Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PÉROLASDE POLÍMERO FUNCIONALIZADO, PROCESSOS PARA PREPARAÇÃODAS MESMAS E PROCESSOS DE SEPARAÇÃO DE UM ANALITO DEUMA SOLUÇÃO E EM UMA MISTURA".
Campo da Invenção
A presente invenção refere-se a separação de uma variedade deanalitos que são polares, não-polares ou iônicos usando-se meios poliméri-cos funcionalizados. O relatório descritivo mostra funcionalização de meiospoliméricos e seu uso. A funcionalização de partículas de polímeros é con-duzida para proporcionar desejáveis propriedades de superfície para aplica-ções de separação tais como cromatografia líquida e extrações de fase sólida.
Antecedentes da Invenção
Separação extrativa de fase sólida e cromatográfica de analitos sãoconduzidas através de contato de misturas de soluções de analito com materiaissólidos também conhecidos como fases/sorvente ligados. Adsorção/dessorção(divisões) de analitos sobre fase ligada conduz à separação de misturas. (Practi-cal HPLC Method Development1 L.R. Snyder, J.J. Kirkland, e J.L. Glajch, JohnWiley and Sons, 1997; Solid Phase Extraction for Sample Preparation1 M. Zief1 eR. Kisel, J. T. Baker, Phillipsburg, NJ1 1988). As publicações e outros materiaisusados aqui para iluminar os antecedentes da invenção ou proverem adicionaisdetalhes com relação à prática, são incorporados por referência, e por conveni-ência são respectivamente agrupados na aposta Lista de Referências anexa.Suportes são modificados para proporcionarem as propriedades que permitemseparação através de vários mecanismos tais como fase reversa e troca deíons. É conhecido fabricação de fases ligadas de fase reversa usando-se partí-culas de sílica. Devido a várias desvantagens associadas com sílica tais comoinstabilidade em condições ácidas e básicas, polímeros estão sendo considera-dos. Algumas das dificuldades associadas com resinas de copolímero reticula-do incluem intumescimento nos solventes e reduzida resistência mecânica (F.Nevejam1 and M. Verzele, J. Chromatography 350:145 (1985)). Da mesma ma-neira, é freqüentemente necessário empregar-se partículas de polímero reticu-ladas mas porosas nas quais sítios de absorção são acessíveis a analitos. Ne-cessária seletividade de fases de polímero não-funcional é obtida através devariação de solventes que constituem a fase móvel enquanto fases ligadasbaseadas em sílica são modificadas com uma combinação de característicaspolares e não-polares que provêm desejada seletividade. Por isso, materiaispoliméricos funcionalizados próprios e processos para uso destes são ne-cessários que possam conduzir à desejada seletividade e capacidade deseparação.
É bem-conhecido na técnica anterior usar-se copolímeros reti-culados de monômeros monovinilideno e polivinilideno para produção depolímeros funcionalizados. Por exemplo, conversão de tais polímeros a resi-na de troca de íons por sulfonação é descrita na patente US 2.366.007. Narealização destas funcionalizações, a cadeia principal de polímero é reagidae assim altera propriedades daquelas pérolas que tornam-se hidrofílicas,tornando-as suscetíveis a rachadura ou estilhaçamento. Em adição, contro-lada funcionalização através de uma reação de volume tal como sulfonaçãoé difícil. Conversão de meios cromatográficos hidrofóbicos a hidrofílicos émostrada na patente US 5.030.352. Estes meios cromatográficos são obti-dos através de aplicação de vários revestimentos hidrofílicos finos à superfí-cie de substratos de polímero hidrofóbico (por exemplo, poliestireno - DVB).O processo inclui adsorção de soluto tendo domínios hidrofóbicos e hidrofíli-cos sobre o substrato através de interações hidrofóbicas - hidrofóbicas como domínio hidrofílico estendendo-se para fora afastando-se da superfície. Asmoléculas são então reticuladas no lugar. Estes materiais de revestimentoainda podem ser derivatizados para produção de vários materiais úteis emseparações. Tal revestimento é limitado a um filme fino sobre a superfície dosuporte hidrofóbico e assim capacidade é limitada. Também, hidrofobicidadedo suporte é diminuída e pode não ser suficiente para adsorver analitos hi-drofóbicos. Meitzner and Oline na patente US 4.297.220 descrevem copolí-meros microrreticulados formados por copolimerização de monômeros mo-noetilenicamente insaturados e monômeros de polivinilideno na presença decertos compostos para obtenção de um específico volume vazio e área desuperfície que são usados para absorção de um material orgânico a partir deuma mistura fluida contendo materiais orgânicos. Bouvier et al. Na patenteUS 5.882.521 descreve um processo para remoção de um soluto orgânicode uma solução usando um copolímero umedecível com água de monôme-ros hidrofílicos e hidrofóbicos tendo 12-30 moles por cento de monômerohidrofílico.
