近日，我院教师在化工学科国际顶级期刊Chemical Engineering Science上发表研究论文“Modelling multiple chemical equilibrium in chiral extraction of metoprolol enantiomers from single-stage extraction to fractional extraction” (DOI:https://doi.org/10.1016/j.ces.2017.11.007，第一作者张盼良博士，通讯作者唐课文教授)。该刊物是化学工程学科领域的国际四大Top期刊之一。该论文是唐课文教授带领分离新技术团队成员近年来在化工学科四大Top期刊(AIChE Journal、Chemical Engineering Science、Industrial & Engineering Chemistry Research以及Chemical Engineering Journal)发表的第11篇论文。

手性药物分子进入人体后，在人体内各种参与的各种生化反应都遵循严格的手性匹配。这就导致进入人体的药物对映体在体内吸收、分布、药理活性、代谢过程及毒性等方面，均会表现出较大的差异。通常情况下，其中一种对映体具有治疗作用，被称为优性异构体(eutomer)；另一种无效甚至有害，被称为劣对映体(distomer)。因此制备高纯度的单一优性异构体具有重要意义。β-受体阻滞剂是临床治疗高血压、心绞痛、心律失常等的一类重要手性药物，其对映体在药效上表现出较大差异，如本论文的研究对象美托洛尔(MT)对映体，(S)-MT药效是(R)-MT的33倍。

基于酒石酸酯-硼酸-对映体三元络合反应，采用萃取方法分离MT对映体，过程涉及多化学平衡，复杂难以优化。针对上述难题，本文通过构建数学模型实现过程的模拟和优化，大大减少了常规优化手段所依赖的大量实验工作，且更加深入过程的物理化学本质。提出了基于MT对映体物理分配、与酒石酸环己酯(DT)超分子相互作用、与硼酸(BA)和DT三元络合等三种分配方式的平衡机理。设计实验并采用非线性回归的方法测定了萃取平衡相关的重要物理化学常数。研究了MT对映体的离心分馏萃取过程。在深入理解了萃取机理的基础上，结合过程的物料衡算，构建了离心分馏萃取MT对映体的数学模型。模型预测实验结果的准确度高，被进一步用于过程模拟和优化。以萃余相中(S)-MT为目标，构建非对称分离操作模式，在对称分离点附近获得了最佳操作点，所需传质单元数较对称分离减少60%以上。在优化的条件下进行20级离心分馏萃取实验，获得的(S)-MT纯度(ee = 98.64%)和产率(Y = 64.68%)接近模型预测结果。成果具备工业应用潜力。有关研究成果为上述复杂萃取体系的应用提供了理论基础，还能为离心分馏萃取的拓展应用和其他复杂难分离对象的分离提供参考。

该研究工作获国家自然科学基金、湖南省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009250917306863