Intensification of Solid-state Separation of Enantiomers via Thermal Cycles

Promovendus/a: Fabio Cameli

Promotor(en): Prof. dr. Georgios Stefanidis

Het leven op aarde is opgebouwd uit optisch zuivere stoffen. De biologische activiteit van levende organismen hangt af van het onderscheid tussen paren van enantiomeren (niet-superponeerbare spiegelbeeldmolecuulen). Alle natuurlijke aminozuren, suikers, en DNA helices tonen dezelfde monochiraliteit. Omwille van deze reden is de interactie van het lichaam op elk enantiomeer van hetzelfde paar anders. Dit kan mogelijk dramatische effecten hebben wanneer we farmaceutische componenten gebruiken. Daarom dat de markt voor het produceren van monochirale stoffen aan een opmars bezig is in de farmaceutische, fijn chemische, voedings- en agrochemische sector.

Kristallisatieprocessen vertegenwoordigen de meest kost effectieve en robuuste oplossingen voor het scheiden van enantiomeren. Tussen de verschillende mogelijke methoden zijn vastestofscheidingstechnieken waarbij temperatuurcycli worden toegepast op het chiraal mengsel het meest belovend. De periodische thermische oscillaties verstoren de fysische en chemische evenwichten van het systeem totdat een volledige scheiding en conversie van de enantiomeren tot het gewild product plaatsvindt. Ondanks dat deze methode potentieel toont, zijn lange procestijden en een lage productiviteit nog steeds een hinderpaal voor industriële toepassingen.

In dit project werd het proces met betrekking tot de temperatuur cycli geïntensifieerd door gebruik te maken van alternatieve energiebronnen zoals microgolven en continue stroming. Het toepassen van snelle temperatuur cycli door middel van microgolven resulteert in kortere procestijden en een hogere opbrengst. Beiden verbeteringen leiden tot een verhoogde productiviteit. Verder, zorgen de ontwikkelde cyclusprofielen ervoor dat er fysische mechanismes plaatsvinden die de effectiviteit van het cyclisch proces verhogen. Tot slot werd een continue stromingsreactor ontwikkeld waar deze thermische cycli in het ruimtelijk domein konden worden aangebracht. De transitie naar flow zorgt ervoor dat dit proces opschaalbaar is en de productiviteit kan leveren die voldoet voor de industrie.