Sumário da Invenção
A presente invenção difere substancialmente da técnica anteriorna medida em que ela não envolve copolimerização reticulada de dois mo-nômeros monovinilideno e polivinilideno e funcionalização de uma cadeiaprincipal de polímero. Ela usa uma nova abordagem de funcionalização desuperfície de partículas rígidas pré-formadas usando diferentes monômerosfuncionais para produzir pérolas funcionalizadas. Além disso, o processo defuncionalização mostrado reduz significantemente o número de reações e oconsumo de reagentes e solventes que são necessários como comparadocom outros processos de funcionalização de cadeia principal de polímero.Por exemplo, para fabricação de um meio de troca de ânions forte com umafuncionalidade amina quaternária, três estágios de reações (bromação oucloração seguida por aminação seguida por quatemização) são necessários.Da mesma maneira, através de funcionalização de partículas rígidas pré-formadas que são homopolímeros de monômeros de polivinilideno, proprie-dades físicas da cadeia principal de polímero não são afetadas mas proprie-dades críticas são proporcionadas à superfície que permitem útil separaçãoe extração de fase sólida e cromatográfica e eliminam as desvantagens as-sociadas com os copolímeros. Através do uso da preparação descrita, partí-culas rígidas pré-formadas altamente reticuladas preparadas por polimeriza-ção de monômeros polivinilideno podem ser funcionalizadas sem alteraçãode propriedades físicas de partículas (tal como resistência mecânica e não-intumescimento). A invenção descreve funcionalização proporcionar proprie-dades de troca de ânions, e cátions e hidrofílicas. De acordo com a presenteinvenção, partículas porosas ou não-porosas rígidas, pré-formadas, de ho-mopolímero altamente reticulado de compostos polivinilideno são funcionali-zadas usando-se os grupos vinila residuais, sobre os quais compostos mo·novinila são covalentemente ligados através de polimerização. Da mesmamaneira, as partículas pré-formadas contendo grupos vinila residuais sãosuspensas e derivatizadas em uma solução de um composto monovinilatendo desejadas propriedades tais como sendo hidrofílico ou útil como umtrocador de ânions ou cátions. Como tal, a presente invenção permite altafuncionalização por polimerização de cadeia longa de desejados compostosmonovinila sobre a superfície de partículas rígidas que têm altos grupos vini-la residuais.
De acordo com a presente invenção, propriedades de separaçãosignificantemente diferentes e interessantes foram surpreendentemente veri-ficadas nos polímeros funcionalizados. Estas propriedades conduzem à se-paração extrativa de fase sólida e cromatográfica líquida de analitos polares,não-polares e iônicos por mecanismos de adsorção e troca de íons.
Breve Descrição das Figuras
A Figura 1 é um gráfico que mostra retenção de acetominofensobre divinilbenzeno (DVB) não-funcionalizado quando água desionizada éusada como a fase móvel por até 55 minutos, eluída com metanol através demudança de água desionizada para metanol em 55 minutos. Acetominofenlixiviou durante a corrida de água e nenhum pico eluiu com metanol, assimmostrando pobre/nenhuma retenção.
A Figura 2 é um gráfico que mostra retenção de acetominofensobre DVB funcionalizado com 0,5 mmol de N-metil-N-vinil acetamida (E-xemplo 3) quando água desionizada é usada como a fase móvel por até 55minutos, eluída com metanol por mudança de água ionizada para metanolem 55 minutos. Algum acetominofen (aproximadamente 30%) Iixiviou duran-te corrida de água em 35 minutos e um pico eluiu com metanol pelo quemostrando aperfeiçoada retenção como comparado a retenção sobre DVBnão-funcionalizado.
A Figura 3 é um gráfico que mostra retenção de acetominofensobre DVB funcionalizado com 1,2 mmoles de N-metil-N-vinil acetamida (E-xemplo 4) quando água desionizada é usada como a fase móvel por até 55minutos, eluída com metanol através de alteração de água desionizada parametanol em 55 minutos. Algum acetominofen (15%) Iixiviou muito depoispois durante a corrida de água em45 minutos e um pico eluiu com metanolassim mostrando ainda aperfeiçoamento em retenção.
A Figura 4 é um gráfico que mostra retenção de acetominofensobre DVB funcionalizado com 1,36 mmoles de N-metil-N-vinil acetamida(Exemplo 6) quando água desionizada é usada como a fase móvel por até55 minutos, eluída com metanol através de mudança de água desionizadapara metanol. Uma quantidade desprezível de acetominofen Iixiviou durantea corrida e um pico eluiu com metanol, assim mostrando ainda aperfeiçoa-mento em retenção e boa recuperação através de eluição com metanol.
A Figura 5 é um gráfico que mostra retenção de acetominofensobre DVB funcionalizado com 1,5 mmol de N-metil-N-vinil acetamida(exemplo 5) quando água desionizada é usada como a fase móvel por até55 minutos, eluída com metanol através de mudança de água desionizadapara metanol em 55 minutos. Quantidades desprezíveis de acetominofenlixiviaram durante a corrida de água e um pico eluiu com metanol, assimmostrando boa retenção e recuperação através de eluição com metanol.
A Figura 6 é um gráfico que mostra retenção de acetominofensobre DVB funcionalizado com 1,6 mmol de amino estireno (Exemplo 1)quando água desionizada é usada como a fase móvel por até 55 minutos,eluída com metanol através de mudança de água desionizada para metanolem 55 minutos. Um pico eluiu com metanol mostrando retenção substanci-almente maior que sobre DVB não-funcionalizado.
A Figura 7 é um gráfico que mostra separação cromatográfica deuma mistura de ácidos orgânicos consistindo em ácido tartárico, ácido malô-nico e ácido succínico usando uma coluna empacotada com DVB não - fun-cionalizado.
