制药工艺学重点整理.docx
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制药工艺学重点整理
制药工艺学重点整理
第一章绪论
一、化学合成药物生产特点;
1)品种多,更新快,生产工艺复杂;
2)需要原辅材料繁多,而产量一般不太大;
3)产品质量要求严格;
4)基本采用间歇生产方式;
5)其原辅材料和中间体不少是易燃、易爆、有毒;
6)三废多,且成分复杂。
二、GLP、GCP、GMP、GSP;
◆GMP(GoodManufacturingPractice):
药品生产质量管理规范——生产
◆GLP(GoodLaboratoryPractice):
实验室试验规范——研究
◆GCP(GoodClinicalPractice):
临床试用规范——临床
◆GSP(GoodSupplyPractice):
医药商品质量管理规范——流通
◆GAP(GoodAgriculturalPractice):
中药材种植管理规范
三、药物传递系统(DDS)分类;
◆缓释给药系统(sustainedreleasedrugdeliverysystem,SR-DDS)
◆控释给药系统(controlledreleasedrugdeliverysystem,CR-DDS)、
◆靶向药物传递系统(tagetingdrugdeliverysystem,T-DDS)、
◆透皮给药系统(transdermaldrugdeliverysystem
◆粘膜给药系统(mucosadrugdeliverysystem)
◆植入给药系统(implantabledrugdeliverysystem)
第二章药物工艺路线设计和选择
四、药物工艺路线设计主要方法;
类型反应法、分子对称法、追溯求源法、模拟类推法、光学异构体拆分法;(名词解释)
◆类型反应法—指利用常见典型有机化学反应和合成方法进行合成设计。
主要包括各类有机化合物通用合成方法,功能基形成、转换,保护合成反应单元。
对于有明显类型结构特点以及功能基特点化合物,可采用此种方法进行设计。
◆分子对称法—有许多具有分子对称性药物可用分子中相同两个部分进行合成。
◆追溯求源法—从药物分子化学结构出发,将其化学合成过程一步一步地逆向推导进行追溯寻源方法,也称倒推法。
首先从药物合成最后一个结合点考虑它前驱物质是什么和用什么反应得到,如此继续追溯求源直到最后是可能化工原料、中间体和其它易得天然化合物为止。
药物分子中具有C-N,C—S,C—O等碳杂键部位,是该分子拆键部位,即其合成时连接部位。
◆模拟类推法—对化学结构复杂药物即合成路线不明显各种化学结构只好揣测。
通过文献调研,改进他人尚不完善概念来进行药物工艺路线设计。
可模拟类似化合物合成方法。
故也称文献归纳法。
必需和已有方法对比,并注意对比类似化学结构、化学活性差异。
五、全合成、半合成;(名词解释)
◆全合成-化学合成药物一般由结构比较简单化工原料经过一系列化学合成和物理处理过程制得。
◆半合成—由已知具有一定基本结构天然产物经化学改造和物理处理过程制得。
六、衡量生产技术高低尺度;
药物生产工艺路线技术先进性和经济合理性,是衡量生产技术高低尺度。
七、进行药物化学结构整体及部位剖析要点;
在设计药物合成路线时,首先应从剖析药物化学结构入手,然后根据其结构特点,采取相应设计方法。
◆对药物化学结构进行整体及部位剖析时,应首先分清主环和侧链,基本骨架和功能基团,进而弄清这功能基以何种方式和位置同主环或基本骨架连接。
◆研究分子中各部分结合情况,找出易拆键部位。
键易拆部位也就是设计合成路线时连接点以及和杂原子或极性功能基连接部位。
◆考虑基本骨架组合方式,形成方法;
◆功能基引入、变换、消除和保护;
◆手性药物,需考虑手性拆分或不对称合成等。
八、外消旋体一般性质;
在化学药物合成中,若在完全没有手征性因素存在分子中,则所得产物(或中间体)是由等量左旋体(-)和右旋体(+)组成外消旋体。
分为混合物、化合物、固溶体三类。
在晶态情况下,对映体分子之间晶间力相互作用有明显差异。
(+)分子对(+)分子关系、(-)分子对(-)分子关系、(-)分子对(+)分子关系
◆外消旋混合物:
当各个对映体分子在晶体中对其相同种类分子具有较大亲和力时,那么只要有一个(+)-分子进行结晶,则将只有(+)-分子在上面增长。
(-)-分子情况相似。
◆外消旋化合物:
当一个对映体分子对其相反对映体分子比对其相同种类分子具有较大亲和力时,相反对映体即将在晶体晶胞中配对,而形成在计量学意义上真正化合物。
◆外消旋固体溶液:
在某些情况下,当一个外消旋体相同构型分子之间和相反构型分子之间亲和力相差很小时,则此外消旋体所形成固体,其分子排列是混乱。
于是得到是外消旋固体溶液。
外消旋固体溶液和两个对映体在许多方面性质都是相同。
区分方法:
加入纯对映体
1)熔点上升,则为外消旋混合物;
2)熔点下降,则为外消旋化合物;
3)熔点没有变化,作为外消旋固体溶液.
