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Die
Erfindung betrifft Verfahren zum Verfestigen oder Kristallisieren
von Dimethylsulfoxid, Verfahren zum Aufreinigen von Dimethylsulfoxid
durch Schmelzkristallisation und/oder Verfahren zum Herstellen von
hochreinem Dimethylsulfoxid und/oder Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte.
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Es
ist bekannt, bestimmte Chemikalien, insbesondere bestimmte organische
Chemikalien, durch Verfestigung, Teilverfestigung und/oder Kristallisation
aufzureinigen, um Verunreinigungen von den Chemikalien zu entfernen.
Bei Verfestigungs-, Teilverfestigungs- und/oder Kristallisationsverfahren sind
die aufzureinigende Verbindung und die Verunreinigungen eine Komponente
eines flüssigen
Mediums. Ein Wechsel der Bedingungen (wie eine Entfernung eines
Lösungsmittels
oder eine Temperaturänderung)
wird verwendet, um zu induzieren, dass die aufzureinigende Verbindung
ihre Löslichkeit
in dem Medium übersteigt,
um eine Verfestigung oder Kristallisation zu induzieren. Vorzugsweise
verbleiben die Verunreinigungen im Wesentlichen in dem Medium und
die verfestigte oder kristallisierte Verbindung ist folglich aufgereinigt.
Verfestigungsverfahren können
in Schichtverfahren, bei denen eine Verfestigung auf einer festen
Oberfläche
auftritt, oder Suspensionsverfahren, wobei der Feststoff und/oder
die Kristalle eine Suspension in dem flüssigen Medium ausbildet/ausbilden,
unterteilt werden. Die allgemeinen Prinzipien einer Verfestigung
und/oder Kristallisation sind in Abhandlungen wie den folgenden
beschrieben: Principles of Solidification von Bruce Chalmers (John
Wiley & Sons
1964); „Fractional
Crystallization",
Process Technology Proceedings, 6, Industrial Crystallization 87,
von S. J. Jancic (Proceedings of the 10th Symposium on Industrial
Crystallization, Bechyne, Tschechoslowakei, 21. bis 25. September 1987);
und Fractional Solidification, von Zief et al. (Marcel Dekker, Inc.
1967).
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Es
ist auch bekannt, bestimmte Chemikalien durch die Technik einer „Schmelzkristallisation" aufzureinigen. Bei
einer Schmelzkristallisation umfasst die aufzureinigende Verbindung
typischerweise einen Hauptanteil oder vorzugsweise einen hohen Anteil
des aufzureinigenden Gemisches, aber enthält nichtsdestotrotz (vorzugsweise
geringe) Verunreinigungen. Lösungsmittel
werden typischerweise nicht zu Schmelzkristallisationsverfahren
hinzugefügt.
Das Gemisch (das ein Feststoff bei Umgebungstemperatur sein kann)
wird bei einer Temperatur über
seinem Schmelzpunkt gehalten, um ein flüssiges Medium auszubilden,
sodann unter den Schmelzpunkt der aufzureinigenden Verbindung abgekühlt, um
eine Verfestigung oder Kristallisation aus der „Schmelze" zu induzieren. Falls der Feststoff
und/oder die Kristalle aus der Schmelze entfernt wird/werden, bevor
die gesamte gewünschte
Verbindung kristallisiert ist (d.h. die flüssige Phase teilweise verfestigt
und/oder kristallisiert ist), werden sich die Verunreinigungen in
einem flüssigen
Schmelzrückstand
konzentrieren, der leicht von dem Feststoff oder den Kristallen
abgetrennt werden kann. Die Reinheit von durch Schmelzkristallisationsverfahren
ausgebildeten Kristallen kann sehr gut sein. Die allgemeinen Techniken
und Verfahren, die bei Schmelzkristallisation verwendet werden,
wurden in Abhandlungen von Sloan et al. in „Techniques of Melt Crystallization", Techniques of Chemistry,
Band XIX (John Wiley & Sons,
1988), von Wynn in „Melt
Crystallization" in
Abschnitt 5.3 von Handbook of Separation Techniques for Chemical Engineers,
3. Ausgabe, (P. A. Scheitzer Hrsg., McGraw-Hill, 1997), und von
Toyokura et al. in „Crystallization
from the Melt",
Crystallization Technology Handbook (Marcel Dekker, Inc., 1995)
beschrieben.
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Eine
Aufreinigung einer Verbindung durch Schmelzkristallisation neigt
in gewisser Weise dazu teurer zu sein als alternative Aufreinigungsverfahren wie
Destillation. Nichtsdestotrotz wird eine Schmelzkristallisation
manchmal angewendet, um Verbindungen aufzureinigen, die bei der
Temperatur ihrer „Schmelze" stabil sind, aber
eine unerwünschte
chemische Reaktivität
oder thermische Instabilität
aufzeigen, wenn sie destilliert werden, wie es durch das Verfahren
zum Herstellen von Acrylsäurederivaten veranschaulicht
wird, das in der US-PS 5,831,124 beschrieben ist. Ein Beispiel der
Anwendung eines Schmelzkristallisationsverfahrens zur Aufreinigung von
1,4-Butandiol wurde kürzlich
in der US-PS 5,981,810 beschrieben.
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Dimethylsulfoxid,
CH3-S(O)-CH3 (das
alternativ als Dimethylsulfoxid, Methylsulfoxid, Sulfinylbis[methan]
oder „DMSO" bezeichnet werden
kann), ist ein ausgezeichnetes Lösungsmittel
und wird bei vielen unterschiedlichen gewerblichen Anwendungen verwendet.
Käufliche
Güten von
DMSO, die in großen
Gebinden erhältlich
sind, weisen eine Vielzahl von Reinheitsgraden auf. DMSO von „Industriegüte" weist typischerweise
eine Reinheit von mehr als etwa 99,7 Gew.-% auf, kann leicht und ökonomisch
durch Destillationsverfahren hergestellt werden und ist für viele
der industriellen Anwendungen von DMSO geeignet. Höhere Reinheitsgrade
von DMSO (bis zu etwa 99,995% DMSO) sind verfügbar und können durch komplexere Destillationstechniken hergestellt
werden.
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Bezug
genommen wird z.B. auf die Offenbarungen in den Patentanmeldungen
FR-A-1 484 173 und
DE-A-1 261 502, wobei beide Dokumente des Stands der Technik Verfahren
zur Aufreinigung von DMSO betreffen, die Verfestigungsschritte beinhalten.
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Nichtsdestotrotz
gibt es Anwendungen, bei denen DMSO von noch höherer Reinheit, d.h. „hochreines
DMSO", wünschenswert
wäre, insbesondere pharmazeutische
Anwendungen. Zum Beispiel ist es bekannt, dass, falls DMSO in einer
pharmazeutischen Zusammensetzung bei einer Konzentration von mehr
als etwa 70 Gew.-% vorliegt, DMSO die Penetration von menschlicher
oder Tierhaut durch andere Komponenten der Zusammensetzung, einschließlich vieler
pharmazeutischer Mittel, induzieren kann. Das DMSO penetriert auch
menschliche oder Tierhaut bei solch hohen Konzentrationen, aber,
da DMSO nicht sehr toxisch ist, verwendeten bekannte pharmazeutische
Formulierungen DMSO als einen Träger
oder ein Vehikel zur Verabreichung der pharmazeutischen Mittel.
Nichtsdestotrotz wirft die Fähigkeit
von DMSO, die Hautpenetration von anderen Materialien zu unterstützen, Bedenken
hinsichtlich potentiell toxischer Verunreinigungen in dem DMSO auf.
Folglich hat die Pharmakopoeia der Vereinigten Staaten Spezifikationen
für DMSO
der „U.S.P.-Güte" mit sehr hoher Reinheit definiert.
Neben anderen Erfordernissen weist DMSO der U.S.P.-Güte maximal 0,1
Gew.-% an Verunreinigungen auf und muss mehrere andere Spezifikationen
erfüllen,
einschließlich sehr
niedriger Grade an Absorption von ultravioletter Strahlung.
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Eine ökonomische
Herstellung von DMSO einer solchen hohen Reinheit ist unerwarteterweise technisch
schwierig und teuer, wenn Aufreinigungsverfahren des Stands der
Technik verwendet werden. Insbesondere führt eine Destillation von DMSO
durch normale Verfahren zu der Bildung von Spurenverunreinigungen,
die ultraviolette Strahlung in Mengen absorbieren, die die Mengen,
die durch die U.S.P.-Spezifikationen erlaubt werden, übersteigen. Als
ein Ergebnis ist DMSO, das die U.S.P.-Gütespezifikationen erfüllt oder übertrifft,
käuflich
nicht erhältlich.
Folglich besteht ein Bedarf im Stand der Technik für hochreines
DMSO, das U.S.P.-Spezifikationen übertrifft, und verbesserte
Verfahren für
dessen Herstellung.
