NO312890B1

NO312890B1 - Gjenvinning av gadolinium og dets kompleksdannende midler fra vandige opplösninger inneholdende deres komplekser

Info

Publication number: NO312890B1
Application number: NO19962041A
Authority: NO
Inventors: Giorgio Ripa; Paolo Morosi
Original assignee: Bracco Spa
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1996-05-20
Publication date: 2002-07-15
Also published as: JPH09100284A; JP2889914B2; NO962041L; EP0743283A2; IT1275426B; ITMI950986A1; NO962041D0; US5595714A; ITMI950986A0; EP0743283A3; PT743283E; ES2095821T1; ES2095821T3; EP0743283B1; GR970300003T1; DE743283T1; DE69613510T2; DE69613510D1; ATE202542T1

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en ny fremgangsmåte for gjenvinning av gadolinium og dets kompleksdannende middel fra vandige oppløsninger inneholdende deres komplekse og/eller salter av kompleksene. Fremgangs-måten omfatter utfellinger av gadolinium som oksalat ved en pH i området 0.2-1.4 og med etterfølgende utfelling av det kompleksdannende middel ved å heve pH til 1.4-4.5.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en ny fremgangsmåte for gjenvinning av gadolinium og dets kompleksdannende middel fra vandige oppløsninger inneholdende deres komplekser og/eller salter av kompleksene.

I de senere år har gadoliniumkomplekser med polyaminkar-boksylsyrechelaterer så som eksempelvis dietylentriamin-pentaeddiksyre (DTPA) blitt mere og mere viktig fordi de kan anvendes, passende sammensatt, som kontrastmidler i diagnostiske prosedyrer for kjernemagnetisk resonans (NMR).

Noen av dem er allerede i klinisk anvendelse så som eksempelvis Gd-DTPA, N-metylglukaminsaltet av gadoliniumkomplekser med dietylentriaminopentaeddiksyre, (MAGNEVIST®) , Schering, Gc-DOTA, N-metylglukaminsaltet av gadoliniumkomplekset med 1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7, 10-tetraacetatsyre, (DOTAREM<®>), Guerbet, Gd-DTPA-MBA, gadoliniumkomplekset av dietylentriaminopentaacetatsyre bis mety-lamid, (OMNISCAN®) , Nycomed, Gd-HPD03A, gadoliniumkomplekset av [10-(2-hydroksypropyl)-1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7-triedikksyre, (PROHANCE<®>), Bracco).

Ytterligere er andre gadoliniumkomplekser i en langt frem-skreden utviklingsfase, så som Gd-BOPTA (BRACCO, EP 230893), gadoliniumkomplekset av 4-karboksy-5, 8, 11-tris(karboksymetyl)-1-fenyl-2-oxa-5, 8, 11-triazatridekan-13-karboksylsyre, Gd-EOB-DTPA (Schering, EP-A-405704), gadoliniumkomplekset av N-[2-[bis(karboksymetyl)amino]-3-(4-etoksyf enyl) propyl] N- [2 [bis (karboksymetyl) amino] -etylglysin.

I realiteten når den industrielle produksjon av disse pro-dukter vil kunne begynne vil nye og ikke-løste problemer oppstå, forbundet med miljø og økonomiske aspekter med hen-syn til tilgjengelighet av en fremgangsmåte som tillater gjenvinning av chelateringsmidlet og gadolinium fra vandige oppløsninger av deres komplekser, eksempelvis når disse stammer fra satser som ikke tilsvarer de nødvendige analytiske spesifikasjoner.

Denne type prosess er meget viktig fordi enhver eliminering av resteoppløsninger fra komplekset, eksempelvis gjennom biologisk behandlingsanlegg for industrielle avfallsvann er begrenset av toksikologiske egenskaper for gadolinium og frie chelateringsmidler. Ytterligere vil deres syntetiske kompleksitet og følgelig høye fremstillingsomkostninger an-tyde deres gjenvinning og nyanvendelse.

Problemene vedrørende fremgangsmåte for gjenvinning av gadolinium og chelateringsmidler fra en vandig oppløsning inneholdende deres kompleks eller et salt av deres kompleks er i første rekke knyttet til den høye stabilitet av komplekser, dette innen et ganske bredt pH-område. I realiteten vil gadoliniumkomplekset miste sin stabilitet ved passende lave pH-verdier (ca. 2).

Disse betingelser fører til et skift i syre-basebalansene mot ikke-dissosierte former av karboksylsyrefunksjoner, som ikke lenger kan komplekseres, hvilket fører til frigivelse av ikke-dissosiert chelateringsmiddel og gadolinium, som treverdig ion, i den vandige oppløsning.

