模拟移动床色谱分离方法

专利名称：模拟移动床色谱分离方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟移动床色谱分离方法。具体而言，本发明涉及一种新的模拟移动床色谱分离方法，该方法中单元柱的理论塔板数显著增加，分离和操作效率高且不需要后续的浓缩步骤。
色谱分离方法在工业上已被广泛地用作从含多种物质如异构混合物的储液分离特定成份的手段。色谱分离方法包括间歇式方法和模拟移动床方法。两种情况下，所用吸附剂为离子交换树脂、沸石、硅胶等，所用洗脱剂为水和有机溶剂。在色谱分离中，当储液与一种洗脱剂一起通过一个装有吸附剂的柱时，储液中的特定成份与其它成份分离，这是由于吸附剂对它们的吸附性不同，因此得到一种含特定成份溶液和另一种不含所说成份的溶液。可通过回收含特定成份溶液并将其浓缩而得到该特定成份。
然而，单元柱中洗脱剂的扩散速率是有限的，因此，为了改进分离效果增加单元柱的理论塔板数是困难的。同时由于分离后的溶液中目标成份浓度低，这样就需要进行浓缩处理，并需要一个用来存放稀溶液的存放设备。从工业生产观点看稀溶液的浓缩是低效的且落后的也就是说，对于大规模分离过程而言，需要大量设备并且需要大型工厂。
本发明是要提供一种改进的模拟移动床色谱分离方法，通过增加单元柱的理论塔板数而克服了上述缺陷，该方法分离和操作效率高且不需要后续的浓缩步骤。
为解决上述问题，经对模拟移动床色谱分离方法深入细致地研究，我们发现，对于从含多种物质的储料中分离特定目的物质而言，如果在模拟流动床色谱分离中使用超临界流体，将增加单元柱的理论塔板数，因而分离更有效，并可省去浓缩操作步骤。
本发明提供了一种用于分离混合物的模拟移动床色谱方法，该方法包括形成一个由多个柱组成的循环回路，每个柱有一个进口和一个出口，并装有固体吸附剂，所说各柱串联且环形连接；将作为洗脱剂的超临界流体经第一单元柱入口(第一入口)导入以促使循环通过回路；用所说流体使吸附在所说柱上和其后的几个柱上的物质解吸，经这些柱的最后一个的出口(第一出口)放出富含在这些柱上吸附并从其上解吸的物质的溶质将含要分离的多种物质的储液经下一个柱的入口(第二入口)导入下一个柱，使目标物质吸附在所说柱和其后的几个柱中的吸附剂上；经这些柱的最后一个柱的出口(第二出口)放出没在这些柱上吸附的残液；让余下的溶液和超临界流体通过其后的几个柱子并再循环到第一柱；依次第一工作入口、第一工作出口、第二工作入口和第二工作出口在流体流动方向上以预定时间间隔连续逐柱进行切换，因此将可能吸附物质和不可吸附物质分离。
本发明还提供了一种如上所述的模拟移动床色谱分离方法，其中固体吸附剂是旋光折开填充剂。
本发明另外还提供了一种如上所述的模拟移动床色谱分离方法，其中固体吸附剂选自纤维素酯衍生物颗粒和纤维素氨基甲酸酯衍生物颗粒以及负载于载体上的这些物质。
本发明另外还提供了一种如上所述的模拟移动床色谱分离方法其中被分离的混合物是旋光异构混合物、非对映异构体混合物或结构异构体混合物。
本发明另外还提供了一种如上所述的模拟移动床色谱分离方法其中所有柱中每四分之一个柱子被用于解吸步骤、纯化步骤、吸附步骤和洗脱剂回收步骤。
柱的总数从理论上说至少为四。因此，术语“一系列”包括零，但通常为8或更多柱。通常柱的数目为偶数，并以相等数量柱分配给各步骤。
现在参考附图对发明进行说明。


