KR20190061526A - 크로마토그래피에 의한 조영제의 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (1) 조(crude) 조영제 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 조영제 용액을 정치하는 단계; (3) 상기 조영제 용액을 소수성의 고체 고정상에 흡착시키는 단계; 및 (4) 용리액을 투여하여 조영제를 용리시키는 단계;를 포함하는 크로마토그래피에 의한 조영제의 정제 방법을 제공한다. 본 발명의 정제 방법은 유기 불순물을 더 강하게 흡착시켜 조영제의 분리 정제 과정에 불순물이 고농도로 유출되지 않게 하며, 더욱 강하게 흡착하도록 오랜 시간에 걸쳐 천천히 용리시키고 이를 추가적으로 정제하도록 한다. 한편, 같은 부피를 가졌으나 짧고 뚱뚱한 칼럼에서 용리제가 더 빨리 유출되어 생산성을 높이므로 공정의 스케일 업에 적합하다.

Description

크로마토그래피에 의한 조영제의 정제 방법 {Purification method of cotrast agent by chromatography}

본 발명은 크로마토그래피에 의한 조영제의 정제 방법에 관한 것이다.

조영제의 제조시 유기 불순물과 목표 제품을 분리 정제하고자 할 때 크로마토그래피 공정을 많이 활용하고 있다. 예를 들어, 미국 등록특허공보 제5,811,581호에서는 효율적인 조영제의 분리기법으로 소수성의 수지를 사용한 유기 불순물의 제거 및 나노 여과기의 연계 사용이 개시되어 있고, 미국 등록특허공보 제5,204,005호에서는 역상 크로마토그래피 컬럼을 활용하며 낮은 수지 : 제품 비율을 필요로 하는 정제기술을 개시한 바 있다.

그러나, 일반적으로 소수성의 칼럼을 이용하여 소수성이 강한 유기 불순물을 흡착하고 친수성기를 가진 조영제 제품을 회수하는데 있어 수율과 순도가 충분히 높지 못하고, 분리도를 원하는 만큼 얻지 못하여 일부 미정제된 제품을 폐기해야 하며, 제품 용리에 과도한 물이나 에너지를 소비하게 되어 경제적인 제조에 어려움을 겪고 있다. 특히, 분리정제 상황에서 조영제가 대부분이고 유기 불순물들이 5 ~ 8 %의 함량을 가지고 있으며, 두 성분 모두 소수성 크로마토그래피 칼럼에 흡착하고 두 피크 간의 분리도(resolution)가 크지 않아 조영제만을 99 % 이상의 고순도로 회수하는 것이 용이하지 아니하다. 따라서, 조영제의 분리정제 과정에서 여러 차례 용리하면서 많은 물을 낭비하게 되며, 마지막에는 더 이상 용리에 의한 제품 분리가 이루어지지 않으면, 상당량의 남은 제품을 모아진 유기 불순물들과 함께 같이 버려야만 하는 상황이다. 전술한 특허문헌들은 본 특허와 같이 구체적인 성분간의 분리도를 다루고 있지 못하다.

항생제인 세팔로스포린 C의 제조를 위해 발효된 생성물을 정제하는 경우, 고분자 비이온성 흡착 수지를 이용하여 세팔로스포린 C만 흡착시키고 여러 가지 불순물들은 용액 중에 남게 된다. 이러한 불순물은 수지를 물로 씻어내는 세정에서 항생제로부터 분리되게 되어 제거된다. 다음 수지에 흡착된 항생제는 적절한 용리제 (예를 들어, 저급 알코올의 수용액)를 흡착 수지에 통과시켜 용리해냄으로써 효과적으로 회수해내고 있다.

하지만, 조영제를 정제하는 경우에는 고분자 수지에 회수하고자 하는 조영제도 흡착하지만 유기 불순물을 더욱 강력하게 흡착하여서 단순히 흡착된 성분을 용리해내는 것으로는 소기의 분리 성과를 달성할 수 없다. 따라서, 두 성분을 흡착 수지를 이용하여 분리하기 위해서는 두 성분과 수지간의 상호 인력의 차이를 최대한 이용하여서 용리해내야만 한다. 조영제 성분은 소수성의 방향족 그룹 외에도 친수성의 OH 그룹을 가지고 있어 소수성의 방향족 그룹과 알킬 그룹만을 가진 유기 불순물들 보다 극성이 크고 용리시 더 먼저 용출되게 된다. 하지만, 두 성분 간의 체류시간 차이가 크지 않고 제품의 상대적인 양이 15배 가량 되어 두 성분의 상호 섞임이 상당 부분 발생하게 된다.