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Die
Anmelder haben festgestellt, dass DMSO, das mehr als 98 Gew.-% DMSO
ist, leicht durch Verfestigungs-, Teilverfestigungs- und/oder Schmelzkristallisationsverfahren
weiter aufgereinigt werden kann. Durch Verfahren, die solche Techniken
verwenden, kann DMSO (falls gewünscht)
in überraschenderweise
hoher Reinheit hergestellt werden. Tatsächlich kann hochreines DMSO,
das die Reinheitsspezifikationen für DMSO der U.S.P.-Güte übersteigt,
durch Verwenden von Verfestigungs-, Teilverfestigungs- und/oder
Schmelzkristallisationsverfahren hergestellt werden.
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Ein
erfindungsgemäßer Aspekt
betrifft Verfahren zum Verfestigen von Dimethylsulfoxid, einschließlich eines
Schritts einer teilweisen Verfestigung einer flüssigen Phase, einschließlich Dimethylsulfoxid
und einer oder mehrerer Verunreinigungen, um ein Gemisch auszubilden,
das festes Dimethylsulfoxid und einen flüssigen Rest umfasst, wobei
der flüssige
Rest flüssiges
Dimethylsulfoxid und mindestens einen Teil der Verunreinigungen
umfasst.
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Zusätzliche
erfindungsgemäße Vorteile
werden teilweise in der Beschreibung, die folgt, beschrieben werden.
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Die
angefügten
Zeichnungen, die in dieser Beschreibung eingeschlossen sind und
einen Teil davon ausmachen, veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform
einer Vorrichtung, die bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
werden kann, und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
erfindungsgemäßen Prinzipien
zu erläutern.
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1 ist
ein Seitenschnittbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schmelzkristallisationsvorrichtung.
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2 (Sicht
C-C) ist eine Draufsicht einer helikalen Wärmeaustauscherspule, die bei
der Schmelzkristallisationsvorrichtung von 1 verwendet
wird.
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3 (Sicht
B-B) ist eine Draufsicht einer Wärmeaustauschspule,
die bei der Schmelzkristallisationsvorrichtung von 1 verwendet
wird.
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4 ist
eine Draufsicht eines Rührmittels, das
bei der Schmelzkristallisationsvorrichtung von 1 verwendet
wird.
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5 ist
eine Seitenansicht eines Rührmittels,
das bei der Schmelzkristallisationsvorrichtung von 1 verwendet
wird.
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Die
Erfindung kann leichter durch Bezug auf die nachstehende detaillierte
Beschreibung von bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen und der hierin
eingeschlossenen Beispiele und auf die Figuren und deren vorstehende
und nachstehende Beschreibung verstanden werden.
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Bevor
die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen
und Verfahren aufgeführt
und beschrieben werden, soll verstanden werden, dass die Erfindung
auf keine spezifische Vorrichtung zum Durchführen der erfindungsgemäßen Verfahren
beschränkt ist,
wenn nicht dies in den Ansprüchen
beschrieben ist, da die Vorrichtung natürlich variieren kann. Es soll auch
verstanden werden, dass die hierin verwendete Terminologie lediglich
zum Beschreiben von spezifischen Ausführungsformen dient und nicht
als begrenzend verstanden werden soll.
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Wie
in der Beschreibung und den angehängten Ansprüchen verwendet, beinhalten
die Singularformen „ein", „eine/einer" und „die/der/das" Pluralformen, wenn
nicht der Zusammenhang klar etwas anderes angibt. Folglich beinhaltet
z.B. der Bezug auf „eine
Verunreinigung" Gemische
von Verunreinigungen und ein Bezug auf „einen pharmazeutischen Träger" beinhaltet Gemische
von zwei oder mehreren solchen Trägern und dergleichen.
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In
dieser Beschreibung und in den Ansprüchen, die folgen, wird auf
eine Reihe von Begriffen Bezug genommen, die so definiert sein sollen,
dass sie die nachstehenden Bedeutungen aufweisen:
„Optional" oder „gegebenenfalls" bedeutet, dass das anschließend beschriebene
Ereignis oder der anschließend
beschriebene Umstand auftreten kann oder nicht und dass die Beschreibung
Fälle beinhaltet,
bei denen das Ereignis oder der Umstand auftritt, und Fälle, bei
denen dies nicht der Fall ist. Zum Beispiel bedeutet der Ausdruck „optionale
Kühlspule", dass eine Kühlspule
in der angegebenen Vorrichtung vorliegen kann oder nicht.
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Bezug
genommen wird nun im Detail auf die erfindungsgemäße(n) bevorzugte(n)
Ausführungsform(en).
Wo immer möglich,
werden die gleichen Bezugszeichen über all in den Zeichnungen verwendet,
um die gleichen oder ähnlichen
Teile zu bezeichnen.
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In
einem Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zum Aufreinigen
von Dimethylsulfoxid, das die Schritte umfasst:
- a)
Bereitstellen einer anfänglichen
flüssigen
Phase, die Dimethylsulfoxid in einer Menge von mehr als 98 Gew.-%
und eine oder mehrere Verunreinigungen umfasst,
- b) teilweises Verfestigen der flüssigen Phase, um ein Gemisch
zu bilden, das einen geringeren Anteil an festem Dimethylsulfoxid
und einen Hauptanteil eines flüssigen
Rests umfasst, wobei der flüssige
Rest flüssiges
Dimethylsulfoxid und mindestens einen Hauptanteil einer oder mehrerer Verunreinigungen
umfasst, und
- c) Abtrennen mindestens eines Teils des festen Dimethylsulfoxids
von dem flüssigen
Rest,
- d) Schmelzen des festen Dimethylsulfoxids, um aufgereinigtes
Dimethylsulfoxid bereitzustellen,
wobei das durch die
anfänglichen
Schritte a), b) und c) erzeugte feste Dimethylsulfoxid nicht weiter
den Schritten a), b) und c) unterzogen wird.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
können kontinuierlich,
halbkontinuierlich oder in einer schrittweisen Art und Weise durchgeführt werden.
In einem kontinuierlichen Verfahren können die Schritte a, b, c und
d gleichzeitig auftreten. Ein kontinuierliches Verfahren, das eine
oder mehrere Stufen einer Verfestigung umfasst, kann in Reihe oder
parallel angeordnet werden, wobei jede Stufe die Schritte a, b,
c und d verwirklicht. Das Verfahren kann auch in einer schrittweisen
Art und Weise, wie z.B. in Batch-Verfahren, durchgeführt werden,
wobei jeder der Schritte leicht und einzeln identifizierbar sein
kann. In bevorzugten Batch-Verfahren treten die Schritte a, b, c
und Schritt d in der angegebenen Reihenfolge auf. Die Verfahren
können
auch halbkontinuierlich durchgeführt
werden, wobei das Verfahren sodann kontinuierliche als auch schrittweise
Merkmale aufweist.
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Die
anfängliche
flüssige
Phase wird lediglich einer einzigen Wiederholung der Schritte unterworfen
und besteht folglich im Wesentlichen aus den Schritten a, b, c und
dem Schritt d. Anders ausgedrückt
wird festes DMSO, das durch eine anfängliche Wiederholung der Schritte
des Verfahrens erzeugt wird, nicht weiter den Schritten a, b und
c unterworfen. Ein Verfahren, das eine einzige Wiederholung der
Schritte verwendet, kann ökonomisch
wünschenswert
sein und kann beim Aufreinigen von flüssigen Phasen, die bereits
eine einigermaßen
hohe Reinheit aufweisen, wirksam sein.
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Die
in Schritt a des Verfahrens bereitgestellte flüssige Phase umfasst Dimethylsulfoxid
und eine oder mehrere Verunreinigungen. Die Identität und/oder
Art der Verunreinigungen wird natürlich mit der Reinheit und
Quelle der flüssigen
Phase variieren. Dimethylsulfon, Methylmercaptan, Dimethyldisulfid,
Methylethylsulfoxid, Methylacetat und/oder Dimethylsulfid sind häufige Verunreinigungen
in käuflich
erhältlichem
DMSO. Zusätzliche
Verunreinigungen wie saure und basische Materialien und eine Vielzahl
von nicht identifizierten Verunreinigungen können auch vorhanden sein. Insbesondere
kleine Mengen von gegenwärtig
nicht identifizierten Verunreinigungen, die in nicht annehmbarer
Weise ultraviolette Strahlung absorbieren, können durch Verfahren des Stands
der Technik zur Aufreinigung von DMSO, wie Destillationsverfahren,
erzeugt werden und diese Verunreinigungen sind oft in der flüssigen Phase,
die durch die gegenwärtigen
Verfahren bereitgestellt werden, vorhanden. Folglich kann die flüssige Phase
eine jegliche Quelle von DMSO in einer Reinheit von mehr als 98%
umfassen, die Charakteristika einer Ultraviolettabsorption aufweist,
die größer sind als
die maximalen Charakteristika einer Ultraviolettabsorption, die
von den Spezifikationen für
Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte
erlaubt werden.
