制药工程专业实验

1制药工程专业实验制药工程专业实验为制药工程专业的核心课程之一，它改革了原来各专业课单独开设实验课的方式，将基本操作实验技术、化学合成药物制备、生物药物制备、工业制剂等实验内容有机地结合形成综合性的制药工程专业实验。通过本课程的教学，使学生加深巩固对工业制剂、药物及中间体合成制备及质量控制的专业知识，理论联系实际，同时在有机化学实验的基础上，提高药物及中间体合成制备的实验技能。培养分析和解决实际问题的能力，为毕业论文及将来的工作打下一定的实验基础，成为掌握一定实验技能的专业技术人才。本课程面对制药工程专业四年级学生，总学时为64学时，4学分。实验一快速柱色谱从混合物中分离出单一的化合物，至今仍然是化学工作者的基本任务之一。在开始对某种物质从化学的角度进行考察之前，通常首先需要获得足够量的纯物质。有许多分析方法在进行实际分析之前，同样首先要求把各个组分从试样中分离出来。自然界中的许多物质，主要以混合物的形式存在；例如，我国的中草药，每味药内大多含有多种成分；合成产品和许多化学反应的产物通常也不尽是单一的物质，反应过程中除主要反应外还常伴随着副反应，甚至有的原料可能就是一种混合物，得到的产物非常复杂；而科学研究和工业生产大多要求从天然或合成产物中分离出纯物质；因此，化学工作者最经常进行的工作之一，就是把复杂的混合物分离成各个单一的纯物质。有关分离的历史已很悠久，分离方法也较多，如沉降、澄清、沉淀、过滤、萃取、升华、重结晶、蒸发、蒸馏、精馏和色谱等。但对于结构与性质十分相似的各组分的分离，大多数分离方法是无能为力的，而色谱法则是非常有效的分离方法。色谱法又分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和色谱、气相色谱、液相色谱、薄层色谱和柱色谱等。这里对常用的快速硅胶柱色谱的实验方法与技巧进行讲解。一、实验目的要求1、熟悉色谱的基本原理。2、掌握快速柱色谱的基本操作与技巧。二、实验原理色谱（又称层析）是一种物理的分离方法。它的分离原理是使混合物中各组分在两相间进行分配，其中一相是不动的，称为固定相，另一相是携带混合物流过此固定相的流体，称为流动相。当流动相中所含混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用。由于各组分在性质和结构上有差异，与固定相发生作用的大小、强弱也有差异，因此在同一推动力作用下，不同组分在固定相中的滞留时间有长有短，从而按先后不同的次序从固定相中流出。这种借助在两相间分配差异而使混合物中各组分分离的技术，称为色谱法。（一）薄层色谱薄层色谱（TLC）是一种简单实用的实验技术，属固液层析。一般薄层色谱的固定相是硅胶或氧化铝，属吸附层析。在层析过程中，吸附2剂对样品中各组分的吸附力不同，当展开剂流过时，各组分被展开剂从吸附剂上解析下来的难易程度不同，从而造成各组分移动时的速度差别，而达到分离的目的。薄层色谱可以用来分离混合物、鉴定精制化合物、测量混合物中各组分的含量、测定样品纯度。其展开时间短，几十分钟就能达到分离目的，分离效率高，还可用制备板分离几毫克到几百毫克的样品。在药物合成实验中，还常用来跟踪反应进程和确定反应的终点。薄层色谱特别适用于挥发性小的化合物以及在高温下化学性质不稳定的化合物的分析。（二）柱层析色谱柱层析色谱是通过层析柱来实现分离的，主要用于大量化合物的分离。层析柱内装有固体吸附剂，也就是固定相，如氧化铝或硅胶等。液体样品从柱顶加入，在柱的顶部被吸附剂吸附，然后从柱的顶部加入有机溶剂也就是展开剂进行洗脱。由于吸附剂对各组分的吸附能力不同，各组分以不同速度下移，被吸附较弱的组分在流动相里的含量较高，以较快的速度下移。各组分随溶剂按一定顺序从层析柱下端流处，分段收集流出液，再用薄层色谱来鉴定各组分。柱层析的分离条件可以套用该样品的薄层色谱条件，分离效果亦相同。快速柱色谱是1978年Still等提出将快速柱色技术用于有机化合物的分离制备。它具备以下特点。