DE19726151B4 - Use of monolithic sorbents for simulated moving bed separation processes - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Trennung mindestens zweier Substanzen nach dem „simulated moving bed”-Verfahren unter Verwendung monolithischer Sorbentien, dadurch gekennzeichnet, dass
a) mit Separationseffektoren derivatisierte monolithischen Sorbentien in Form von porösen Formkörpern aus SiO2 verwendet werden, welche untereinander verbundene Makroporen sowie Mesoporen in den Wänden der Makroporen aufweisen, wobei der Durchmesser der Makroporen einen Medianwert größer als 0,1 μm aufweist und der Durchmesser der Mesoporen einen Medianwert zwischen 2 und 100 nm aufweist,
und wobei
b) das gesamte Säulenbett in zyklisch hintereinandergeschaltete Einzelsäulen unterteilt ist, sodass die Gesamtzahl der Säulen ein Vielfaches von 4 ist, und sich zwischen den Einzelsäulen je 4 Zweiwegeventile befinden, die eine Verbindung zu den je 4 Zufuhr- und Auslassleitungen darstellen,
und dass zur Trennung
c) durch wiederholtes Weiterschalten der Ventile nach einer definierten Zeit um eine Säuleneinheit in Richtung der Fließmittelbewegung jede Einzelsäule nacheinander alle vier Zonen durchläuft, bis die Zufuhr- und Auslassleitungen...
Process for the separation of at least two substances according to the "simulated moving bed" process using monolithic sorbents, characterized in that
a) monolithic sorbents derivatized with separation effectors in the form of porous shaped bodies of SiO 2 are used, which have interconnected macropores and mesopores in the walls of the macropores, the diameter of the macropores having a median greater than 0.1 μm and the diameter of the mesopores has a median value between 2 and 100 nm,
and where
b) the entire column bed is subdivided into individual columns arranged cyclically one behind the other, so that the total number of columns is a multiple of 4, and between the individual columns there are 4 two-way valves which connect to the 4 supply and discharge lines,
and that for separation
c) through repeated switching of the valves after a defined time by one column unit in the direction of the fluid movement each column of columns successively passes through all four zones until the supply and outlet lines ...

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von monolithischen Sorbentien, insbesondere solche, die Separationseffektoren enthalten, für präparative Trennungen, insbesondere für ”Simulated Moving Bed” Trennverfahren.The Invention relates to the use of monolithic sorbents, especially those containing separation effectors for preparative Separations, in particular for "Simulated Moving Bed "separation process.

Für die Wirtschaftlichkeit von präparativen Stofftrennungen sind die Erzielung hoher Flußraten, kurzer Elutionszeiten und die Einhaltung moderater Betriebsdrücke wesentliche Faktoren. Bei präparativen Stofftrennungen haben Gegenstromverfahren an Bedeutung gewonnen. Da es technisch nur sehr schwer möglich ist, eine tatsächliche Bewegung einer stationären Phase zu realisieren, wird die Bewegung der stationären Phase simuliert. Dazu wird das gesamte Säulenbett in zyklisch hintereinandergeschaltete Einzelsäulen unterteilt. Die Gesamtzahl der Säulen ist typischerweise ein Vielfaches von vier, da ein solches System vier chromatographische Zonen besitzt. Nach einer definierten Zeit werden die Leitungen umgeschaltet, wodurch eine Bewegung des Säulenbettes in der entgegengesetzten Richtung simuliert wird. Für das kontinuierliche Verfahren der ”simulated moving bed”-Chromatographie (SMB-Chromatographie) werden üblicherweise als Trennmaterialien partikuläre Sorbentien verwendet. Die dabei verwendeten Säulenpackungen lassen keine optimalen Flußraten zu, da der Betriebsdruck bei partikulären Trägern sehr hoch ist. Auch ist die mechanische Stabilität der partikulären Sorbensbetten nicht sehr gut. Weiterhin ist es für die SMB-Chromatographie notwendig, eine Reihe chromatographischer Säulen (typischerweise bis zu 24) mit möglichst gleichen Eigenschaften bereitzustellen. Dies ist bei partikulären Sorbensbetten nur mit großem Aufwand beim Packen der Säulen und bei der Auswahl der gepackten Säulen realisierbar.For the economy from preparative Separations are the achievement of high flow rates, short elution times and compliance with moderate operating pressures are key factors. at preparative Separation of matter has gained importance in countercurrent processes. Since it is technically very difficult, an actual Movement of a stationary Phase, the movement of the stationary phase is simulated. This is the entire column bed divided into cyclically connected individual columns. The total number the columns is typically a multiple of four, since such a system has four chromatographic zones. After a defined time the lines are switched, causing a movement of the column bed is simulated in the opposite direction. For the continuous Procedure of "simulated moving bed "chromatography (SMB chromatography) are usually particulate as separating materials Used sorbents. The column packs used do not leave any optimal flow rates, because the operating pressure is very high for particulate carriers. Also is the mechanical stability the particular Sorbs beds are not very good. Furthermore, it is necessary for SMB chromatography a series of chromatographic columns (typically up to 24) with as possible to provide the same properties. This is with particulate sorbent beds only with big Effort when packing the columns and feasible in the selection of packed columns.

