年产500吨环丙沙星的生产工艺设计

淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）本科毕业设计(论文)年产500吨环丙沙星的生产工艺设计Thedesignprocessofanannualoutputof500tonsofciprofloxacin学院：化学工程学院专业班级：****学生姓名：*****学号：****指导教师：******2015年6月淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）毕业设计（论文）中文摘要年产500吨环丙沙星的生产工艺设计摘要：环丙沙星,一种合成药物，为诺氟沙星分子中1位乙基被环丙基取代所得的喹诺酮类抗菌药。环丙沙星的合成是以3－氯－4－氟苯胺为起始原料，后与NaNO2发生重氮化反应，以及氯代后得到2，4－二氯氟苯，然后再通过与乙酰氯发生酰化反应，经过与碳酸二乙酯缩合，制得2，4－二氯－5－氟苯甲酰乙酸乙酯，产物再经过甲酰化、胺化，缩合成环得到1－环丙基－7－氯－6－氟－1，4－二氢－4－氧代喹啉－3－羧酸，最后在DMF溶液中与哌嗪反应，经过胺化制得环丙沙星，产物的总收率为17.8％。本设计由物料衡算、热量衡算、动量衡算，从而确定了设备，反应器、分离设备的选型，根据处理物料的条件确定了设备内壁的材料。本设计改进并优化了工艺流程和相关参数，使工艺流程得到了缩减，生产成本也得到了降低，具有良好的工业应用前景和开发价值。关键词：环丙沙星；喹诺酮类；合成药物；工艺设计淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）毕业设计（论文）外文摘要Thedesignprocessofanannualoutputof500tonsofciprofloxacinAbstract:Ciprofloxacin,asyntheticdrug,fornorfloxacininaethyliscyclopropylsubstitutedincomeofquinoloneantibacterialdrugs.Synthesisofciprofloxacinin3-chloro-4-Fluoroanilineasthestartingmaterial,andNaNO2diazotizationreaction,andchlorinatedobtainedafter2,4-dichlorofluorobenzene,thenwithacetylchlorideacylationreaction,aftercarbonateanddiethylestercondensationof2,4-chloro-5-pentafluorobenzoylacidethylester,theproductthroughtheformyl,amination,condensationrings1cyclopropyl-7-chlorine-6-Fluoro-1,4-hydrogen-4-oxoquinoline-3-,carboxylicacid,andfinallyinDMFsolutionwithpiperazinereaction,afteraminationofciprofloxacin,theproductofthetotalyieldwas17.8%.Thedesignconsistsofmaterialbalance,heatbalance,momentumbalance,soastodeterminetheequipment,reactor,separationequipmentselection,accordingtothematerialconditionstodeterminethematerialoftheequipmentwall..Thedesignimprovedandoptimizedtheprocessflowandrelatedparameters,sothattheprocesshasbeenreduced,theproductionncosthasbeenreduced,andhasgoodprospectsforindustrialapplicationanddevelopmentvalue..Keywords:Ciprofloxacin;quinolones;drugsynthesis;processdesign淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）目录1引言………………………………………………………………………………………11.1环丙沙星的性质和用途…………………………………………………………………11.2环丙沙星的合成工艺现状及选择………………………………………………………11.3本设计的意义……………………………………………………………………………32环丙沙星合成工艺设计…………………………………………………………………42.1环丙沙星的合成工艺原理………………………………………………………………42.2工艺路线…………………………………………………………………………………52.3物料衡算…………………………………………………………………………………52.4热量衡算…………………………………………………………………………………162.5动量衡算…………………………………………………………………………………293综合利用与“三废”处理………………………………………………………………313.1废气………………………………………………………………………………………313.2废水………………………………………………………………………………………313.3废渣………………………………………………………………………………………314.主要设备一览表…………………………………………………………………………315.