（1）设备简单，操作容易，流动相由低压（0.05-0.8Mpa）压缩空气或氮气驱动。（2）可与薄层色谱配合使用，通过薄层色谱寻找合适的展开剂，作为快速色谱的冲洗剂。（3）用硅胶或键合硅胶装短柱，一般高于7-15cm，具有中等分离度。在薄层上∆Rf≥值0.10-0.15的组分，在快速色谱柱上都可以很好地分开。（4）色谱柱的材料多为玻璃或石英，易于观察洗脱状态。三、实验方法（一）装柱在色谱柱（直径5cm,长50cm）中，湿法装入150mL硅胶。（二）加样0.1g邻硝基苯胺与0.1g对硝基苯胺用2mL乙酸乙酯溶解。（三）冲洗冲洗液：石油醚/乙酸乙酯=6：1。（四）收集产品先洗出的为邻硝基苯胺，后洗出的为对硝基苯胺。思考题：影响快速柱色谱分离效果的主要因素有哪些?实验二丙二酸亚异丙酯的合成3丙二酸亚异丙酯，亦称Meldrum’sacid,因其制备简便，含有活性亚甲基和在温和条件下易水解的酯基，在有机合成中是具有多种反应性能的反应中间体。一、实验目的要求1、学习一种丙二酸酯的简便合成方法。二、实验原理三、实验方法在50mL园底烧瓶中，加入12mL（0.12mol）醋酸酐，称取10.4g（0.10mol）粉末溶于醋酸酐中（溶解不完），在冰水冷却和搅拌下加入0.4mL的浓硫酸，20分钟后滴加8mL（0.11mol）丙酮，继续在20-25OC下反应4h,并不时搅拌或振荡反应混合物。反应混合物置于冰箱中过夜结晶。实验三丙二酸亚异丙酯的精制丙二酸亚异丙酯，亦称Meldrum’sacid,因其制备简便，含有活性亚甲基和在温和条件下易水解的酯基，在有机合成中是具有多种反应性能的反应中间体。一、实验目的要求1、掌握结晶纯化、熔点测定等操作。二、实验原理三、实验方法抽滤产生的固体，并用水洗涤，得到的粗产品分成两份，一份用30％的丙酮－水重结晶，另一份用水重结晶，计算收率，用显微熔点仪测定熔点（文献值94－95OC）。思考题：试述结晶纯化的操作要点。实验四L-抗坏血酸钙的制备L-抗坏血酸又名维生素C，是广泛存在于动植物体内的一种有机物质，是人体内必需的营养成分。该分子具有烯醇式结构，使它不仅作为营养强化剂应用于食品、医药工业，而且作为抗氧剂获得了广泛的应用。但由于其易于氧化变质的特点，使用效果不太理想。而它的钙盐（简称VC-Ca）则克服了这个缺点，实验证明，它不仅比VC稳定，而且吸收效果好，在体内具有VC的全部作用，其抗氧化作用优于VC，且由于Ca的引入，也增强了它的营养强化作用。L-抗坏血酸钙早在1964年由美国人Ruskin研制成功，不久后该产品便在美国、瑞士、日本等国上市，随着研究的深入，用途不断发展，研究表明它还可作为保鲜剂、杀菌剂，作为钙盐可预防骨质疏松，用于茶及饮料中可降血压。该产品需要量有日益扩大的趋势，目前，VC-Ca在国外如瑞士罗士，日本武田等都在大量生产；在国内，东北制药厂已有大批量生产，湖北宜昌制药厂已形成了年产1000吨的生产能力。4一、实验目的要求1、了解L-抗坏血酸的基本化学性质。2、掌握L-抗坏血酸钙制备的基本方法。二、实验原理三、实验方法在100mL反应器中，加入5.4g(0.03mol)L-抗坏血酸,10mL水，加热（50OC）溶解,于剧烈搅拌下缓慢加入1.5g(0.015mol)碳酸钙粉末,待无气泡逸出时停止搅拌。反应物在室温下难于自行结晶，用无水乙醇或丙酮沉淀，抽滤，真空干燥得产品。思考题：L-抗坏血酸还可以生成哪些为生理正常发育所需要的金属盐？实验五N-苄基乙酰苯胺的合成（一）一、实验目的要求1、掌握酰胺的制备方法。2、了解胺基的N-烷基化方法，以及相转移催化剂在有机合成中的应用。二、实验原理N-苄基乙酰苯胺为重要的医药中间体，其合成分为两步。先合成乙酰苯胺，然后乙酰苯胺与苄氯在相转移催化剂和NaHCO3存在下反应,生成N-苄基乙酰苯胺。具体反应式如下：三、实验方法乙酰苯胺的合成：在250mL烧杯中加入5mL（5.1g,0.055mol）苯胺，再加入25mL水，搅拌下分批加入6.3mL醋酸酐，反应液冷却后减压抽滤，并用少量冷水洗涤产物。