Aus US 4,426,232 A ist ein Verfahren zur Trennung mindestens zweier Substanzen bekannt, das nach dem „simulated moving bed”-Verfahren ausgeführt wird und bei dem die Stofftrennung unter Verwendung monolithischer Sorbentien aus Kohlenstoff erfolgt. Die verwendeten Sorbentien bestehen aus geformten Partikelaggregaten, welche wiederkehrende Monomereinheiten aufweisen, die wenigstens aus Kohlenstoff und Wasserstoff aufgebaut sind. Die geformten Partikelaggregate sind hergestellt durch Behandlung eines anorganischen geformten Trägers mit einem Precursor für ein sogenanntes „pyropolymer” und anschließende Behandlung bei erhöhter Temperatur im Bereich von 400 bis 1200°C. Hierdurch wird auf dem anorganischen geformten Träger mindestens eine Monoschicht eines kohlenstoffhaltigen pyrolysierten Polymers gebildet, das wiederkehrende Einheiten aus Kohlenstoff und Wasserstoff aufweist. In EP 0 103 406 A2 werden diese Sorbentien verwendet, um selektiv Sucrose aus wässrigen Lösungen, welche Betaine, Salze und Molasse enthalten, abzutrennen.Out US 4,426,232 A For example, a method of separating at least two substances is known, which is carried out according to the simulated moving bed method and in which the substance separation takes place using monolithic carbon sorbents. The sorbents used consist of shaped particle aggregates which have repeating monomer units which are composed at least of carbon and hydrogen. The shaped particle aggregates are prepared by treating an inorganic shaped support with a precursor for a so-called "pyropolymer" and then treating at elevated temperature in the range of 400 to 1200 ° C. In this way, at least one monolayer of a carbon-containing pyrolyzed polymer having repeating units of carbon and hydrogen is formed on the inorganic shaped support. In EP 0 103 406 A2 For example, these sorbents are used to selectively separate sucrose from aqueous solutions containing betaines, salts and molasses.

Aufgabe der Erfindung ist es, chromatographische präparative Trennverfahren, insbesondere für die SMB-Verfahren bereitzustellen, die bei moderatem Betriebsdruck hohe Flussraten aufweisen.task The invention is chromatographic preparative separation processes, in particular for the SMB procedures to provide high flow rates at moderate operating pressure exhibit.

Es wurde gefunden, dass monolithische Sorbenzien für Trennverfahren mit hohen Flußraten eingesetzt werden können; somit kann ein höherer Durchsatz pro Zeiteinheit erzielt werden.It It was found that monolithic sorbents for high resolution flow rates can be used; thus, a higher Throughput per unit time can be achieved.

Gegenstand der Erfindung sind Verfahren zur präparativen chromatographischen Trennung mindestens zweier Substanzen, insbesondere nach dem SMB-Verfahren, wobei als stationäre Phase ein monolithisches Sorbens verwendet wird.object The invention relates to processes for preparative chromatographic Separation of at least two substances, in particular according to the SMB method, being considered stationary Phase a monolithic sorbent is used.

Insbesondere erfolgt die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung durch ein neues Verfahren zur Trennung mindestens zweier Substanzen nach dem „simulated moving bed”-Verfahren unter Verwendung monolithischer Sorbentien, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass

  • a) mit Separationseffektoren derivatisierte monolithischen Sorbentien in Form von porösen Formkörpern aus SiO2 verwendet werden, welche untereinander verbundene Makroporen sowie Mesoporen in den Wänden der Makroporen aufweisen, wobei der Durchmesser der Makroporen einen Medianwert größer als 0,1 μm aufweist und der Durchmesser der Mesoporen einen Medianwert zwischen 2 und 100 nm aufweist, und wobei
  • b) das gesamte Säulenbett in zyklisch hintereinandergeschaltete Einzelsäulen unterteilt ist, sodass die Gesamtzahl der Säulen ein Vielfaches von 4 ist, und sich zwischen den Einzelsäulen je 4 Zweiwegeventile befinden, die eine Verbindung zu den je 4 Zufuhr- und Auslassleitungen darstellen, und dass zur Trennung
  • c) durch wiederholtes Weiterschalten der Ventile nach einer definierten Zeit um eine Säuleneinheit in Richtung der Fließmittelbewegung jede Einzelsäule nacheinander alle vier Zonen durchläuft, bis die Zufuhrund Auslassleitungen wieder ihre ursprüngliche Position einnehmen, sodass sich bei geeigneter Wahl der Fließgeschwindigkeit und Taktzeit der Ventilschaltungen nach mehreren Zyklen ein stationärer Zustand einstellt und dass
  • d) die getrennten Produkte in reiner Form als Extrakt- und Raffinatströme abgenommen werden können.
In particular, the object of the present invention is achieved by a new method for separating at least two substances according to the simulated moving bed method using monolithic sorbents, which is characterized in that
  • a) monolithic sorbents derivatized with separation effectors in the form of porous shaped bodies of SiO 2 are used, which have interconnected macropores and mesopores in the walls of the macropores, the diameter of the macropores having a median greater than 0.1 μm and the diameter of the mesopores has a median value between 2 and 100 nm, and wherein
  • b) the entire column bed is subdivided into cyclically single columns, so that the total number of columns is a multiple of 4, and between the individual columns are 4 two-way valves that connect to each 4 supply and discharge lines, and that for separation
  • c) by repeatedly switching the valves after a defined time by one column unit in the direction of the fluid movement, each individual column successively passes through all four zones until the supply and discharge lines return to their original position, so that with a suitable choice of the flow rate and cycle time of the valve circuits after several cycles sets a steady state and that
  • d) the separated products can be removed in pure form as extract and Raffinatströme.

Zur Durchführung des Verfahrens wird die Fließgeschwindigkeit in einer Säule von 25 mm Durchmesser auf einen Wert höher 40 ml/min eingestellt.to execution the process becomes the flow rate in a column from 25 mm diameter to a value higher than 40 ml / min.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Verfahrens der Gegenstromchromatographie, das die Grundlage der ”simulated moving bed”-Chromatographie (SMB-Chromatographie) darstellt. 1 shows a schematic representation of the method of countercurrent chromatography, which is the basis of the simulated moving bed (SMB) chromatography.

2 zeigt eine präparative Trennung eines Testgemisches aus Toluol, 2-Nitroacetanilid und 3-Nitroacetanilid bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten der mobilen Phase (2a: 40 ml/min; 2b: 130 ml/min; 2c: 200 ml/min). Experimentelle Einzelheiten sind in Beispiel 1 beschrieben. 2 shows a preparative separation of a test mixture of toluene, 2-nitroacetanilide and 3-nitroacetanilide at different mobile phase flow rates ( 2a : 40 ml / min; 2 B : 130 ml / min; 2c : 200 ml / min). Experimental details are described in Example 1.

3 zeigt die Trennung von Dimethylphthalat/Dibutylphthalat an einer C18-RP-Phase. Experimentelle Einzelheiten sind in Beispiel 2 beschrieben. 3 shows the separation of dimethyl phthalate / dibutyl phthalate on a C 18 RP phase. Experimental details are described in Example 2.