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In
vielen Ausführungsformen
wird die flüssige
Phase, die dem Verfahren zugeführt
wird, unter einer Decke eines trockenen Inertgases (wie N2, CO2 und dergleichen)
gehalten, um eine unerwünschte Absorption
von Wasser aus der Atmosphäre
in das DMSO auszuschließen.
Das N2 kann in der Form von flüssigem N2 zugesetzt werden und das CO2 kann
in der Form von Trockeneis zugesetzt werden, um gleichzeitig ein
gewünschtes
Kühlen
und Mischen, das mit der Bildung von Gasblasen assoziiert ist, bereitzustellen.
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Der
DMSO-Gehalt der flüssigen
Phase ist relativ hoch und vorzugsweise werden keine zusätzlichen
Additive oder Lösungsmittel
zu der flüssigen Phase
gegeben. Die Temperatur der flüssigen
Phase vieler solcher Verfahren wird anfangs über dem Schmelzpunkt von reinem
DMSO sein, sodann abgesenkt, um dem Schmelzpunkt von DMSO näher zu kommen,
so dass die flüssige
Phase „geschmolzenes" DMSO enthält. Solche
Ausführungsformen
von Verfestigungs-, Teilverfestigungs- und/oder Kristallisationsverfahren
können
gegebenenfalls als „Schmelzkristallisationsverfahren" bezeichnet werden.
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In
mehr bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen
kann die flüssige
Phase höhere Prozentsätze an DMSO
nach Gewicht wie 99 Gew.-% aufweisen. Käuflich erhältliche Güten von DMSO (andere als Dimethylsulfoxid
der U.S.P.-Güte) können auch
weiter aufgereinigt werden, einschließlich Industriegüte, die
mehr als 99,7 Gew.-% DMSO umfasst, ACS-Güte, die mehr als 99,9 Gew.-% DMSO
umfasst, und pharmazeutische Güten
von DMSO, die mehr als 99,98 oder 99,95 Gew.-% DMSO umfassen.
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Schritt
b des vorstehend beschriebenen Verfahrens umfasst ein teilweises
Verfestigen der flüssigen
Phase, um ein Gemisch zu bilden, das festes Dimethylsulfoxid und
einen flüssigen
Rest enthält.
Das feste DMSO kann eine oder mehrere amorphe Phasen umfassen, wobei
die DMSO-Moleküle
darin eine relativ geringe Ordnung in ihren dreidimensionalen Ausrichtungen
aufweisen. Vorzugsweise umfasst das gebildete feste DMSO mindestens
einige Kristalle oder kristalline Phasen, worin die DMSO-Moleküle hauptsächlich in
einer dreidimensional geordneten Form angeordnet sind. Folglich
kann Schritt b ferner ein Kristallisieren umfassen. Kristalline
Phasen enthalten oft relativ geringe Mengen an Verunreinigungen.
In der Praxis beinhaltet das feste DMSO, das durch die erfindungsgemäßen Verfestigungs- und/oder Kristallisationsverfahren
hergestellt wurde, oft ein Gemisch von amorphen und kristallinen
Phasen.
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Eine
vollständige
Verfestigung der flüssigen Phase
in Schritt b würde
im Wesentlichen alle Verunreinigungen einschließen, aber keine Aufreinigung des
festen DMSO bereitstellen. Im Gegensatz dazu verwenden die erfindungsgemäßen Verfahren
eine Teilverfestigung der flüssigen
Phase, um einen flüssigen
Rest zu erzeugen, der Dimethylsulfoxid und mindestens einen Hauptteil
einer oder mehrerer der Verunreinigungen enthält. Teilverfestigung wird einen „wesentlichen" Teil der Verunreinigungen
von dem festen DMSO ausschließen,
was bedeutet, dass der Anteil mindestens einer der Verunreinigungen
in dem festen DMSO niedriger sein wird als der Anteil der mindestens
einen Verunreinigung in der flüssigen Phase
und/oder dem flüssi gen
Rest. Das Ergebnis eines Ausschließens eines wesentlichen Anteils
der Verunreinigungen von der festen Phase wird eine Aufreinigung
des festen DMSO und eine entsprechende Partitionierung oder Konzentration
der Verunreinigungen, die von der festen Phase ausgeschlossen sind,
in den flüssigen
Rest sein. Eine Teilverfestigung wird einen Hauptanteil mindestens
einer Verunreinigung von dem festen DMSO ausschließen, was
bedeutet, dass mindestens ein Hauptteil der mindestens einen Verunreinigung,
die anfänglich
in der flüssigen
Phase vorhanden ist, von dem festen DMSO ausgeschlossen werden wird,
und in dem flüssigen
Rest partitioniert oder konzentriert wird.
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In
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren
ist ein Erreichen einer sehr hohen Reinheit in dem festen oder aufgereinigten
DMSO wichtiger als eine hohe DMSO-Wiedergewinnung oder eine Erhöhung der
Produktionskosten. Außerdem
neigt bei den meisten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungs- und/oder Kristallisationsverfahren
festes DMSO, das früher
in dem Verfestigungsverfahren gebildet wird, dazu, reiner zu sein
als festes DMSO, das später
in dem Verfahren gebildet wird, da die Konzentration an Verunreinigungen
in dem flüssigen
Rest zunimmt, wie das Verfestigungsverfahren fortschreitet. Folglich
kann der Beendigungsschritt b des Verfahrens bei einem relativ geringen
Prozentsatz einer DMSO-Verfestigung vorteilhafte Wirkungen auf die
DMSO-Qualität
aufweisen. Eine „frühe" Beendigung von Schritt
b senkt auch typischerweise die Zeitspannen eines Verfahrenszyklus.
Folglich umfasst das Gemisch von Schritt b eine geringere Menge
an festem Dimethylsulfoxid und eine Hauptmenge an flüssigem Rest.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen
kann das gebildete oder abgetrennte feste Dimethylsulfoxid 10–30 Gew.-%
der bereitgestellten flüssigen
Phase umfassen.
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In
vielen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren
umfasst Schritt b ferner ein Abkühlen
der flüssigen
Phase auf eine Temperatur, die wirksam ist, um festes Dimethylsulfoxid
zu bilden. Der Schmelzpunkt von DMSO-Kristallen hoher Reinheit beträgt etwa
18,5°C (65°F), so dass
das Abkühlen
der flüssigen
Phase im Allgemeinen bei einer Temperatur von 18,5°C oder etwas
niedriger erfolgen wird. Die Temperatur, die zum Bilden von festem
Dimethylsulfoxid benötigt
wird, wird typischerweise niedriger für flüssige Phasen sein, die relativ
hohe Anteile an anderen Materialien wie Verunreinigungen enthalten.
Das Abkühlen
kann durch die meisten Mittel oder Vorrichtungen erreicht werden,
die dem Fachmann auf dem Gebiet der Abkühlung von flüssigen Phasen
bekannt sind, wie es weiter hierin nachstehend beschrieben werden
wird.
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In
vielen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren,
insbesondere Ausführungsformen,
die eine Schmelzkristallisation umfassen, umfasst der Schritt b
weiter ein Rühren
der flüssigen Phase.
Bei Verfestigungs- oder Kristallisationsverfahren neigen Verunreinigungen
dazu, von den wachsenden Kristalloberflächen ausgeschlossen zu werden,
und als ein Ergebnis neigen sie dazu sich in einer dünnen flüssigen Schicht
in Kontakt mit und/oder direkt angrenzend zu den Kristalloberflächen zu
konzentrieren. Als ein Ergebnis können die Verunreinigungen sich
lokal nahe der Kristalloberfläche
bis zu einer Menge konzentrieren, die signifikant höher ist
als die Konzentration an Verunreinigungen in der Masse des flüssigen Rests.
Hohe lokale Konzentrationen an Verunreinigungen können zu
einem unerwünschten
Einbau von relativ hohen Konzentrationen der Verunreinigungen in
den später
gebildeten Schichten der Oberfläche
von festem DMSO führen. Ein
solches unerwünschtes
Ergebnis kann dadurch vermieden werden, dass die Geschwindigkeit
einer Kristallisation und/oder Abkühlung verlangsamt wird, um
eine natürliche
Diffusion der Verunreinigungen von der Oberfläche weg zu ermöglichen,
aber ein solcher Ansatz wirkt sich nachteilig auf die Geschwindigkeit
und Produktivität
des Verfestigungsverfahrens aus. Obwohl man nicht an eine Theorie
gebunden sein möchte,
wird angenommen, dass ein Rühren
der flüssigen
Phase während
des Schritts b der erfindungsgemäßen Verfahren
dazu neigt, die Dicke der flüssigen
Grenzschicht physikalisch zu verringern und dadurch die Diffusion
der Verunreinigungen aus der flüssigen
Grenzschicht und weg von den wachsenden festen Oberflächen zu
erleichtern. Als ein Ergebnis eines Rührens können die erfindungsgemäßen Kristallisationsverfahren
bei hohen Geschwindigkeiten erfolgen, und behalten dennoch eine
hohe Reinheit bei dem gebildeten Feststoff und/oder den gebildeten
Kristallen bei.
