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手性是自然界的本质属性,几乎无处不在,尤其在制药领域受到人们越来越多的关注。当对映体药物进入生物体以后,往往在药效学、药代动力学等方面呈现很大的差异,因此,获得高光学纯度,且毒副作用小的单一对映体已经成为现代医药研究的发展方向。模拟移动床(Simulated Moving Bed)分离技术已经被国际学术界公认为规模化拆分手性化合物最有效的手段,但是该技术几乎被国外几家著名的公司所垄断。而我国在模拟移动床技术领域,无论是在基础体系设计还是工程应用均处于落后地位。本文主要研究目的在于开发自主模拟移动床技术工艺软件包,掌握模拟移动床技术优化设计方法,为大规模拆分若干手性化合物奠定坚实的工程基础。研究以愈创木酚甘油醚对映体为研究对象,通过实验和理论研究,对四种操作模式下模拟移动床技术(SMB,Varicol,Powerfeed和Modicon)分离愈创木酚甘油醚对映体的性能进行评估。 (1)针对愈创木酚甘油醚对映体的分离体系,选择适宜的手性固定相(ChiralcelOD)和流动相(正己烷∶乙醇=70∶30,v/v),采用高效液相色谱测定了愈创木酚甘油醚对映体在Chiralcel OD固定相上的竞争吸附等温线。结果表明Modified Langmuir等温线模型拟合实验数据具有很好的吻合效果,获得的竞争吸附等温线为多柱模拟移动床分离愈创木酚甘油醚对映体的设计与优化提供基础数据。 (2)测定愈创木酚甘油醚对映体在Chiralcel OD填充柱上(150×10mm,20um)的流出曲线和吸附脱附曲线,建立三种单柱色谱动态吸附的数学模型(传递扩散模型、集总扩散模型和普遍速率模型),获得相应的扩散系数和传质阻力。研究了愈创木酚甘油醚对映体在Chiralcel OD上的吸附动力学,并通过实验和模拟考察了柱外死体积对于愈创木酚甘油醚对映体分离性能的影响。 (3)基于吸附平衡和动力学数据,建立了四种操作模式模拟移动床动态分离过程的数学模型,包括同步控制SMB、异步控制Varicol、进料流速周期变化Powerfeed和进料浓度周期变化Modicon。通过实验和理论研究了这些操作模式下愈创木酚甘油醚对映体的分离性能。在相同产品纯度要求前提下,比较同步与异步模拟移动床技术,实验和模拟结果证明了Varicol工艺能够有效提高SMB的分离性能,生产能力提高了26%,同时减少了昂贵的手性固定相用量,大幅度降低了分离成本。模拟结果表明,Powerfeed将SMB过程生产能力平均提高了10.6%,溶剂消耗平均降低了8.7%; Modicon将SMB过程生产能力平均提高了27.5%,溶剂消耗平均降低了21.7%。基于不同操作模式下模拟移动床过程设计与模拟优化的基础研究,可以为大规模手性拆分提供依据。