Monolithische Sorbentien sind grundsätzlich aus der Literatur bekannt; dazu gehören vor allem poröse keramische Formkörper, wie sie in WO 94/19 687 und in WO 95/03 256 offenbart sind. Von dem Begriff monolithische Sorbenzien werden im weiteren Sinn auch Formkörper aus Polymerisaten umfaßt, wie sie von F. Svec und J. M. Frechet (1992) Anal. Chem. 64, Seiten 820–822, und von S. Hjerten et al. (1989) J. Chromatogr. 473, Seiten 273–275, beschrieben wurden. Besonders bevorzugt sind monolithische Sorbentien auf der Grundlage von porösen Formkörpern, die untereinander verbundene Makroporen sowie Mesoporen in den Wänden der Makroporen aufweisen, wobei der Durchmesser der Makroporen einen Medianwert größer als 0,1 μm aufweist, und wobei der Durchmesser der Mesoporen einen Medianwert von 2 und 100 nm aufweist.Monolithic sorbents are known in principle from the literature; These include, in particular, porous ceramic shaped bodies, as they are in WO 94/19 687 and in WO 95/03 256 are disclosed. The term monolithic sorbents broadly encompasses molded articles made of polymers, as described by F. Svec and JM Frechet (1992) Anal. Chem. 64, pp. 820-822, and by S. Hjerten et al. (1989) J. Chromatogr. 473, pages 273-275. Particular preference is given to monolithic sorbents based on porous shaped bodies which have interconnected macropores and mesopores in the walls of the macropores, the diameter of the macropores having a median value greater than 0.1 μm, and the diameter of the mesopores having a median value of 2 and 100 nm.

Monolithische Sorbentien bestehen also aus Materialien, wie sie für partikuläre Sorbentien im Gebrauch sind. In vielen Fällen (z. B. SiO2) können diese Sorbentien ohne weiteres für chromatographische Trennungen verwendet werden. Häufiger jedoch werden die Basisträger derivatisiert, um die Trenneigenschaften zu verbessern; dabei werden zusätzliche Gruppierungen eingeführt, die unter der Bezeichnung Separationseffektoren zusammengefaßt werden.Monolithic sorbents thus consist of materials, as they are for particulate sorbents in use. In many cases (eg, SiO 2 ), these sorbents can be readily used for chromatographic separations. More often, however, the base supports are derivatized to improve release properties; In doing so, additional groupings are introduced, which are grouped under the name of separation effectors.

Separationseffektoren und Verfahren zu ihrer Einführung in den Basisträger sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Beispiele für Reaktionen, mit denen Separationseffektoren eingeführt werden können, sind:

  • a) Die Derivatisierung mit Silanderivaten der Formel I SiXnR1 (3-n)R2 I worin X Methoxy, Ethoxy oder Halogen, R1 C1-C5-Alkyl, n 1, 2 oder 3 bedeuten und R2 eine der im folgenden angegebene Bedeutungen besitzt: a1) unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl oder Aryl, wie z. B. n-Octadecyl, n-Octyl, Benzyl- oder Cyanopropyl; a2) anionische oder saure Reste, wie z. B. Carboxypropyl; a3) kationische oder basische Reste, wie z. B. Aminopropyl, Diethylaminopropyl oder Triethylammoniumpropyl; a4) hydrophile Reste, wie z. B. (2,3-Dihydroxypropyl)-oxypropyl; a5) bindungsfähige aktivierte Reste, wie z. B. (2,3-Epoxypropyl)-oxypropyl.
  • b) Die Adsorption oder chemische Bindung von Polymeren wie Polybutadien, Siloxanen, Polymeren auf der Grundlage von Styrol/Divinylbenzol, von (Meth)acrylsäurederivaten oder von anderen Vinylverbindungen, sowie von Peptiden, Proteinen, Polysacchariden und Polysaccharidderivaten an dem Basisträger;
  • c) Die chemische Bindung von unter b) genannten Polymeren über die unter a) genannten Derivate; dazu gehören Pfropfpolymerisate von Poly(meth)acrylsäurederivaten auf diolmodifiziertem Kieselgel nach EP-B-0 337 144 .
  • d) Die Adsorption oder chemische Bindung von chiralen Phasen, wie z. B. von Aminosäurederivaten, Peptiden oder Proteinen, oder von Cyclodextrinen, Polysacchariden oder Polysaccharidderivaten.
Separation effectors and methods for their introduction into the base carrier are known in principle to the person skilled in the art. Examples of reactions with which separation effectors can be introduced are:
  • a) The derivatization with silane derivatives of the formula I. SiX n R 1 (3-n) R 2 I wherein X is methoxy, ethoxy or halogen, R 1 is C 1 -C 5 -alkyl, n is 1, 2 or 3 and R 2 has one of the meanings given below: a1) unsubstituted or substituted alkyl or aryl, such as. N-octadecyl, n-octyl, benzyl or cyanopropyl; a2) anionic or acidic radicals, such as. For example, carboxypropyl; a3) cationic or basic radicals, such as. Aminopropyl, diethylaminopropyl or triethylammoniumpropyl; a4) hydrophilic radicals, such as. B. (2,3-dihydroxypropyl) -oxypropyl; a5) bondable activated radicals, such as. B. (2,3-epoxypropyl) -oxypropyl.
  • b) the adsorption or chemical bonding of polymers such as polybutadiene, siloxanes, polymers based on styrene / divinylbenzene, of (meth) acrylic acid derivatives or of other vinyl compounds, and of peptides, proteins, polysaccharides and polysaccharide derivatives on the base support;
  • c) The chemical bonding of polymers mentioned under b) via the derivatives mentioned under a); These include graft polymers of poly (meth) acrylic acid derivatives on diol-modified silica gel EP-B-0 337 144 ,
  • d) The adsorption or chemical bonding of chiral phases, such as. As of amino acid derivatives, peptides or proteins, or of cyclodextrins, polysaccharides or polysaccharide derivatives.