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Das
Rühren
der flüssigen
Phase während des
Schritts b kann durch viele Verfahren und/oder Mittel erfolgen,
die dem Fachmann auf dem Gebiet zum Mischen von Flüssigkeiten
bekannt sind. Solche Verfahren und/oder Mittel beinhalten Rührer, Mischer (dynamische
und statische), Impeller, Pulsen der Flüssigkeit, Umpumpschleifen,
Falling-Film-Anordnungen, Durchleiten von inerten Gasen durch die flüssige Phase
und dergleichen.
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Schritt
c der erfindungsgemäßen Verfahren beinhaltet
ein substanzielles Abtrennen des festen Dimethylsulfoxids von dem
flüssigen
Rest. Die Abtrennung des festen DMSO von dem flüssigen Rest kann durch eine
Vielzahl von Verfahren auftreten, die dem Fachmann auf dem Gebiet
zum Abtrennen von Feststoffen und Flüssigkeiten bekannt sind. Die
Abtrennung kann ein Entfernen des flüssigen Rests von dem Flüssigkeitskontakt
mit dem festen Dimethylsulfoxid durch Drainage, Pumpen, Filtern,
Zentrifugieren und dergleichen umfassen. Die Abtrennung kann auch
ein Entfernen des festen Dimethylsulfoxids von dem flüssigen Rest
umfassen, wie durch physikalisches Entfernen einer Oberfläche, an
die festes DMSO angeheftet ist, von dem flüssigen Rest, Filtration und
dergleichen veranschaulicht. Das feste DMSO wird im Wesentlichen
abgetrennt, muss aber nicht vollständig von dem flüssigen Rest
abgetrennt werden und etwas des flüssigen Restes kann mit den Oberflächen des
festen DMSO eingeschlossen verbleiben oder an die Oberflächen des
festen DMSO angeheftet verbleiben. Vorzugsweise wird ein wesentlicher
Anteil oder ein Hauptteil des flüssigen
Restes von dem Flüssigkeitskontakt
mit dem festen Dimethylsulfoxid abgetrennt. Mehr bevorzugt wird
im Wesentlichen der gesamte flüssige
Rest von dem Flüssigkeitskontakt
mit dem festen Dimethylsulfoxid abgetrennt.
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Ein
Verfahren zum substanziellen Abtrennen des festen DMSO und des flüssigen Rests
umfasst ein „Schwitzen" des festen Dimethylsulfoxids.
Bei diesem Verfahren wird der flüssige
Rest, der an die Oberflächen
des festen DMSO anhaftet (die lokal hohe Konzentrationen an Verunreinigungen
aufweisen können),
durch Erhitzen des abgetrennten festen Dimethylsulfoxids, um mindestens
einen Teil eines zusätzlichen
flüssigen
Rests zu bilden, und im Wesentlichen Abtrennen des zusätzlichen
flüssigen Rests
von dem verbleibenden festen Dimethylsulfoxid entfernt. Der durch
Schwitzen gebildete zusätzliche
flüssige
Rest neigt dazu, den angehefteten flüssigen Rest wegzuwaschen, und
wird leicht von dem verbleibenden festen DMSO abgetrennt. Ein Schritt, der
ein Schwitzen des festen DMSO umfasst, wird vorzugsweise verwendet,
wenn DMSO von sehr hoher Reinheit erwünscht ist. Nichtsdestotrotz
wird bei mindestens einigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen ein Schwitzen
nicht benötigt,
um DMSO von sehr hoher Reinheit oder DMSO der U.S.P.-Güte herzustellen.
Ein Schwitzen beeinträchtigt
nachteilig sowohl die Ausbeute als auch Herstellungsgeschwindigkeit
von aufgereinigtem Dimethylsulfoxid. Folglich umfassen einige hochgradig
bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungsverfahren
kein Schwitzen.
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Das
erfindungsgemäße Produkt
des Verfestigungsschrittes ist festes DMSO. Die Erfindung umfasst
ein Schmelzen des festen Dimethylsulfoxids, um aufgereinigtes Dimethylsulfoxid
bereitzustellen. Das feste durch die Schritte b und/oder c erzeugte DMSO
enthält
niedrigere Mengen an Verunreinigungen als die flüssige Phase und/oder der flüssige Rest.
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Es
soll verstanden werden, dass die vorstehend beschriebenen Alternativen
hinsichtlich des Ausmaßes
einer DMSO-Verfestigung, Verfahren zum Abkühlen, Verfahren zum Rühren, Verfahren
zum Abtrennen etc. auf verschiedene Arten kombiniert werden können. Der
Fachmann wird anerkennen, dass die Auswahl an bevorzugten Verfahren
und eine Optimierung von Geschwindigkeiten zum Abkühlen, Rühren und
anderen Verfahrensvariablen in Wechselbeziehung stehen mit der Auswahl
an verwendeter Vorrichtung, der gewünschten Ausbeute, Qualität und Produktionsgeschwindigkeit
und vielen anderen Faktoren. Eine Optimierung der Wechselbeziehungen
zwischen solchen Verfahrensvariablen liegt innerhalb des Niveaus
des Fachmanns in vielen Fällen.
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Das
aufgereinigte DMSO kann für
eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden. DMSO kann durch Verfestigung
aus einem Prozessstrom aufgereinigt und als eine Einspeisung für einen
anderen Prozessstrom verwendet werden. Das aufgereinigte DMSO kann
als ein Lösungsmittel
von hoher Reinheit für
industrielle Verfahren verwendet werden, einschließlich einer
Herstellung von elektronischen Materialien, Herstellung von Pharmazeutika
und dergleichen. In hochgradig bevorzugten Ausführungsformen liegt das aufgereinigte
Dimethylsulfoxid in einer Form vor, die zur Verabreichung an die
Körper
von lebenden Tieren oder Menschen geeignet ist. Das durch die erfindungsgemäßen Verfahren
bereitgestellte DMSO mit sehr hoher Reinheit kann als die gesamte
oder Teilträgerformulierung
für pharmazeutische
Mittel dienen. Die Pharmakopoeia der Vereinigten Staaten hat kürzlich Spezifikationen
für DMSO der „U.S.P.-Güte" definiert. Eine
Destillation kann verwendet werden, um DMSO herzustellen, das einige
der Anforderungen erfüllt.
Nichtsdestotrotz muss DMSO der U.S.P.-Güte sehr wenig ultraviolette Strahlung
absorbieren. Die Anmelder haben festgestellt, dass eine Herstellung
von DMSO der U.S.P.-Güte,
das den Anforderungen für
eine Absorption von ultravioletter Strahlung genügt, extrem schwierig und/oder
teuer ist, wenn Destillationsverfahren verwendet werden.
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Die
Anmelder haben unerwarteterweise festgestellt, dass die erfindungsgemäßen Verfestigungs- und/oder
Kristallisationsverfahren aufgereinigtes Dimethylsulfoxid bereitstellen
können,
das Eigenschaften aufweist, die die Spezifikationen an Dimethylsulfoxid
der U.S.P.-Güte
erfüllen.
Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Verfestigungs- und/oder
Kristallisationsverfahren besonders effektiv beim Entfer nen von
Spuren von Verunreinigungen, die während einer Destillation von
DMSO gebildet werden und ultraviolette Strahlung mit spezifizierten
Wellenlängen
von etwa 275 bis etwa 295 Nanometer (oder bei 350 Nanometern nach
einer Behandlung des DMSO mit Base) absorbieren. Folglich weisen
in bestimmten hochgradig bevorzugten Ausführungsformen das feste Dimethylsulfoxid
und/oder aufgereinigtes Dimethylsulfoxid, das durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt
wurde, Charakteristika einer Ultraviolettabsorption auf, die die
Spezifikationen an Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte erfüllen. Die U.S.P.-Spezifikationen
für Dimethylsulfoxid
können
in der 1999 U.S.-Pharmakopoeia (USP 24, NF19, Seiten 579–580) zum
Zweck einer Definition der U.S.P.-Spezifikationen und der analytischen
Verfahren, die beim Bestimmen der Erfüllung der U.S.P.-Spezifikationen verwendet
werden sollen, gefunden werden.
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Der
flüssige
Rest, der in Schritt b gebildet und in Schritt c der erfindungsgemäßen Verfahren abgetrennt
wird, enthält
typischerweise Dimethylsulfoxid. Falls nicht weiter behandelt oder
recycelt, kann das DMSO in dem flüssigen Rest einen ökonomisch wesentlichen
Verlust des den Verfahren zugeführten DMSO
darstellen. Folglich wird erfindungsgemäß eine Vielzahl von Verfahren
zum Zurückgewinnen und/oder
Recyceln des Werts des DMSO in den flüssigen Resten bereitgestellt.
