A nyomás, a hőmérséklet és a segédoldószer mennyiség és minőség hatása Az antiszolvens kicsapással ellentétben, amikor a szemcseméret szabályozása az elsődleges

szempont, rezolválás esetén nemcsak a hatékony kicsapás a fontos, hanem a megfelelő frakcionálás is. Félmólekvivalens rezolválás esetén ideális esetben minden diasztereomer só kicsapódik és minden elreagálatlan enantiomer oldatban marad, így az extraktumba kerül.

Azonban a szerves oldószer jelenléte miatt a fluid fázisban ezen elegyfázis oldóképessége nagyobb, mint tiszta szén-dioxid esetén, amikor is a szelektív extrakciós követelmény gyakran teljesül (lsd 4.1. fejezet). Az alábbiakban a legfontosabb műveleti paraméterek, a nyomás (P), hőmérséklet (T) és a szén-dioxid és a szerves oldószer mólarányának (R) hatását mutatom be antiszolvens frakcionáláson alapuló rezolválások esetében. A szén-dioxid és a szerves oldószer mólaránya helyett az irodalomban gyakrabban alkalmazzák szén-dioxid móltörtet a kiértékelés során. A megközelítés logikus, hiszen a fázisegyensúlyok mérésekor, modellezésékor is az illékonyabb komponens móltörtjét adjuk meg, azonban a szén-dioxidon és a szerves oldószeren kívül még több, nem pontosan ismert koncentrációban oldódó komponens is van a fluid fázisban. A szén-dioxid és a szerves oldószer mólarányát vagy móláramarányát ezzel szemben a bemérésből vagy a betáplálási térfogatáramokból ismerjük, így célszerűbbnek tartom a mólarány használatát az alábbi egyenletek szerint:

𝑅𝑅 = ^𝑛𝑛_𝑛𝑛^{𝐶𝐶𝐶𝐶2}

𝑜𝑜 , ahol n az anyagmennyiség, o az oldószert jelöli. 𝑅𝑅 =^{𝑛𝑛̇𝐶𝐶𝐶𝐶2}_𝑛𝑛̇

𝑜𝑜 moláramokkal kifejezve.

A kiértékelés során a diasztereomertisztaság (de) a raffinátum tisztaságát adja meg amelyet kapilláris elektroforézis mérésekkel határoztunk meg, a termelés pedig az elméleti maximális diasztereomer só tömegre vonatkoztatott preparatív hozam (YR). A szelektivitás (SR) a kettő előbbi tag szorzata. Egyetlen esetben definiáltam a termelést a kinyert termék és a teljes bemérés hányadosaként, mégpedig a mólarányhatás vizsgálatoknál, amikor ekvivalensnél nagyobb rezolválószer mólarány esetén az elméleti maximális hozam számítása értelmetlen, különösen az extraktumoknál.

A hőmérséklet hatása a legtöbb vizsgált rendszer esetében sokkal kisebb volt, mint a nyomás vagy az oldószerarány hatása, ezért ezt az utóbbi kettőt mutatom be részletesen, a hőmérséklethatás-vizsgálatok eredményei a publikációkban megtalálhatóak.

A CPS-FEA rezolválás esetén az R értékét 12-15 között változtattuk 15 MPa nyomáson és 45 °C hőmérsékleten, és nem tapasztaltunk számottevő hatást. A nyomás esetében azonban (6.2 ábra) feltűnő a szakadás a diasztereomertisztaság görbékben a nyomás emelésével. 10-12 MPa

között jó termeléssel racém összetételű só válik ki, 13-17 MPa között kiemelkedő a diasztereomertisztaság (kb 90%) és közel állandó a termelés (kb 30%), míg 18 MPa-tól a termelés közel nulla, csak mosási maradék, ennek megfelelően csekély diasztereomertisztasággal.

6.2. ábra. CPS-FEA esetén a nyomás hatása a raffinátum diasztereomertisztaságra és a termelésére 45 °C-on. Oldószer: metanol, 5,5 V/V%.

A diasztereomertisztaság ugrásszerű változása a termelés nagyobb mértékű változásával azonos nyomástartományokban történik. Azt feltételeztem, hogy a 12-13 MPa között a kevésbé stabil diasztereomer só oldhatósága ugrásszerűen megnő, ezért oldatba kerül. Ugyanez a jelenség látható a stabilabb só esetében 17 és 18 MPa között, ennél nagyobb nyomáson nem marad szilárd fázis a reaktorban, csak mosási maradék. A kiegészítő mérések eredményeiről a 6.4 fejezetben számolok be.

Az MMS-CEA esetében (6.3. ábra) a hozam széles nyomástartományban állandó és a diasztereomertisztaság is közel állandó 11-17 MPa között. Az üres jelölő olyan mérési pontot jelöl, amely már nedves raffinátumot eredményezett. A 17 MPa feletti nyomástartományban mind a hozam mind a diasztereomertisztaság csökken, ami arra utal, hogy a nyomás emelésével a stabilabb só oldhatósága nagyobb mértékben nő, mint a kevésbé stabil sóé. Megjegyzem, hogy állandó térfogatra vonatkoztatott szerves oldószer koncentráció mellett a kísérleti berendezésben a nyomás emelése együtt jár a szerves oldószer móltört csökkenésével. Míg az előbbi általános esetben az oldhatóság növekedését okozza, az utóbbi a csökkenését. Az állandó

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

9 11 13 15 17 19 21

de, Y (%)

P (MPa)

de Y

termelés oka feltételezhetően az, hogy mindkét hatás csekély a mérési tartományban és kioltják egymást.