Imidlertid vil nærvær av gadoliniumioner hindre eller en-kelte ganger forhindre utfelling av det ikke dissosierte chelateringsmiddel så som de som vanligvis krystalliseres utfra vann.

Bare tilsetning av syre til en kompleks oppløsning vil ikke tillate chelatgjenvinning ved avkompleksering, selv i de tilfeller hvor en delvis utfelling av chelateringsmiddelet oppnås og gj envinningsutbyttet er lavt og produktkvaliteten spolert som følge av forurensning med gadoliniumioner.

Fra US patentene nr. 4.438.078 og 4.405.568 er det kjent fremgangsmåter for gjenvinning av gadolinium- og galliumok-sider fra rester etter bearbeiding av en-krystaller av disse oksider (GD3, GA5, 012) som etter en viss forbehand-ling oppløses i saltsyre eller salpetersyre hvorfra gallium felles ut som oksalat ved pH CA2. Gadolinium felles ved pHl. Gadoliniumoksalatet separeres ved filtrering og gallium gjenvinnes fra filtratet, som beskrevet i de respek-tive patenter.

En annen vanskelighet er relatert til oppløseligheten av gadoliniumsalter i vandige oppløsninger, spesielt ved lave pH-verdier. Selv dens tungt oppløselige salter, så som sulfat eller fosfat blir ganske oppløselige når pH avtar, dette i en slik grad at kvantitativ utfelling av gadolinium fra en kompleks sur vandig oppløsning gjøres umulig ved tilsetning av sulfat eller fosfationer.

Det eneste unntak er gadoliniumoksalat, som også i fortyn-nede mineralsvjrer (pH ca. 2) beholder sin lave oppløselig-het. Imidlertid gir anvendelse av oksalationer for utfelling av gadolinium fra en kompleks syreoppløsning ikke de forventede resultater: eksempelvis når det arbeides ved pH-verdier hvor chelateringsmiddelet frigis (ca. pH 2) vil tilsetning av oksalsyre ikke bare forårsake utfelling av gadoliniumoksalat, men også felle ut det frie chelateringsmiddel, når gadoliniumkonsentrasjonen avtar vil en naturlig krystallisering av chelateringsmiddelet begynne og disse krystaller vil blande seg med det allerede utfelte gadoliniumoksalat .

På den annen side under pH-betingelser høyere enn den som forårsaker total avkompleksering (pH > 2) vil tilsetning av oksalsyre kun tillate en parsiell utfelling av gadoliniumoksalat, fordi noe av gadoliniumet forblir i oppløsning som et kompleks.

Det er nå tilveiebragt en fremgangsmåte for gjenvinning av gadolinium og dens komplekseringsmiddel fra vandige oppløs-ninger inneholdende gadoliniumkomplekser eller salter av kompleksene, hvilken fremgangsmåte omfatter tilsetning av en kilde for oksalationer til de vandige oppløsninger ved en sur pH (pH < 2) som er lavere enn den som tilsvarer frigivelse av det kompleksdannende middel (avkomplekserings pH) .

På denne måte oppnås et optimalt kompromiss mellom gadolinium oksalatets lave oppløselighet og det kompleksdannende middels oppløselighet. I realiteten ved slike pH-verdier vil det kompleksdannende middel forbli oppløsning som ikke dissosiert fritt kompleksdannende middel, hvilket tillater gjenvinjaing av gadolinium, som felles ut som oksalat. Deretter blir chelateringsmiddelet gjenvunnet ved enkel krystallisering fra den filtrerte oppløsning, som på for-hånd kan være konsentrert og justert til en passende pH ved tilsetning av en passende base.

Foreliggende oppfinnelse vedrører derfor en fremgangsmåte for gjenvinning av gadolinium og dets kompleksdannende middel fra vandige oppløsninger inneholdende deres kompleks eller salt av komplekset, hvilken fremgangsmåte omfatter de følgende trinn: a) tilsetning av en kilde for oksalationer til vandige sure oppløsninger ved en pH-verdi lavere enn den som tilsvarer frigivelse av det kompleksdannende middel (avkom-plekserende pH),

b) filtrere det utfelte gadoliniumoksalat,

c) utfelling av det kompleksdannende middel i dets ikke-dissosierte form, etter justering av pH formodervæsken fra b) ved tilsetning av en uorganisk eller organisk base og/eller etter eventuell opp-konsentrering av moderluten, d) eventuell omkrystallisering av det kompleksdannende middel.