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In
einigen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungs-
und/oder Kristallisationsverfahren kann mindestens ein Teil des
flüssigen Rests
in einem nachfolgenden Verfestigungsverfahren behandelt, dadurch
zurück
gewonnen und/oder recycelt werden. Ein solches Recyceln von flüssigen Resten
durch nachfolgende Verfestigungsverfahren, um die Produktausbeute
zu erhöhen,
ist eine Technik, die in bestimmten bekannten industriellen Schmelzkristallisationsverfahren
zum Aufreinigen von anderen Verbindungen verwendet wird. Bei den gegenwärtigen Verfahren
zum Verfestigen von DMSO kann der flüssige Rest, der durch eine
oder mehrere Wiederholungen der Schritte a, b, c und/oder d erzeugt
wurde, gegebenenfalls gesammelt und/oder umgewandelt werden, um
eine flüssige
Phase bereitzustellen, die einem oder mehreren nachfolgenden Verfestigungsverfahren
zugeführt wird.
In einigen bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren
umfasst das nachfolgende Verfestigungsverfahren die Schritte a,
b, c und/oder d.
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Die
Reinheit des festen DMSO, das durch eine nachfolgende Verfestigung
von flüssigen
Resten erzeugt wurde, kann hervorragend sein und kann die Spezifikationen an
Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte erfüllen. Nichtsdestotrotz
ist typischerweise die Reinheit eines solchen „recycelten" DMSO typischerweise
niedriger als diejenige des durch eine vorausgehende Wiederholung
der Schritte a, b, c und/oder d erzeugten DMSOs. Folglich kann,
falls ein DMSO-Produkt mit sehr hoher Reinheit erwünscht ist,
es bevorzugt sein, eine nachstehende Verfestigung von DMSO, das
flüssige
Reste enthält,
nicht zu verwenden. Folglich umfasst in bestimmten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungs- und/oder
Schmelzkristallisationsverfahren das Verfahren kein Recyceln eines
flüssigen
Rests in dem Ausmaß,
dass es zu einer Wiedergewinnung des flüssigen Rests durch einen Verfestigungs- oder Kristallisationsschritt
b führt.
Anders ausgedrückt,
wird in einigen Ausführungsformen
der flüssige
Rest nicht durch ein Verfestigungs- oder Kristallisationsverfahren
wieder gewonnen oder nachfolgend durch keinen Verfestigungsschritt
b behandelt.
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Die
Erfindung beinhaltet alternative Verfahren zum Wiedergewinnen des
DMSO in den flüssigen Resten.
In einer Ausführungsform
wird der flüssige Rest
durch Hinzufügen
zu einem Verfahren zur Herstellung von Dimethylsulfoxid wiedergewonnen,
wobei das Verfahren nicht den Schritt eines Verfestigens von Dimethylsulfoxid
zur Erzeugung von aufgereinigtem Dimethylsulfoxid beinhaltet. Solche
Verfahren zur Herstellung von DMSO können normale Labor- oder Industrieverfahren
zur Herstellung oder zum Recyceln von DMSO wie Destillation umfassen.
Solche Verfahren erzeugen typischerweise DMSO von niedrigeren Güten wie
DMSO der Industriegüte
oder DMSO der ACS-Güte.
Folglich wird in einigen Ausführungsformen
der durch die erfindungsgemäßen Verfestigungs-
und/oder Kristallisationsverfahren erzeugte flüssige Rest durch Destillation
wieder gewonnen. Da Verfahren zur Aufreinigung von DMSO, die lediglich
Destillation verwenden und keine Teilverfestigung verwenden, typischerweise
eine unannehmbare Kontamination durch Verunreinigungen, die ultraviolette
Strahlung absorbieren, erzeugen, erzeugen diese Verfahren zur Herstellung
von Dimethylsulfoxid typischerweise kein Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte.
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In
einigen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungs-
und/oder Kristallisationsverfahren kann der Wert des hergestellten
festen DMSO und/oder aufgereinigten DMSO hoch sein und der Wert
des DMSO in dem flüssigen
Rest kann ausreichend niedrig sein, so dass eine Wiedergewinnung
der flüssigen
Reste ökonomisch
nicht gerechtfertigt sein kann. Folglich kann in einigen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren
der flüssige
Rest als Abfall verworfen werden. In anderen Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfahren
kann die Qualität
der flüssigen
Reste sehr gut sein und der flüssige
Rest kann verkauft werden oder in Nicht-U.S.P.-Anwendungen ohne
eine weitere Behandlung oder Aufreinigung verwendet werden.
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Eine
alternative bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform stellt ein Verfahren
zum Aufreinigen von Dimethylsulfoxid durch Schmelzkristallisation
bereit, umfassend die Schritte:
- a. Bereitstellen
einer flüssigen
Phase, die mehr als 98 Gew.-% flüssiges
Dimethylsulfoxid und eine oder mehrere Verunreinigungen umfasst,
- b. Rühren
und Abkühlen
der flüssigen
Phase auf eine Temperatur von 18,5°C oder niedriger, um ein Gemisch
zu bilden, das einen geringeren Anteil an festem Dimethylsulfoxid
und einen flüssigen
Rest umfasst, wobei der flüssige
Rest flüssiges
Dimethylsulfoxid und einen Hauptanteil mindestens einer Verunreinigung
umfasst,
- c. Abtrennen mindestens eines Teils des festen Dimethylsulfoxids
von dem flüssigen
Rest und
- d. Schmelzen des festen Dimethylsulfoxids, um aufgereinigtes
Dimethylsulfoxid bereitzustellen, wobei
- i. der flüssige
Rest nicht Schritt b zugeführt
und
- ii. das aufgereinigte Dimethylsulfoxid aus Schritt d nicht weiter
den Schritten a, b und c unterzogen wird und
- iii. das aufgereinigte Dimethylsulfoxid Eigenschaften aufweist,
die den Spezifikationen an Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte gemäß 1999 US
Pharmakopoeia, USP 24, NF 19, genügen.
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Das
direkt vorstehend beschriebene alternative bevorzugte Verfahren
zum Schmelzkristallisieren von DMSO ist in vielen Aspekten ein „nichttraditionelles" Verfahren zur Schmelzkristallisation,
und insbesondere angepasst für
eine ökonomische
Herstellung von DMSO mit sehr hoher Reinheit. Die flüssige Phase
kann einen Prozessstrom aus einer großtechnischen Anlage zum Herstellen
von DMSO umfassen. Bevorzugte flüssige
Phasen, die zu einem solchen Verfahren zugeführt werden, sind DMSO, das äquivalent
zu käuflich
erhältlichen
Güten von
DMSO ist, die weniger rein sind als DMSO der U.S.P.-Güte. Der
Anteil an festem DMSO, das von dem flüssigen Rest abgetrennt wird,
ist gering, vorzugsweise z.B. 7 bis < 50 oder 10 bis 30 Gew.-% der bereitgestellten flüssigen Phase.
Wenn der Anteil des von der flüssigen Phase
abgetrennten festen DMSO gering ist, ist die Reinheit des festen
hergestellten Dimethylsulfoxids typischerweise hervorragend nach
einer einzigen Wiederholung der Schritte a, b, c und d und muss folglich
nicht einem nachfolgenden Verfestigungsverfahren unterzogen werden.
Das abgetrennte feste DMSO kann einem „Schwitz"-Verfahren unterzogen werden oder nicht,
aber ein Schwitzen ist typischerweise nicht notwendig und folglich
erhöht
es nicht die Komplexität
des Verfahrens oder die Zeitspanne eines Produktionszyklus.
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Wenn
der Anteil an aus dem flüssigen
Rest abgetrenntem festem DMSO niedrig ist, wird eine geringe Konzentration
an Verunreinigungen in den gebildeten flüssigen Resten festgestellt
und solche flüssigen
Reste sind oft für
einen direkten Verkauf als ein DMSO einer niedrigeren Güte annehmbar
oder werden zu einem unterschiedlichen Nichtschmelzkristallisationsverfahren
zum Erzeugen oder Recyceln von DMSO wie einem bestehenden Destillationsverfahren
erneut zugeführt.
Außerdem
kann der Wert des DMSO der U.S.P.-Güte sehr hoch bezüglich des Werts
an üblicherweise
käuflich
erhältlichen
Güten von
DMSO sein, so dass die flüssigen
Reste ökonomisch
verworfen oder als Abfall behandelt werden können, falls gewünscht. Ein
solches Verfahren kann in einer extrem einfachen und nicht spezialisierten Vorrichtung
(wie es nachstehend hierin beschrieben werden wird) unter Verwendung
sehr weniger Verfahrensschritte erfolgen, was zu niedrigen Investitions- und
Betriebskosten führt.
