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模拟移动床色谱分离4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体.pdf
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模拟移动床色谱分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮
对映体 #
5
10
王绍艳，李守江，洪鹤员，魏伯峰*
（辽宁科技大学化工学院）
摘要：采用以甲醇为流动相，单键合 β-环糊精手性填料为固定相的模拟移动床（SMB）色
谱体系分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体。SMB 使用的色谱柱规格为 100×10mm I.D.，设置
洗脱带 I：2 根色谱柱；精制带 II：1 根色谱柱；吸附带 III：1 根色谱柱，I 带独立。用建立
在线性吸附等温线的理想模型来描述 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体在色谱单柱的色谱行为；
单柱理想模型再结合 2-1-1 模式的结点模型，建立 SMB 色谱模型，用以描述连续进样情况
下 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体的 SMB 分离情况。连续进样下，通过调整切换时间不能同时
得到高纯度的两个对映体。选择间歇进样，可以同时获得实际纯度大于 98.8%的两个对映体。
关键词：模拟移动床；分离；4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体；色谱模型
中图分类号：TQ064
15
Separation of 4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers by
Simulated Moving Bed Chromatography
WANG Shaoyan, LI Shoujiang, HONG Heyuan, WEI Bofeng
20
25
30
35
(School of Chemical Engineering, University of Science and Technology Liaoning)
isotherm was
used
Abstract: In this paper, 4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers were separated by simulated
moving bed (SMB) chromatography with β-cyclodextrin-bonded chiral silica gels as the stationary phase
and methanol as the mobile phase. The size of a column used in SMB was 100×10mm I.D. The SMB
system contained three zones including the independent eluting zone I with two columns, the refining
zone II with one column and the adsorbing zone III with one column. The ideal model based on the linear
adsorption
of
4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers. SMB chromatography model was established by the
combination of the ideal model of the single column and the node model of 2-1-1 mode and was used to
describe SMB separation process of 4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers. Under the condition of
continuous feeding, it was unable to obtain the two enantiomers with higher purities at same time by
adjusting the switching time. When intermittent feeding was done, the obtained purities of the two
products were more than 98.8% simultaneously.
Key words: simulated moving bed chromatography; separation; 4-phenyloxazolidine-2-thione
enantiomers; chromatography model
chromatographic
behaviors
to
describe
the
0 引言
4-苯基噁唑烷-2-硫酮是一种很好的手性合成辅助剂，可以在一步不对称 Aldol 反应中生
成两个手性中心，完成手性诱导后，比相应的噁唑烷-2-酮辅基容易切除，在复杂敏感分子
的手性全合成中具有十分突出的优势[1]。4-苯基噁唑烷-2-硫酮的两种对映单体均具有高度选
择性[2, 3]。为更好发挥其在手性合成上的作用，实现两者的拆分是必要的。4-苯基噁唑烷-2-
基金项目：国家自然科学基金（21576127）；高等学校博士学科点专项科研基金（20132120110002）
作者简介：王绍艳（1964-），女，教授、博导，主要研究方向：色谱分离技术. E-mail: aswsy64@163.com
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硫酮外消旋体通常是由化学合成得来的，其单一对映体可以通过色谱法进行分离得到。单柱
色谱与模拟移动床相比，往往要消耗更多的溶剂，产量低且不能连续自动进行。模拟移动床
（SMB）色谱分离技术通过串联色谱柱之间结点处阀门的切换，模拟固定相的运动，实现
连续自动分离[4-8]。SMB 色谱分离技术能够反复使用固定相和流动相，提高产品回收率，进
一步提高分离度，是精细化工领域的高端分离手段，尤其在同分异构体分离、手性对映体分
离以及高品质产品提纯中发挥重要作用[9-12]。在此，我们设计三带模拟移动床分离 4-苯基噁
唑烷-2-硫酮对映体的工艺，并建立线性 SMB 数学模型模拟对映体分离过程，为以后规模化
生产提供一定理论依据。
1 实验部分
1.1 试剂
原料：4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体，广州研创生物技术发展有限公司；流动相：甲醇（分
