Voraussage des Verteilungskoeffizienten in der Flüssig-Chromatographie mittels COSMO-RS
Reithinger, Martin - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (2012)
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Vorhersage des Verteilungskoeffizienten verschiedener Eluenten innerhalb flüssig-chromatographischer Trennsysteme. Ziel ist es, einen Ansatz zur Modellierung solch eines Trennsystems zu entwickeln, welcher also im Stande ist das Molekülverteilungsverhalten zwischen einer flüssigen mobilen und einer komplexen stationären Phase vorherzusagen. Bisherige Vorhersagemethoden wie die "Quantitative Structure Retention Relationships" (QSRR) basieren auf einer Vielzahl anpassbarer Parameter welche die physikalisch chemischen Eigenschaften der mobilen sowie der stationären Phase des betrachteten Trennsystems beschreiben. Auf Grund der dadurch notwendigen empirischen Parameteranpassung haben QSRR Methoden einen nur begrenzt prädiktiven Charakter. Das "Conductor-like Screening Model for Real Solvents" (COSMO-RS) ersetzt diese anpassbaren Parameter durch eine auf Quantenchemie und statistische Thermodynamik beruhende Herangehensweise und birgt somit die Möglichkeit einer rein molekülstrukturbasierten Vorhersage der thermodynamischen Eigenschaften sämtlicher Systemkomponenten. Zuerst wurde der Einfluss verschiedener Molekülkonformere auf COSMO-RS-Rechenergebnisse untersucht. Hierbei wurden experimentelle Daten des Oktanol-Wasser Systems herangezogen und es zeigte sich, dass einzelne Molekülkonformere signifikanten Einfluss auf das Rechenresultat und somit auch auf die Vorhersagequalität haben.
In einem weiteren Schritt wurde die Leistungsfähigkeit der COSMO-RS Vorhersage im Hinblick auf die Anwendung bezüglich flüssigchromatographischer Trennsysteme mit Umkehrphasen untersucht. Zu diesem Zweck wurde die komplexe stationäre Phase als pseudo-flüssig angenommen und somit die Möglichkeit eröffnet, diese mit Hilfe von so genannten pseudo-flüssigen Molekülen zu beschreiben. Die Betrachtung der stationären Phase als ein "Pseudofluid" birgt somit den Kerngedanken des Projektes. Der auf Molekülstruktur basierende Ausgangspunkt aller COSMO-RS Rechnungen machte es grundsätzlich möglich, alle denkbaren pseudo-flüssigen Molekühlstrukturen zu entwerfen. Verschiedene Screening-Versuche zeigten: Um die Wechselwirkungscharakteristika einer Umkehrphase nachzuempfinden ist es ein sinnvoller Ansatz, wenn man ein pseudo-flüssiges Molekül generiert, welches verschiedenen Fragmenten der realen stationären Phase nachempfunden ist. Neben dem Vorhersageansatz mittels pseudo-flüssiger Moleküle wurde untersucht, in wieweit es mit dem COSMO Modell möglich ist, eine QSRR Methode zu entwickeln. Hierzu können von COSMO generierte Deskriptoren, so genannte sigma-Momente, für jede berechnete Molekülstruktur abgeleitet werden. Vergleiche mit experimentellen Daten zeigen, dass sigma-Moment basierte QSRR ähnliche Vorhersagequalität erreichen, wie der Ansatz mit pseudo-flüssigen Molekülen.
Beide im Rahmen dieser Arbeit beschriebenen Methoden, die Vorhersage des Verteilungskoeffizienten mittels pseudo-flüssiger Moleküle sowie die sigma-Momente basierte QSRR wurden in dieser Art zum ersten mal auf die Vorhersage des Trennverhaltens flüssigchromatographischer Systeme angewandt.