이를 해소하는 방법으로 우선 흡착 과정 중 제품 성분과 수지의 상호 인력간의 격차를 키우는 방법이 있는데, 흡착시 충분한 체류시간을 주면 소수성 그룹만을 가진 유기 불순물은 더욱 수지에 잘 흡착하게 되어 용리시 친수성기를 보유한 제품보다 누출량이 줄어들게 된다. 그러나, 조제품 흡착 시 어떤 조건에서 수행해야 유기불순물을 고착시킬 만큼 충분하게 될지는 분명치 않다. 따라서, 원료의 흡착 방법 및 시간, 농도, 양을 최적화하기 위한 방법이 필요하다.

또한, 제품의 분리도를 높이기 위해서는 유기 불순물이 용출되기 전에 제품을 최대한 회수해야 한다. 조영제의 회수율을 높이기 위해서는 이 화합물이 흡착 베드 내에서 어떤 형태로 존재하며 어떻게 하면 각각의 형태를 효과적으로 용리 해낼 수 있는지 규명할 필요가 있다. 흡착 과정 중 조영제 용액이 얼마나 수지 입자 사이 공간에서 구형 수지의 기공 내로 침입하여 흡착하는지를 파악하고 이를 극대화할 조건을 찾아야 한다. 또한, 수지 기공 내에 흡착된 제품을 천천히 용리해내는 조건이 필요할 수 있다. 따라서, 흡착되지 못한 조영제를 회수하기 위한 분리 조건과 고분자 수지 입자 내에 흡착된 조영제를 우려내기 위한 각각의 용리 속도와 용리량이 필요하다. 아울러, 구체적인 용리액의 조성과 용리 조건의 수립이 필요하다.

미국 등록특허공보 제5,811,581호 미국 등록특허공보 제5,204,005호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 조영제인 조제품의 흡착 조건을 조절하여 유기 불순물을 더욱 강하게 흡착시킴으로써 그 후 분리 과정에서 조영제 제품의 순도와 수율을 높이는 방법을 제시하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 조영제의 용리 조건을 조절하여 제품을 수지 사이를 통과하여 빨리 회수하거나 수지 내에 흡착된 제품을 잘 추출해낼 수 있는 방법을 제시하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 조영제의 용리를 촉진하도록 저급 알코올의 조성과 용리 조건을 조정하는 방법을 제시하는데 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 탑의 길이/직경을 줄여서 제품의 회수율을 높이는 방법을 제시하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 아래 단계들을 포함하는 크로마토그래피에 의한 조영제의 정제 방법을 제공한다:

(1) 조(crude) 조영제 용액을 제조하는 단계;

(2) 상기 조영제 용액을 정치하는 단계;

(3) 상기 조영제 용액을 소수성의 고체 고정상에 흡착시키는 단계; 및

(4) 용리액을 투여하여 조영제를 용리시키는 단계.

이하에서는 각 단계에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 단계 (1)에서, 사용되는 조영제는 구조 내에 히드록시기(-OH)를 포함하여 친수성이 강한 물질을 사용함으로써 소수성의 유기 불순물과 분리될 수 있다. 예를 들어, 상기 조영제는 이오버솔 (ioversol) 또는 이오메프롤 (iomeprol) 일 수 있으며, 바람직하게는 이오버솔을 사용할 수 있다.

상기 단계 (1)에서 제조된 조영제 용액의 농도는 제한 없이 사용할 수 있으나, 조영제의 최종 수율 및 순도를 보다 개선하기 위하여 0.75 내지 1.25 g/ml를 사용할 수 있다.

또한, 상기 조영제 용액의 용매는 에탄올를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물을 사용할 수 있다.

본 발명의 단계 (2)는 조영제의 수율 및 순도를 개선하기 위하여 수행된다. 상기 정치 단계를 수행하는 시간은 소수성 고체 고정상에 유기 불순물이 충분히 흡착될 수 있도록 충분히 유지되는 것이 바람직하며, 예컨대 0.5 내지 2 시간 동안 수행될 수 있다.

본 발명의 단계 (3)에서, 조영제 용액의 주입 속도는 유기 불순물이 충분히 흡착되고 조영제와 분리될 수 있도록 조절하는 것이 바람직하다. 예를 들어 0.5 내지 1.5 Bvh (시간당 1 흡착베드 용량)의 속도로 주입될 수 있다.

