Separation, Speicherung und Gewinnung der Enantiomere chiraler Anästhetika

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit ist die experimentelle und modellbasierte Entwicklung eines präparativen gaschromatographischen Laborprozesses, zur Trennung der chiralen, volatilen Inhalationsanästhetika Des- und Isofluran, dessen Basis eine stationäre Phase, bestehend aus sphärischen porösen Gläsern, als Supports, und eines g-Cyclodextrinderivats, als Selektor, ist. Zu Beginn dieser Arbeit sollen die nötigen theoretischen Grundlagen für das Verständnis eines chromatographischen Trennprozesses erläutert werden. Dazu gehört neben wichtigen Größen zur Auswertung der experimentellen Arbeiten, wie dem Trennfaktor und der Auflösung von Peaks in Chromatogrammen, die Erklärung aller verwendeten Modelle zur Beschreibung eines chromatographischen Prozesses. Erörtert werden auch die für die Modellierung benötigten Adsorptionsiothermen. Daran anschließend erfolgt eine Definition der Parameter zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Prozesses. Kern der Dissertation bilden die experimentellen und modellbasierten Arbeiten zur Entwicklung einer selektiven, chiralen, stationären Phase (CSP). Es werden unterschiedliche Varianten zur Immobilisierung und die dafür speziell angepassten, synthetisierten Selektoren vorgestellt. Die Auswahl der in dieser Arbeit hergestellten optimalen CSP wird erläutert. In dieser Arbeit sowie in einem Parallelprojekt sind anhand von unterschiedlichen chromatographischen Modellen die experimentellen Daten der entwickelten CSP zur Ermittelung thermodynamischer Daten der Anästhetika genutzt worden. Dies und die darauf basierende Modellierung des Trennprozesses, sowie eine damit berechnete Maßstabsvergrößerung werden vermittelt. Die Dimensionierung von Produktspeichersäulen basierend auf Untersuchungen zur Adsorption der Flurane auf verschiedenen, unselektiven Materialien wird durchgeführt. Dies beinhaltet die Auswertung von Frontalanalysen, Diffusionsexperimenten und darauf aufbauend die Auswahl eines geeigneten, unselektiven Adsorbens. Zum Abschluss dieser Arbeit soll das entwickelte, realisierte und validierte Anlagenkonzept diskutiert werden. Diese Anlage führt die Modellierung, Maßstabsvergrößerung und Speicherung der Flurane zusammen. Eine Beschreibung der ersten mit dem Gesamtprozess erzielten Produktionsergebnisse bilden den Abschluss dieser Arbeit.

Target of this thesis is the experimental and model based development of a preparative gas chromatographic process for separating the chirale, volatile inhalation anesthetics des- and isoflurane, respectively. Basis for this process is the usage of spherical porous glass as support of a selective g-cyclodextrin derivative. Initially, the needed theoretical foundation for understanding a chromatographical separation process is provided. For this the most important chromatographic characteristics to evaluate the experimental data are described, followed by explaining the used models for a chromatographic process and needed types of adsorption isotherms. Afterwards the parameters for the evaluation of the process performance will be given. In the experimental part of this thesis different ways of immobilizing the specifically synthesized selectors will be introduced. The systematical variation of characteristics of surface modifications for the porous supports, such as morphology of the glass and the chromatographic parameters will be described, as although choosing the best combination of these variables. In this work and in a sub project thermodynamic parameters were estimated by fitting of two different chromatographic models onto measured elution profiles. The isotherms served as a basis for optimization and up-scaling of the preparative separation process. The achieved results of the modeling and scale-up calculations will be described briefly. To estimate the size of capture columns for the products, the results regarding the adsorption of the anesthetics on different materials will be discussed. The selection of the optimal material will be described as well as its use in the production process. Finally, the developed and build process will be demonstrated. The process combines the enantio separation and the capturing of the flurane enantiomers. First successfull production results of the process will be reported at the end of this thesis.