A Figura 8 é um gráfico que mostra separação cromatográfica deuma mistura de ácidos orgânicos consistindo em ácido tartárico, ácido malô-nico, e ácido succínico usando uma coluna empacotada com DVB funciona-lizado do Exemplo 5.
A Figura 9 é um gráfico que mostra separação cromatográfica deácido maléico (ácido cis-1,2-etileno dicarboxílico) e ácido fumárico (ácidotrans-1,2-etileno dicarboxílico) usando uma coluna empacotada com DVBfuncionalizado do Exemplo 5.
A Figura 10 é um gráfico que mostra separação cromatográficade ácido maléico (ácido cis-1,2-etileno dicarboxílico) e ácido fumárico (ácidotrans-1,2-etileno dicarboxílico) usando uma coluna empacotada com DVBnão-funcionalizado.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção provê um processo para separação de umavariedade de analitos que são polares, não-polares ou iônicos usando-semeios funcionalizados. Mais particularmente, a presente invenção refere-seà funcionalização de partículas poliméricas altamente reticuladas pré-formadas para proporcionar desejadas propriedades tais como hidrofilicidadee capacidade de troca de ânions e cátions. Além disso, a presente invençãorefere-se à separação de fase sólida e cromatográfica líquida de uma varie-dade de analitos.
As partículas rígidas pré-formadas que podem ser funcionaliza-das incluem pérolas poliméricas porosas ou não-porosas preparadas atravésde processos convencionais tais como polimerização de suspensão. As pé-rolas poliméricas altamente reticuladas preparadas usando-se compostospolivinilideno tais como divinil benzeno e trivinil benzeno são preferidos devi-do ás suas características de não-entumescimento e alta resistência mecâ-nica. Em adição, polimerização de divinil benzeno e sua auto - reticulaçãoconduz a suficientes ligações (duplas) vinila residuais sobre a superfície quesão usadas para funcionalização de superfície usando compostos mono vi-nila. Como tal, pérolas poliméricas pré-formadas tendo um grande númerode ligações duplas residuais são preferidas na medida em que elas podemconduzir a um alto grau de funcionalização. Além disso, partículas micropo-rosas são preferidas que possam prover alta funcionalidade devido a umagrande área de superfície e acesso a porções funcionais.
A funcionalização através de pós-polimerização de compostosmonoetilenicamente insaturados (compostos monovinila) com grupos vinilaresiduais é realizada por iniciação de radical livre. Os monômeros são sele-cionados de uma classe de compostos que têm porções ativas tais comosendo polares ou trocadores de cátions ou trocadores de ânions. Após poli-merização, cadeias longas de polímero contendo porções ativas são ligadasà superfície e as longas cadeias poliméricas são estendidas para fora afas-tando-se da superfície de pérola de polímero. Esta configuração não alteraas propriedades físicas ou químicas tais como resistência mecânica, intu-mescimento, e hidrofobicidade / hidrofilicidade da cadeia principal poliméricadas pérolas. Por exemplo, através de controlada pós-polimerização (funcio-nalização) com monômeros contendo porções ativas, bolsos de sítios ativossão criados nos poros ao longo das cadeias de polímero longas mas retendobolsos hidrofóbicos sobre a cadeia principal de polímero das pérolas. É veri-ficado que estas propriedades podem conduzir a eficiente separação deanalitos polares como descrito nos Exemplos.
As condições de pós-polimerização são escolhidas de modo queuma alta funcionalização de pérolas microporosas seja obtida enquantomantendo microporosidade que permite difusão de analitos em e fora dosporos para obter a desejada separação e recuperação de analito.
Como descrito nos Exemplos, pérolas poliméricas microporosaspodem ser preparadas usando-se polimerização de suspensão convencio-nal. O grupo vinila residual ou insaturação foi determinado por um processode titulação com acetato de mercúrio (Das M. N., Anal. Chem. 26:1086 (1954)).Da mesma maneira, pérolas de poli(divinil benzeno) microporosas forampreparadas e usadas para produção de partículas poliméricas funcionaliza-das. Pérolas de polímero preparadas por homopolimerização de compostospolivinilideno que têm suficientes grupos vinila residuais podem ser usadas.Apropriados compostos polivinilideno incluem divinil benzeno, trivinil benze-no, divinil piridina, divinil tolueno, divinil naftaleno, dimetacrilacrilato de eti-Ieno glicol, e Ν,Ν-metileno diacrilamida. Pérolas de polímero de divinil ben-zeno são preferidas devido à sua alta resistência mecânica e grupos vinilaresiduais. A pérola de polímero pode ter um diâmetro na faixa de 3 a cercade 100 μιτι, preferivelmente cerca de 5-50 μιτι; diâmetro de poro de cerca de60 angstrõns a 1000 angstrõns, preferivelmente 100 angstrõns a 300 angs-trõns (medido por porosimetria de mercúrio) e área de superfície de cerca de70-150 m2/g (medida por porosimetria de mercúrio) e área de superfície decerca de 150-800 m2/g (medida por adsorção de nitrogênio).
Uma modalidade da presente invenção é um material de sepa-ração para separação de vários analitos. O material de separação é prepa-rado por funcionalização de pérolas poliméricas através de pós-polime-rização de compostos monovinila com grupos vinila residuais usando polime-rização de radical livre sob condições anaeróbicas. Catalisadores de radicallivre apropriados incluem peróxido de benzoíla, benzoato de t-butila, peróxi-do de caproíla, azo diisobutiro nitrila, e azodiisobutiramida.
