Nachrichten aus der Chemie | 58 | April 2010 | www.gdch.de/nachrichten

�Analytik�

Präparative chirale Trennungen

Daniel Vetter

Enantiomere lassen sich durch Chromatographie mit simuliertem Gegenstrom (Simulated-Moving-Bed-

Chromatographie) inzwischen auch im Labormaßstab gewinnen.

� Seit den 1990er Jahren legen Zu-lassungsbehörden weltweit verstärk-ten Wert auf die Untersuchung stereo isomerer pharmazeutischer Wirkstoffe. Pharmazeutische Unter-nehmen stehen deshalb vor der Auf-gabe, stereoselektive Prozesse zu entwickeln, um reine Enantiomere herzustellen. Die Kombination nicht-stereoselektiver Synthese mit einer chromatographischen Tren-nung nach dem Simulated-Moving-Bed(SMB)-Prinzip gilt als ein öko-nomischer Weg, Enantiomere mit hoher Reinheit und Wiederfindung zu gewinnen. Folgerichtig setzen viele pharmazeutische Unterneh-men Simulated-Moving-Bed-Chro-matographie (SMBC) im Produkti-onsmaßstab ein. Mit dem neuen Octave - Chromatographie - System von Semba Biosciences ist ein Ein-satz des SMB-Prozesses auch im La-

bormaßstab möglich, so dass der be-reits in frühen Stadien der Wirkstoff-entwicklung vorhandene Bedarf an reinen Enantiomeren einfacher zu decken ist.

SMBC – die Technik

� Die SMBC ist ein Gegenstromver-fahren mit hoher Trennleistung bei geringem Einsatz an Affinitäts-medien und Lösemitteln. In traditio-nellen präparativen chromatogra-phischen Verfahren mit einer Säule nimmt jeweils nur ein kleiner Teil der Säule an der Trennung teil.

Bei der SMBC wird statt einer großen Säule eine Reihe kleinerer, miteinander verbundener Säulen eingesetzt. Periodisches Verschie-ben der Ein- (Probe, Eluent) und Auslässe (Raffinat, Extrakt) in Richtung des Flüssigkeitsstroms er-

zeugt einen Gegenstromkontakt der stationären Phase mit dem Eluen-ten. Es sind dabei 50 bis 70 Prozent des Affinitätsmediums an der Tren-nung beteiligt. Die stationäre Phase wird deutlich besser ausgelastet (Abbildung 1).

Der SMB-Prozess ist kontinuier-lich, es kann ohne Unterbrechung die gewünschte Menge an Probe auf-getragen werden. Die Zusammenset-zungen von Extrakt und Raffinat än-dern sich nicht mehr, sobald der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Das stärker retardierte Enantiomer befindet sich im Extrakt, das schwä-cher retardierte im Raffinat. Abbil-dung 2 zeigt das Konzentrationspro-fil der Enantiomere innerhalb des SMB-Systems im Gleichgewichts-zustand.

Eine vollständige Trennung der beiden Probenkomponenten in al-len Säulensegmenten ist nicht not-wendig. Es reicht aus, wenn die Enantiomere an den Auslässen für Extrakt und Raffinat möglichst rein sind. Ein SMB-System kann deshalb mit geringen Bodenzahlen arbeiten und eignet sich für die Trennung von razemischen Gemi-schen.

Das Gerät

� Das Octave-Chromatographie-System erlaubt erstmals, mit SMBC im Labormaßstab Produkt-mengen von wenigen Milligramm bis zu mehreren Gramm zu rei-nigen. Das Gerät steuert Puf

Abb. 1. Vergleich der Auslastung der stationären Phase in der klassischen Chromatographie und in der Simulated-

Moving-Bed-Chromatographie.

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ferflüsse mit vier Pumpen (je nach Modell jeweils bis zu 10 mL·min–1 oder bis zu 100 mL·min–1). Ein pneumatisches Ventilsystem ver-bindet bis zu acht Säulen miteinan-der, wobei der Ventilblock ein ge-ringes Innenvolumen von 3 lL pro Ventil hat. Das Gerät ist metallfrei, daher biokompatibel und kann mit vielen gebräuchlichen Chromato-graphiemedien und -harzen betrie-ben werden.

SMB-Prozess anpassen

� Flussraten von Probe, Eluent, Ex-trakt und Raffinat, die Zeit, nach welcher die Ein- und Auslässe ent-lang des Flüssigkeitsstroms verscho-ben werden (switch time), sowie die Konzentration der Probe bestimmen den SMB-Prozess.

Optimale Parameter für eine neue Applikation zu finden, ist die Hauptaufgabe beim Betrieb eines SMB-Systems, vor allem bei hohen Probenkonzentrationen und da-durch zunehmend nichtlinearem Adsorptionsverhalten. Allerdings erleichtert der Ansatz von Migliori-ni et al.2) die Methodenentwicklung sehr. Dabei wird auf die nur auf-wändig zu gewinnende genaue Kenntnis des Adsorptionsverhal-

tens der Enantiomere verzichtet und anhand einfach zu bestimmen-der Daten Parameter für den SMB-Prozess entwickelt.

Für das zugrunde liegende ma-thematische Modell sind die Henry-konstanten der Enantiomere beson-ders wichtig, die sich aus den Reten-tionszeiten eines analytischen Lau-fes bestimmen lassen. So wurden für die Enantiomere von 5-Methyl-5-Phenylhydantoin auf Chirobiotic-V2-Säulen Henrykonstanten von 0,80 und 1,11 bestimmt. Daraus er-rechnet sich eine Selektivität von 1,39. Es war möglich, beide Enantio-mere auf insgesamt 25 g stationärer Phase bei einer Produktivität von 35 mg·h–1 mit einer Reinheit von 99,5 % im Raffinat und 93,5 % im Extrakt zu gewinnen. Dieselbe Pro-be zeigte auf Chirobiotic-T-Säulen eine Selektivität von 1,85 (Henry-konstanten 0,72 und 1,33). Mit 25 g stationärer Phase wurde eine Pro-duktivität von 70 mg·h–1 pro Enan-tiomer erzielt, bei einer Reinheit von 99,8 % im Raffinat und 98,1 % im Extrakt.

Im Labormaßstab kann auf das bei Großanlagen sinnvolle Eluen-tenrecycling verzichtet werden, dies vereinfacht den SMB-Prozess zusätz-lich.

Der promovierte Biologe Daniel Vetter ist Pro-

duktmanager bei der ERC GmbH in Riemer-

ling. dvetter@erc-hplc.de

Literatur

1) F. Charton, R.-M. Nicoud, „Complete de-

sign of a simulated moving bed“, J. Chro-

matogr. A 1995, 702, 97–112.

2) C. Migliorini, M. Mazzotti, G. Zenoni,

M. Morbidelli „Shortcut Experimental

Method for Designing Chiral SMB Separa-

tions“, AIChE J. 2002, 48, 69–77.

Bodenzahl 0 100 200 300 400

Säulenzahl 86420

Eluent Extrakt Probe Raffinat

Kon

zent

ratio

n[g

/l]

0,00

1,00

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3,00

4,00

5,00

6,00

Abb. 2. Internes Konzentrationsprofil eines SMB-Systems im Gleichgewichtszustand, modifiziert nach Lit.1)

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