상기 단계 (3) 및 (4)에서 보다 효율적인 정제를 위하여 흡착탑의 길이/반경 (L/D)의 비율을 조절할 수 있다. 바람직하게는 L/D의 비율이 5.0 미만인 흡착탑을 사용할 수 있다.

본 발명의 단계 (4)에서, 조영제의 상기 용리액으로는 통상적으로 물을 쓰고 있는데 대신 C1-C4 알코올의 수용액을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 용리액은 3% 내지 7%의 C1-C4 알코올 수용액을 사용할 수 있다. 또한, 상기 용리액은 조영제 1 g 당 10 내지 200 ml를 투입하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 단계 (4)는 조영제의 수율 및 순도를 보다 개선하기 위하여 10 내지 50 ℃에서 수행될 수 있다.

본 발명은 흡착 조건, 용리 조건, 흡착탑의 길이/반경 비율 조절 등 방법들을 함께 채택함으로써 상승적인 효과를 기대할 수 있다. 이를 통하여 불순물도 제거하고, 제품 수율도 유지하면서, 경제성을 더 높일 수 있는 방법이다.

본 발명의 정제 방법은 유기 불순물을 더 강하게 흡착시켜 조영제의 분리 정제 과정에 불순물이 고농도로 유출되지 않게 하며, 더욱 강하게 흡착하도록 오랜 시간에 걸쳐 천천히 용리시키고 이를 추가적으로 정제하도록 한다. 한편, 같은 부피를 가졌으나 짧고 뚱뚱한 칼럼에서 용리제가 더 빨리 유출되어 조영제 회수의 생산성을 높이므로 공정의 스케일 업에 적합하다.

도 1은 실험예 1에서 1 시간 동안 정치 후 흡착 시, 용리된 액 중 유기 불순물의 함량을 나타내는 도면이다.
도 2는 실험예 2에서 1 시간 동안 정치 후 흡착 시, 수지에 흡착되어 있다가 재생시에 나온 유기 불순물의 함량을 나타내는 도면이다.
도 3은 실험예 3에서 L/D 값의 변화에 따라 용리시 조영제 농도의 변화를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명을 실험예 및 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실험예 및 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실험예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실험예 및 실시예에 따르면, 소수성 고분자 수지를 이용하여 조영제 조 제품에 함유된 유기 불순물을 분리하되 용리 과정 중에 유기 불순물의 탈착에 의한 혼입을 최소화하면서도 목표로 하는 조영제 제품의 탈착을 극대화시키는 방법이 제공된다.

또한, 본 발명의 실험예 및 실시예에 따르면, 조영제 제품의 순도와 수율을 극대화하면서도, 정제수 소요량, 시간, 에너지 등을 최소화시켜 공정개선이 이루어지고 성공적인 스케일 업이 이루어지게 할 수 있다.

더 나아가, 본 발명의 실험예 및 실시예에 따르면, 소수성 고분자 수지 크로마토그래피 칼럼을 이용하는데 있어 주요 변수인 흡착 조건, 용리 조건, 용리액의 조성, 흡착 칼럼의 모양 등을 변화시키면서 용리된 제품의 양과 순도를 측정하고 최적의 운전 및 설계 방안을 제공한다.

실험예 1. 흡착 조건의 영향 확인

크로마토그래피에 의한 조영제의 정제가 이루어지려면 조영제가 수지 입자의 내부로 확산되어 표면상에 흡착되어야 하므로, 낮은 부피 유속을 사용하여 충분한 체류시간을 가져야 한다. 반면, 주된 흡착의 대상이 아닌 조영제의 탈착 및 회수를 원활히 하여 높은 생산성을 가지기 위해서는 높은 부피 유속이 필요하다. 따라서, 수지 입자들 사이에 흡착되지 않은 상태로 존재하는 조영제를 신속하게 제거하면서도 수지 내부에 흡착된 조영제는 충분히 추출해낼 수 있도록 천천히 용리해 가야 한다.

분리의 핵심인 흡착 과정을 보다 더 정밀하게 이해하기 위하여, 아래 표 1과 같이 4 가지 경우로 나누어 실험하였다.

