Enantiomerentrennung durch Kristallisation

Entgegen der allgemeinen Vorstellung können unter bestimmten Voraussetzungen Kristallisationsverfahren zur Enantiomerentrennung eingesetzt werden. So gelingt die Racematspaltung beipielsweise über die Herstellung diastereomerer Salze (klassische Racematspaltung) und bei konglomeratbildenden Systemen über die sogenannte "Bevorzugte" Kristallisation (preferential crystallization). Weiterhin können die gewünschten reinen Isomere aus enantiomer angereicherten (asymmetrischen) Gemischen durch selektive Kristallisation gewonnen werden. Anliegen des Beitrages ist es, die verschiedenen Möglichkeiten der kristallisationsbasierten Enantiomerentrennung aufzuzeigen, die für Prozessauslegung und -design notwendigen thermodynamischen und kinetischen Grundlagen zu erläutern sowie Hinweise zum Online-Monitoring des Trennfortschritts zur optimalen Prozessführung zu geben. Die vorzustellenden Arbeiten werden dabei anhand aktueller Forschungsresultate am Beispiel ausgewählter chiraler Stoffsysteme präsentiert. Ausgangspunkt einer möglichen kristallisationsbasierten Enantiomerentrennung aus Lösungen sind Löslichkeitsdaten im ternären System der beiden Enantiomeren im einzusetzenden Lösungsmittel (ternäres Löslichkeitsdiagramm). Methoden zur Ermittlung der entsprechenden Datenbasis, speziell unter dem Gesichtspunkt eines minimalen Zeit- und Substanzauswandes, sowie die Ableitung von Vorgehensweisen zur Gewinnung von reinen Enantiomeren durch Kristallisation werden vorgestellt und diskutiert [1]. Als wesentliche kinetische Aspekte werden die Breite des metastabilen Bereichs und die Ermittlung wachstumskinetischer Parameter behandelt [2]. Abschließend soll auf innovative Konzepte zur kristallisationsbasierten Enantiomerentrennung eingegangen werden. Diese beziehen sich auf neue Aspekte der "Bevorzugten" Kristallisation von Enantiomeren (sichere und optimierte Prozessführung durch "Online-Überwachung" des Trennfortschritts) und Hybridprozesse aus verschiedenen Trennverfahren [3,4]. Durch Verkopplung eines vorgeschalteten enantiomeren Anreicherungsschrittes (Chromatographie, chirale Membran) mit einer nachfolgenden Kristallisationsstufe können auf der Basis vorgegebener Zielfunktionen effektive Trennungen erfolgen. [1] Lorenz, H., Sapoundjiev, D., Seidel-Morgenstern, A.: Solubility Equilibria in Chiral Systems and Their Importance for Enantioseparation, Eng. Life Sci. 3 (2003), p. 132 - 136 [2] Perlberg, A., Lorenz, H., Seidel-Morgenstern, A.: Determination of crystallization relevant data for enantioseparation purposes, In: Chianese, A. (Ed.), Chem. Eng. Transactions 1 (2002), pp. 173 - 178 [3] Elsner, M. P., Lorenz, H., Seidel-Morgenstern, A.: Preferential crystallisation for enantioseparation - New experimental insights indispensable for a theoretical approach and an industrial application, Proceedings 10th Int. Workshop on Industrial Crystallization (BIWIC 2003), Rouen (France), 2003, pp. 18 - 25 [4] Kaspereit, M., Lorenz, H., Seidel-Morgenstern, A.: Coupling of simulated moving bed technology and crystallization to separate enantiomers, In: Kaneko, K., Kanoh, H., Hanzawa, Y. (Eds.): Fundamentals of Adsorption 7, IK International Ltd., Shinjuko (Japan), 2002, pp. 101 - 10