DL-蛋氨酸多晶型与晶习及添加剂调控研究
发布时间:2020-11-16 22:43
蛋氨酸是人体和禽畜类动物生长所必需的氨基酸之一,广泛应用于医药营养品,食品和饲料赋形剂等。但是在蛋氨酸的工业生产过程中,存在着诸多尚未解决的问题。首先,DL-蛋氨酸在生产和储运过程中不同晶型之间易发生固态转晶,会破坏产品的稳定性。其次,DL-蛋氨酸重结晶得到的产品多呈鳞片状或粉末状,形貌差,堆密度低,严重影响晶浆过滤,洗涤和干燥等后处理过程。同时,蛋氨酸结晶时易发生伴随成核现象,导致产品多为两种晶型的混合物,影响产品的溶解等理化性质。因此,本文针对DL-蛋氨酸的晶型与晶习调控进行了系统的研究,特别地,探究晶型间可逆互变转晶机理和添加剂对多晶型与晶习调控规律与机制。首先利用DSC、热台-偏光显微镜、变温PXRD和原位显微拉曼对DL-蛋氨酸的固态转晶进行了研究,确认两种晶型为可逆互变体系,互变转晶温度点在305-316 K之间。同时,采用静态法测定了DL-蛋氨酸α和β晶型在水-甲醇二元混合溶剂中的溶解度,利用溶解度法和推导的热力学方程确定了蛋氨酸互变体系的转晶温度点为319.60±1.71 K,并证明了该互变转晶点与所处的溶剂体系无关。在此基础上,通过热分析和光谱分析,揭示了温度变化导致的分子构象变化和特征晶面的滑移在DL-蛋氨酸固态转晶过程中扮演了核心的角色。以上研究结果为DL-蛋氨酸固体产品的转晶速率的控制以及晶型控制提供了理论研究基础。其次,在溶液结晶过程中,我们研究了甘氨酸,DL-丙氨酸,DL-2-氨基丁酸,DL-缬氨酸和DL-亮氨酸添加剂对DL-蛋氨酸多晶型成核的影响,发现这些氨基酸都能促进介稳晶型的结晶,且添加浓度越高,作用越明显,其中亮氨酸作用最明显。在不同浓度DL-缬氨酸和亮氨酸作用下,本文测定了DL-蛋氨酸成核诱导期,开展了溶剂介导转晶实验,发现两种氨基酸都能抑制DL-蛋氨酸稳定晶型的成核和介稳晶型向稳定晶型的转化,且随着添加剂浓度的增加,抑制作用越明显。综合分析发现氨基酸添加剂主要是通过抑制β晶型的成核与生长,从而实现DL-蛋氨酸结晶过程中α晶型的选择性结晶。最后,本文开展了氨基酸添加剂对DL-蛋氨酸晶习的研究,发现添加亮氨酸后晶习从长的梭形晶体变为规则的六边形厚片状晶体,产品的堆密度得到提升,粒度分布变得均匀,流动性也明显改善。利用MS软件进行分子动力学模拟,通过分析溶剂分子,添加剂分子与蛋氨酸晶体各主要晶面之间的相互作用,探讨了添加剂对晶习的调控机制,结果表明添加剂分子主要通过选择性的吸附在特征晶面并抑制其生长进而实现对产品晶习的调控。
【学位单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:O629.71
【部分图文】:
再用盐酸酸化最终得到 DL-蛋氨酸,并且伴随副产物氯化钠和碳酸钙(工艺流程见图1-1 上)[15]。孟山都公司的生产工艺更简单,合成得到蛋氨酸盐后,在硫酸中直接水解得到蛋氨酸。此工艺可得到副产物硫酸铵,并且生产成本比较低,收率也很高(工艺流程见图 1-1 中)[16]。德国迪高沙公司采用合成的氰化氢与甲硫丙醛加成,后再经一步缩合得到海因,然后用碳酸钾水解,用二氧化碳酸化生产蛋氨酸(工艺流程见图 1-1 下)[17]。海因法生产工艺中涉及到的核心技术及工业应用难点主要集中在海因合成与水解,以及蛋氨酸重结晶精制工艺的优化改进。1.3.3 研究背景及意义
图 2-1 互变(a)和单变(b)体系吉布斯自由能和焓随温度变化关系图Fig. 2-1 Variation of energy with temperature for enantiotropic and monotropic systems.1.2 单变或互变体系的判断对于多晶型体系,一个重要的问题是确定它们的热力学稳定性关系。目断多晶型的热力学关系尚无成熟的理论,只能通过一定的规则进行预测,括转变热规则、熔化热规则、熔化熵规则、热容规则以及晶体密度规则等[23,中基于转变热定律和熔化热定律是判断单变和互变体系的主要常用手段。名的 Burger Ramberger 原则[25],如果晶型 I 在低于转晶温度时溶解度比,但是有更低的熔化焓,或者晶型 II 向晶型 I 的转化是吸热过程,则晶晶型 II 属于互变多晶型体系。此外,如果熔点高的晶型比熔点低的晶型具的熔化焓,则两种晶型可以相互转变,反之则两种晶型通常是单变的。一,晶型转变热规则和熔化热规则可靠性很高,在多晶型研究中应用相当广晶型间的热力学关系也可以通过溶解度测定,溶剂介导多晶型转化研究或压测定等实验方法来获得[26, 27]。热量测定、密度测定和光谱分析也常用来