图1是用于本发明模拟移动床色谱分离方法的典型设备示意图。
图2是本发明模拟移动床色谱分离方法一种采用12个单元柱的实施方案的简单示意图。
在以下本发明方法的实施方案中，目标物借助模拟移动床(B)从含有欲分离的多种物质的流体(A)中分离出来。
(A)含多种物质的储液适用于本发明的储液没有特殊限定。这些溶液的实例为含有可用于药物、农药、食料、饲料、香料等中的化合物的溶液。例如作为药物的擦里多米德镇静剂、氯喹等；作为有机磷农药的EPN；作为调味料的谷氨酸单钠盐，在香料中使用的甲醇。
还包括旋光醇、酯、胺、酰胺、羧酸等的旋光异构体的混合物。它们的例子有如旋光氨基酸的洒石酸酯非对映异构体混合物、旋光胺的樟脑磺酸酯非对映异构体混合物等；如顺一反位异构体的结构异构体混合物，等等。
此外，本发明方法可以用来分离正己烷和环己烷的混合物；如烃、醇、醛和酮等沸点相近的化合物的混合物；含葡萄糖和果糖的水溶液；麦芽糖和大于麦芽三糖的多糖混合物；包括寡糖的异构糖的混合物；脂肪酸和甘油三酯的混合物等。
同时，于1980年出版的“US Pharmaceutical Dictionaryof Drug Names”所述药物和“The Pesticicle Mannuals”(1979)中所述的农药包括在本发明所述方法适用的物质中。
以上描述中，含旋光异构体混合物、非对映异构体混合物和结构异构体混合物的溶液可以作为本发明方法最适用的物质。
(B)模拟移动床色谱的设备在本发明方法中使用的模拟移动床色谱设备包括一条循环回路，该回路由多个装有固体吸附剂并具有一个入口、一个出口的柱组成。在该回路中，设有一个第一入口，通过它导入超临界流体；设有一个第一出口，通过它放出富集了经吸附和解吸的物质的流体(称作提取液)；设有第二入口，通过它将含多种物质的储液和超临界流体导入；设备一个第二出口，通过它放出富集了未经吸附物质溶液(称作残液)，依此回路方向流体流经系列柱的每一个。该设备进一步设有阀装置，可以在预定时间间隔逐柱移动第一和第二入口以及第一和第二出口的位置。在操作时，储液和超临界流体经第二入口导入环路，残液和提取液经第一和第二出口放出。经第一入口加入另一部分作为洗脱剂的超临界流体。
在图1给出一种模拟移动床色谱设备的实例。该设备包括8个单元柱。经线路(管道)13一个泵，一个旋转阀B、多个管道和止回阀7a-7h向各柱供给洗脱剂，即超临界流体。经线路(管道)15一旋转阀A，多个管道和止回阀7a-7h向各柱提供储液。连接旋转阀B的第一管道和连接旋转阀A的第一管道(如图1底部两个8平行线路最上边的线路)可经止回阀7a将超临界流体和储液送到第二单元柱。以同样方式，第二管道可将其送到第三单元柱，第三管道送到第四单元柱如此下去。提取液通过操作旋转阀D和相连泵经线路(管道)14从任一单元柱中放出。残液可通过操作旋转阀E和相连泵经线路(管道)16放出。余下的储液和部分超临界流体经线路(管道)17再循环。部分超临界流体经旋转阀C、泵18和线路(管道)19再循环到第一单元柱。
控制旋转阀打开需要打开的入口和出口。具体而言，例如，在这种情况下，第一工作入口、第一工作出口、及装于下一柱的第二工作入口和第二工作出口，在流体流动方向上以预定时间间隔逐柱进行切换。对旋转阀的操作是自动控制的。图1所示设备可由本领域普通技术人员进行制作，不需要进一步详细说明。
对柱的数目设有严格限制，只需从化学工程的角度出发考虑运行规模而进行适当的选择。