Betingelsene beskrevet i det etterfølgende er spesielt foretrukne for foreliggende fremgangsmåte:

Trinn a):

- pH, etter surgjøring av oppløsningen av gadoliniumkomplekset eller dets salt, fortrinnsvis med en mineralsyre til 0.2-1.4, fortrinnsvis 0.5-1.0, - mineralsyren anvendt for surgj øring av den vandige opp-løsning er fortrinnsvis valgt fra gruppen bestående av saltsyre, svovelsyre og salpetersyre, - temperature» ved hvilken tilsetning av mineralsyren utfø-res ligger i området 0-50°C, fortrinnsvis 15-30°C, - molforholdet oksalationet til gadoliniumkomplekset beregnes støkiometrisk (1.5 mol/molkompleks) eller med et lite overskudd av oksalationer (opp til 10% overskudd), - kilden for oksalationer velges fortrinnsvis fra gruppen bestående av oksalsyre eller alkalimetalloksalat, - tilsetningstemperaturen for oksalationene ligger fortrinnsvis i området 0-50°C, mere foretrukket 5-30°C, - utfellingstiden for gadoliniumoksalat ligger i området 0. 5-15 timer,

Trinnene b) og c) :

- etter filtrering av det dannede gadoliniumoksalat blir moderlutens pH justert med en passende base for å fremme utfelling av det kompleksdannende middel for gadolinium, - basen kan være uorganisk eller organisk, fortrinnsvis valgt fra natrium- eller kaliumhydroksyd, - den foretrukne pH for krystallisering av det kompleksdannende middel erholdt ved tilsetning av basen ligger i området 1.4-4.5, fortrinnsvis 1.6-2.5, - krystalliseringstemperaturen for det che lat dannende middel ligger i området 0-50°C, fortrinnsvis 0-35°C, - krystalliseringstiden for det chelaterende middel ligger i området 1-250 timer, - det kompleksdannende middel for gadolinium er fortrinnsvis et lineært eller makrocyklisk polyaminkarboksylsyre chelaterende middel, - det chelaterende middel er fortrinnsvis valgt fra gruppen bestående av DTPA, DOTA, l, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-1, 4, 7-triedikksyre (D03A) , HPD03A, BOPTA, EOB-DTPA, DTPA-MBA, 2-metyl-l, 4, 7, 10-tetraedikksyre (MCTA) , (a, a', a'1, a ' 1 ')-telTrametyl-1, 4, 7, lO-tetraazacyklododekan-l,

4, 7, 10-tetraedikksyre (DOTMA), og deres derivater eller analoger.

Fordelene erholdt ved denne utførelsessekvens kan summeres som følger:

- et høyt utfellingsutbytte av gadoliniumoksalat,

- høy renhet av gadoliniumoksalatet,

- høyt gjenvinningsutbytte av det chelaterende middel,

- høy renhet av det gjenvunnede kompleksdannende middel, (spesielt med en lav forurensning av gadolinium).

Gadoliniumoksalatet kan lett omdannes til gadoliniumoksyd i henhold til velkjente fremgangsmåter, eksempelvis ved kal-sinering og kan derfor resirkuleres i kompleksfremstil-lingsprosessen. Det gjenvunnede chelateringsmiddel, gene-relt etter en enkel omkrystallisering fra vann eller fra egnet organisk oppløsningsmiddel, eller blandinger derav gir den krevede kvalitet for den rutinemessige fremstilling av komplekset.

EKSEMPEL 1

Utfelling av gadoliniumoksalat fra en vandig oppløsning av metylglykaminsaltet av gadoliniumkomplekset av 4-karboksy-5, 8, 11-tris(karboksymetyl)-l-fenyl-2-oksa-5, 8, 11-tri-aza-tridekan-13-karboksylsyre (Gd-BOPTA/Dimeg).

150 ml konsentrert HC1 ble tilsatt under omrøring til 600 g av en vandig oppløsning av Gd-BOPTA/Dimet (230 g, 0.217 mol) opp til en pH på 0.5.

Deretter bleset fremstilt en oppløsning ved å oppløse 42.4 g oksalsyredihydrat (0.335 mol) i 250 ml avionisert vann, som ble tilsatt. Når tilsetningen var over ble suspensjonen omrørt ved romtemperatur i 15 min., hvoretter utfellingen ble filtrert, vasket først med 50 ml 0.1N HC1 (vaskevannet ble kombinert med modervæskene) og deretter separat med 100 ml avionisert vann. Etter tørking av faststoffet ved en temperatur over 50°C under vakuum ble 76.7 g gadoliniumoksalat (dekahydrat) erholdt, inneholdende 38.69% gadolinium (ekvivalent med 0.190 mol).

