1,2-环己二胺的手性分离及其固液平衡体系的研究

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手性1,2-环己二胺是重要的药物中间体,在医药领域、不对称催化领域及分子识别领域有着广泛的应用。光学纯的酒石酸因其低廉的价格,原材料易得等优点被用于外消旋1,2-环己二胺的手性拆分。1,2-环己二胺手性拆分后得到1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐,而从拆分后的混合体系中分离出光学纯的1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐则成为影响1,2-环己二胺手性拆分效果的关键步骤。本文针对二元,三元溶液中1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐的固液平衡、三元体系固液相平衡、溶质溶解过程中的热力学性质、以及利用相图实现相关产品盐的分离纯化等方面进行了研究。本文以1,2-环己二胺的对映体和D-(-)-酒石酸为原料合成了1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐,两者的收率可以分别达到96.67%,99.20%。1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐用核磁氢谱,元素分析,熔点仪等测定手段对实验合成的两种盐进行定性分析,结果显示合成法制得的1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐的纯度均可以达到99%以上。两种盐的纯度均达到固液平衡研究中对溶质纯度的要求。本文研究的1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐在二元,三元溶剂中的固液平衡,以及构建三元固液相图是实现两种盐类分离纯化时有利的工具。为最佳分离溶剂的选择,以及后续的分离纯化操作提供溶解数据,和相平衡数据作为分析的理论基础。本文在大气压下使用动态方法于T=297.55 K-348.15 K的温度范围内测定了1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D-酒石酸盐在H2O的纯溶剂和(H2O+甲醇),(H2O+乙醇),(H2O+正丙醇),(H2O+异丙醇),(H2O+正丁醇)等不同组分的二元混合溶剂中的溶解度数据。使用Apelblat模型,λh模型,Wilson模型和NRTL模型对固液平衡数据进行了线性拟合和分析。并将范特霍夫方程和Apelblat模型联立,推导出溶质溶解过程中的标准摩尔溶解焓,标准摩尔溶解熵和标准摩尔吉布斯自由能。实验结果表明,1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐在H2O的纯溶剂和H2O+醇类不同组分的二元混合溶剂中的溶解度随温度的升高而增加,随有机溶剂摩尔浓度的增加而降低。Apelblat模型,λh模型,Wilson模型和NRTL模型的模拟数据中,1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐实验值与计算值之间的相对平均偏差(RAD)分别小于0.0381、0.2338、0.1187、0.0051和0.3789、1.8080、0.3219、0.0415。Wilson模型的回归结果优于λh模型,Apelblat模型和NRTL模型。溶质溶解过程中(35)solGmo,(35)solHmo和(35)solSmo在任何情况下都是正的,表明溶质的溶解是一个吸热的过程,从而解释了其溶解度会随温度的升高而增加的现象。对比发现所有体系的%?H≥65.02%,表明标准摩尔溶解焓在标准摩尔吉布斯自由能中起到了主要的贡献作用。本文用等温溶液饱和法在常压下测定了三元固液相平衡体系(1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐+1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐+H2O)在T=298.15,308.15,318.15,328.15 K下的固液相平衡数据。并以此绘制了三元体系的等温和变温相图。为实现1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐的混合溶液中两种手性盐的分离纯化提供理论指导。本论文还选择了热力学模型Wilson模型和NRTL模型对研究的三元体系进行了回归,并对回归结果进行了分析和评价。实验结果表明在给定温度下,1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐的结晶区大于1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐的结晶区,两种盐类的共饱和点会随着温度的升高而上移。用Wilson模型和NRTL模型对研究的三元体系固液相平衡数据的回归结果显示Wilson模型的计算值与实际测定值间的误差均小于NRTL模型。本文在三元体系恒温、变温相图的基础上提出了1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐的混合盐溶液中两种盐类的两种分离路径,并用相图分析法分别计算两种分离路线中首次循环和稳定循环的收率,并对结果做了分析。计算结果表明两种分离方法均可以得到光学纯度高的1R,2R-环己二胺-D-酒石酸盐和1S,2S-环己二胺-D酒石酸盐。
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