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Zusammenfassung:
Die „Bevorzugte Kristallisation“ bietet die Möglichkeit reine Enantiomere, wie sie für viele Produkte der chemischen und pharmazeutischen Industrie benötigt werden, aus Enantiomerengemischen bzw. Racematen in hohen Reinheiten zu gewinnen. Um diesen Trennprozess stabiler, mit verbesserter Produktreinheit und Produktivität durchzuführen, können chirale Additive eingesetzt werden, die die Kristallisationskinetik eines Enantiomers selektiv beeinflussen.
Für eine optimierte Prozessauslegung ist neben der Auswahl des Additivs die Quantifizierung des Additiveffekts in Abhängigkeit der Additivkonzentration und der Temperatur notwendig.
In vorhergehenden Batchversuchen konnte am Beispiel des Stoffsystems DLThreonin/Wasser mit L-Glutaminsäure als Additiv gezeigt werden, dass ein chiral selektiver Einfluss des Additivs vorliegt [1].
Zur Untersuchung des Einflusses der Additivkonzentration wurden Kristallisationsexperimente in Gegenwart verschiedener Konzentrationen an L-Glutaminsäure im System L-Threonin/Wasser vorgenommen (Vernachlässigung des Gegenenantiomers). Mit Hilfe eines Populationsbilanzmodells wurden aus den experimentellen Daten die Kristallwachstums- und Keimbildungsraten in Abhängigkeit der Additivkonzentration ermittelt. Die Korrelation der Parameter untereinander und die Verlässlichkeit der ermittelten Zahlenwerte wurden mit Hilfe der Fisher-Informationsmatrix und der Bootstrapmethode analysiert.
Daneben wurden Untersuchungen zum Einzelkristallwachstum an L-Threoninkristallen in Gegenwart und Abwesenheit des Additivs durchgeführt. Die ermittelten Kristallwachstumsraten liegen in der gleichen Größenordnung, wie die in den Batchversuchen erhaltenen. Der Additiveffekt äußert sich jedoch in den unterschiedlichen experimentellen Anordnungen verschieden. Um den Mechanismus der Additivwirkung besser zu verstehen, wurden Adsorptionsversuche von LGlutaminsäure an L-Threoninkristallen bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt.
Die Resultate dieser Messungen zeigen, dass eine temperatur- und konzentrationsabhängige Adsorption des Additivs an L-Threoninkristallen stattfindet.
Die vorzustellenden Untersuchungen liefern einen Beitrag zum Verständnis und zur Quantifizierung des Effektes von chiralen Additiven/Verunreinigungen auf die „Bevorzugte Kristallisation“.
[1] Czapla, F., Lorenz, H., Elsner, M. P., Seidel-Morgenstern, A.: Model based experimental analysis for crystallization of DL-threonine in the presence of a chiral additive. Proceedings of the 13th International Workshop on Industrial Crystallization (BIWIC), Jansens, P.J., ter Horst, J.H., Jiang,S. (Eds.), TU Delft, Netherlands 2006