析纯），北京化工厂；固定相：单键合 β-环糊精手性填料，10μm，广州研创生物技术发展
有限公司。
1.2 色谱检测
由 1 台高压液相色谱泵（LC-10AT VP，岛津公司，日本），1 台紫外检测器（SPD-6A，
岛津公司，日本），1 根手性色谱柱 (100 × 10 mm I.D.，广州研创生物技术发展有限公司)
和 1 台色谱工作站（N2000，浙江大学）构成色谱检测器。测试条件为： 检测波长：254 nm；
流动相：甲醇，流速：2.5 mL/min；柱温：25℃，进样量：10 μL。
1.3 SMB 分离
SMB 分离设备：自行研制，主要包括 3 台高压液相色谱泵（LC-10AT VP，岛津公司，
日本），4 根手性色谱柱（100 × 10 mm I.D.），每根色谱柱设置 6 个色谱专用电磁阀，1 套
SMB 自动控制系统。
SMB 色谱体系工作模式为 2-1-1，如图 1 所示，即：洗脱带 I：2 根色谱柱；精制带 II：
1 根色谱柱；吸附带 III：1 根色谱柱。洗脱带 I 独立。SMB 分离过程中，由原料液入口连续
泵入对映体料液，SMB 自动控制系统按切换时间 ts 沿流动相方向将洗脱液 P 入口、萃取液
E 出口、洗脱液 D 入口、原料液 F 入口和萃余液 R 出口的位置同时依次移动至下一根色谱
柱，从萃余液 R 出口得到(S)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮萃余液，从萃取液 E 出口得到(R)-4-苯基
噁唑烷-2-硫酮萃取液。
40
45
50
55
60
65
图 1 SMB 2-1-1 工作模式
Fig.1 Running mode of SMB 2-1-1
- 2 -
70
75
80
85
i
u
+
+
F
0=
∂
q
i
∂
t
∂
C
i
∂
x
∂
C
∂
t
三带 SMB 的结点模型为：
I 带（E 口）：
，
E
u =
p
Cu
D
u
+
ΙΙ
i
II 带（F 口）：
C =Ι
C
i
=
E
i
ΙΙΙ
Cu
（2）
（3）
uΙΙΙ
ΙΙΙ
i
+
=
u
u
D
F
F
Cu
=
F
F
i
u
+
，
C
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2 结果与讨论
2.1 建立三带 SMB 色谱模型
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SMB色谱模型由单柱色谱模型和结点模型组成。
在实际制备单柱的色谱分离过程中，因涡流扩散、分子扩散及传质扩散存在色谱峰谱带
展宽的现象，因此平衡扩散模型常用于模拟实际色谱分离过程的研究[13, 14]。但是，作为平
衡扩散模型中最重要的参数，扩散系数D往往需要做大量的实验进行测定，比较耗时、费力，
并且不易保证其精确性。
为了达到扩散平衡模型的效果，我们选用理想色谱模型，利用差分格式求解理想色谱模
型时所带来的人工耗散项（误差项）模拟扩散系数 D[15]。
理想色谱模型为:
（1）
III 带（R 口）：
（4）
(1)-(4)式中 i 代表组分 i，i = 1 为(S)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮，i = 2 为(R)-4-苯基噁唑烷-2-
C =ΙΙΙ
i
，
R
i
D
R
u
u
硫酮；C i、q i 分别为组分 i 在流动相与固定相的浓度； 为流动相的线速度；F 为相比，
εε /)
=F
i 的吸附系数。
，ε 为孔隙率；t 代表时间，x 代表位置。（1）式中，
，G i 为组分
= G C
1( −
iq
i
i
u
对（1）式进行差分求解，再结合各结点的衔接关系，用 VB 软件编程运算，求出 SMB
90
体系的流出曲线。
2.2 确定 SMB 模型参数
95
t
t
)
r i
,
+
=
ε
0(1
FG
i
附系数。特征线的的表达式为：
根据单组分线性理想色谱模型的特征线表达式和原料单柱实验的实际流出曲线计算吸
，式中， 为组分 i 的保留时间， 为死
时间，实验测得 为 0.765。由流速为 2.5 mL/min 的单柱实际流出曲线，见图 2 实线，获得
各组分保留时间，由此得出快组分(S)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮：G1 = 2.41，慢组分(R)-4-苯基噁
唑烷-2-硫酮：G2 = 4.34。再由单组分线性理想色谱模型获得流速为 2.5 mL/min 的单柱计算
流出曲线，见图 2 虚线，可见除拖尾现象外，模型计算与实际流出曲线拟合效果较好。所以，
用建立在线性吸附等温线的理想模型能够描述 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体的色谱行为。
,r it
0t
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S
R
800
600
400
200
0
v
m
/
e
s
n
o
p
s
e
r
0
2
6
4
time/min
8
10
100
图 2 单柱实际流出曲线（实线）与模型计算的流出曲线（虚线）
Fig. 2 Experimental elution profiles (solide lines) and calculated elution profiles (dot lines) in a single column
针对以甲醇为流动相，单键合 β-环糊精手性填料为固定相，分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮
对映体的 SMB 色谱体系，选择的操作参数，见表 1。
105
表 1 模拟移动床分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体的基本参数
Table 1 Basic parameters of the SMB separation of 4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers
G1
G2
Concentration of S-enantiomer in feeding solution/g/L
Concentration of R-enantiomer in feeding solution/g/L
Flow rate of feeding solution/mL/min
Flow rate of desorbing solution/ mL/min
Flow rate of purging solution/ mL/min
ε
SMB running mode
2.3 连续进样方式的模拟计算及实验结果
2.41
4.34
0.20
0.20
0.1
2.5
3.0
0.765
2-1-1
110
115
用萃余液中(S)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮的纯度和萃取液中(R)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮的纯度