Weitere gebräuchliche Derivatisierungsmöglichkeiten und Derivatisierungsverfahren sind dem Fachmann bekannt und in gängigen Handbüchern wie Unger, K. K. (ed) Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979) oder Unger, K. K. Packings and Stationary Phases in Chromatographic Techniques, Marcel Dekker (1990) beschrieben.Further common derivatization and derivatization methods are known in the art and in common manuals such as Unger, K.K. (ed) Porous Silica, Elsevier Scientific Publishing Company (1979) or Unger, K.K. Packings and Stationary Phases in Chromatographic Techniques, Marcel Dekker (1990).

Weitere Beispiele für verschiedene Separationseffektoren und für Verfahren, die Separationseffektoren in monolithische Sorbentien einzuführen, sind in den folgenden Druckschriften genannt:

  • a) Aus DE 38 11 042 sind unter anderem Monomere bekannt, die zur Herstellung von Ionenaustauschern geeignet sind; dazu gehören beispielsweise Acrylsäure, N-(Sulfoethyl)-acrylamid, 2-Acrylamido-2-methylpropansulfonsäure, N,N-Dimethylaminoethyl-acrylamid, N,N-Diethylaminoethyl-acrylamid, sowie Trimethylammoniumethyl-acrylamid.
Further examples of different separation effectors and of methods for introducing separation effectors into monolithic sorbents are mentioned in the following publications:
  • a) Off DE 38 11 042 Among others, monomers are known which are suitable for the production of ion exchangers; these include, for example, acrylic acid, N- (sulfoethyl) -acrylamide, 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, N, N-dimethylaminoethyl-acrylamide, N, N-diethylaminoethyl-acrylamide, and trimethylammoniumethyl-acrylamide.

Andere in dieser Druckschrift genannte Monomere erlauben die Bindung von Affinitätsliganden oder von Enzymen, oder eignen sich für reversed Phase Chromatographie: dazu gehören beispielsweise Acrylsäure, Acrylamid, Allylamin oder Acrylnitril.

  • b) Aus DE 43 10 964 sind Monomere bekannt, die einen Oxiranring, einen Azlactonring oder eine Gruppierung enthalten, die in einen Azlactonring umgesetzt werden kann. Polymere, die derartige Monomere enthalten, sind besonders gut für die Bindung von Affinitätsliganden oder von Enzymen geeignet. Affinitätsliganden sind beispielhaft in DE 43 10 964 offenbart.
Other monomers mentioned in this document allow the binding of affinity ligands or of enzymes, or are suitable for reversed phase chromatography: these include, for example, acrylic acid, acrylamide, allylamine or acrylonitrile.
  • b) Off DE 43 10 964 For example, monomers are known which contain an oxirane ring, an azlactone ring, or a moiety that can be converted to an azlactone ring. Polymers containing such monomers are particularly well suited for the binding of affinity ligands or enzymes. Affinity ligands are exemplary in DE 43 10 964 disclosed.

Weiterhin können die Epoxidgruppen in derartigen Polymeren in vorteilhafter Weise weiter umgesetzt werden, wodurch Ionenaustauscher, thiophile Sorbentien oder Sorbentien für die Metallchelat- oder die hydrophobe Chromatographie bereitgestellt werden. Dabei werden beispielsweise Phosphorsäure, Diethylamin, Trimethylamin, schweflige Säure oder auch Komplexbildner wie Iminodiessigsäure an den Oxiranring addiert.Farther can the epoxide groups in such polymers in an advantageous manner be further reacted, whereby ion exchangers, thiophilic sorbents or sorbents for provided the metal chelate or hydrophobic chromatography become. For example, phosphoric acid, diethylamine, trimethylamine, sulphurous acid or complexing agents such as iminodiacetic acid added to the oxirane ring.

Die Herstellung von thiophilen Sorbentien und von Sorbenzien für die Metallchelatchromatographie ist in DE 43 10 964 offenbart.The production of thiophilic sorbents and sorbents for metal chelate chromatography is described in DE 43 10 964 disclosed.

In DE 43 33 674 und in DE 43 33 821 sind derartige Umsetzungen, mit derer Hilfe Ionenaustauscher bereitgestellt werden können, offenbart.In DE 43 33 674 and in DE 43 33 821 Such reactions, with the aid of which ion exchangers can be provided, are disclosed.

In DE 43 23 913 werden Sorbenzien für die hydrophobe Interaktionschromatographie beschrieben.In DE 43 23 913 describe sorbents for hydrophobic interaction chromatography.

Chirale Trennmaterialien für die Trennung von Enantiomeren sind in großer Anzahl im Stand der Technik bekannt. Es handelt sich ausschließlich um partikuläre Trennmaterialien. Die bekannten chiralen Trennmaterialien bestehen entweder aus der chiralen Verbindung selbst (zum Beispiel Cellulosetriacetat) oder aber ein chiraler Separationseffektor ist auf einen Träger aufgezogen oder chemisch an einen Träger gebunden. Außerdem ist es möglich, chirale Separationseffektoren, die mit einer stationären Phase in Wechselwirkung treten, im Elutionsmittel zuzusetzen (dynamische Belegung).chiral Separating materials for the separation of enantiomers are in the art in large numbers known. These are only particulate separation materials. The known chiral separation materials consist of either chiral compound itself (for example cellulose triacetate) or but a chiral separation effector is mounted on a support or chemically to a carrier bound. Furthermore Is it possible, chiral separation effectors with a stationary phase to interact, to add in the eluent (dynamic Occupancy).