기본 조건으로 조(crude) 조영제 (이오버솔) 15 g에 정제수 15 cc를 더하여 만든 용액을 약 1 Bvh (베드 부피/시간)의 유속으로 통액하며 흡착시키고, 500 ml의 물을 부으면서 30 분 동안 용리한 후, 에탄올 용액을 수지(SP-207) 층을 통과시켜 수지 층을 재생하였으며, 각 단계의 끝에 샘플을 취하여 조영제의 양과 유기 불순물의 함량을 측정하였다 (비교예 1). 위 기본 조건에서 수지 입자 내로 흡착되지 못한 조영제의 회수를 위해 급속 세척 (washing) 단계를 추가 (비교예 2)하거나, 충분한 흡착을 위하여 조영제 용액 중 1 시간 동안 정치시키는 과정을 컬럼 내에서 흡착액을 통액하기 전 (실시예 1)이나 후 (비교예 3)에 실시하였으며, 흡착 모드를 변화시킨 경우 각 단계에서의 조영제 함량을 하기 표 1에 나타내었다 (괄호 안에 불순물 함량% 표시).

[표 1]

비교예 1의 경우, 1 Bvh로 흡착하면서 통과한 흡착액 중 조영제는 3.9 g (불순물 5.3 %)으로 제대로 처리되지 못한 채 유출되었고, 용리된 조영제는 그 양이 6.5 g 에 불과한 반면 불순물은 2.7 %에 달하였다. 또한, 재생 과정에서 수지에 흡착된 조영제를 분석한 결과 2 g이 수지 내에 잔류함을 확인하였다.

비교예 2의 경우, 수지 사이에 존재하는 조영제를 효과적으로 제거하기 위해 흡착 후 물을 10 Bvh 속도로 밀어 보내어 세정하여 조영제를 회수한 것인데, 수지 중 잔량은 1.5 g으로 감소시키고 총 회수량은 증가하였으나, 흡착액 중 통과량이 5.3 g에 달하였고, 용리된 양은 1.7 g에 불과한 반면 불순물은 3.3 %에 달하여 정제가 충분치 못함을 나타냈다.

한편, 실시예 1 및 비교예 3은 불순물의 보다 강한 흡착을 통한 두 성분 간의 분리도 제고를 확인하기 위하여, 흡착 조작 전후하여 흡착액을 1 시간 동안 정치하여 두었다. 그 후에 흡착액을 통액한 후 용리하면서 조영제를 회수하였는데, 용액 정치 후 흡착시키는 경우 (실시예 1)가 가장 우수한 정제 결과를 가져왔고 (수득량 7.2 g, 불순물 함량 1.8 %), 도 1에 나타난 바와 같이 1 시간 동안 정치 후 흡착 시 용리된 액 중 유기 불순물의 함량이 0.2 %에 불과하며, 도 2에 나타난 바와 같이 수지에 흡착되어 있다가 재생시에 나온 유기 불순물의 함량은 25 % 에 달하였다. 따라서, 용리 회수를 지속할 경우 조영제의 총 회수량과 순도도 더 개선될 것으로 예측되었다. 요컨대, 조영제 흡착시 흡착액 정치 과정을 추가하면, 더 많은 불순물이 수지 상에 잔류하면서 분리되는 것으로 보였다.

실험예 2. 흡착액 농도의 확인

실험예 1의 기본 조건에서 조영제 용액의 농도를 변화시킨 경우의 영향에 대하여 살펴보았다. 그 결과는 아래 표 2에 나타내었다. (괄호 안에 불순물 함량% 표시).

[표 2]

표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 4 (2 g/ml) 및 비교예 5 (0.5 g/ml)는 흡착액 중 통과량이 많으면서 용리된 양이 많지 않다. 반면, 실시예 2 (1 g/ml)의 경우 비교예 4 및 5보다 통과량을 감소시키면서 용리된 양을 증가시킴을 확인하였다.

실험예 3. 용리 조건의 영향 확인

실험예 1의 기본 조건에서 용리액의 조성을 변경시킨 경우의 영향에 대하여 살펴보았다. 그 결과는 아래 표 3에 나타내었다 (괄호 안에 불순물 함량% 표시).

[표 3]

5% 에탄올 수용액으로 용리시킨 경우 (실시예 3), 물로만 용리시키는 경우 (비교예 6)보다 용리된 양이 증가되어 총 회수량이 증가함을 보이고 순도도 유지되었으나, 10% 에탄올을 사용 (비교예 5)하면 불순물의 탈착이 심해져서 순도가 떨어지므로, 물에 약 5 % 정도의 에탄올을 섞어 만든 용리액에서만 조영제의 탈착이 촉진되어 수율이 개선되었다.

한편, 실험예 1의 기본 조건에서 용리액의 온도을 변경시킨 경우의 영향에 대하여 살펴보았다. 그 결과는 아래 표 4에 나타내었다 (괄호 안에 불순물 함량% 표시).