Em uma modalidade, o material de separação é produzido paraproporcionar propriedades polares às pérolas poliméricas. Compostos mo-novinila apropriados para funcionalização incluem N-metil-N-vinil acetamida,amino estireno, metacrilato, acrilato de etila, acrilato de hidróxi etila, acrilatode hidróxi metila, e N-vinil caprolactama. Um composto monovinila preferidoé N-metil-N-vinil acetamida. O polímero pode ser funcionalizado para obter-se 0,5-3 mmoles de N-metil-N-vinil acetamida por grama de polímero funcio-nalizado. A funcionalização preferida que provê boa retenção de compostospolares é 1,0 a 2,0 mmoles de N-metil-N-vinil acetamida por grama de polí-meros funcionalizados. Como ilustrado nos Exemplos, aumento de funciona-lização de 0,5 mmol para 1,5 mmol aumenta a capacidade de retenção eseparação de analitos polares.
Em uma outra modalidade, o material de separação é produzidopara proporcionar propriedades iônicas às pérolas poliméricas de modo queas pérolas possam ser utilizadas para separação de troca de ânion e cátionsde analitos. Compostos monovinila apropriados para funcionalização incluemN-(4-vinil benzil)-N,N-dimetil amina, cloreto de vinil benzil trimetil amônio,ácido 4-vinil benzóico, ácido estireno sulfônico (também chamado ácido N-vinil benzeno sulfônico), e ácido metacrílico. Em adição, pérola de polímeropós-polimerizada usando metacrilato de glicidila com grupos vinila residuaisainda pode ser reagida com etileno diamina, dietil amina, polietileno imina,ácido hidróxi propil sulfônico, ácido hidroxil benzeno sulfônico ou ácido hi-dróxi benzóico para formar sítios de funcionalidade iônica sobre o polímeropós-polimerizado para render polímeros funcionais.
Em um outro aspecto desta invenção os polímeros funcionaliza-dos são usados para separação de analito por cromatografia líquida e extra-ção de fase sólida. Os polímeros funcionalizados são úteis em um númerode maneiras como ilustrado nos Exemplos. Por exemplo, recuperação de ana-litos orgânicos tais como acetaminofen, niacinamida e resorcinal é substan-cialmente maior sobre os polímeros funcionalizados devido à presença degrupos polares do que é sua recuperação sobre o polímero DVB não-funcionalizado ou sobre sílica modificada com octadecila (sílica ligada-Cie).Também, o polímero funcionalizado é mostrado ter alta capacidade de ab-sorção. Como mostrado nos exemplos, para DVB não-funcionalizado e Cierecuperação é menor para uma solução altamente concentrada de acetami-nofen (0,1 mg/ml) que para uma solução menos concentrada (0,01 mg/mL),enquanto a recuperação de DVB funcionalizado permanece alta (quantitati-va) em ambos níveis de concentração. Também, foi verificado que quandoos polímeros funcionalizados são empacotados em uma coluna cromatográ-fica líquida e usada para separação, ácidos orgânicos assim como isômeros(eis e trans) de ácidos orgânicos podem ser separados usando-se uma fasemóvel aquosa pura.
Além disso, foi verificado que quando usando-se um polímerofuncionalizado tendo características iônicas, analitos podem ser separadosatravés de uma combinação de troca de íons e mecanismos de fase reversa.Como tal, uma melhor separação de analito iônico e hidrofóbico pode serobtida. Como ilustrado nos exemplos, um analito ácido tal como sulindac quepossui um grupo ácido carboxílico é retido sobre um polímero funcionalizadoiônico assim como sobre outros polímeros (não-iônico e não-funcionalizado)e Cie. Entretanto, o analito é lavado dos materiais não-iônicos com a primei-ra lavagem de metanol, enquanto nenhum analito foi lavado de um polímerofuncionalizado iônico com a primeira lavagem de metanol. Após lavagemcom um ácido tal como ácido clorídrico 1N seguida por metanol (acidificado),o analito foi recuperado quantitativamente. Isto provê um processo muitoeficaz para separação de analitos ácidos de analitos hidrofóbicos.
A presente invenção é ainda detalhada nos exemplos que seseguem, que são oferecidos a título de ilustração e não são pretendidos li-mitarem a invenção em qualquer maneira. Técnicas padrão conhecidas outécnicas especificamente descritas abaixo são utilizadas.
Exemplos
Preparação de pérolas de poli(divinil benzeno) (DVB)
Pérolas de polímero DVB foram produzidas através de conven-cional polimerização de suspensão usando DVB 80%, peróxido de benzoílacomo o iniciador, e tolueno como o agente de formação de poros. O políme-ro conteve 0,2 meq/g de grupos vinila residuais. O diâmetro de poro foi 180ãngstrons e a área de superfície medida por porosimetria de mercúrio foi 95m2/g. Análise elementar não mostrou nitrogênio presente.