天津大学硕士学位论文们研究了 DL-蛋氨酸(含有一个脂肪族侧链,如图相转变的规律及其可能的机制。蛋氨酸在多晶型及可不是独一无二的。几种相似的外消旋氨基酸也都表现例如 DL-2-氨基丁酸,DL-戊氨酸和 DL-正亮氨酸,的共晶。Smets 等[35]发现在 DL-正亮氨酸在低温固态转晶速率要明显低于单晶的速率。根据这一点,本文很可能是通过以上提到的“协作模式”进行。此外DL-正亮氨酸也被用作许多计算研究中,特别是分子料的相转变机制仍然存在很多问题,所以本文中我们研究 DL-蛋氨酸的固态相转变。
【参考文献】
本文编号:2886755
【学位单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:O629.71
【部分图文】:
再用盐酸酸化最终得到 DL-蛋氨酸,并且伴随副产物氯化钠和碳酸钙(工艺流程见图1-1 上)[15]。孟山都公司的生产工艺更简单,合成得到蛋氨酸盐后,在硫酸中直接水解得到蛋氨酸。此工艺可得到副产物硫酸铵,并且生产成本比较低,收率也很高(工艺流程见图 1-1 中)[16]。德国迪高沙公司采用合成的氰化氢与甲硫丙醛加成,后再经一步缩合得到海因,然后用碳酸钾水解,用二氧化碳酸化生产蛋氨酸(工艺流程见图 1-1 下)[17]。海因法生产工艺中涉及到的核心技术及工业应用难点主要集中在海因合成与水解,以及蛋氨酸重结晶精制工艺的优化改进。1.3.3 研究背景及意义
图 2-1 互变(a)和单变(b)体系吉布斯自由能和焓随温度变化关系图Fig. 2-1 Variation of energy with temperature for enantiotropic and monotropic systems.1.2 单变或互变体系的判断对于多晶型体系,一个重要的问题是确定它们的热力学稳定性关系。目断多晶型的热力学关系尚无成熟的理论,只能通过一定的规则进行预测,括转变热规则、熔化热规则、熔化熵规则、热容规则以及晶体密度规则等[23,中基于转变热定律和熔化热定律是判断单变和互变体系的主要常用手段。名的 Burger Ramberger 原则[25],如果晶型 I 在低于转晶温度时溶解度比,但是有更低的熔化焓,或者晶型 II 向晶型 I 的转化是吸热过程,则晶晶型 II 属于互变多晶型体系。此外,如果熔点高的晶型比熔点低的晶型具的熔化焓,则两种晶型可以相互转变,反之则两种晶型通常是单变的。一,晶型转变热规则和熔化热规则可靠性很高,在多晶型研究中应用相当广晶型间的热力学关系也可以通过溶解度测定,溶剂介导多晶型转化研究或压测定等实验方法来获得[26, 27]。热量测定、密度测定和光谱分析也常用来
天津大学硕士学位论文们研究了 DL-蛋氨酸(含有一个脂肪族侧链,如图相转变的规律及其可能的机制。蛋氨酸在多晶型及可不是独一无二的。几种相似的外消旋氨基酸也都表现例如 DL-2-氨基丁酸,DL-戊氨酸和 DL-正亮氨酸,的共晶。Smets 等[35]发现在 DL-正亮氨酸在低温固态转晶速率要明显低于单晶的速率。根据这一点,本文很可能是通过以上提到的“协作模式”进行。此外DL-正亮氨酸也被用作许多计算研究中,特别是分子料的相转变机制仍然存在很多问题,所以本文中我们研究 DL-蛋氨酸的固态相转变。
【参考文献】
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本文编号:2886755
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