Modellgestützte Analyse und Synthese eines Prozesses zur Trennung von Enantiomeren (Schwerpunktprogramm: Vernetzte Feststoffprozesse)

Enantiomere sind Moleküle, die einander wie Bild und Spiegelbild gleichen. Ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften unterscheiden sich kaum. Diese Stoffe zu trennen ist ein kompliziertes und anspruchsvolles Aufgabengebiet, welchem sich die chemische Prozesskunde widmet. Die bevorzugte Kristallisation ist neben der Chromatographie eines der wichtigsten Trennverfahren für Enantiomere. Bei dieser Art der Kristallisation werden einer übersättigten Lösung des 50/50-Gemischs, des sogenannten Racemats, Impfkristalle eines Enantiomers zugegeben um dessen Kristallisation zu initiieren. Während das eine Enantiomer auskristallisiert, um die Übersättigung der Lösung abzubauen, reichert sich das Gegenenantiomer in der Lösung an. Bei einer bestimmten Konzentration, nämlich wenn die Grenze des metastabilen Bereichs überschritten wird, beginnt das Gegenenantiomer spontan zu nukleieren. Da das erneut eine Verunreinigung des Reinenantiomers zur Folge hätte, wird der herkömmliche Prozess der bevorzugten Kristallisation vor Beginn der Nukleation des Gegenenantiomers abgebrochen. Um diesen Zeitpunkt bestimmen zu können, sind oftmals eine Vielzahl von Vorexperimenten nötig. Mit diesem Projekt soll nun ein neuartiger Prozess entwickelt und untersucht werden, dessen Ziel es ist, kontinuierlich racemische Mischungen durch die bevorzugte Kristallisation aufzutrennen. Dabei sollen die Kristallisationsvorgänge beider Enantiomere zeitgleich in getrennten, konischen Kristallisatoren statt finden, welche jedoch gekoppelt sind. Ein großer Vorteil eines solchen Prozesses ist zum Einen die Effektivität, da in kurzer Zeit hohe Reinheiten erzielt werden können. Zum Anderen ist ein gezieltes Partikeldesign hinsichtlich der Partikelgröße möglich. Um das Projekt realisieren zu können, müssen Wissenschaftler aus Trenntechnik, Prozesssimulation und Strömungssimulation interdisziplinär zusammenarbeiten. Das Projekt befasst sich somit mit einem perspektivreichen vernetzten Feststoffprozess.