Exemplo 1
A um frasco de fundo redondo de um litro, seco, limpo, foramadicionados: 350g de água, 4g de álcool polivinílico, e 4g e cloreto de sódio.Polímero DVB (15g) foi adicionado ao frasco. Em um béquer de 25ml foramadicionados: 4g de amino estireno, 0,3g de azo diiso butironitrila (AIBN), e20g de tolueno. A mistura de reação foi agitada para dissolver os reagentes.A mistura de monômeros foi adicionada ao frasco. O frasco foi purgado detodo o ar e nitrogênio foi adicionado para obter-se uma atmosfera inerte. Ofrasco foi aquecido por toda noite a 75EC. O produto foi filtrado sobre panodynel, lavado 2X com 200ml de água desionizada, e uma vez com 200ml demetanol. O produto foi seco por toda a noite em um forno a vácuo a 80EC.Análise elementar do produto polímero mostrou nitrogênio em 2,4%. Esteproduto polímero foi então tratado com cloreto de acetila (10g) em 100ml detetraidrofurano na presença de trietilamina (6g) por 4 horas em temperaturaambiente. Análise elementar do polímero mostrou nitrogênio em 2,3% que éequivalente a 1,6 mmol de aminoestireno por grama de produto final.
Exemplo 2
A um frasco de fundo redondo, de 250ml, seco, limpo, foramadicionados 75g de etanol. Polímero DVB (15g) foi adicionado ao frasco. Emum béquer de 25ml foram adicionados: 5g de N-metil-N-vinil acetamida e0,2g de AIBN, e 10ml de etanol foi adicionado e os conteúdos agitados paradissolver os reagentes. A mistura de monômeros foi adicionada ao frasco. Ofrasco foi purgado de todo o ar e nitrogênio foi adicionado e os conteúdosforam agitados em 100 rpm. O frasco em rotação foi aquecido por toda anoite em 75EC. O produto foi filtrado sobre pano dynel, lavado 2X com200ml de água desionizada, e uma vez com 200ml de metanol. O produto foiseco por toda a noite em um forno a vácuo a 80EC. Analise elementar doproduto polímero (15 g) mostrou 1,9% de nitrogênio, equivalente a 1,36 mmolde N-metil-N-vinil acetamida por grama de produto final. A área de superfíciecomo medida por porosimetria de mercúrio foi 126m2/g e o diâmetro de porofoi 173 angstrõns.
Exemplo 3
Um frasco de fundo redondo de três gargalos, limpo, foi equipa-do com um agitador mecânico, borbulhador de nitrogênio, e condensador derefluxo. Ao frasco foram adicionados: 200 g de etanol e 40 g de polímeroDVB. A agitação foi iniciada e fixada em 300 rpm. Em um béquer de 50 ml,10,5 g de N-metil-N-vinil acetamida e 0,6 g de AIBN foram adicionadas com20 ml de etanol e agitados para dissolver. A mistura de monômeros foi adici-onada ao frasco de fundo redondo. A mistura foi agitada em 300 rpm a 75ECpor 16 horas. O produto foi filtrado sobre pano dynel, lavado 2X com 200 mlde água desionizada, e uma vez com 200ml de metanol. O produto foi secopor toda noite em um forno a vácuo a 80EC. Análise elementar do produtopolímero (42 g) mostrou 0,7% de nitrogênio, equivalente a 0,5 mmol de N-metil-N-vinil acetamida por grama de produto final.
Exemplo 4
Um frasco de fundo redondo, de três gargalos, limpo, foi equipa-do com um agitador mecânico, borbulhador de nitrogênio, e condensador derefluxo. Ao frasco foram adicionados: 200 g de etanol e 45 g de polímeroDVB. A agitação foi iniciada e fixada em 300 rpm. A um béquer de 50ml fo-ram adicionados 20g de N-metil-N-vinil acetamida e 0,6 g de AIBN com 20mlde etanol e estes foram agitados para dissolver os reagentes. A mistura demonômeros foi adicionada ao frasco de fundo redondo. A mistura foi agitadaa 300 rpm a 80EC por 16 horas. O produto foi filtrado sobre pano dynel, la-vado 2X com 200ml de água desionizada, e uma vez com 200ml de metanol.O produto foi seco por toda a noite em um forno a vácuo a 80EC. Análiseelementar do produto polímero (48 g) mostrou 1,8% de nitrogênio, equiva-lente a 1,2 mmol de N-metil-N-vinil acetamida por grama de produto final.
Exemplo 5
Um frasco de fundo redondo de três gargalos, limpo, foi equipa-do com um agitador mecânico, borbulhador de nitrogênio e condensador derefluxo. Ao frasco foram adicionados 800 g de etanol e 200 g de polímeroDVB. A agitação foi iniciada e fixada em 300 rpm. A um béquer de 250 mlforam adicionados 89g de N-metil-N-vinil acetamida e 2,68 g de AIBN com100 ml de etanol e estes foram agitados para dissolução. A mistura de mo-nômeros foi adicionada ao frasco de fundo redondo. A mistura foi agitada a300 rpm a 80EC por 16 horas. O produto foi filtrado sobre pano dynel, lavado2X com 1 L de água desionizada, e uma vez com 1 L de metanol. O produtofoi seco por toda a noite em um forno a vácuo a 80EC.
Análise elementar do produto polímero mostrou 2,1% de nitro-gênio, equivalente a 1,5 mmol de N-metil-N-vinil acetamida por grama deproduto final. Este polímero foi extraído por toda a noite com acetato de etilapara determinar a estabilidade de funcionalização. Nenhuma mudança naanálise elementar foi detectada,assim mostrando uma ligação covalente deN-metil-N-vinil acetamida ao DVB.