[표 4]

표 4에 나타난 바와 같이, 실시예 4 및 5의 경우 흡착액 중 통과량이 많지 않고 용리된 양이 충분하였으나, 용리액을 60 ℃로 올린 비교예 8의 경우 통과량이 증가하고 용리된 양이 감소함을 확인하였다.

실험예 5. 흡착탑 모양의 영향 및 스케일업 가능성 확인

흡착탑 내에 충진되는 수지의 양을 늘려서 길이(L) 대 직경(D) 비율을 아래 표 5에 정리된 바와 같이 조사하였다 (조영제 (이오버솔) 과 수지의 비율은 일정).

[표 5]

실시예 6 및 7은 조영제 1 g 당 용리액 20 ml로서 조건이 동일한 반면, L/D 값에서 차이가 있다. 실시예 6 및 7은 매우 우수한 순도를 모두 나타내었으며, 수율 면에 있어서 L/D 값이 낮은 실시예 6이 실시예 7보다 우수하였다. 실시예 8 및 9는 조영제 1 g 당 용리액의 사용량을 100 ml로 조절하였는데, 실시예 6 및 7과 비교하여 수율이 크게 상승하였으며, 마찬가지로 L/D 값이 낮은 실시예 9가 실시예 8보다 우수하였다. 더불어, 실시예 9와 비교하여 수지의 양과 탑의 단면적을 각각 3.3 배 늘리고 베드 높이는 같은 값으로 하여 운전하였을 경우 (실시예 10), 순도가 99.5 %에 이르고, 수율은 71 %로 유지되어 성공적인 스케일 업을 확인하였다.

한편, L/D 비가 조영제의 제거 속도에 미치는 영향을 보기 위하여, 같은 양의 수지를 충진한 짧고 뚱뚱한 유리관 (id 10 cm X L 10 cm; L/D = 1)과 가늘고 긴 유리관 (id 3.5 cm X L 50 cm; L/D = 14.3)에 넣고 물 500 ml를 부어 용리를 실시하였다. UV spectroscopy로 본 시료의 농도를 측정하여 얻은 결과가 도 3과 같다. 조영제의 제거 속도는, 밸브의 완전 개방시 가늘고 긴 유리관보다 뚱뚱한 유리관에서 액의 유출 속도가 4 배 이상 빨라서 더 빨리 제거됨을 보였다. 이는 같은 양의 수지를 쓰더라도, 길이가 짧고 직경이 큰 경우가 작고 길이가 길고 직경이 작은 경우보다 부피 유속이 훨씬 큰 것을 관찰할 수 있었다. 결과적으로, 길이가 짧고 직경이 큰 경우 용리 중 물의 소요량이 적고 분리도가 높아서 수지 재생시에 제품과 유기 불순물의 분리가 가능해짐으로써 전체 효율의 향상이 될 수 있다.

실험예 6. 조영제 정제 조건의 결합

[표 6]

아울러, 흡착액의 농도를 25 %에서 9 %로 낮추고, 단계별 용리액량 및 온도를 높이며, 에탄올의 농도 변화 등을 함께 변화시키면 조영제 (이오버솔)의 수율을 높이고 물과 에탄올 사용량을 절감할 수 있었다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. (1) 조(crude) 조영제 용액을 제조하는 단계;
   (2) 상기 조영제 용액을 정치하는 단계;
   (3) 상기 조영제 용액을 소수성의 고체 고정상에 흡착시키는 단계; 및
   (4) 용리액을 투여하여 조영제를 용리시키는 단계;
   를 포함하는 크로마토그래피에 의한 조영제의 정제 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 조영제는 구조 내에 히드록시기(-OH)를 포함하는 것인 정제 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 조영제는 이오버솔 또는 이오메프롤인 정제 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 조영제 용액의 농도는 0.75 내지 1.25 g/ml 인 정제 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 정치 단계는 0.5 내지 2 시간 동안 진행되는 것인 정제 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 단계에서 조영제 용액을 0.5 내지 1.5 Bvh (시간당 1 흡착베드 용량)의 속도로 투입하는 것인 정제 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 단계에서 흡착탑의 길이/반경 (L/D)의 비율은 5.0 미만인 정제 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 용리액은 C1-C4 알코올의 수용액인 정제 방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 용리액은 3% 내지 7%의 C1-C4 알코올 수용액인 정제 방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 용리액은 조영제 1 g 당 10 내지 200 ml를 투입하는 것인 정제 방법.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 용리 단계는 10 내지 50 ℃에서 수행되는 것인 정제 방법.

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