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Die
Qualität
des durch die erfindungsgemäßen Schmelzkristallisationsverfahren
erzeugten aufgereinigten Dimethylsulfoxids ist oft hervorragend und
in einigen Ausführungsformen
wird angenommen, dass sie höher
ist als diejenige eines jeglichen gegenwärtig käuflich erhältlichen DMSO. Außerdem wird
angenommen, dass das aufgereinigte DMSO einzigartig hinsichtlich
von relativ niedrigen Mengen an Ultraviolettstrahlung-absorbierenden
Verunreinigungen ist und folglich wird angenommen, dass es patentrechtlich
unterschiedlich zu durch Verfahren des Stands der Technik hergestelltem
DMSO ist.
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Die
zum Durchführen
der verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahren
verwendete Vorrichtung kann komplex, spezialisiert und teuer sein
oder sie kann extrem einfach und billig sein, abhängig von
der Ausführungsform
des durchzuführenden
Verfahrens. Im Allgemeinen kann die verwendete Vorrichtung eine
jegliche Kammer oder ein jegliches Gefäß umfassen, das fähig ist,
die flüssige
Phase darin zu beinhalten und geeignete Mittel zum Abtrennen des
festen Dimethylsulfoxids von dem flüssigen Rest aufzuweisen. Eine
solche Vorrichtung könnte
so einfach wie ein Laborkolben oder -Gefäß mit einer Öffnung zum
Hinzufügen
der flüssigen
Phase und Drainage des flüssigen
Rests zusammen mit Mitteln für
ein Erhitzen und/oder Abkühlen
des Kolbens oder Gefäßes sein.
In bevorzugten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungs-
und/oder Schmelzkristallisationsverfahren tritt der Verfestigungsschritt b
in einer Verfestigungsvorrichtung auf, die vorzugsweise mit einem
jeglichen von verschiedenen Mitteln angepasst sein kann, um die
Effizienz der Verfahren, wie hierin nachstehend beschrieben, zu
verbessern.
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Vorzugsweise
ist die in den erfindungsgemäßen Verfestigungs-
und/oder Schmelzkristallisationsverfahren verwendete Verfestigungsvorrichtung
eine Schmelzkristallisationsvorrichtung, die dynamische oder statische
Verfahren einer Schmelzkristallisation durchführen kann. Eine große Vielzahl
von Vorrichtungen zur Schmelzkristallisation sind käuflich erhältlich oder
durch die hierin vorstehend beschriebenen Abhandlungen und/oder
Patente beschrieben. Eine geeignete Vorrichtung kann eine kontinuierliche
oder Batch-Vorrichtung mit wieder zirkulierenden Schleifen oder
gerührten
Tanks umfassen. Einige Schmelzkristallisationsvorrichtungen pumpen
flüssige
Phasen aufwärts
durch Röhren
oder Kammern, die die Kristallisationsoberfläche umfassen. Bei einer anderen
Ausrüstung
transportiert ein Endlosband oder Förderband das Zufuhrmaterial
von einer Kristallisationskammer zu einer Schmelzkammer. Intern
abgekühlte
Platten können
in eine Schmelze eingetaucht und entfernt werden, wenn die gewünschte Menge an
Feststoffen sich auf den Plattenoberflächen gebildet hat. Suspensionskristallisierer
bilden Kristalle in der Schmelze eher als auf abgekühlten Oberflächen und
gewinnen die Kristalle durch Filtration oder Zentrifugation wieder.
Bei bestimmten Säulenkristallisierern
steigen gebildete Kristalle durch Gravitation in eine Schmelzzone
herab. Zonenschmelzvorrichtungen, bei denen eine geschmolzene Zone
entlang der Länge
eines verlängerten
Volumens des Feststoffs bewegt wird, was ermöglicht, dass eine Verfestigung hinter
der geschmolzenen Zone auftritt, können auch verwendet werden.
Die meisten, wenn nicht alle, bekannten Verfahren für eine Schmelzkristallisation
und die meisten, falls nicht alle, käuflich verfügbaren Vorrichtungen für eine Schmelzkristallisation
(wie die verschiedenen Vorrichtungen, die von Sulzer Chemtech A.
G. aus Winterthur, Schweiz, vertrieben werden) sind zum Durchführen der
erfindungsgemäßen Verfahren
geeignet.
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Nichtsdestotrotz
können
viele Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Verfestigungs- und/oder
Schmelzkristallisationsverfahren in einer Verfestigungsvorrichtung
erfolgen, die umfasst:
- a. mindestens ein Gefäß, das zum
Verfestigen der flüssigen
Phase angepasst ist,
- b. Mittel zum Rühren
der flüssigen
Phase und
- c. Mittel zum Ändern
der Temperatur der flüssigen Phase.
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Geeignete
Gefäße beinhalten
jegliche Hohlkolben, Tanks, Reaktoren, Röhren, Rohrleitungen, Leitungen
oder dergleichen, die fähig
sind, die flüssige
Phase darin zu beinhalten. Vorzugsweise weist das Gefäß mindestens
einen Auslass zum Zusetzen und/oder Entfernen der flüssigen Phase,
des flüssigen
Dimethylsulfoxids, des festen Dimethylsulfoxids und/oder des flüssigen Rests
aus dem Gefäß auf. Eine
Verfestigung kann im Wesentlichen in der flüssigen Phase auftreten, um
eine Suspension von festem DMSO bereitzustellen. Vorzugsweise weist
das Gefäß mindestens
eine Oberfläche
auf, die geeignet ist, um darauf Dimethylsulfoxid zu verfestigen.
Bei einigen Ausführungsformen
umfasst die Vorrichtung eine Gefäßwand oder
Trennwand, die gegebenenfalls mit einem Wärmeübertragungselement in Kontakt
stehen oder damit verbunden sein kann. Das Wärmeübertragungselement kann Wärme von
elektrischen Quellen, direktes Erhitzen durch erhitzte Gase wie
Dampf, heiße
Luft oder eine jegliche andere sinnvolle Wärmequelle liefern. Das Wärmeübertragungselement
kann ein Abkühlen
liefern, das durch kaltes Wasser oder kalte Luft, ein Kühlaggregat,
eine Kühlungseinheit,
eine Verdampfungseinheit oder dergleichen bereitgestellt wird. In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Wärmeübertragungselement
eine Ummantelung für
die Gefäßwand, die
mit einem externen Zulauf einer Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit verbunden ist. Die
Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit
kann Luft, Wasser, Dampf, organische Verbindungen, einschließlich Kohlenwasserstoffölen oder Alkoholen
wie Ethylenglykol, Propylenglykol oder ein Gemisch davon umfassen.
Wasser, Propylenglykol oder ein Gemisch davon ist eine bevorzugte
Heiz- und/oder Kühlflüssigkeit
aufgrund ihrer niedrigen Toxizität.
In anderen Ausführungsformen
umfasst die Oberfläche
eine Hohlkammer innerhalb des Kessels, wobei die Hohlkammer Einlass-
und Auslassverbindungen zu einem externen Zulauf einer Heiz- und/oder
Kühlflüssigkeit
aufweist. Beispiele für
solche Hohlkammern beinhalten hohle Trennwände, Röhren, Kühlspulen und dergleichen.
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Die
meisten Mittel zum Rühren
der flüssigen Phase,
die dem Fachmann bekannt sind, können
geeignet sein, sofern die Mittel zum Rühren eine vernünftigerweise
gesteuerte physikalische Bewegung der Flüssigkeit, die die flüssige Phase
umfasst, induzieren. Beispiele für
geeignete Mittel zum Rühren
der flüssigen
Phase beinhalten Rührer,
Mischer (dynamische und statische), Impeller, Pulsen der Flüssigkeit, Durchleiten
von Gasen durch die flüssige
Phase, um Umwälzschleifen,
Falling-Film-Anordnungen
und dergleichen. In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen der Mittel ist
das Mittel zum Rühren
der flüssigen
Phase eine externe Schleife zur Zirkulierung von flüssigem Dimethylsulfoxid
und/oder Dimethylsulfoxid-haltigem flüssigem Rest.
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Experimenteller
Teil
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Die
nachstehenden Beispiele sind zur Bereitstellung einer vollständigen Offenbarung
und Beschreibung, wie die hierin beanspruchten Verfahren erfolgen
und bewertet werden, angegeben und sollen lediglich beispielhaft
für die
Erfindung sein und sollen nicht den Umfang dessen, was die Erfinder
als ihre Erfindung betrachten, beschränken. Anstrengungen wurden
unternommen, um die Richtigkeit hinsichtlich Zahlen (z.B. Mengen,
Temperatur, etc.) zu gewährleisten,
aber einige Fehler und Abweichungen sollten in Betracht gezogen
werden. Wenn nicht anders angegeben, sind alle Teile Gewichtsteile,
Temperatur ist in Grad Celsius angegeben oder ist bei Umgebungstemperatur
und Druck ist bei oder nahe atmosphärischem Druck.