Chirale Separationseffektoren sind in großer Zahl bekannt; die wichtigsten Gruppen bekannter chiraler Separationseffektoren sind:

  • a) Aminosäuren und ihre Derivate, z. B. L-Phenylalanin, oder D-Phenylalanin, Ester oder Amide von Aminosäuren oder acylierte Aminosäuren oder Oligopeptide;
  • b) natürliche und synthetische Polymere mit einer Asymmetrie oder Dissymmetrie in der Hauptkette; dazu gehören Proteine (z. B. saures α1-Glycoprotein, Rinderserumalbumin, Cellulase; siehe J. Chrom. 264, Seiten 63–68 (1983), J. Chrom. 269, Seiten 71–80 (1983), WO 91/12 221 ), Cellulose und Cellulosederivate, sowie andere Polysaccharide und deren Derivate (z. B. Cellulosetribenzoat, Cellulosetribenzylether, Cellulose-trisphenylcarbamat, Cellulose-tris-3-chlorobenzoat, Amylosetris-(3,5-dimethylphenylcarbamat), Cellulose-tris-(3,5-dimethylbenzoat), Cellulose-tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat); siehe EP 0 147 804 , EP 0 155 637 , EP 0 718 625 );
  • c) Cyclodextrine und seine Derivate (z. B. J. High Resol. Chrom. & Chromat. Comm. 3, Seiten 147–148 (1984); EP 0 407 412 ; EP 0445604 );
  • d) Polymere mit Asymmetriezentren in der Seitenkette (z. B. EP 0 249 078 ; EP 0 282 770 ; EP 0 448 823 ).
Chiral separation effectors are known in large numbers; the most important groups of known chiral separation effectors are:
  • a) amino acids and their derivatives, eg. L-phenylalanine, or D-phenylalanine, esters or amides of amino acids or acylated amino acids or oligopeptides;
  • b) natural and synthetic polymers with asymmetry or dissymmetry in the main chain; these include proteins (eg, acid α 1 -glycoprotein, bovine serum albumin, cellulase, see J. Chrom., 264, pp. 63-68 (1983), J. Chrom., 269, pp. 71-80 (1983), WO 91/12221 ), Cellulose and cellulose derivatives, as well as other polysaccharides and their derivatives (for example cellulose tribenzoate, cellulose tribenzyl ether, cellulose tris-phenylcarbamate, cellulose tris-3-chlorobenzoate, amylosetris (3,5-dimethylphenylcarbamate), cellulose tris- (3, 5-dimethylbenzoate), cellulose tris- (3,5-dimethylphenylcarbamate); EP 0 147 804 . EP 0 155 637 . EP 0 718 625 );
  • c) cyclodextrins and its derivatives (e.g., J. Biol. Resol., Chrom. & Chrom., Comm., 3, pp. 147-148 (1984); EP 0 407 412 ; EP 0445604 );
  • d) polymers with asymmetric centers in the side chain (eg. EP 0 249 078 ; EP 0 282 770 ; EP 0 448 823 ).

Einzelheiten der Herstellung der verschiedenen Sorbentien und deren Verwendung können den oben genannten Druckschriften entnommen werden; die diesbezügliche Offenbarung dieser Druckschriften ist durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeführt.details the production of the various sorbents and their use can taken from the above publications; the relevant disclosure This document is by reference in the present application introduced.

Die oben genannten monolithischen Sorbentien können in Vorrichtungen zur Stofftrennung enthalten sein, die sich im wesentlichen wie chromatographische Säulen handhaben lassen.The monolithic sorbents mentioned above may be included in material separation devices which can be handled essentially like chromatographic columns.

In 1 ist das Verfahren der Gegenstromchromatographie, das die Grundlage der ”simulated moving bed”-Chromatographie (SMB-Chromatographie) darstellt, schematisch dargestellt. Darin bedeutet (1) den Strom des Sorbens. Im SMB-Verfahren wird der physikalisch nur schwer zu realisierende Strom des Sorbens simuliert durch cyclisches Umschalten von Mehrwegeventilen, welche mehrer zu einem Kreislauf geschaltete Säulen verbinden.In 1 the process of countercurrent chromatography, which is the basis of simulated moving bed (SMB) chromatography, is shown schematically. Therein (1) signifies the stream of the sorbent. In the SMB process, the physically difficult to be realized current of the sorbent is simulated by cyclic switching of multi-way valves, which connect several connected to a cycle columns.

Die experimentelle Realisierung der Trennung wurd auf einer SMB-Anlage ausgeführt, die nach dem nachfolgend erläuterten Vier-Zonen-Modell arbeitet. Erfindungsgemäß können auch SMB-Anlagen verwendet werden, die nach anderen Modellen, z. B. dem Drei-Zonen-Modell arbeiten. Geeignete Verfahrensvarianten sind dem Fachmann aus der Literatur bekannt.The Experimental realization of the separation was carried out on an SMB plant, the as explained below Four-zone model is working. Also according to the invention SMB systems used in other models, eg. B. the Three-zone model work. Suitable process variants are those skilled in the art from the Literature known.

Durch das Gegenstromprinzip ist die SMB für die Auftrennung von Zweistoffgemischen (z. B. die beiden Enantiomere eines Racemates) in idealer Weise geeignet. Aber auch für andere chromatographische Trennverfahren sind SMB-Verfahren bekannt. So wird in J. Chromatogr. 719, Seiten 267–274 (1996) die Anwendung eines SMB-Verfahrens auf die Reinigung von monoklonalen Antikörpern beschrieben. Auch für die Trennung von Mehrstoffgemischen sind SMB-Verfahren verwendbar. Eine solche Trennung ist beispielsweise in Biosci. Biotech. Biochem. 56, Seiten 801–802 (1992) beschrieben. Verfahrensparameter für andere Trennungen kann der Fachmann durch Optimierung festlegen.By the countercurrent principle is the SMB for the separation of binary mixtures (eg, the two enantiomers of a racemate) in an ideal manner suitable. But also for Other chromatographic separation methods are known SMB methods. Thus, in J. Chromatogr. 719, pages 267-274 (1996) the application of a SMB method described on the purification of monoclonal antibodies. Also for the separation of multicomponent mixtures can be used with SMB processes. Such a separation is for example in Biosci. Biotech. Biochem. 56, pages 801-802 (1992). Process parameters for other separations may be the Determine professional by optimization.