将抽滤出的粗乙酰苯胺在250mL烧杯中用水重结晶，干燥得精品乙酰苯胺。用显微熔点仪测定熔点（115-116OC）。思考题：乙酰苯胺的常用合成方法有哪些？实验六N-苄基乙酰苯胺的合成（二）一、实验目的要求51、掌握酰胺的制备方法。2、了解胺基的N-烷基化方法，以及相转移催化剂在有机合成中的应用。二、实验原理N-苄基乙酰苯胺为重要的医药中间体，其合成分为两步。先合成乙酰苯胺，然后乙酰苯胺与苄氯在相转移催化剂和NaHCO3存在下反应,生成N-苄基乙酰苯胺。具体反应式如下：三、实验方法N-苄基乙酰苯胺的合成：在50mL梨形烧瓶中加入10mL甲苯，2.7g乙酰苯胺，0.6g四丁基溴化铵，2.5mL氯化苄，10mL30%氢氧化钠水溶液，剧烈搅拌，加热回流6小时，冷后，水洗，旋干得淡黄色油状产物。思考题：本实验中为何要使用四丁基溴化铵，其作用是什么？实验七L-苯丙氨酸甲酯盐酸盐的制备一、实验目的要求1、了解手性源不对称合成氨基酸酯化的一种方法。2、了解二氯亚砜在酸酯化中的应用。二、实验原理三、实验方法在50mL梨形烧瓶中加入2.0gL-苯丙氨酸、20mL无水甲醇，在冷水冷却搅拌下慢慢滴加3mL二氯亚砜，室温搅拌反应6小时，50OC旋干得白色固体产物。用显微熔点仪测定熔点。思考题：形成酯的反应中可否用对甲苯磺酸作催化剂，操作条件有何不同？实验八藜芦酸的制备工艺及过程监控（一）一、实验目的要求1、掌握醚的制备方法。2、掌握氧化反应的基本方法。3、熟悉用薄层色谱方法监测反应过程的方法。二、实验原理6三、实验方法藜芦醛的合成：在50mL梨形烧瓶中加入30mL丙酮、5.0g香兰素、2mL碘甲烷、2.5g无水碳酸钾，室温搅拌反应，每隔2小时用薄层色谱监测反应情况，当反应基本完成后，抽滤，滤饼用2X10mL丙酮洗涤，滤洗液旋干，剩余物加20mL乙酸乙酯溶解，依此用饱和碳酸钠水溶液、水洗涤，无水硫酸钠干燥，80OC旋干得白色固体产物。用显微熔点仪测定熔点。思考题：藜芦醛的合成还可以用哪些方法？实验九藜芦酸的制备工艺及过程监控（二）一、实验目的要求1、掌握醚的制备方法。2、掌握氧化反应的基本方法。3、熟悉用薄层色谱方法监测反应过程的方法。二、实验原理三、实验方法藜芦酸的合成：在250mL三颈烧瓶中加入10mL水，5.0g香兰素、2mL碘甲烷、2.5g无水碳酸钾，室温搅拌反应，每隔2小时用薄层色谱监测反应情况，当反应基本完成后，抽滤，滤饼用2X10mL丙酮洗涤，滤洗液旋干，剩余物加20mL乙酸乙酯溶解，依此用饱和碳酸钠水溶液、水洗涤，无水硫酸钠干燥，80OC旋干得白色固体产物。用显微熔点仪测定熔点。实验十γ-苯基-γ-氧代--丁烯酸的合成一、实验目的1、掌握芳环酰基化的方法。2、了解Fried-Crafts反应（傅-克酰化反应）的常规操作；3、了解不同Fried-Crafts反应中催化剂的用量比例。二、实验原理γ-苯基-γ-氧代--丁烯酸是几个普利类抗高血压药物的重要中间体，其合成主要为苯与顺丁烯二酸酐在AlCl3催化剂的作用下进行傅-克酰化反应，具体反应7式为：三、实验步骤在50mL的三口烧瓶中加入10mL干燥的苯，2.1g无水AlCl3，1.0g顺丁烯二酸酐，在90-1000C，搅拌反应1h．冷却至室温，加入3mL水，搅拌30分钟,加入10mL2mol/L盐酸，搅拌15分钟，冷却，抽滤，水洗至中性，真空干燥，得粗产物，约1.6g。四、注意事项1、该反应是酸酐与苯之间的傅-克酰化反应，因此催化剂的用量至少应为酸酐的1.5当量。思考题1、傅-克酰化反应有几种类型，每种类型反应中催化剂的用量如何？2、为什么要加入2mol/L盐酸到反应体系中，其作用是什么？参考值4-苯基-4-氧代-2-丁烯酸的熔点为61-630C。实验十一4-氨基-1，2，4-三唑-5-酮的制备（一）一、实验目的1、掌握三唑类化合物的制备方法。2、了解三唑类化合物的理化性质。3、了解关环反应的制备方法。二、实验原理三唑类杀菌剂是杀菌剂发展史上最引人注目的一类新型杀