维持循环回路的内压力足以使洗脱剂流体保持超临界状态。实际上该压力不低于60atm.优选不低于70atm.回路温度通常不低于30℃，优选不低于40℃。
如果压力低于以上所述值，洗脱液不能保持液体状态，因此它以气态循环，这将导致分离效果下降。温度范围低于上述值，也将降低分离效果。
超临界流体术语“超临界流体”是指在温度高于临界温度并且压力大于临界压力下以液体存在的流体。可以处在这种状态的有用物质的具体实例有二氧化碳、一氧化氮、氨、二氧化硫、卤化氢、硫化氢、甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、卤代烃等。
当考虑到爆炸性、对人的毒性等时，二氧化碳最优选。当该气体用作超临界流体时，在温度不低于31.3℃和压力不低于79.9atm.下使用，也就是这些气体的临界的状态。
在所述起临界流体中可混入少量溶剂。
可使用的溶剂的例子有醇，例如乙醇、甲醇、2-丙醇等；有机酸，如乙酸、丙酸等；胺，如二乙胺、单乙醇胺、三乙胺等；醛如乙醛等；醚如四氢呋喃、乙醚等。
所用固体吸附剂也不受限制，只要它们能吸附储液中的特定成份。可采用的吸附剂的例子有硅胶、离子交换树脂、沸石；表面经化学改性或聚合物涂层的硅胶等。一个表面改性的二氧化硅的例子是ODS。
本发明中，可适宜地使用一种用于分离旋光异构体的填充剂(吸附剂)。
作为旋光折开填充剂，可以用其上载有旋光化合物、有旋光折开能力的低分子化合物、蛋白质或它们的衍生物的硅胶；或者一种包括任何上述化合物本身且以颗粒形式存在又无任何载体的固体吸附剂。
以上旋光物质的例子有多糖酯衍生物、多糖氨基甲酸酯衍生物、聚丙烯酸酯、聚酰胺衍生物等。
以上提到的多糖酯衍生物和多糖氨基甲酸酯衍生物等聚糖没有特殊限定，只要它们是旋光的。例子有天然多糖、改性天然多糖、合成多糖、寡糖等。
上述多糖的具体例有α-1，4-葡聚糖(amilose，aminopectin)、β-1，4-葡聚糖(纤维素)、α-1，6-葡聚糖(葡聚糖)、β-1，3-葡聚糖(curdlan，disofilan，等)、α-1，3-葡聚糖、β-1，2-葡聚糖(Crawn Gall多糖)、α-1，6-甘露聚糖、β-1，4-甘露聚糖、β-1，2-果聚糖(fructan)(果聚糖)、β-2，6-果聚糖(果聚糖)，β-1，4-木聚糖、β-1，3-木聚糖、β-1，4-聚氨基葡糖、β-1，4-N-聚乙酰氨基葡糖(壳多糖)、支链淀粉、agalose、arginic acid、等。
其中，最优选纤维素、amilose、β-1，4-木聚糖、β-1，4-聚氨基葡糖、壳多糖等。
这些多糖的平均聚合度(每个分子中含有的吡喃糖中呋喃糖平均数)的上限是不超过2000，从便于掌握的观点优选不超出500。
以上提到的寡糖的例子有麦芽糖、麦芽-四糖、麦芽五糖、麦芽六糖、麦芽七糖、异麦芽糖、eluose、paratinose、麦芽糖醇、malt-orisotol，malt-tetraisotol，异麦芽糖醇，α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精等。