Trennungen nach dem SMB-Verfahren werden im folgenden beispielhaft für Trennungen zweier Substanzen erläutert:
Die kontinuierliche Arbeitsweise des SMB Verfahrens, wie es beispielhaft in Abbildung 1 schematisch dargestellt ist, erlaubt die Einstellung eines zeitlich stationären Zustandes bei dem kontinuierlich Eluent (3), sowie eine Lösung des zu trennenden Zweistoffgemisches (Feed; (4)) dem System zugeführt und ebenso kontinuierlich die beiden getrennten Komponenten (Raffinat (6) und Extrakt (5)) aus dem System herausgeführt werden können. Das Zu- und Herausführen der genannten Stoffströme erfolgt mit Hilfe von 4 Pumpen (nicht dargestellt). Der Hauptstrom des Eluenten (2) wird mit einer weiteren Pumpe im Kreislauf geführt (Recycling-Pumpe; nicht dargestellt). Da deshalb dem System nur eine geringere Menge an frischem Eluenten zugeführt werden muß (Feed + Eluent(neu) = Raffinat + Extrakt), ist der Lösungsmittelverbrauch pro Produkteinheit bei der SMB deutlich geringer als im Falle der Batch-Chromatographie. Das Säulenbett einer stationären Phase unterteilt sich bei der SMB in 4 Zonen (je eine Adsoprtions- und Desorptionszone für die beiden zu trennenden Komponenten), welche relativ zu den Zufuhr- und Auslaßpunkten definiert sind:
Zone I – zwischen Eluent- und Extrakt-Leitung
Zone II – zwischen Extrakt- und Feed-Leitung
Zone III – zwischen Feed- und Raffinat-Leitung
Zone IV – zwischen Raffinat und Eluent-Leitung
Separations according to the SMB method are explained below by way of example for separations of two substances:
The continuous mode of operation of the SMB process, as shown schematically by way of example in FIG. 1, permits the setting of a steady-state state in the continuous eluent ( 3 ), as well as a solution of the binary mixture to be separated (Feed; 4 )) fed to the system and also continuously the two separate components (raffinate ( 6 ) and extract ( 5 )) can be led out of the system. The feeding in and out of said streams is carried out by means of 4 pumps (not shown). The main stream of the eluent ( 2 ) is recirculated with another pump (recycling pump, not shown). Since therefore only a smaller amount of fresh eluent must be supplied to the system (feed + eluent (new) = raffinate + extract), the solvent consumption per unit of product in the SMB is significantly lower than in the case of batch chromatography. The column bed of a stationary phase is divided into 4 zones (one adsorption and desorption zone for the two components to be separated), which are defined relative to the feed and outlet points in the SMB:
Zone I - between eluent and extract line
Zone II - between extract and feed line
Zone III - between feed and raffinate pipe
Zone IV - between raffinate and eluent pipe

Im Falle der Trennung von Zweistoffgemischen lassen sich nun Bedingungen, d. h. Flußraten in den Zonen I-IV, finden, bei denen sich die schwächer retinierte Komponente mit der mobilen Phase und die stärker retinierte Komponente mit der stationären Phase bewegt. Die getrennten Komponenten können dann in reiner Form mit dem Extrakt-beziehungweise Raffinat-Strom entnommen werden.in the Case of the separation of binary mixtures can now conditions, d. H. flow rates in zones I-IV, in which the weaker ones retarded Component with the mobile phase and the more retained component with the stationary Phase moves. The separated components can then be in pure form with the extract-wise raffinate stream.

Es ist technisch nur sehr schwer möglich, eine tatsächliche Bewegung einer stationären Phase (1) zu realisieren. Deshalb wird diese Bewegung der stationären Phase simuliert. Dazu wird das gesamte Säulenbett in zyklisch hintereinandergeschaltete Einzelsäulen unterteilt. Die Gesamtzahl der Säulen ist ein Vielfaches der Zahl 4, da das System, wie oben erwähnt, 4 chromatographische Zonen besitzt. Zwischen den Einzelsäulen befinden sich je 4 Zweiwegeventile, die eine Verbindung zu den 4 Zufuhr- und Auslaßleitungen darstellen. Aufgrund dieser Ventile, kann also jeder Punkt zwischen den Säulen jede Funktion (Eluent-, Feed-Zufuhr oder Raffinat- bez. Extrakt-Auslaß) einnehmen. Zu einem gegebenen Zeitpunkt definiert die Lage der 4 Zufuhr- und Auslaß-Leitungen die 4 chromatographischen Zonen. Wird nun die Position der 4 Leitungen nach einer definierten Zeit um eine Säuleneinheit in Richtung der Fließmittelbewegung weitergeschaltet, so entspricht dies einer Bewegung des Säulenbettes in die entgegengesetzte Richtung. Durch Weiterschaltung der Speisepunkte in definierten Zeitabständen durchläuft damit jede Einzelsäule nacheinander alle 4 Zonen, bis die Zufuhr- und Auslaß-Leitungen wieder ihre ursprüngliche Position einnehmen und somit ein Zyklus abgeschlossen ist.It is technically very difficult, an actual Movement of a stationary Phase (1) to realize. Therefore, this movement becomes the stationary phase simulated. For this purpose, the entire column bed is connected in cyclic succession Single column divided. The total number of columns is a multiple of the number 4, since the system, as mentioned above, 4 chromatographic Owns zones. Between the individual columns there are 4 two-way valves each, which represent a connection to the 4 supply and discharge lines. by virtue of these valves, so every point between the columns can be any Function (eluent, feed or raffinate or extract outlet). At a given time, the location defines the 4 supply and discharge lines the 4 chromatographic zones. Now the position of the 4 lines after a defined time around a column unit in the direction of Superplasticizer movement switched on, this corresponds to a movement of the column bed in the opposite direction. By switching the feed points at defined intervals goes through so every single column successively all 4 zones, until the supply and outlet lines again their original one Take position and thus a cycle is completed.

Nachdem mehrere Zyklen durchlaufen wurden, stellt sich ein stationärer Zustand ein, der es bei geeigneter Wahl der Fließgeschwindigkeiten im System und geeigneter Taktzeit für die Ventilschaltungen ermöglicht, die getrennten Produkte in reiner Form als Extrakt- und Raffinatströme abzunehmen.After this several cycles were completed, it turns a stationary state It is a suitable choice of flow rates in the system and appropriate cycle time for allows the valve circuits remove the separated products in pure form as extract and raffinate streams.

