对映异构体（D-构型和L-构型）在非手性环境中具有近乎相同的物理及化学性质,但在手性环境中可能具有完全不同的性质。例如,不同手性的对映异构体药物分子在生命体内（手性环境）可能具有完全不同的药理作用、毒副作用和药效代谢动力学等。因此,外消旋体（L-构型和D-构型的等量混合物）的手性拆分一直是研究的热点之一。自巴斯德利用结晶技术手工分离出酒石酸钠混合物晶体中的L-构型晶体和D-构型晶体以来,结晶分离技术得到广泛重视和发展,但是利用结晶技术分离外消旋体仍然是一个巨大的挑战。通常,外消旋过饱和溶液在自然环境中将结晶出外消旋化合物晶体（DL-晶体）或者混合物晶体（D-晶体+L-晶体的混合体）,而获得混合物晶体是分离的第一步。谷氨酸是自然界中广泛存在的天然手性氨基酸,是组成复杂生物大分子的基础物质,在我们的日常生活中具有重要的作用。但是,DL-谷氨酸与绝大多数DL-氨基酸的结晶行为相似,在自然条件下从水溶液中结晶出外消旋化合物晶体,无法分离D-和L-谷氨酸分子。本论文中,我们首次提出四种新颖、高效的结晶方法分离外消旋DL-谷氨酸,成功地获得了单异构体的D-或者L-谷氨酸晶体。具体分离方法和研究成果如下:1.改变溶剂,谷氨酸的结晶行为将会发生改变。在60%体积分数(V_EtOH/V_solution)的乙醇-水混合溶液中,可以结晶出D-谷氨酸晶体和L-谷氨酸晶体的混合物,这为外消旋体的手性拆分提供了可能。另外,L-半胱氨酸自组装膜（SAMs）在乙醇-水混合溶液中对D-和L-谷氨酸分子具有手性识别能力:在L-半胱氨酸SAMs表面,D-谷氨酸晶体优先成核生长,而L-谷氨酸晶体则受到一定程度的抑制。利用L-半胱氨酸SAMs对手性谷氨酸的选择性结晶作用,在60%(V_EtOH/V_solution)的乙醇-水混合溶液中,获得D-谷氨酸晶体过量的混合物晶体。在L-半胱氨酸SAMs和混合溶剂协同作用下,通过“串联富集”（多次重结晶富集）过程,成功分离出纯D-谷氨酸晶体。2.超声波力场作为一种“手性力场”被首次应用于外消旋DL-谷氨酸的手性拆分中。在超声波力场下,获得了D-谷氨酸晶体和L-谷氨酸晶体的混合物,且该混合物晶体的ee值非零,即,混合物晶体中或D-晶体多于L-晶体或L-晶体多于D-晶体。为了获得指定手性异构体过量的混合物晶体,少量手性晶种被投入结晶溶液中来诱导同手性谷氨酸的结晶。D-谷氨酸晶种的加入将使获得的混合物晶体产品中D-谷氨酸晶体含量显著增加,而L-谷氨酸晶种加入将极大增加L-谷氨酸晶体在产品中的含量。此外,超声波力场还具有扩大对称破缺的能力（也被称为“手性放大”）。在超声波力场作用下,通过串联富集方法,不断将混合物晶体的手性扩大（混合物的ee值不断增加）,最终获得纯D-或L-晶体。3.“Tailor-made”添加剂法是一种简单、高效的结晶分离技术。外消旋DL-谷氨酸溶液中存在手性添加剂时,相同手性的谷氨酸分子的结晶速率将被严重抑制,而相反手性的谷氨酸分子将优先结晶,获得相反手性异构体过量的混合物晶体。该机理也被称为“逆转规则”（rule of reversal）。利用添加剂的这种立体选择性结晶作用的特性,通过在结晶溶液中添加足够量的L-氨基酸添加剂（摩尔分数为40 mol%的L-精氨酸或者L-苯丙氨酸）,可以从外消旋的谷氨酸过饱和溶液中直接结晶出高纯度的D-谷氨酸晶体,而使L-谷氨酸分子全部残留在母液中。为降低添加剂的使用量,本文还提出了另一种结晶分离方案:利用两次重结晶过程,且每次结晶时均添加少量添加剂（5 mol%L-精氨酸）,这样也成功地获得了纯的D-谷氨酸晶体。4.通过“Tailor-made”型添加剂与超声波力场的共同作用,自外消旋DL-谷氨酸过饱和溶液中沉积出纯D-或纯L-谷氨酸晶体。该方法利用了L-精氨酸添加剂的立体选择性结晶作用,自外消旋溶液中获得D-谷氨酸过量的混合物晶体。将获得的产品配制成二次结晶溶液,再利用超声波力场的手性放大作用,沉积出D-谷氨酸过剩量更大的混合物晶体。如此,经过多次超声辅助重结晶法,获得纯D-谷氨酸晶体,成功地实现了对外消旋DL-谷氨酸的手性拆分。对比已知的分离方法,这些结晶分离技术具有操作简单、效率高、环境友好、成本低廉等特点,尤其重要的是,它不需要手工挑拣操作。因此,这些结晶分离技术具有一定的应用前景。