一胺化合物包含选自由氨、伯胺和仲胺组成的组的氨基。

125、为了避免疑问，在本说明书中，当使用术语“包括(comprising)”或“包括(comprises)时，意指所描述的特征部必须包括所列出的组件，但可以任选地包括另外的组件。当使用术语“基本上由……组成(consisting essentially of)”或“基本上由……组成(consists essentially of)”时，意指所描述的特征部必须包括所列出的组件并且还可以包括其他组件，条件是任何组件不影响该特征部的基本性质。当使用术语“由……组成(consisting of)”或“由……组成(consists of)”时，意指所描述的特征部必须仅包括所列出的组件。

126、本领域技术人员将清楚的是，关于带电粒子显微镜定义的特征和组合同样适用于以上定义的方法和组合。

127、具体实施方式以实施例的方式而不以限制的方式来说明本发明的原理。该描述将清楚地使得本领域技术人员能够制造和使用本发明，并且描述了本发明的若干实施方案、修改、变化、替代方案以及用途。如本文所使用，用于任何数值或范围的术语“约”或“大致”指示合适的尺寸公差，该尺寸公差允许组分的部分或集合出于如所描述的预期目的而起作用。