Exemplo 6
Um frasco de fundo redondo, de três gargalos, limpo, foi equipa-do com um agitador mecânico, borbulhador de nitrogênio, e condensador derefluxo. Ao frasco foram adicionados 200 g de etanol e 45 g de polímeroDVB. A agitação foi iniciada e fixada em 300 rpm. A um béquer de 50 ml fo-ram adicionados 20 g de N-metil-N-vinil acetamida e 0,6 g de AIBN com25 ml de etanol e estes foram agitados para dissolução de reagentes. Amistura de monômeros foi adicionada ao frasco de fundo redondo. A misturafoi agitada em 300 rpm a 80EC por 16 horas. O produto foi filtrado sobredynel, lavado 2X com 1L de água desionizada, e uma vez com 1L de meta-nol. O produto foi seco por toda noite em um forno a vácuo a 80EC. Análiseelementar do produto polímero (48 g) mostrou 1,9% de nitrogênio, equivalen-te a 1 ,36 mmol de N-metil-N-vinil acetamida por grama de produto final.
Exemplo 7
Um frasco de fundo redondo de três gargalos, limpo, foi equipa-do com um agitador mecânico, borbulhador de nitrogênio, e condensador derefluxo. Ao frasco foram adicionados 150 g de etanol e 30 g de polímeroDVB. A agitação foi iniciada e fixada em 300 rpm. A um béquer de 50 ml fo-ram adicionados 13g de metacrilato de glicidila e 0,4 g de AIBN com 20 mlde etanol e estes foram agitados para dissolução. A mistura de monômerosfoi adicionada ao frasco de fundo redondo. A mistura foi agitada em 300 rpma 80EC por 16 horas. O produto foi filtrado sobre pano dynel, lavado 2X com200 ml de água desionizada, e uma vez com 200 ml de metanol. O produtofoi seco por toda a noite em um forno a vácuo a 80EC. FT-IR do produto po-límero (32 g) mostrou um pico em 1250 cm"1, típico para um anel epóxido.
Exemplo 8
A seguinte reação produziu um meio de troca de ânions fracotendo aminas funcionais primárias e secundárias. Um frasco de fundo re-dondo, três gargalos, limpo, foi equipado com um agitador magnético, borbu-lhador de nitrogênio, e condensador de refluxo. Ao frasco foram adicionados15 g de polímero do Exemplo 7, 250 ml de tetrahidrofurano (THF) e 50 g deetilenodiamina. A mistura foi refluxada por 8 horas sob nitrogênio. O produtofoi filtrado sobre pano dynel, lavada 2X com 200 ml de água desionizada, euma vez com 200 ml de metanol. O produto foi seco por toda a noite em umforno a vácuo a 80EC. Análise elementar do produto polímero (16 g) mostrou2,9% de nitrogênio.
Exemplo 9
A seguinte reação produziu um meio de troca de ânions fracotendo uma funcionalidade amina terciária. Um frasco de fundo redondo foiequipado com um agitador magnético, borbulhador de nitrogênio, e conden-sador a refluxo. Ao frasco foram adicionados 15 g do produto do Exemplo 7,sador a refluxo. Ao frasco foram adicionados 15 g do produto do Exemplo 7,250 ml de THF e 50g de dietilamina. A mistura foi refluxada por 8 horas sobnitrogênio. O produto foi filtrado sobre pano dynel, lavado 2X com água de-sionizada, e uma vez com 200 ml de metanol. O produto foi seco por toda anoite em um vácuo a 80EC. Análise elementar do produto polímero mostrou0,8% de nitrogênio. Capacidade de troca de ânions foi 0,12 meq/g.
Exemplo 10
A seguinte reação produziu um meio de troca de ânions fracotendo uma funcionalidade amina terciária. Um frasco de fundo redorido, detrês gargalos, limpo, foi equipado com um agitador mecânico, borbulhadorde nitrogênio, e condensador de refluxo. Ao frasco foram adicionados 300 gde etanol e 45 g de polímero DVB. A agitação foi iniciada e fixada em300 rpm. A um béquer de 50 ml foram adicionados 20 g de N-(4-vinil benzil)-N-N-dimetil amina e 0,6 g de AIBN com 25ml de etanol e estes foram agita-dos para dissolução de reagentes. A mistura de monômeros foi adicionadaao frasco de fundo redondo. A mistura foi agitada a 300 rpm a 80EC por 16horas. O produto foi filtrado sobre pano dynel, lavado 2x com 200 ml de águadesionizada, e uma vez com 200ml de metanol. O produto foi seco por todaa noite em um forno a vácuo a 80EC. Análise elementar do produto polímero(47 g) mostrou 0,84% de nitrogênio. O diâmetro de poro foi 125 angstrõns.
Exemplo 11
A seguinte reação produziu um meio de troca de ânions fortetendo uma funcionalidade amina quaternária. Um frasco de fundo redondode três gargalos, limpo, foi equipado com um agitador mecânico, borbulha-dor de nitrogênio e condensador de refluxo. Ao frasco foram adicionados300 g de etanol e 30g de polímero DVB. A agitação foi iniciada e fixada em300 rpm. A um béquer de 50 ml foram adicionados 15 g de cloreto de vinilbenzil trimetil amônio e 0,6 g de AIBN com 20 ml de etanol e estes foramagitados para dissolução. A mistura de monômeros foi adicionada ao frascode fundo redondo. A mistura foi agitada a 300 rpm a 80EC por 16 horas. Oproduto foi filtrado sobre pano dynel,lavado 2x com 200 ml de água desioni-zada, e uma vez com 200 ml de metanol. O produto foi seco por toda a noiteem um forno a vácuo a 80EC. Análise elementar do produto polímero (31 g)mostrou 1,4% de nitrogênio. Capacidade de troca de ânions foi 0,6 meq/g.