考察模型计算的有效性和模拟移动床分离的效果。切换时间 ts 分别为 280s、290s 和 300s 时，
由 SMB 模型计算得到的萃余液出口和萃取液出口的流出曲线分别见图 3（a）和（b），由
图 3 可见，切换时间延长时，两个对映体均向萃余液出口移动，虽然萃取液中慢组分 R-对
映体纯度有所提高，但是，萃余液中快组分 S-对映体纯度显著降低。相应的 SMB 实验分离
结果见表 2，表 2 的数据说明：实际分离与模型计算的结果较为一致。两个对映体在实际流
出过程中均有拖尾现象，快组分 S-对映体拖尾在萃取液体现，导致萃取液中慢组分 R-对映
体的实际纯度比计算值低；洗脱带设置 2 根色谱柱，并加大洗脱泵 P 的流速，可以消除慢组
分 R-对映体拖尾现象，萃余液中 S-对映体实际分离纯度与模型计算纯度的误差较小。这里，
SMB 色谱模型能够用以粗略描述该对映体的 SMB 分离情况。SMB 分离中，切换时间 ts 决
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定分离结果，在 290-300s 之间微调，见实验 4，对纯度也有一定影响。在本实验条件下，
改变切换时间 ts 不能同时保证两个对映体的纯度。
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120
125
(a)
0.04
1
-
L
.
g
/
c
0.03
0.02
0.01
0.00
S
ts
280s
290s
300s
R
ts
300s
290s
280s
0
1
2
4
5
6
3
t/min
(b)
0.04
0.02
1
-
L
.
g
/
c
0.00
R
ts
300s
290s
280s
ts
280s
290s
300s
S
0
2
t/min
4
图 3 不同切换时间时 SMB 分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体的计算流出曲线
（a）萃余液出口；（b）萃取液出口
Fig. 3 Calculated elution profiles of SMB separation process of 4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers under
various switching time
(a) Raffinate port; (b) Extract port
表 2 连续进样时，SMB 分离的对映体的实验纯度与计算纯度的对比
Table 2 Comparasion of the experimental and calculated purities of the seperated enantiomers under the SMB
Entry
1
2
3
4
ts/s
280
290
300
295
condition of continuous feeding
Experimental purity/%
S
96.7
R
93.6
96.2
92.5
92.4
94.7
93.2
92.9
Calculated purity/%
R
S
98.0
95.3
97.1
93.5
95.7
97.0
98.7
98.1
130
2.4 间歇进样方式的实验结果
我们将一个进样周期分为三个子时间段，0∼t1，t1~t2 和 t2~ts。在一个切换周期内，子时
间段0∼t1 内不进料，子时间段 t1~t2 内，按照设置的流速进料，子时间段 t2~ts 内，停止进料。
模拟移动床整个分离过程的每一个切换周期均按此规则进料。其他的操作参数均不变，只改
变切换时间。实验结果见表3。
135
表 3 间歇进样时，SMB 分离得到的 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体的实验纯度
Table 3 SMB experimental purities of 4-phenyloxazolidine-2-thione enantiomers with intermittent feeding
Entry
5
6
7
8
9
10
0~t1/s
30
60
0
30
30
60
Feeding mode
t1~t2/s
260
230
260
270
240
210
t2~ts/s
0
0
30
0
30
30
Purity-S(%)
Purity-R(%)
97.8
99.2
95.7
94.3
96.2
98.0
93.2
94.4
97.4
96.9
97.5
98.9
由表 3 可见，相对实验 2，子时间段0∼t1 内不进料以免快组分在萃余液出口出现，t1=30s
- 5 -
140
145
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时（实验 5），快组分纯度提高，t1=60s 时（实验 6），快组分和慢组分纯度进一步提高；
子时间段 t2~ts 内，停止进料以免慢组分在萃取液出口出现，t2~ts 内，停止进料 30s 时（实验
7），慢组分纯度提高。相对于实验 5，延长进样时间（实验 8），慢组分纯度提高，但快组
分纯度下降。当只有中间子时间段进样时（实验 9），两组分纯度同时提高。当子时间段0∼t1、
t1~t2 和 t2~ts，分别为 60s、210s 和 30s 时，即实验 10，SMB 实际分离效果是：快组分(S)-4-
苯基噁唑烷-2-硫酮纯度 98.0%，慢组分(R)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮纯度 98.9%，其分析色谱图
见图 4。
S
(a)
/
v
m
e
s
n
o
p
s
e
r
50
40
30
20
10
0
(b)
/
v
m
e
s
n
o
p
s
e
r
20
15
10
5
0
R
0
2
4
6
time/min
8
10
0
2
4
time/min
6
8
图 4 实验 10 的(S)-4-苯基噁唑烷-2-硫酮萃余液（a）和(R)- 4-苯基噁唑烷-2-硫酮萃取液（b）的
150
Fig. 4 Analytical chromatograms of (S)-4-phenyloxazolidine-2-thione raffinate solution (a) and
(R)-4-phenyloxazolidine-2-thione extract solution (b) of Entry 10
分析色谱图
4 结论
155
160
165
170
以甲醇为流动相，单键合 β-环糊精手性填料为固定相的模拟移动床（SMB）色谱体系
能够有效分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体；三带的单组分的线性理想 SMB 色谱模型能够有
效地反映模拟移动床分离 4-苯基噁唑烷-2-硫酮对映体的实际情况；与连续进样对比，间歇
进样能够提高产品纯度。
[参考文献] (References)
[1] 伍贻康，杨永青，胡祺. 手性噁唑烷－2－硫酮类化合物的合成方法[P]. 中国 CN1557809，2004-12-29.
