化学合成药物工艺研究

化学合成药物工艺研究1.概述任何化学药物的生产，都离不开三个阶段：原料预处理、化学反应、产品精制。化学合成反应过程是化学药物生产过程的核心物理过程的原理和操作设备——《流体流动与传热》和《传质与分离技术》化学反应过程的原理和反应设备——《化学反应过程与设备》，属于化学反应工程的范畴2.研究目的使化学工业生产中的反应过程最优化。（1）设计最优化：由给定的生产任务，确定反应器的型式和适宜的尺寸及其相应的操作条件（2）操作最优化：在反应器投产运行之后，还必须根据各种因素和条件的变化作相应的修正，以使它仍能处于最优的条件下操作3.工艺过程中需要研究的问题从实验室开发到工业生产存在放大效应。在工业反应器中实际进行的过程不但包括有化学反应，还伴随有各种物理过程，如热量的传递、物质的流动、混和和传递等，所有这些传递过程使得反应器内产生温度分布和浓度分布，从而影响反应的最终结果。处理整个化学合成制药的问题需要具备三个方面的知识（三传一反）：a.化学反应的规律（反应动力学）；b.传递过程的规律（质量、热量和动量的传递）；c.上述两者的结合。4.研究工艺过程中的作用：（1）反应器的合理选型（2）反应器操作的优选条件（3）反应器的工程放大4.基本研究方法用数学模型来分析和研究化学反应过程与设备的工程问题。数学模型就是用数学语言来表达过程各种变量之间的关系。数学模型方法的一般过程:基本特征是过程的分解和过程的简化合理地简化来源于对过程有深刻的、本质的理解。要求：不失真；能满足应用的要求；能适应当前实验条件，以便进行模型鉴别和参数估值；能适应现有计算机的能力。数学模型方法的实质将复杂的实际过程按等效性原则做出合理的简化，使之易于数学描述。实验是基础，数学方法和计算技术是成功的关键。5.研究内容研究反应物分子到产物分子的具体过程，深入探讨反应条件要药物化学合成工艺过程中的具体问题及相关理论NiOON+.Cl-OCH3OCH3(2-73)+CHOOCH3OCH3CHOCHO/HCO2H/HCl(2-83)(2-84)NH2OONCHOCH3OCH3OONOCH3OCH3HOO6.化学反应条件和影响因素（1）配料比：参与反应的各物料之间物质量的比例称为配料比（也称投料比）。通常物料量以摩尔为单位，则称为物料的摩尔比。（2）溶剂：溶剂主要作为化学反应的介质，反应溶剂性质和用量直接影响反应物的浓度、溶剂化作用、加料次序、反应温度和反应压力等。（3）温度和压力：化学反应需要光和热的传输和转换，在化学合成药物工艺研究中要注意考察反应温度和压力的变化，选择合适的搅拌器和搅拌速度。（4）催化剂：现代化学工业中，80%以上的反应涉及催化过程。化学合成药物的工艺路线中也常见催化反应，如酸碱催化，金属催化，相转移催化，生物酶催化等，来加速化学反应、缩短生产周期、提高产品的纯度和收率。（5）反应时间及其监控：反应物在一定条件下通过化学反应转变成产物，与化学反应时间有关。有效地控制反应终点，力图以高收率获得高纯度的产物。（6）后处理：由于药物合成反应常伴随着副反应，因此反完成后，需要从副产物和未反应的原辅材应料及溶剂中分离出主产物；分离方法基本上与实验室所用的方法类似，如蒸馏、过滤、萃取、干燥等技术等。（7）产品的纯化和检验：。化学原料药生产的最后工序（精制，干燥和包装）必须在符合《药品生产质量管理规范》（GMP）规定的条件下进行。6.1反应物的浓度与配料比6.1.1基本概念基元反应非基元反应例：伯卤代烷的碱性水解此反应是按双分子亲核取代历程（SN2）进行的，在化学动力学上为二级反应+OH-RCHHXRCHXHOHHOCHHR+X---基元反应：凡反应物分子在碰撞中一步转化为生成物分子的反应称为基元反应。（2）非基元反应：凡反应物分子要经过若干步，即若干个基元反应才能转化为生成物的反应，称为非基元反应。