Exemplo 12
A um frasco de fundo redondo de 500 ml, seco, limpo, foramadicionados 300 g de etanol e 30 g de polímero DVB. A um béquer de 50 mlforam adicionados 20 g de ácido estireno sulfônico e 0,6 g de AIBN dissolvi-dos em 25 ml de etanol e os conteúdos foram agitados para dissolução dereagentes. A mistura de monômeros foi adicionada ao frasco de fundo re-dondo. O frasco foi purgado de todo ar sob uma atmosfera de nitrogênio eagitado a 100 rpm. O frasco foi aquecido por toda a noite a 8OEC.O produtofoi filtrado sobre pano dynel, lavado 2x com 200 ml de água desionizada, euma vez com 200ml de metanol. O produto foi seco por toda noite em umforno a vácuo a 80EC. Análise elementar do produto polímero (34 g) mostrou3,5% de enxofre. Capacidade de troca de cátions foi 0,6 meq/g.
Exemplo 13
A um frasco de fundo redondo, de 500 ml, seco, limpo, foramadicionados 300 g de etanol e 20 g de polímero DVB. A um béquer de 50 mlforam adicionados 20 g de ácido metacrílico e 0,6 g de AIBN dissolvidos em25 ml de etanol, e estes foram agitados para dissolução. A mistura de mo-nômeros foi adicionada ao frasco de fundo redondo. O frasco foi purgado detodo ar e colocado sob uma atmosfera inerte de nitrogênio e agitado a 100 rpm.O frasco foi aquecido por toda noite a 80EC. O produto foi filtrado sobrepano dynel, lavado 2x com 200 ml de água desionizada, e uma vez com200 ml de metanol. O produto foi seco por toda a noite em um forno a vácuoa 80EC. Capacidade de troca de cátions foi 0,9 meq/g.FT-IR do produto po-límero mostrou um pico de carbonila ácida em 1750 cm"1.
Exemplo 14
As eficiências de retenção de analitos polares, solúveis em águaforam determinadas usando-se uma pequena coluna de HPLC (4,6x50 mm)empacotada com aproximadamente 0,25-0,30 g de polímeros DVB ou DVBfuncionalizado. Primeiro a coluna foi lavada com 5ml de metanol seguidopor 10 ml de água desionizada. Então 200 μL de solução de acetaminofen(1,0 mg/ml em água) foram injetados e a corrida cromatográfica foi continua-da usando água por 45 minutos. Em 55 minutos a fase móvel foi trocadapara metanol. Eficiência de retenção foi determinada a partir de área de picoantes de 55 minutos (quando água pura é corrida) e após 55 minutos (quan-do metanol puro é usado para eluição). Resultados são mostrados nas Figu-ras 1-6. O DVB funcionalizado (Exemplo 5) mostra alta retenção de acetami-nofen quando acetaminofen não Iixivia durante a lavagem com água maseluiu após 55 minutos com metanol. Como mostrado na Figura 1, com DVBnão-funcionalizdo maior parte do acetaminofen foi Iixiviado com água, emostrou pobre retenção. Aumentando o nível de funcionalização de N-metil-N-vinil acetamida (% N de 0,7-2,0) acetaminofen é retido e recuperado qua-titativamente (Figura 1-5). Similar comportamento de retenção foi observadocom polímeros funcionalizados com amino estireno (Figura 6).
Exemplo 15
Recuperação de analitos por extração de fase sólida (SPE) compolímero funcionalizado foi determinada usando-se colunas SPE (1 ml) em-pacotadas com 20 mg de DVB ou DVB funcionalizado (do Exemplo 5) queretém/absorve analito através de um mecanismo de fase reversa. Estas co-lunas foram usadas para extração e recuperação de vários analitos a partirde soluções diluídas. As colunas SPE foram colocadas sobre um processa-dor de pressão positiva (o dispositivo força o líquido a prosseguir através dacoluna através de utilização de ar pressurizado ou nitrogênio). A coluna SPEfoi condicionada pela passagem de 1 ml de metanol seguido por 1 ml deágua desionizada. Então 1 ml de solução de alimentação de analito (0,01-0,1 mg/ml) em tampão fosfato (20 mM, pH 5,0-8,0) foi passado através dacoluna em uma taxa de fluxo de 2-3 ml/minuto. Após lavagem da coluna com1 ml de água desionizada, analito foi eluído da coluna com metanol (500 μί).A concentração de analito na solução de alimentação de partida e na solu-ção eluída foi determinada por cromatografia líquida de alta performance efoi usada para computar recuperação de analito. Os resultados são resumi-dos na Tabela 1. Os resultados mostram que DVB funcionalizado mostrouuma alta recuperação de analitos polares. Também, através de aumento deconcentração de acetaminofen de 0,0-0,1 mg/ml, nenhuma perda em aceta-minofen foi observada indicando uma alta capacidade de absorção.