6.3. ábra. MMS-CEA esetén a nyomás hatása a raffinátum diasztereomertisztaságra és a termelésére 40 °C-on. Oldószer: toluol:acetonitril 1:1 elegy, 4,2 V/V%.

A 4ClMS-CEA (6.4. ábra) és az IBU-PhG (6.5. ábra) rezolválások esetén a vizsgált nyomástartományban a hozam a nyomás emelésével csökken, amíg diasztereomertisztaság állandó. A hozam csökkenése (15 illetve 21 % 10 MPa nyomásnövelés hatására) nem nagymértékű. A nyomáshatás vizsgálatokat IBU-PhG esetén három különböző hőmérsékleten is elvégeztük, a hőmérsékletnek nem volt kimutatható hatása és a nyomás és hőmérséklet kölcsönhatása sem kimutatható.

6.4. ábra. 4ClMS-FEA esetén a nyomás hatása a raffinátum diasztereomertisztaságra és a termelésére 40 °C hőmérsékleteken. Oldószer: metanol, 5,4 V/V%.

0

6.5. ábra. IBU-PhG esetén a nyomás hatása a raffinátum diasztereomertisztaságra és a termelésére különböző hőmérsékleteken. Oldószer: metanol, 5,1 V/V%.

A szén-dioxid:metanol mólarány hatása látható a 6.6 ábrán IBU-PhG rezolválás esetén.

Nagyobb szén-dioxid arányok esetén a termelés és a diasztereomertisztaság is állandósul, több szerves oldószer jelenlétében (kisebb R értékeknél) a termelés majd a diasztereomertisztaság is leesik.

6.6. ábra. IBU-PhG esetén a szén-dioxid/metanol mólarány hatása a raffinátum diasztereomertisztaságra és a termelésére (bal) illetve szelektivitásra (jobb) 15 MPa nyomáson és 42,5 °C hőmérsékleten. Rezolválószer mólarány 0,5.

IBU-FEA esetén a fentieknél is részletesebben vizsgáltuk a nyomás (6.7 ábra) illetve szén-dioxid – szerves oldószer mólarány (6.8 ábra) hatását. A diasztereomertisztaság 9-20 MPa nyomástartományban állandó. A termelés 9-12 MPa között kb 70%, 15-20 MPa között kb 40%, 12-15 MPa között lineárisan csökken. Összehasonlítva a 4ClMS-CEA és az IBU-PhG estében

0

kapott eredményekkel, nem lehet nagy biztonsággal állítani, hogy az előbbi két esetben további részletes vizsgálatok nem hoznának az IBU-FEA esetében tapasztalt szűk tartomány-beli változást, azonban a termelés kisebb mértékű változása és a mérési bizonytalanság miatt a kis nyomás változtatásonkénti mérések elvégzése szükségtelennek tűnt.

6.7. ábra. IBU-FEA esetén a nyomás hatása a raffinátum diasztereomertisztaságára és a termelésére 45 °C-on. Oldószer: metanol, 5,5 V/V%.

Az oldószerarány vizsgálatot IBU-FEA esetében 3 különböző oldószerrel is elvégeztük (metanol, etanol, n-propanol). A homológ sort a só lecsökkenő oldhatósága miatt nem érdemes folytatni. A 6.8 ábrán számos fontos dolog is megfigyelhető.

A három oldószer mindegyike esetében a termelés értékek az oldószer mólarány függvényében azonos lefutást mutatnak: 8-as oldószer mólarány alatt diasztereomer só termelés gyakorlatilag nincs (150 mg IBU, mr=0,5, kb 36 ml reaktortérfogat, 15 MPa, 45 °C mérési beállítások mellett), majd közel lineárisan növekszik kb 11-es oldószer mólarányig, ezután a termelés széles mólarány tartományban állandó. A diasztereomertisztaságot alapvetően az oldószer minősége befolyásolja, az etanol alkalmazása esetén a legmagasabb, n-propanol alkalmazása esetén a legalacsonyabb a diasztereomertisztaság, és ennek megfelelően a szelektivitás is.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

8 10 12 14 16 18 20

de(%),YR(%)

P (MPa)

de YR

6.8. ábra. A szén-dioxid – szerves oldószer mólarány hatása a raffinátum termelésére (bal fent) a diasztereomertisztaságra (jobb fent) és a szelektivitásra (lent) IBU – (R)-FEA-nal

végzett rezolválásakor (mr=0,5, 13 MPa, 45 °C).

A bemutatott rendszerek esetében az IBU-PhG, az IBU-FEA és a 4ClMS-FEA viselkedése hasonló a nyomás hatása szempontjából, azaz a diasztereomertisztaságot nem, csak a termelést befolyásolta a nyomás. Ezen vegyületpárok esetén mind a sav, mind a bázis hasonló szerkezetű.

Az MMS-CEA viselkedése eltér, azonban ennek a sónak az esetében a másodrendű kölcsönhatások különböznek, hiszen a rezolválószer nem tartalmaz aromás gyűrűt.

A CPS-FEA rendszer teljesen viselkedése elkülönül. Ennek lehet oka az azonos rezolválószer ellenére a sav teljesen eltérő szerkezete, azonban a nyomás hatására változó kristályszerkezet is közrejátszhatott a különleges viselkedésében [XXVI és 6.4. fejezet].