Ligand destekli ultrafiltrasyon ile rasemik amino asit karışımlarının ayrılması
Seperation of racemic mixtures of amino acid with ligand enhanced ultrafiltration
Yazar: SEDA BAHADIR
Danışman: DOÇ. DR. SEMA SALGIN
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Biyoteknoloji = Biotechnology ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Fenilalanin = Phenylalanine ; Hidrodinamik = Hydrodynamics ; Kiral ayrıştırma = Chiral separation ; Ligandlar = Ligands ; Ultrafiltrasyon = Ultrafiltration ; Zeta potansiyeli = Zeta potential

Özet:
Amino asitler, ilaçlar, zirai ilaçlar ve böcek ilaçları gibi önemli miktardaki organik bileşikler optikçe aktif moleküllerdir ve bir izomer çifti halinde bulunurlar. Rasemat karışımından optik izomerlerin ayrılmasına biyoloji, farmakoloji ve gıda endüstrisinde giderek artan bir gereksinim bulunmaktadır. Rasemik karışımların enantiyoseçimli ayrılma işlemleri başlıca kromatografi ve diastereoizomerik tuz kristalizasyonu ile yapılmaktadır ve bu klasik yöntemleri kullanarak yapılan büyük ölçekli ayırma işlemleri teknik problemler nedeniyle sınırlıdır. Membran ayırma işlemleri klasik kiral ayırma işlemlerinin ekonomik ve ekolojik açıdan rakibi olarak kabul edilmektedir. Membran ayırma işlemleri yukarıda bahsedilen klasik kiral ayırma işlemlerine kıyasla düşük enerji ihtiyacı, kolay ölçek büyütme ve ılımlı koşullar atında sürekli işletilebilmesi gibi avantajlara sahiptir.Bu yüksek lisans tez projesinde, hidrofobik polieter sülfon ve hidrofilik rejenere selüloz membranlar kullanılarak (D-, L-) fenilalanin rasemik amino asit karışımının ayrılması için ligand destekli ultrafiltrasyon membran işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, klasik ultrafiltrasyon hücresinde enantiyomerik ayırma performansına ligand derişimi, pH, tuz derişimi, rasemik amino asit derişmi ve kompleksleşme süresinin etkileri araştırılmıştır. Ligand destekli ultrafiltrasyon deneylerinde, bovine serum albumin ve lipaz ligand olarak kullanılmış ve ligandların hidrodinamik boyut ve zeta potansiyeli gibi özellikleri Zetasizer NanoZS cihazı ile belirlenmiştir. Filtrat akımındaki (D-) ve (L-) fenilalanin analizleri HPLC ile yapılmıştır. Ligand destekli ultrafiltrasyon işleminden sonra membranların yüzey özellikleri ve zeta potansiyellerindeki değişimler sırası ile FTIR-ATR ve elektrokinetik analiz cihazları ile belirlenmiştir. Klasik ultrafiltrasyon deneylerinden elde edilen optimum koşullar altında, ligand-(D-, L-) fenilalanin komplekslerinin ayrılmasına membran geçiş basıncı ve çapraz akış hız gibi işletme parametrelerinin etkileri çapraz akış ultrafiltrasyon sisteminde araştırılmıştır.

Abstract:
Significant number of organic compounds such as amino acids, drugs, pesticides and insecticides are optically active molecules and exist as a pairs of isomers. The separation of optical isomers from the racemate mixture is increasingly needed in biology, pharmacology, and the food industry. Enantioselective separations of racemic mixtures are mainly performed by chromatography and diastereoisomeric salt crystallization and large-scale separations using these conventional methods are limited by many technical problems. The membrane separation processes are perceived as economically and ecologically competitive to conventional chiral separation methods. Membrane separation processes has several advantages such as low energy consumption, easy process scale-up, continuous operation under mild conditions over conventional chiral separation methods mentioned above.In this master?s research project, the ligand enhanced ultrafiltration membrane process for the separation of racemic amino acid (D-, L-) phenylalanine using hydrophobic polyethersulfone and hydrophilic regenerated cellulose membranes was performed. For this purpose, effects of ligand concentration, pH, salt concentration, racemic amino acid concentration and complexation time on enantiomeric separation in dead-end ultrafiltration cell was investigated. In the ligand enhanced ultrafiltration experiments, bovine serum albumin and lipase were used as ligand and their properties such as hydrodynamic dimension and zeta potential were determined with Zetasizer NanoZS. Analyses of (D-) and (L-) phenylalanine in permeate stream were done with HPLC system. The changes in surface properties and zeta potentials of the membranes after ligand enhanced ultrafiltration were detected by FTIR-ATR and electrokinetic analyzer equipments, respectively. Effect of operating parameters such as transmembrane pressure and crossflow velocities on separation of ligand-racemic (D-, L-) phenylalanine complexes under the optimum conditions obtained from the dead-end ultrafiltration experiments were investigated by crossflow ultrafiltration system.