Système solvant Arizona vert : polarité et rétention de phase stationnaire

stationnaire

3.2.2.1.

Après la présentation des propriétés physico-chimiques du système solvant Arizona vert composé de limonène, d’acétate d’éthyle, d’éthanol et d’eau, l’objet de cette section est de présenter le second volet de la série de publications traitant de l’utilisation en CPC de ce nouveau système solvant alternatif. L’article présenté ci-après, nommé « Limonene in Arizona liquid systems used in countercurrent chromatography – II. Polarity and stationary phase retention » (28) est paru en 2014 dans la revue Analytical and Bioanalytical Chemistry.

Dans cette deuxième publication, le système solvant Arizona vert est évalué directement sur des appareils hydrodynamiques et hydrostatiques en réalisant la séparation des trois solutés tests issus de la gamme de composés Guess utilisés lors de la mise en place de la preuve de concept de la nouvelle méthodologie changement d’échelle : le new coccine red, l’aspirine et la coumarine. Des systèmes solvant de différentes polarités sont testés sur les deux types d’appareillages afin d’étudier et de comparer l’influence de différents paramètres tels que la différence de densité sur le taux de phase stationnaire, la résolution entre les pics ou la pression. Un comparatif des coefficients de partage de l’aspirine et de la coumarine entre le système Arizona classique et le système Arizona vert est également réalisé afin d’évaluer la différence de polarité entre ces deux systèmes solvant.

Chapitre 4 : Solvants alternatifs | 156

3.2.2.2.

Le système Arizona est un système composé de 4 solvants mélangés en 23 proportions initiales différentes numérotées de A à Z. Deux types de système solvant Arizona sont testés ici : le système Arizona classique composé d’heptane, d’acétate d’éthyle, de méthanol et d’eau et le système Arizona vert, dont l’heptane a été remplacé par du limonène et le méthanol par de l’éthanol, tous deux d’origine bio-sourcée. Le système Arizona est un système solvant permettant de balayer de manière linéaire toute une gamme de polarité, comme en témoigne la variation des coefficients de partage de l’aspirine et de la coumarine en fonction de la proportion initiale en solvants. Ce propos est constaté autant sur le système Arizona classique que sur le système Arizona vert.

La mesure des coefficients de partage des solutés testés dans cet article permet également de constater, à proportions initiales constantes, que les systèmes solvant Arizona classique et vert comportent une différence de polarité entre eux. En effet, le système vert apparait plus polaire que le système classique, mettant en évidence une différence d’une à deux lettres entre eux. Par conséquent, un système solvant Arizona vert R correspond, en termes de polarité, à un système solvant Arizona classique P. Le système Arizona M classique utilisé lors de la mise en place de la méthodologie de scale-up se situe quant à lui entre un Arizona vert M et un Arizona P vert.

Il est possible d’utiliser le système solvant Arizona vert en système hydrodynamique mais uniquement dans la gamme de polarité comprise entre les lettres A et P. Dans ce cadre-là, les systèmes M et P ont pu être testés avec succès, apportant un taux de phase stationnaire compris entre 20 et 45 %, permettant ainsi la séparation des trois solutés test new coccine red, aspirine et coumarine. Ces valeurs permettent de confirmer les propos annoncés dans les deux articles précédents (26, 27) : tant que la différence de densité entre les deux phases du système est supérieure à 0,05, il est possible de retenir un minimum de phase stationnaire sur système hydrodynamique. En dessous de cette valeur, la phase stationnaire ne peut être retenue, comme ceci est le cas pour les systèmes solvant plus riches en limonène que le système solvant Arizona P. De plus, il a été constaté lors des expériences réalisées dans le cadre de cet article que plus la différence de densité est grande, plus le taux de phase stationnaire est important.

Les essais en systèmes hydrostatique ont permis de montrer qu’il était possible de retenir la phase stationnaire de tous les systèmes Arizona vert comportant deux phases (de A à W), quel que soit la valeur de la différence de densité. La faible différence de densité entre les phases supérieures et inférieures apparait même être un avantage pour les systèmes hydrostatiques puisqu’elle permet de n’engendrer que très peu de pression au sein de la colonne et donc d’apporter une force centrifuge maximale. Comme montré dans la publication précédente (27), les systèmes X, Y et Z ne comportent qu’une seule phase et sont donc inutilisables.

L’utilisation du système solvant Arizona vert permet également de constater des différences entre les appareillages de types hydrodynamique et hydrostatique. Tout d’abord, sur les systèmes hydrostatiques, il est possible pour l’utilisateur de travailler à des débits beaucoup plus rapides que sur les systèmes hydrodynamiques, engendrant des durées de séparation beaucoup plus faibles. De plus, à polarité donnée, le taux de phase stationnaire apparait beaucoup plus important en système hydrostatique, tandis que les systèmes hydrodynamiques possèdent l’avantage d’être beaucoup plus efficaces. Le taux de phase stationnaire et l’efficacité ayant tous deux une grande importante dans la résolution entre les pics chromatographiques, les deux types d’appareillage se valent donc et permettent d’avoir une résolution équivalente entre les pics d’aspirine et de coumarine.

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L’utilisation du système solvant Arizona vert s’avérant possible en CPC, nous avons choisi pour la suite de le valoriser. La purification du carnosol sera ainsi réalisée non plus avec des solvants pétroliers mais avec des solvants verts, en remplaçant les solvants problématiques par d’autres solvants plus respectueux de l’Homme et de l’environnement.

3.3. Application du système solvant Arizona vert à la purification