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Beispiel 1
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1 ist
eine Schnittansicht, die eine Schmelzkristallisationsvorrichtung 10 zeigt,
die für eine
bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform
beispielhaft ist. Die Schmelzkristallisationsvorrichtung 10 beinhaltet
ein Gefäß 20,
das eine untere Wärmeaustauscherzone 21 und
eine obere Wärmeaustauscherzone 22 beinhaltet.
Eingeschlossen in der unteren Wärmeaustauscherzone 21 des
Gefäßes 20 ist
eine Wärmeaustauscherspule 30 (gezeigt in 5)
zum Abkühlen
der flüssigen
Phase, so dass DMSO auf der Spule kristallisiert, und zum Erhitzen des
kristallisierten DMSO, um es zu schmelzen. Eingeschlossen in der
oberen Wärmeaustauscherzone 22 des
Gefäßes 20 ist
eine Wärmeaustauscherspule 40 zum
Abkühlen
der flüssigen
Phase, so dass DMSO kristallisiert, und zum Erhitzen des kristallisierten
DMSO, um es zu schmelzen.
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Ein
Rührmittel,
Rührer 50,
beinhaltet einen Impeller 51, einschließlich zweier Impellerblättersätze 52, 53,
die in der oberen Wärmeaustauscherzone 22 nahe
der Grenze der oberen Wärmeaustauscherzone 22 und
der unteren Wärmeaustauscherzone 21 positioniert
sind.
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Im
Betrieb wird eine erste Menge an DMSO der Industriegüte (z.B.
99,7% oder mehr an DMSO) aus einem Lager an DMSO der Industriegüte (wie demjenigen,
das von Gaylord Chemical Corporation in Bogalusa, Louisiana, hergestellt
wurde) entnommen. Die erste Menge wird in das Gefäß 20 über eine Öffnung in
der oberen Zone des Gefäßes 20 überführt. Die
erste Menge wird abgekühlt,
vorzugsweise durch Zirkulieren eines Gemisches von Wasser und 30%
Propylenglykol, bei etwa 30 bis etwa 50°F (–1,1 bis 10°C) und mehr bevorzugt etwa 40°F (4,4°C), über Spulen 40 und 30 in
der oberen Wärmeaustauscherzone 22 und
unteren Wärmeaustauscherzone 21,
und vorzugsweise während
das DMSO durch Rühren
gerührt
wird, bis 10 bis < 50%
der ersten Menge kristallisiert (hauptsächlich auf den Spulen 30 und 40).
Der Teil der ersten Menge, die von dem kristallisierten DMSO verschieden
ist, wird von dem Gefäß 20 über einen
Auslass (nicht gezeigt, aber er könnte z.B. als 6''-Düse
an dem Boden des Gefäßes 20 vorliegen)
entfernt. Sodann wird das kristallisierte DMSO aus der Schmelzkristallisationsvorrichtung 10 dadurch
entfernt, dass es geschmolzen wird, vorzugsweise durch Zirkulieren
eines Gemisches von Wasser und 30% Propylenglykol bei etwa 90 bis 110°F (32,2 bis
43,3°C)
oder höher
(und mehr bevorzugt etwa 105°F,
40,5°C)
durch die Spulen 40 und 30 (die Flüssigkeit
kann z.B. von einer Spule in die andere Spule fließen) in
der oberen Wärmeaustauscherzone 22 und
unteren Wärmeaustauscherzone 21,
und dass ermöglicht
wird, dass das geschmolzene Produkt das Gefäß 20 über den
Auslass verlässt. Der
Teil der ersten Menge, die von dem kristallisierten DMSO verschieden
ist, wird zu dem Lager an DMSO von Industriegüte zurückgeführt.
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Alternativ
dazu könnte
das kristallisierte DMSO dadurch geschmolzen werden, dass das geschmolzene
aufgereinigte DMSO als eine Wärmeaustauscherflüssigkeit
in direktem Kontakt mit dem kristallisierten DMSO verwendet wird.
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Der
Schmelzpunkt von DMSO beträgt
etwa 65°F
(18,5°C).
Das DMSO von Industriegüte
wird typischerweise bei etwa 90°F
(32,2°C)
zugeführt. Wenn
das Gefäß 20 die
in den angefügten
Zeichnungen gezeigten Dimensionen aufweist, wird angenommen, dass
es weniger als etwa 16 Stunden dauern wird, um eine gewünschte Menge
an DMSO daraus auszukristallisieren, wenn die Wärmeaustauschflüssigkeit wie
hierin spezifiziert ist und eine Temperatur von etwa 40°F (4,4°C) aufweist.
Vorzugsweise werden die Verfahrensbedingungen (z.B. Volumen und Temperatur
der Wärmeaustauscherflüssigkeit)
derart verändert,
dass eine gewünschte
Menge an DMSO in weniger als 12 Stunden auskristallisiert. Noch
mehr bevorzugt werden die Verfahrensbedingungen derart verändert, dass
eine gewünschte
Menge an DMSO in weniger als 8 Stunden auskristallisiert. Auch wird
angenommen, dass es weniger als etwa 8 Stunden dauert, um eine gewünschte kristallisierte
Menge an DMSO zu schmelzen, wenn die Wärmeaustauscherflüssigkeit
wie hierin spezifiziert ist und eine Temperatur von etwa 105°F (40,5°C) aufweist.
Falls die Wärmeaustauscherflüssigkeit
zu heiß ist,
könnte
die DMSO-Qualität
sinken. Vorzugsweise werden die Verfahrensbedingungen derart verändert, dass
eine gewünschte
Menge an kristallisiertem DMSO in weniger als 6 Stunden schmilzt.
Noch mehr bevorzugt werden die Verfahrensbedingungen derart verändert, dass
eine gewünschte
Menge an kristallisiertem DMSO in weniger als 4 Stunden schmilzt.
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Die
Erstarrungszeitspanne und Schmelzzeitspanne können durch Ummantelung der
Außenseite des
Gefäßes 20 verkürzt werden.
Das Gefäß 20 könnte mit
einer vorgefertigten Ummantelung wie einer Plattenspule, die von
Thermon Corporation in San Marcos, Texas käuflich erhältlich ist, ummantelt sein,
oder die Ummantelung könnte
aus einer geschweißten
halben Röhre
gefertigt sein. Die Erstarrungszeitspanne und Schmelzzeitspanne
können durch
Hinzufügen
einer zusätzlichen
Spule oder Spulen innerhalb der Spule 40 abgekürzt werden.
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In
einem typischen experimentellen Aufreinigungslauf wird DMSO von
industrieller Qualität
(das typischerweise die U.S.P.-Spezifikationen für pharmazeutische Anwendungen
nicht erfüllt,
da es eine oder mehrere Verunreinigungen enthält, die zu einer übermäßigen Absorption
von ultravioletter Strahlung bei 275, 285 und 295 Nanometern führen, oder
eine übermäßige Absorption
von ultravioletter Strahlung bei etwa 350 Nanometern aufweist, nachdem
das DMSO mit wässrigem
Kaliumhydroxid behandelt wurde (wie gemäß U.S.P.-Spezifikationen und
Testverfahren)) als ein Ausgangszuführmaterial der flüssigen Phase
verwendet. Etwa 8300 Pfund des DMSO der industriellen Qualität wird in
das Gefäß 10 geladen
und abgekühlt,
wobei der Rührer
läuft,
während ein
Gemisch von Propylenglykol und Wasser mit einer Temperatur von 36°F (2,2°C) durch
zwei Kühlspulen
mit einer Oberfläche
von etwa 132 Quadratfuß für eine Zeitspanne
von etwa 7 Stunden geleitet wird. Die Temperatur des flüssigen DMSO
während der
Zeitspanne einer DMSO-Kristallisation beträgt etwa 65–66°F (18,5 bis 18,8°C). Der Fluss
an Kühlmittel
wird gestoppt und die Mutterlauge an nicht kristallisiertem DMSO
wird zurück
zu einem industriellen Verfahren zur Herstellung von DMSO unter
Verwendung von Stickstoffdruck überführt. Glykol
wird auf etwa 105°F
(40,5°C)
erhitzt und durch die Kühlspulen geleitet,
um das kristalline DMSO zu schmelzen. Die DMSO-Kristalle können, müssen aber
nicht, durch Teilschmelzen „geschwitzt" werden. Das kristalline DMSO
wird geschmolzen, um flüssiges
DMSO über etwa
3 bis 3,5 Stunden bereitzustellen. Die DMSO-Flüssigkeit wird durch Überführung zu
einem anderen Gefäß über Stickstoffdruck
gesammelt und gewogen. Die typische Ausbeute an DMSO aus diesem Verfahren
beträgt
etwa 1250 Pfund oder etwa 15% des DMSO, das dem Gefäß 10 zugeführt wurde.