例：叔卤代烷的碱性水解速度仅依赖于叔卤代烷的浓度，而与碱的浓度无关：R3C++X--R3CXR3CX+fastslowR3C++H2OR3COH+H+R3COHR3C++OH-R3C++X-R3CXfast6.1.2化学反应过程简单反应：由一个基元反应组成的化学反应称为简单反应；复杂反应：两个和两个以上基元反应构成的化学反应则称为复杂反应☆无论是简单反应还是复杂反应，一般都可以应用质量作用定律来计算浓度和反应速率的关系。aA+bB+......gG+hH+......按质量作用定律，其瞬间反应速率为：各浓度项的指数称为级数；所有浓度项的指数的总和称为反应级数。（1）单分子反应在反应过程中，若只有一分子参与反应，则称为单分子反应属于这一类反应的有：热分解反应（如烷烃的裂解），异构化反应（如顺反异构化），分子内重排（如Beckman重排、联苯胺重排等）以及羰基化合物酮型和烯醇型之间的互变异构等。（2）双分子反应在溶液中进行的大多数有机化学反应属于这种类型。如加成反应（羰基的加成、烯烃的加成等），取代反应（饱和碳原子上的取代、芳核上的取代、羰基a位的取代等）和消除反应等。当相同或不同的两分子碰撞时相互作用而发生的反应称双分子反应，即为二级反应（3）零级反应若反应速率与反应物浓度无关，仅受其它因素影响的反应为零级反应某些光化学反应，表面催化反应，电解反应等。它们的反应速率常数与反应物浓度无关，而分别与光的强度、催化剂表面状态及通过的电量有关。这是一类特殊的反应。k2k1CH3COOC2H5+H2OCH3COOH+C2H5OH（4）可逆反应正反应速率=k1[CA－x][CB－x]逆反应速率=k2x2可逆反应的特点是正反应速率随时间逐渐减小，逆反应速率随时间逐渐增大，直到两个反应速率相等如用氢氧化钠与乙醇反应来制备乙醇钠C2H5ONa+H2OC2H5OH+NaOH按照化学平衡移动原理，设法将水除去，就可使平衡向左移动生产上就是利用苯与水生成共沸混合物不断将水带出，来制备乙醇钠的（5）平行反应如以氯苯的硝化为例(65%)(35%)HNO3ClO2NClNO2Clk2k1平行反应，又称竞争性反应，也是一种复杂反应，即反应物同时进行几种不同的化学反应。在生产上将所需要的反应称为主反应，其余称为副反应若反应物氯苯的初浓度为a，硝酸的初浓度为b，反应t时，生成邻位和对位硝基氯苯的浓度分别为x、y反应的总速度为两式之和。若将两式相除则得(dx/dt)/(dy/dt)=k1/k2，将此式积分得x/y=k1/k2。这说明级数相同的平行反应，其反应速率之比为一常数，与反应物浓度及时间无关6.1.3反应物浓度与配料比的确定必须指出，有机反应很少是按理论值定量完成的。需要采取各种措施来提高产物的生成率。合适的配料比，在一定条件下也就是最恰当的反应物的组成。一般可以从以下几个方面来考虑。凡属可逆反应，可采取增加反应物之一的浓度（即增加其配料比），或从反应系统中不断除去生成物之一的办法，以提高反应速率和增加产物的收率。当反应生成物的生成量取决于反应液中某一反应物的浓度时，则应增加其配料比(3-2)H2SO4ClSO3HNCH3OHClO2SNCH3OHHO3SNCH3OHClSO3HClSO3H乙酰氨基苯磺酰氯（ASC，3-2）氯磺酸的用量越多，即与硫酸的浓度比越大，对于ASC（3-2）生成越有利。如乙酰苯胺与氯磺酸投料的分子比为1.0：4.8时，ASC的收率为84%；倘若反应中，有一反应物不稳定，则可增加其用量，以保证有足够量的反应物参与主反应。NNOOHHOPhC2H5OOOOPhC2H5CH3CH3H2NH2NO++2C2H5OH(3-3)催眠药苯巴比妥（phenobarbital，3-3）生产中最后一步缩合反应，系由苯基乙基丙二酸二乙酯与脲缩合，反应在碱性条件下进行。由于脲在碱性条件下加热易于分解，所以需使用过量的脲。