Gadoliniumutbytte: 87%.

EKSEMPEL 2

Isolering av 4-karboksy-5, 8, 11-tris-(karboksy-metyl)-1-fenyl-2-oksa-5, 8, ll-triaza-tridekan-13-karboksylsyre

(BOPTA).

Modervæskene fra eksempel 1 ble justert til pH 1.7 ved konsentrert NaOH. Denne resulterende suspensjon ble holdt under omrøring ved 15°C i 5 døgn deretter ble det krystalli-serte produkt filtrert fra og vasket med 13 0 g avionisert vann avkjølt til 15°C. Etter tørking ved 50°C under vakuum ble det erholdt 85.2 g BOPTA (tilsvarende 0.152 mol av chelateringsmiddelet) .

Utbyttet: 70.6%.

Analytiske egenskaper:

K.F.: 4.0% (vekt%)

HPLC (regnet som vannfri bestanddel - "est.std".):

96.3% (areal%).

Restkloridionj.nnhold (regnet som vannfri bestanddel) :

2.95% (vekt%) .

Restgadoliniuminnhold < 0.5% (vekt%) .

EKSEMPEL 3

BOPTA omkrystallisering.

75 g av produktet ifølge eksempel 2 ble oppløst i 3 00 g avionisert vann, den resulterende oppløsning ble filtrert gjennom et 0.45 u filter, deretter avkjølt til 17°C. Etter krystalliseringsprosedyren ifølge eksempel 2 ble det erholdt 55.1 g renset BOPTA (tilsvarende 0.101 mol).

Omkrystalliseringsutbytte: 75%

Totalt gjenvinningsutbytte: 52.5%

Analytiske egenskaper:

K.F.: 5.0% (vekt%)

HPLC (regnet som vannfri bestanddel - "est.std."): 99.1% Restgadoliniuminnhold: < 0.02% (vekt%) .

EKSEMPEL 4

Utfelling av gadoliniumoksylat fra en vandig oppløsning av metylglukaminsaltet av gadoliniumkomplekset av dietylentriaminpentaedikksyre (Gd-DTPA/Dimeg).

4 0 ml konsentrert HC1 ble tilsatt til en vandig oppløsning av 200 g Gd-DTPA/Dimeg (67.4 mmol) under omrøring til å gi en pH på 0.5. Etter noen minutter ble 13 g oksalsyredihydrat (103 mmol) oppløst i 80 ml avionisert vann og tilsatt. Suspensjonen ble holdt under omrøring ved romtemperatur i 4 timer, deretter filtrert og faststoffet vasket først med 25 ml 0. IN HC1 (vaskingen ble kombinert med modervæsken) og deretter separat med 100 ml avionisert vann. Etter tørking ved en temperatur på 50°C under vakuum ble 23.4 g gadoliniumoksalat (dekahydrat) inneholdende 42.9% gadolinium (ekvivalent med 63.9 mmol) erholdt.

Gadoliniumgjenvinningsutbytte 94.8%.

EKSEMPEL 5

Isolering av dietylentriaminpentaedikksyre (DTPA) .

Konsentrert NaOH ble tilsatt til en pH på 1.7 til modervæsken ifølge eksempel 4. Blandingen ble deretter avkjølt i 15°C og fikk henstå til krystallisering i 24 timer, og deretter filtrert og faststoffet vasket med 25 ml avionisert vann. Etter tørking ved 50°C under vakuum ble erholdt 24.05 g DTPA (60.3 mmol).

Utbytte: 89.5%

Analytiske egenskaper:

Kompleksometrisk titrering (0.1N ZnSOj : 98.7% (vekt%) Restgadoliniuminnhold: 0.15% (vekt%)

Restkloridioninnhold: 0.25% (vekt%).

EKSEMPEL 6

Utfelling av gadoliniumoksalat fra en vandig oppløsning av metylglukaninsaltet av gadoliniumkomplekset av 1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l,4, 7, 10-tetraedikksyre (Gd.DOTA/Meg).

40 ml konsentrert HC1 ble tilsatt til 170 ml av en vandig oppløsning av Gd-DOTA/Meg (85.3 mmol) under omrøring til å gi en pH på 0.8. Etter noen minutter ble 16.2 g oksalsyredihydrat (128.4 mmol) oppløst i 100 ml avionisert vann og tilsatt. Suspensjonen ble holdt under omrøring ved romtemperatur i 6 timer, deretter filtrert og faststoffet vasket først med 30 ml HCL 0.IN (vaskingen ble kombinert med modervæsken), deretter separat med 120 ml avionisert vann. Etter tørking ved en temperatur på 50°C under vakuum ble erholdt 30.8 g gadoliniumoksalat (dekahydrat) inneholdende 39.5% gadolinium (ekvivalent med 77.5 mmol). Gadoliniumgj envinningsutbytte: 91%.