Tabela 1
Recuperação SPE de Vários Analitos
<table>table see original document page 18</column></row><table>
Exemplo 16
Eficiência de separação de ácidos orgânicos foi avaliada porHPLC (cromatografia líquida de alta performance) usando colunas (4,6 x 150 mm)empacotadas com DVB e DVB funcionalizado (Exemplo 5). Colunas foramempacotadas com pasta fluida (3,8 g em 22 ml de clorofórmio - isopropanol,mistura 85:15) em 316,3 kgf/cm2 (4500 psi). Tampão fosfato de potássio, pH3,0 (20 mM) foi usado como uma fase móvel. Uma mistura 60 μL de ácidotartárico, ácido malônico e ácido succínico contendo 10 μg, 25 μg, e 375 μgrespectivamente foi injetada e picos cromatográficos foram anotados em210 nm. Similares injeções de componente individuais da mistura foram fei-tas para determinação de tempos de retenção de cada um dos componentes.Como mostrado na Figura 7, os tempos de retenção de ácidotartárico, ácido malônico, e ácido succínico são 1,8. 2,6 e 10,2 minutos, res-pectivamente. Os resultados mostram pobre separação de ácido tartárico eácido malônico com DVB não-funcionalizado. Funcionalização com N-metil-N-vinil acetamida sobre a superfície do polímero resultou em um aperfeiçoa-do meio de separação na medida em que a eficiência de separação de todosos três componentes aperfeiçoou significantemente (Figura 8). Também,tempo de retenção de todos os três componentes aumentou significante-mente. A separação pode ser atirbuída a ramificação de porções amida pola-res contendo N-metil-N-vinil acetamida de cadeia longa que é estendidaafastando-se da superfície polar. Também foi verificado que um DVB funcio-nalizado (Exemplo 5) pode separar ácidos cis-trans. Uma mistura da formaeis de ácido 1,2-etileno dicarboxílico (ácido maléico) e a forma trans de ácido1,2-etileno dicarboxílico (ácido fumárico) foi separada com DVB funcionali-zado usando tampão fosfato de potássio 20 mM, pH 3,0 como uma fase mó-vel (Figura 9)_, enquanto ambos componentes co-eluíram com DVB não-funcionalizado (Figura 10).
Exemplo 17
Recuperação de analitos por extração de fase sólida (SPE) compolímero funcionalizado foi determinada usando-se colunas SPE (1 ml) em-pacotadas com 20 mg DVB ou um DVB funcionalizado (quat) de troca deânions forte (do Exemplo 11) que reteve analito através de interação iônica etambém através de um mecanismo de fase reversa. Foi demonstrado queanalito ácido pode ser separado através de interações mistas. As colunasSPE foram colocadas sobre um processador de operação positiva. As colu-nas SPE foram condicionadas pela passagem de 1 ml de metanol, seguidopor NaOH 0,1 N e 1 ml de água desionizada. Então 1 ml de solução de ali-mentação de analito ácido (0,05 mg/ml) em NaOH 0,01 N foi passado atra-vés da coluna em uma taxa de fluxo de 2-3 ml /minuto. Primeiro a coluna foilavada com 1ml de metanol para remoção de outros analitos hidrofóbicosenquanto o analito ácido foi retido sobre a coluna. Então a coluna foi lavadacom HCI 1N para converter o analito iônico a uma forma ácida e para pertur-bar interações iônicas pelo que o analito ácido foi retido por um mecanismode fase reversa. Finalmente, o analito ácido foi eluído com 1ml de metanolacidulado (90:10, metanol:HCI 1N). As concentrações de analito ácido naprimeira lavagem com metanol e o eluato final de metanol foram determina-das por HPLC para calcular-se as recuperações (Tabela 2). Como mostradona Tabela 2, DVB funcionalizado (Exemplo 11) que tem sítios de troca deânions retem o analito ácido através de um mecanismo iônico assim comode fase reversa. Assim, analito não é lavado fora com a primeira lavagemcom metanol mas é eluído com o metanol acidifico final quando não existenenhuma interação iônica. Para DVB funcionalizado (Exemplo 5) DVB não-funcionalizado e Cie, analito é lavado fora com a primeira lavagem com me-tanol e não mostra capacidade de separação de analitos ácidos e hidrofóbi-cos. Similarmente, recuperação de ácido salicílico com DVB funcionalizado(Exemplo 5), DVB não-funcionalizado e Cie é muito pobre quando ácido sali-cílico não é retido sobre as colunas.
Tabela 2
% de Recuperação de Analito Ácido
<table>table see original document page 20</column></row><table>
Embora a invenção tenha sido mostrada neste pedido de pa-tente por referência aos detalhes de realizações preferidas da invenção, épara ser entendido que a exposição é pretendida em um sentido ilustrativoantes que em um limitante, na medida em que é contemplado que modifica-ções facilmente ocorrerão àqueles versados na técnica, dentro do espírito dainvenção e escopo das reivindicações apensas.
LISTA DE REFERÊNCIAS
Das MN (1954). Anal. Chem. 26:1086.
Nevejam F and Verzele M (1985). J Chromatography 350:145Snyder LR1 Kirkland JJ and Glajch JL (1997). Practical HPLCMethod Development, John Wiley and Sons.
Zief M and Kisel R (1988). Solid Phase Extraction for Samplepreparation. J. T. Baker, Phillipsburg, NJ.
U.S. Patent 2,366,007U.S. Patent 4,297,220U.S. Patent 5,030,352U.S. Patent 5,882,521