Es wurde gefunden, daß bei Verwendung dieser bevorzugten Sorbentien die Flußgeschwindigkeit über einen weiten Bereich variiert werden kann, ohne daß die Trenneigenschaften dabei verschlechtert werden. Unter Ausnutzung dieser Eigenschaft ist es möglich, die Flußgeschwindigkeit an das Elutionsprofil anzupassen, ohne daß die Trennleistung verringert wird. Dadurch kann der Zeitbedarf der Trennung stark reduziert werden. Insbesondere für präparative Trennungen ergeben sich somit große Vorteile. Für die Anwendung des SMB-Verfahrens ist auch der geringe Druckabfall bei hoher Flußgeschwindigkeit relevant, da bei diesem Verfahren eine Anzahl Säulen hintereinander geschaltet werden.It was found that at Using these preferred sorbents, the flow rate over a wide range can be varied without the release properties be worsened. Taking advantage of this property is it possible, the river speed to adapt to the elution profile without reducing the separation efficiency becomes. As a result, the time required for separation can be greatly reduced. Especially for preparative Separations thus result in great advantages. For the application The SMB method is also the low pressure drop at high flow rate relevant, since in this method a number of columns connected in series become.

Die übliche Fließgeschwindigkeit einer Säule der Dimension 25 mm Durchmesser, die mit partikulären Teilchen gepackt ist, beträgt 40 ml/min. Wie Beispiel 1 im einzelnen zeigt, lassen die nichtpartikulären Träger I eine wesentlich höhere Betriebsgeschwindigkeit zu. Dadurch kann die Trennaufgabe wesentlich ökonomischer gelöst werden.The usual flow rate a pillar the dimension 25 mm in diameter, with particulate particles is packed 40 ml / min. As Example 1 shows in detail, let the non-particulate carrier I a much higher Operating speed too. This makes the separation task much more economical solved become.

Durch Injektion steigender Konzentrationen der Komponenten (beispielsweise 100, 300, 600 μl je Komponente) und Auswertung mittels ECP-Methode (Flution by characteristic points) wie in Guiochon, Shirazi, Katti, Fundamentals of Preparative and Nonlinear Chromatography, Academic Press, Boston, 1994, Seite 83 f beschrieben, können die Adsorptionsisothermen der Komponenten bestimmt werden.By Injection of increasing concentrations of components (e.g. 100, 300, 600 μl per component) and evaluation by ECP method (Flution by characteristic points) as in Guiochon, Shirazi, Katti, Fundamentals of Preparative and Nonlinear Chromatography, Academic Press, Boston, 1994, page 83 f described, can the adsorption isotherms of the components are determined.

Beispielsweise (siehe Beispiel 2) wurden für die Komponenten A (Dimethylphthalat) und B (Dibutylphthalat) folgende modifizierten Langmuir-Isothermen gefunden:

Figure 00130001
For example (see Example 2), the following modified Langmuir isotherms were found for components A (dimethyl phthalate) and B (dibutyl phthalate):
Figure 00130001

Aus den ermittelten Isothermen können nach dem in R. M. Nicoud, F. Charton, J. Chromatogr. 702 (1995) 97 ff beschriebenen Verfahren, beispielsweise mit Hilfe der Simulationssoftware HELP, die Trennbedingungen für ein geeignetes SMB-System bestimmt werden: Säulendimension [mm] 93·25 Anzahl Säulen 8 Flußrate Feed [ml/min] 1,9 Feedkonzentration [g/l] 320 + 320 Flußrate Recycling [ml/min] 44,1 Flußrate Raffinat [ml/min] 2,9 Flußrate Extrakt [ml/min] 21,8 Zyklussschaltzeit [min] 2,24 Konzentration Raffinat [g/l] 209,7 Konzentration Extrakt [g/l] 27,89 Reinheiten Raffinat/Extrakt > 99,9 From the determined isotherms can be prepared according to the in RM Nicoud, F. Charton, J. Chromatogr. 702 (1995) 97 et seq., For example with the help of the simulation software HELP, the separation conditions for a suitable SMB system are determined: Column dimension [mm] 93 × 25 Number of columns 8th Flow rate feed [ml / min] 1.9 Feed concentration [g / l] 320 + 320 Flow rate recycling [ml / min] 44.1 Flow rate of raffinate [ml / min] 2.9 Flow rate of extract [ml / min] 21.8 Cycle switching time [min] 2.24 Concentration of raffinate [g / l] 209.7 Concentration extract [g / l] 27.89 Purity raffinate / extract > 99.9

Beispiele:Examples:

Die folgende Beispiele soll die Erfindung verdeutlichen; sie bedeuten keine Einschränkung des Erfindungsgedankens.The the following examples illustrate the invention; they mean no restriction of the inventive concept.

Beispiel 1: Trennung von Toluol, 2-Nitroacetanilid und 3-Nitroacetanilid bei verschiedenen FließgeschwindigkeitenExample 1: Separation of toluene, 2-nitroacetanilide and 3-nitroacetanilide at different flow rates

Eine Probe enthaltend Toluol, 2-Nitroacetanilid und 3-Nitroacetanilid wird bei unterschiedlichen Fließgeschwindigkeiten der mobilen Phase getrennt: Bedingungen: Sorbens: monolithisches Sorbens (SiO2; 93·25 mm) mobile Phase: n-Heptan/Dioxan (90/10; v/v) Probenvolumen: 40 μl Detektion: UV 254 nm Flußrate: 40, 130, 200 ml/min Abb. 2a Abb. 2b Abb. 2c Flußrate [ml/min] 40 130 200 Bodenzahl [N] 2-Nitroacetanilid 503 524 495 Bodenzahl [N] 3-Nitroacetanilid 465 465 445 Druck [bar] 9 35 55 A sample containing toluene, 2-nitroacetanilide and 3-nitroacetanilide is separated at different mobile phase flow rates: Conditions: sorbent: monolithic sorbent (SiO 2 ; 93 x 25 mm) mobile phase: n-heptane / dioxane (90/10; v / v) Sample volume: 40 μl detection: UV 254 nm Flow rate: 40, 130, 200 ml / min Fig. 2a Fig. 2b Fig. 2c Flow rate [ml / min] 40 130 200 Number of plates [N] 2-nitroacetanilide 503 524 495 Number of plates [N] 3-nitroacetanilide 465 465 445 Pressure [bar] 9 35 55

Die Ergebnisse sind in den 2a2c zusammengefaßt. Die übliche Fließgeschwindigkeit einer Säule der Dimension 25 mm Durchmesser, die mit partikulären Teilchen gepackt ist, beträgt 40 ml/min. Die nichtpartikulären Träger lassen somit eine wesentlich höhere Betriebsgeschwindigkeit zu, was zu deutlich verbesserter Ökonomie der Trennaufgaben führt.The results are in the 2a - 2c summarized. The usual flow rate of a 25 mm diameter column packed with particulate particles is 40 ml / min. The non-particulate carriers thus allow a much higher operating speed, resulting in significantly improved economics of separation tasks.