[2] Velazquez F, Olivo H F.The application of chiral oxazolidinethiones and thiazolidinethiones in asymmetric
synthesis[J].Current Organic Chemistry, 2002, 6(4): 303-340.
[3] Crimmins M T, Chaudhary K. Titanium enolates of thiazolidinethione chiral auxiliaries: versatile tools for
asymmetric aldol additions[J]. Organic Letter, 2000, 2(6): 775-783.
[4] Faria R P V, Rodrigues A E.Instrumental aspects of Simulated Moving Bed chromatography[J]. Journal of
Chromatography A, 2015, 1421: 82-102.
[5] Yu Y Y, Wood K, Liu Y A. Simulation and Comparison of Operational Modes in Simulated Moving Bed
Chromatography[J]. Industrial and Engineering Chemistry Research, 2015, 54(46): 11576-11591.
[6] Song S M, Kim I H. A three-zone simulated moving-bed for separation of immunoglobulin Y[J].Korean
Journal of Chemical Engineering. 2013, 30: 1527-1532.
[7] Satzer P, Wellhoefer M, Jungbauer A. Continuous separation of protein loaded nanoparticles by simulated
moving bed chromatography[J]. Journal of Chromatography A, 2014, 1349: 44-49.
[8] Song J Y, Kim K M, Lee C H. High-performance strategy of a simulated moving bed chromatography by
simultaneous control of product and feed streams under maximum allowable pressure drop [J]. Journal of
- 6 -
175
180
185
190
http://www.paper.edu.cn
中国科技论文在线
Chromatography A, 2016, 1471: 102-117.
[9] Park C, Nam H G, Hwang H J, Kim J H, Mun S. Development of a three-zonesimulated moving bed process
based on partial-discard strategy for continu-ous separation of valine from isoleucine with high purity, high yield,
and highproduct concentration[J]. Process Biochemistry, 2014,49:324-334.
[10] 许青青，孔利云，李敏，苏宝根，杨亦文，任其龙. 模拟移动床色谱法分离纯化链甾醇[J].分析化学，
2013，41（6）：851-855.
[11] Kim P H, Nam H G, Park C, Wang N H L, Chang Y K , Mun S. Simulated moving bed separation of
agarose-hydrolyzatecomponents for biofuel production from marine biomass[J]. Journal of Chromatography A,
2015, 1406: 231-243.JI X G, DENG Y Y, WANG P. Characters of atmosphere pressure, pure oxygen fixed bed
gasification of seven kinds coal[J]. Clean Coal Technology, 2004, 25(4): 50-52.
[12] Gong R, Lin X, Li P, Yu J, Rodrigues A E. Experiment and modeling for the sep-aration of guaifenesin
enantiomers using simulated moving bed and Varicolunits[J]. Journal of Chromatography A, 2014, 1363: 242-249.
[13] Vignesh S V, Hariprasad K, Athawale P, Siram V, Bhartiya S. Optimal strategies for transitions in simulated
moving bedchromatography. Computers and Chemical Engineering[J]. 2016, 84: 83-95.
[14] Gong R, Lin X, Li P, Yu J, Rodrigues A E. Experiment and modeling for theseparation of guaifenesin
enantiomers using simulated moving bed and Varicolunits[J]. Journal of Chromatography A, 2014, 1363: 242-249.
[15] Horváth K, Fairchild J N, Kaczmarski K, Guiochon G. Martin-Synge algorithm for the solution of
equilibrium-dispersive model of liquid chromatography. Journal of Chromatography A, 2010, 1217: 8127-8135.
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