环丙沙星生产过程主要设备的进出物料一览表………………………………………32结论……………………………………………………………………………………………35致谢……………………………………………………………………………………………36参考文献………………………………………………………………………………………37淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）第1页共37页1引言环丙沙星(ciprofloxacin),别名：环丙氟哌酸、悉复欢、适普灵，是第三代喹诺酮类药物中抗菌作用较强的一种，德国Bayer药厂于1983年首先推出。它有其特有的抗菌机理，且具有广谱抗菌作用、高技、使用比较方便，已成作为抗感染的药物，是临床上比较常用的[1]。环丙沙星具有抗菌谱广、杀菌效果好、副作用小、便宜等特点，对于其他大部分细菌来说，它的抗菌活性较诺氟沙星强几倍。目前环丙沙星的发展比较迅速，已在40多个国家上市，在国际市场竞争中特别激烈，其销售量在抗菌类药物中居首位，并且利润增长速度也占抗菌药物之首。因此，研究环丙沙星的合成工艺，找出优异，有效的，并且能够适合我国工业生产的新方法，加速此药的发展，有着很大的意义。11..11环环丙丙沙沙星星的的性性质质、、药药理理作作用用和和用用途途1.1.1环丙沙星的性质环丙沙星结构式：环丙沙星分子式为C17H18FN3O3，分子量为331.35，其游离碱是浅黄色或黄色结晶性粉末状物质，在水或乙醇中几乎不溶。熔点255～257℃[2]。环丙沙星是喹诺酮类抗菌药，其抗菌作用强，具有广谱抗菌活性，因此对细菌、支原体都有良好的抑制及杀灭作用，对肠杆菌、流感嗜血杆菌、淋球菌、军团菌、金黄色葡萄球菌等的最低抑菌浓度为0.008~2μg/ml,与其他同类药物相比显著更好。1.1.2药理作用环丙沙星是一种人工合成的药物，因为是环丙基取代了诺氟沙星分子中1位乙基，而成为了喹诺酮类抗菌药。临床上大多用的是其盐酸盐[2]。盐酸环丙沙星具有广泛的抗菌谱，该产品效果小于青霉素类抗生素对链球菌属的抗菌效果。但对β­内酰胺类以及耐庆大霉素的抗病源菌性的效果显著，抑制细菌DNA螺旋酶的抗菌机制，抗菌作用是杀菌型的。1.1.3适用症与用途临床上，环丙沙星主要用于革兰氏阴性细菌菌所引起的呼吸道、肠道、胆道COOHNOFHNN淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）第2页共37页各系统、腹腔内、妇科疾病、骨关节及全身严重感染等等。该药品口服后，生物利用度为38%~60%，2.56mg/L是体内的最大血药浓度，血药浓度较低。静脉滴注，半衰期为3.3~5.8h，19.48mg/L是体内的血药浓度,而剩余药物会经尿和胆汁排出，t1/2为3.3～4.9小时。环丙沙星为杀菌剂，现在通常使用喹诺酮类药物作用于细菌细胞DNA螺旋酶的A亚单位，阻止DNA的合成和复制而致使细菌灭亡。1.2环丙沙星合成工艺的现状及选择环丙沙星有很多种合成工艺路线，但大多数方法路线长，而且原料来源不易得到，自然生产成本高，不适合大部分企业。在此我们介绍两种比较适用的方法，第一类合成路线，以3－氯－4－氟苯胺作为起始原料，然后与NaNO2发生重氮化反应，氯代后得到2，4－二氯氟苯，然后再通过与乙酰氯发生酰化反应，经过与碳酸二乙酯缩合，制得2，4－二氯－5－氟苯甲酰乙酸乙酯，上述产物再经过甲酰化、胺化，缩合成环得到1－环丙基－7－氯－6－氟－1，4－二氢－4－氧代喹啉－3－羧酸，最后在DMF溶液中与哌嗪反应，经过胺化制得环丙沙星以下是化学反应方程式：第二类合成方法是，以2，4－二氯甲苯为起始原料，依次经过硝化反应、NH2FCl(1)NaNO2,HCI(2)HCl,Cu2Cl2FClClCOCH3FClClCH3COClAlCl3CO(OEt)2NaHFClClCOCH2CO2Et(1)CH(OEt)3,Ac2O(2)H2NFClClCOCHNHCO2EtOO(1)NaH,(2)KOH,H2OFClOCOOHN(3)H3O+HNNHDMFNCOOHOFHNN淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）第3页共37页还原反应、氟化反应、氯化反应、水解反应和酰氯化反应后制得2，4－二氯－5－氟苯甲酰氯，再紧接着与丙酸三乙酯，对甲苯磺酸，原甲酸三乙酯，环丙胺反应后，然后环合得到喹啉环，最后经水解后，引入哌嗪基，得到最终产品[3]。以下是化学反应方程式：这么多年来，我国始终坚持着自己的理念，自己的原则，来选择合适的生产ClClCH3HNO2,HNMe2Me2NNNFClClCH3HFCCl3ClClFCl2hvFClClCOCl(1)H2O,H2SO4(2)SOCl2COCH(COOEt)2ClClFCH2(CO2Et)2FClClCOCH2COOEtTsOHCOCCOOEtClClFHC(OEt)3(CH3CO)2OCHOEtCHFClClCOCCOOEtNH2C2H5OHNHClFNaHOOOCOOEtNHNNHNCOOHOFClKOH,H2O?H2O,H2SO4FOCOOHNDMF,C5H5NNHNClClCH3HNO2H2SO4CH3ClClO2NSnCl2H2NClClCH3或淮海工学院2015届毕业设计（论文）学生用表（理工类）第4页共37页工艺技术路线。目前，科学技术日新月异，发展迅速，让人目不暇接，同时新的工艺技术也在不停的取代旧的工艺技术，所以建设项目固然也不要用那些跟不上时代的工艺技术。在一种产品有着多种不一样的工艺路线时，我们应该从工业化生产的可实施性、可靠性以及先进性等方面，对每一条工艺路线进行全局、深入的分析和研究，并且对于工艺路线中所涉及的主要装置和特殊的工艺条件或参数要特别注意，从而能够选择一条最合适的工艺路线。虽然第一条路线工艺比较成熟，但是它的反应步骤较长，特别在最后引入哌嗪基时，7位氯和6位氟的有竞争现象，这个问题会降低产率。目前,不断优化过后，第一个路线大大提高了效益和产量。1.3本设计的意义近年来,在国内外生产技术已经取得了很大的进步，合成过程的每一步也取得了很好的进展。为了在激烈的市场竞争中继续生存下来,各生产厂家都在不断地尝试使用新技术,努力提高产率，效率和转化率。这些厂家的努力都是不断