Beispiel 2: Ermittlung der Prozeßparameter für eine SMB-Trennung von Dimethylphthalat und DibutylphthalatExample 2: Determination of the process parameters for one SMB separation of dimethyl phthalate and dibutyl phthalate

Dimethylphthalat und Dibutylphthalat werden in verschiedenen Mengen aufgetragen und getrennt: Bedingungen: Sorbens: monolithisches Sorbens (C18-RP-derivatisiertes SiO2; 93·25 mm) mobile Phase: Methanol/Wasser (80/20; v/v) Probenvolumen: 50, 100 300, 600 μl Detektion: UV 300 nm Flußrate: 40 ml/min Dimethyl phthalate and dibutyl phthalate are applied and separated in different amounts: Conditions: sorbent: monolithic sorbent (C 18 RP derivatized SiO 2 ; 93 x 25 mm) mobile phase: Methanol / water (80/20; v / v) Sample volume: 50, 100-300, 600 μl detection: UV 300 nm Flow rate: 40 ml / min

Für die Komponenten A (Dimethylphthalat) und B (Dibutylphthalat) wurden folgende modifizierten Langmuir-Isothermen gefunden:

Figure 00160001
For the components A (dimethyl phthalate) and B (dibutyl phthalate), the following modified Langmuir isotherms were found:
Figure 00160001

Aus den ermittelten Isothermen wurden nach dem in R. M. Nicoud, F. Charton, J. Chromatogr. 702 (1995) 97 beschriebenen Verfahren mit Hilfe der Simulationssoftware HELP die Trennbedingungen für die SMB-Trennung bestimmt: Säulendimension [mm] 93·25 Anzahl Säulen 8 Flußrate Feed [ml/min] 1,9 Feedkonzentration [g/l] 320 + 320 Flußrate Recycling [ml/min] 44,1 Flußrate Raffinat [ml/min] 2,9 Flußrate Extrakt [ml/min] 21,8 Zyklussschaltzeit [min] 2,24 Konzentration Raffinat [g/l] 209,7 Konzentration Extrakt [g/l] 27,89 Reinheiten Raffinat/Extrakt > 99,9 From the determined isotherms were prepared according to the in RM Nicoud, F. Charton, J. Chromatogr. 702 (1995) 97 using the simulation software HELP determines the separation conditions for the SMB separation: Column dimension [mm] 93 × 25 Number of columns 8th Flow rate feed [ml / min] 1.9 Feed concentration [g / l] 320 + 320 Flow rate recycling [ml / min] 44.1 Flow rate of raffinate [ml / min] 2.9 Flow rate of extract [ml / min] 21.8 Cycle switching time [min] 2.24 Concentration of raffinate [g / l] 209.7 Concentration extract [g / l] 27.89 Purity raffinate / extract > 99.9

Claims (2)

Verfahren zur Trennung mindestens zweier Substanzen nach dem „simulated moving bed”-Verfahren unter Verwendung monolithischer Sorbentien, dadurch gekennzeichnet, dass a) mit Separationseffektoren derivatisierte monolithischen Sorbentien in Form von porösen Formkörpern aus SiO2 verwendet werden, welche untereinander verbundene Makroporen sowie Mesoporen in den Wänden der Makroporen aufweisen, wobei der Durchmesser der Makroporen einen Medianwert größer als 0,1 μm aufweist und der Durchmesser der Mesoporen einen Medianwert zwischen 2 und 100 nm aufweist, und wobei b) das gesamte Säulenbett in zyklisch hintereinandergeschaltete Einzelsäulen unterteilt ist, sodass die Gesamtzahl der Säulen ein Vielfaches von 4 ist, und sich zwischen den Einzelsäulen je 4 Zweiwegeventile befinden, die eine Verbindung zu den je 4 Zufuhr- und Auslassleitungen darstellen, und dass zur Trennung c) durch wiederholtes Weiterschalten der Ventile nach einer definierten Zeit um eine Säuleneinheit in Richtung der Fließmittelbewegung jede Einzelsäule nacheinander alle vier Zonen durchläuft, bis die Zufuhr- und Auslassleitungen wieder ihre ursprüngliche Position einnehmen, sodass sich bei geeigneter Wahl der Fließgeschwindigkeit und Taktzeit der Ventilschaltungen nach mehreren Zyklen ein stationärer Zustand einstellt und d) die getrennten Produkte in reiner Form als Extrakt- und Raffinatströme abgenommen werden können.Process for the separation of at least two substances according to the "simulated moving bed" process using monolithic sorbents, characterized in that a) monolithic sorbents derivatized with separation effectors in the form of porous shaped bodies of SiO 2 are used, which interconnected macropores and mesopores in the Have walls of the macropores, wherein the diameter of the macropores has a median value greater than 0.1 microns and the diameter of the mesopores has a median value between 2 and 100 nm, and b) the entire column bed is divided into cyclically connected individual columns, so that the total number of the columns is a multiple of 4, and between the individual columns are each 4 two-way valves, which represent a connection to the 4 each supply and discharge lines, and that for separation c) by repeatedly switching the valves after a defined time by one column unit in Direction of the fluid movement each individual column successively through all four zones until the supply and discharge lines return to their original position, so that with a suitable choice of the flow rate and cycle time of the valve circuits after several cycles a stationary state sets and d) the separated products in pure form can be removed as extract and Raffinatströme. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließgeschwindigkeit in einer Säule von 25 mm Durchmesser auf einen Wert höher 40 ml/min eingestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that that the flow rate in a column from 25 mm diameter to a value higher than 40 ml / min.
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