以上提到的多糖酯衍生物和多糖氨基甲醇酯衍生物是其羟基或氨基中至少一个氢原子被以下化学式代表的基团取代的多糖化合物 其中R代表一个未取代普通或杂环芳香烃基，或一个被如下取代基取代的普通杂环芳香烃基一个或多个含1-12个碳原子的烷基、一个或多个含1-12个碳原子的烷氧基、一个或多个烷硫基、一个或多个氰基、一个或多个卤原子、一个或多个含1-8个碳原子的酰基、一个或多个含1-8个碳原子的酰氧基、一个或多个羟基、一个或多个含1-12个碳原子的烷氧羰基、一个或多个硝基、一个或多个氨基、一个或多个含1-8个碳原子的二烷基氨基。
以上的芳香烃基的例子有苯基、萘基、phenan tholyl、蒽基、茚基、2，3-二氢化茚基、呋喃基、亚硫酰基、pyryl、苯并呋喃基、苯并亚硫酰基、吲哚基、吡啶基、嘧啶基、喹啉基、异喹啉基等。其中最优选苯基、萘基和吡啶基。
X代表含1-4个碳原子的二价烃基，可以含一个或多个双键和一个三键。X的例子有亚甲基、1，2-亚乙基、ethyl乙叉e、亚乙烯基、1，2或1，3-亚丙基、1，1或2，2一次丙基等。
以上基团的取代程度不低于30％，优选不低于50％，更优选不低于80％。
上述能含有取代基的多糖可以通过酰基氯或异氰酸(盐)与多糖的羟基或氨基反应制备。
上述有旋光学折开性能的低分子化合物有冠醚及其衍生物、环糊精及其衍生物。
上述蛋白质及其衍生物是各种抗体蛋白、α1酸性糖蛋白、各种血清白蛋白、鸡蛋—白蛋白和它们的衍生物等。
在本发明方法中，上述旋光化合物、有旋光折开性能的低分子化合物、蛋白质或它们的衍生物的颗粒可以用作分离旋光异构体的填料。这时，所说旋光化合物、有旋光学折开性能的低分子化合物、蛋白质或其衍生物的粒径通常为1μm-1mm，优选5μm-300μm，当然这取决于所用柱的大小。
所说的旋光化合物、具有旋光折开性能的低分子化合物、蛋白质或其衍生物的颗粒可以是无孔的，但优选是多孔的。当它们为多孔时，孔径为10A-100μm，优选10A-5000A。
在本发明方法中，可以使用负载于合适载体上的旋光化合物、具有旋光折开性能的低分子化合物、蛋白质或它们的衍生物。
只要可以负载所说的旋光化合物、具有旋光折开性能的低分子化合物、蛋白质或它们的衍生物，任何有机或无机载体都可使用。
有机载体的例子有聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯等。
无机载体的例子有硅胶、氧化铝、氧化镁、玻璃、高岭土、氧化钛、硅酸盐、硅藻土等。
其中，硅胶、氧化铝和硅酸盐最优选。
这些载体可以是其表面性质被改性的。
这些载体的大小为1μm-1mm，并优选5μm-300μm。虽优选载体为多孔的，其可以是无孔的。当使用多孔载体时，其孔径为10-100μm，优选100-5000。
负载于载体上的所述旋光化合物、具有旋光折开性能的低分子化合物、蛋白质或它们的衍生物的量为载体的1-100wt％，优选为载体量的5-50wt％。当该量小于1wt％时，不能有效地实现含多种物质的储液的旋光折开。超过100wt％时，不能期望相应于该数量的技术效果。
对于本发明方法，优选包含颗粒状纤维素酯衍生物、纤维素氨基甲酸酯衍生物或硅胶负载这些化合物的固体吸附剂。
特别是＂CHIRALCEL OA＂，＂CHIRALCEL OB＂，＂CHRALCEL OC＂，＂CHIRAL CEL OD＂，＂CHIRALCEL OJ＂，＂CHIRALCEL OG＂，＂CHIRALCELOF＂，＂CHIRALPAK AS＂，＂CHIRALPAK AD＂，＂CROHWNPAK CR(；)＂，＂CHIRLCEL CA-1＂，＂CHIRALCEL OK＂，＂CHIRALPAK WH＂，＂CHIRALPAKWM＂，＂CHIRALPAK OT(+)＂，＂CHIRALPAK OP(+)＂，等，均为Daicel化学有限公司的注册商标且均由所述公司出售。