EKSEMPEL 7

Isolering av 1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7, 10-tetraedikksyre (DOTA).

Konsentrert NaOH ble tilsatt til modervæsken fra eksempel 6, konsentrert under vakuum opp til en vekt på 170 g, til en pH på 1.8. Blandingen ble avkjølt til 5°C og fikk henstå for krystallisering i 24 timer, deretter filtrert og faststoffet vasket med avionisert vann. Etter tørking ved 50°C under vakuum ble erholdt 30.3 g rå DOTA (60 mmol) (produktet kan renses på i og for seg kjent måte).

Utbytte: 80%

Analytiske egenskaper:

Kolometrisk titrering (0.1N ZnS04) : 89.5% (vekt%) Restgadoliniuminnhold: 0.1% (vekt%)

Restklorioninnhold: 9.8% (vekt%)

Claims

1. Fremgangsmåte ved gjenvinning av gadolinium og dets kompleksdannende middel fra vandige oppløsninger inneholdende deres kompleks eller salt av komplekset, hvilken fremgangsmåte omfatter de følgende trinn: a) tilsetning av en kilde for oksalationet til den vandige oppløsning ved en pH-verdi lavere enn den som tilsvarer frigivelse av det kompleksdannende middel (avkomplek-serende pH), b) filtrere det utfelte gadoliniumoksalat, c) utfelling av det kompleksdannende middel i dets ikke-dissosierte form, etter justering av pH for modervæsken fra b) ved tilsetning av en uorganisk eller organisk base og/eller etter eventuell opp-konsentrering av moderluten, d) eventuell omkrystallisering av det kompleksdannende middel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor pH etter surgj øring av gadoliniumkomplekset i trinn a) ligger i området 0.2-1.4, fortrinnsvis 0.5-1.0.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor mineralsyren som anvendes for surgj øring av den komplekse vandige oppløsning velges fra gruppen bestående av saltsyre, svovelsyre eller salpetersyre.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor temperaturen ved hvilken mineralsyren tilsettes ligger i området 0-50°C, fortrinnsvis 15-30°C.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor molforholdet oksalationet til gadoliniumkomplekset beregnes støkiometrisk (1.5 mol/mol av komplekset) eller et noe overskudd av oksalatio ner (opp til 10% eller mer).

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor oksalationekilden velges fra gruppen bestående av oksalsyre, eller alkalimetalloksalat.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor tilsetningstemperaturen for oksalationene ligger i området 0-50°C, fortrinnsvis 5-30°C.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor det kompleksdannende middel er lineært eller makrocyklisk polyaminkarboksylsy-rechelaterende middel.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor det chelaterende middel er valgt fra gruppen bestående av dietylentriamino-pentaedikksyre (DTPA), 1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7, 10-tetraedikksyre (DOTA), 1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7-triedikksyre (D03A), [10-(2-hydroksypro-pyl)-l, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7-triedikksyre (HPD03A) , 4-karboksy-5, 8, 11-tris (karboksymetyl)-1-fenyl-2-oksa-5, 8, ll-triazatridekan-13-karboksylsyre (BOPTA), N-[2-bis (karboksymetyl) -amino] -3- (4-etoksyf enyl) propyl] -N- [2-[bis (karboksymetyl) amino] etylglysin (EOB-DTPA) , N, N-bis[2-[ (karboksymetyl) [metylkarbamoil)metyl] amino] etyl] glysin (DTPA-BMA) , 2-metyl-l, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7, 10-tetraedikksyre (MCTA), (a, a', a'', a<1>'')-tetrametyl-1, 4, 7, 10-tetraazacyklododekan-l, 4, 7, 10-tetraedikksyre (DOTMA) og deres derivater eller analoger.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor pH for utkrystalli-seringen av det chelaterende middel etter tilsetning av basen ifølge trinn c) ligger i området 1.4-4.5, fortrinnsvis i området 1.6-2.5.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori basen er en uorganisk base og alt fra natrium- eller kaliumhydroksyd.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor krystalliseringstemperaturen for det kompleksdannende middel ifølge trinn c), ligger i området 0-50°C, fortrinnsvis 0-35°C.