Das durch dieses Verfahren erzeugte DMSO ist typischerweise ausreichend
rein, dass sein Ultraviolettabsorptionsspektrum bei 275, 285, 295
und/oder 350 Nanometern die U.S.P.-Spezifikationen erfüllt oder
signifikant übertrifft.
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Beispiel 2
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DMSO
der Industriegüte
mit einer Ultraviolettabsorption von etwa 0,23 Absorptionseinheiten
bei 275 Nanometern wurde mit trockenem Stickstoff aus einer Lageranlage
in ein Gefäß, das ähnlich zu
demjenigen der 1 bis 5 ist, zu
einem Niveau von 86% geblasen, um die helikale Spule vollständig zu bedecken.
Das Niveau von 86% entsprach 8330 Pfund an DMSO bei einer Temperatur
von 84,6°F (29,2°C). Der Rührer wurde
gestartet und ein Gemisch von Wasser und Propylenglykol wurde durch die
oberen und unteren Spulen zirkuliert und mit einem Abkühlen durch
eine 12 Tonnen (144000 btu/Stunde oder 42 Kilowatt) Kühleinheit
bereitgestellt. Anfangs betrug die Temperatur des Wasser/Propylenglykol-Gemisches
etwa 55°F
(12,7°C), aber,
als die Temperatur des flüssigen
DMSO 65,3°F (18,5°C) erreichte
und das feste DMSO sich auf den Spulen zu bilden begann, war die
Temperatur des Wasser/Propylenglykol-Gemisches auf etwa 33°F (0,5°C) gesunken
und die Temperatursteuerung der Kühleinheit begann zu zyklisieren.
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Nach
sieben Stunden wurde der Rührer
gestoppt und der flüssige
Rest wurde in ein Auffanggefäß geblasen.
An diesem Zeitpunkt bedeckte festes DMSO die Kühlspulen. Das Wasser/Glykol-Gemisch wurde
sodann zirkuliert und elektrisch erhitzt bei Temperaturen, die 105°F (40,5°C) nicht überstiegen und
bei einem Mittel von etwa 96°F
(35,5°C)
lagen. Nach vier Stunden wurde das geschmolzene Produkt zu einem
Produktauffänger
geblasen, um etwa 1265 Pfund an aufgereinigtem DMSO (etwa 15% der
Anfangscharge von DMSO von Industriegüte) zu erzeugen. Das aufgerei nigte
Produkt wies eine Ultraviolettabsorption von 0,085 Absorptionseinheiten
bei 275 Nanometern auf. Das Verhältnis
der Ultraviolettabsorption bei 285 Nanometern des Produkts im Vergleich
zu seiner Absorption bei 275 Nanometern betrug 0,35. Das Verhältnis der
Ultraviolettabsorption bei 295 Nanometern des Produkts im Vergleich
zu seiner Absorption bei 275 Nanometern betrug 0,24.
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Insbesondere
enthält
die 1999 U.S.-Pharmakopoeia, USP 24, NF 19 (1999) die nachstehende Beschreibung
der Charakteristika von Dimethylsulfoxid der U.S.P.-Güte:
C2H6OS 78,13
Methan, Sulfinyl[bis-.
Methylsulfoxid
[67-38-5].
Dimethylsulfoxid enthält nicht weniger als 99,9%
an C2H6OS.
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Packung
und Lagerung – Aufbewahrung
in dichten, lichtwiderstandsfähigen
Behältern.
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USP-Referenzstandards
(II) – USP-Dimethylsulfoxid
RS.
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Identifizierung –
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- A: Infrarotabsorption (197F). Kaliumbromidscheiben
werden verwendet.
- B: 1,5 ml werden vorsichtig und tropfenweise zu 2,5 ml Jodwasserstoffsäure in einem
Teströhrchen
gegeben, das in Eis abgekühlt
wird. Das Gemisch wird schnell filtriert und das Präzipitat
wird gesammelt. Das Präzipitat
wird unter vermindertem Druck getrocknet: ein dunkelvioletter kristalliner
Feststoff wird erhalten und erst löslich in Chloroform, was eine
rote Lösung
ergibt.
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Spezifisches
Gewicht (841): 1,095 bis 1,097.
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Erstarrungstemperatur
(651): 18,3°,
was nicht weniger als 99,9% an C2H6OS anzeigt.
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Brechungsindex
(831): 1,4755 bis 1,4775.
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Acidität – Man löst 50,0
g in 100 ml Wasser und setzt Phenolphthalein TS zu. Falls die Lösung farblos
bleibt, titriert man mit 0,01 N Natriumhydroxid, bis eine pinkfarbene
Farbe auftaucht: nicht mehr als 5,0 ml an 0,01 N Natriumhydroxid
wird verbraucht.
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Wasser,
Verfahren 1 (921): Nicht mehr als 0,1%. [BEACHTE – Man wiegt
und überführt die
Testprobe in einer Umgebung mit niedriger Feuchtigkeit, um eine
Absorption von atmosphärischem
Wasser zu minimieren.]
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Ultraviolettabsorption – Man belässt Dimethylsulfoxid
in einem Wasserbad bei einer Temperatur von weniger als 20° [BEACHTE – nicht
einfrieren], und spült
mit trockenem Stickstoff für
30 Minuten. Das Ultraviolettabsorptionsspektrum zwischen 270 und
350 nm wird in einer 1 cm-Zelle unter Verwendung von Wasser als
der Referenz aufgezeichnet: das Spektrum ist glatt ohne Absorptionsmaxima.
Die Absorption bei 275 nm beträgt
nicht mehr als 0,20 und die Absorptionsverhältnisse A285/A275 und A295/A275 bei den durch die Indizes angegebenen
Wellenlängen
betragen nicht mehr als 0,65 bzw. 0,45.
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Durch
Kaliumhydroxid dunkel gefärbte
Substanzen – 0,5
ml Wasser und 1,0 g pf festes Kaliumhydroxid werden zu 25 ml Dimethylsulfoxid
in einem mit Glasstopfen versehenen 50 ml-Kolben gegeben. [BEACHTE – Man verwende
lediglich festes Kaliumhydroxid, das weiß ohne Färbung ist.] Der Stopfen wird
eingebracht und es wird in einem Dampfbad 20 Minuten erhitzt. Man
kühlt auf
Raumtemperatur ab: Die Absorption der Lösung bei 350 nm, die in einer
2 cm-Zelle gemessen wird, wobei Wasser als die Referenz verwendet
wird, überschreitet
0,046 nicht.
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Grenze an Dimethylsulfon –
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Auftrennlösung – Eine Lösung mit
etwa 0,15 mg Dimethylsulfon pro ml und 0,1 mo Dibenzyl pro ml in
Dimethylsulfoxid wird hergestellt.
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Chromatographisches
System – Der
Gaschromatograph ist mit einem Flammenionisationsdetektor und einem
geeigneten Aufnahmemittel ausgestattet und enthält eine 1,5 m × 3 mm-Säule, die
mit 10% flüssiger
Phase G25 auf einer Packung S1A (vgl. Chromatographie (621)) gepackt
ist. Die Säule wird
bei einer Geschwindigkeit von etwa 10°/Minute von 100° auf 170° Temperatur
programmiert, der Injektionseinlass wird bei einer Temperatur von
etwa 210° gehalten
und der Detektorblock wird bei einer Temperatur von etwa 220° gehalten.
Helium wird als das Trägergas
verwendet, das bei der Geschwindigkeit von etwa 30 ml/Minute fließt. Die
Auftrennlösung wird
chromatographisch aufgetrennt und die Peak-Antworten wie unter Verfahren
adressiert aufgezeichnet: Die Säuleneffizienz,
wie aus dem Dimethylsulfoxid-Peak
bestimmt, beträgt
nicht weniger als 1000 theoretischen Platten und die Auflösung R zwischen
den Dimethylsulfon- und Dibenzyl-Peaks beträgt nicht weniger als 5,0.
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Verfahren – Mittels
eines geeigneten Probenventils oder einer Hochdruckmikrospritze
wird etwa 1 μl
Dimethylsulfoxid injiziert, die Chromatogramme werden aufgezeichnet
und die Antworten der Peaks werden gemessen: Die Antwort eines jeglichen
Peaks, der von dem von Dimethylsulfoxid verschieden ist, beträgt nicht
mehr als 0,03% der Gesamtantworten aller Peaks und die Gesamtantwort aller
Sekundär-Peaks beträgt nicht
mehr als 0,1% der Gesamtantwort aller Peaks.
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Grenze
eines nicht flüchtigen
Rests – 50
g werden in einem Rotationsverdampfer bei einem Druck von etwa 30
ml Hg bei 95° verdampft.
Der Rest wird aus dem Verdampferkolben in eine gewogene Schale mit
mehreren 25 ml-Teilen an Glas-destilliertem Methanol gewaschen und
auf einer heißen
Platte in einem Abzug verdampft: das Gewicht des Rests überschreitet
5,0 mg nicht.