固体吸附剂的平均粒径随欲分离组份的种类、流经模拟移动床的体积流量等变化，一般为1-100μm，优选5-100μm。然而，希望吸附剂的平均粒径为20-100μm。以便使模拟流动床的压力损失保持较小。在此粒径范围，在模拟移动床上压力损失小，并且该压力损失保持在不大于10kgf/cm2。另一方面，粒径越大，床的理论塔板数越小。因此，如果只考虑吸附达到的实际理论塔板数，所说固体吸附剂的平均粒径应为20-50μm。
用模拟移动床色谱分离在本发明方法中、用模拟移动床色谱分离含多种成份的储液是通过让该溶液循环经过以下步骤连续完成的吸附步骤(1)、纯化步骤(2)、解吸步骤(3)和洗脱剂回收步骤(4)。(1)吸附步骤让含多种成份的储液与固体吸附剂接触、可吸附成份吸附在吸附剂上，不可吸附成份与所用超临界流体一起作为残液回收。(2)纯化步骤已吸附可吸附成份的固体吸附剂与再循环提取液接触，这样保留在床上不可吸附成份被除去，该过程将在下面解释。(3)解吸步骤已吸附可吸附成份的固体吸附剂与作为洗脱剂的超临界流体接触，因此可吸附成份从吸附剂上被解吸下来，并与超临界流体一起作为提取液放出。(4)洗脱剂回收步骤基本上只保留超临界流体的吸附剂与一部分残液接触，这样在吸附剂中的一部分超临界流体被回收。
现在参照附图2详细说明(1)-(4)步骤在附图2中，12个单元柱(1-12)中装有固体吸附剂并且有一个入口和一个出口，它们串联循环连接，这样流体可以连续流过。在第一步骤，经冼脱剂线路13通过第一入口洗脱剂即超临界流体被导入柱1。经提取液出口线路14通过第一出口将提取液放出。经库存提供线路15通过第二入口将含多种成份的储液导入柱7。通过残液出口线路16从柱9放出残液。通过泵18使储液和洗脱剂经管道17再循环。
在附图2所示状态，解吸是在单元柱1-3完成的，纯化是在单元4-6完成的，吸附是在柱7-9完成的，回收洗脱剂也就是超临界流体是在柱10-12完成的。
在操作该模拟移动床时，洗脱剂提供线路、提取液出口线路、储液提供线路和残液出口线路通过操作多个阀门以预定一时间间隔逐柱进行切换。
也就是说，在第二步，解吸在柱2-4完成，纯化在柱5-7完成，吸附在柱8-10完成，回收超临界流体在柱11-1完成。以同样方法，完成每个步骤的柱被连续切换。因此含多种成份的储液的分离是连续和有效实现的。
从上述模拟移动床放出的提取储液中，目标成份含量很高，不少于90％。特别地，分离旋光物质时，提取液所含旋光异构体的百分数不少于95％或不少于98％。残液中所含其它旋光异构体的光学纯度相同。
不需说，该设备不局限于附图1和附图2所示，而是可以使用的任何种类。
现在用实施例对本发明作具体说明。然而，本发明不局限于此，在该领域不违背本发明的任何合适修改都是可以的。实施例1模拟移动床色谱设备包括8根柱，柱内径1cm，柱长250cm，装有负载于硅胶上的纤维素三一(3，5一二甲苯基氨基甲酸酯)(＂CHIPALCEL OD＂，Daicel化学有限公司出售，粒径20μm)，它是作为旋光折开吸附剂，以1.5ml/分的速度提供反式芪氧化物(外消旋流体浓度为10mg/ml)并在以下条件下完成色谱分离。每个步骤分配两根柱。
超临界流体二氧化碳/乙醇3∶0.2(体积)混合物超临界流体进料速度50ml/分提取液出口流速35ml/分残液出口流速16.5ml/分柱切换间隔时间2.5分模拟移动床温度60℃模拟移动床压力(在出口的背压)100kgf/cm2从提取液出口以5.1mg/分速率得到(+)-反-芪氧化物，其旋光纯度为96％ee，从残液出口以4.9mg/分速率得到(-)-反-芪氧化物的旋光纯度为99％ee。实施例2模拟移动床色谱设备包括8根柱，柱内径1cm，柱长250cm，装有负载于硅胶上的纤维素三(对一苯甲酸甲酯)(＂CHIRALCEL OJ＂Daicel化学有限公司出售，粒径20μm)，是旋光折开吸附剂，以2.5ml/分速率提供α-三苯甲基苄基醇(外消旋体浓度为12mg/ml)，色谱分离在下列条件下完成。
超临界流体二氧化碳/2-丙醇3∶0.2(体积)混合物超临界流体进料速度50ml/分提取液在出口流速32ml/分残液在出口流速20.5ml/分柱切换间隔时间11分模拟移动床温度60℃模拟移动床压力(在出口的背压)100kgf/cm2以6.3mg/分从提取液出口得到旋光纯度为90.5％ee的(+)-α-三苯甲基苄基醇，从残液出口得到旋光纯度99％ee的(-)-α-三苯甲基苄基醇。
本发明中，柱的理论塔板数增加了。这就是说，本发明提供了一种分离效率和操作效率均优异的模拟移动色谱分离方法。由于洗脱剂被蒸发自动除去，因而无需对形成的溶液进行浓缩的步骤。
权利要求
1.一种用于分离多种物质混合物的模拟移动床色谱方法，包括形成一个由多个柱组成的循环回路，每个柱有一个进口和一个出口，并装有固体吸附剂，所说柱串联且环形连接，将作为洗脱剂的超临界流体经第一单元柱入口(第一入口)导入以促使循环通过回路，用所说流体使吸附在所说柱和其后的几个柱上的物质解吸，经这些柱的最后一个出口(第一出口)放出富含在这些柱上吸附并从其上解吸的物质的溶液，将含要分离的多种物质的储液经下一个入口(第一入口)导入下一个柱，使目标物质吸附在所说柱和其后几个柱中的吸附剂上；经这些柱的最后一个柱的出口(第二出口)放出没在这些柱上吸附的残液，让余下的溶液和超临界流体通过其后的几个柱并再循环到第一柱，依次第一工作入口，第一工作出口，第二工作入口和第二工作出口在流体流动的方向上以预定时间间隔连续逐柱进行切换，因此将被吸附物质和不可被吸附物质分离。
2.如权利要求1所述模拟移动床色谱分离方法，其中固体吸附剂是用于旋光折开的填充剂。
3.如权利要求1所述模拟移动床色谱分离方法，其中固体吸附剂选自纤维素酯衍生物颗粒、纤维素氨基甲酸酯衍生物颗粒和负载于载体上的这些物质。
4.如权利要求1所述模拟移动床色谱分离方法，其中被分离的物质的混合物为一种旋光异构体混合物、一种外消旋体混合物、或结构异构体混合物。
5.如权利要求1所述模拟移动床色谱分离方法，其中所有柱中每四分之一个柱子被用于解析步骤、纯化步骤、脱附步骤和洗脱剂回收步骤。
全文摘要
在模拟移动床色谱分离方法中，用超临界流体作为洗脱剂，因而分离效率和操作明显改善，而且无需色谱分离后的浓缩步骤。
文档编号B01D15/08GK1126628SQ9410953
公开日1996年7月17日 申请日期1994年6月17日 优先权日1994年6月17日
发明者池田浩和, 根河雅一 申请人:代科化学工业株式会社