v外消旋混合物为各自独立存在对映体,故可以利用对映体溶解度差异采取诱导结晶拆分法。
v而外消旋化合物和外消旋固体溶液则为完全相同一种晶体;因此对这两类消旋体,需要采取先形成非对映异构体,再进行拆分。
九、不对称合成:
系指手征性分子或前手征性分子在形成新手征性中心反应过程中,占优势地生成某一立体构型产物,而其非对映异构体生成量却很少。
第三章药物工艺路线评价和选择
十、药物合成工艺路线装配方式:
“直线方式”和“汇聚方式”(常用)
十一、理想药物工艺路线;
1 化学合成途径简洁,即原辅材料转化为药物路线要简短;
2 所需原辅材料品种少且易得,并有足够数量供应;
3 中间体容易提纯,质量符合要求,最好是多步反应连续操作;
4 反应在易于控制条件下进行,如安全、无毒;
5 设备条件要求不苛刻;
6 “三废”少且易于治理;
7 操作简便,经分离、纯化易达到药用标准;
8 收率最佳、成本最低、经济效益最好。
十二、相转移催化反应、常用相转移催化剂,影响相转移催化因素;
相转移催化(PTC),它是有机合成中最引人瞩目新技术。
在水-有机相两相反应中加入相转移催化剂,作用是使一种反应物由一相转移到另一相参加反应,促使一个可溶于有机溶剂底物和一个不溶于此溶剂离子型试剂两者之间发生反应。
常用相转移催化剂可分为鎓盐类(由中心原子、中心原子上取代基和负离子三部分组成,中心原子一般为P、N、As、S等原子。
适用于液-液和固-液体系,价廉、无毒。
常用有TEBAC三乙基卞基氯化铵、TOMAC三辛基甲基氯化铵、四丁基硫酸氢铵)、冠醚类及非环多醚类三大类。
影响相转移催化反应主要因素有:
催化剂、搅拌速度、溶剂和水含量等
1.催化剂
1)分子量比较大鎓盐比分子量小鎓盐具有较好催化效果。
2)具有一个长碳链季铵盐,其碳链愈长,效果愈好。
3)对称季铵离子比具有一个碳链季铵离子催化效果好,例如四丁基铵离子比三甲基十六烷基铵离子催化效果好。
4)季磷盐催化性能稍高于季铵盐,季磷盐热稳定性也比相应铵盐高。
5)含有芳基地铵盐不如烷基铵盐催化效果好。
常用有TEBAC三乙基卞基氯化铵
TOMAC三辛基甲基氯化铵
2.搅拌速度
3.溶剂
在固液相转移催化过程中,最常用溶剂是苯、二氯甲烷、氯仿以及乙腈等。
乙腈可以成功用于固液相系统,却不能用于液液系统,因为它和水互溶。
在液液相转移系统中,即反应物为液体时,常用该液体作为有机相使用。
原则上许多有机溶剂都可以用,但是溶剂和水不互溶,以确保离子对不发生水合作用,即溶剂化。
十三、相转移催化反应历程;
季铵盐在两相反应中作用,是使水相中负离子(Y-)和季铵盐正离子(Q+)结合生成离子对[Q+Y-],并有水相转移到有机相,在有机相中极迅速地和卤代烃作用生成RY和[Q+X-],新形成[Q+X-]回到水相,再和负离子Y-结合成离子对后转到有机相。
由于通常应用高亲脂性催化剂,这样Q+在水相不以明显得浓度存在。
如Q+保留在有机相,而只是负离子通过界面进行交换,如下列更为简单历程。
十四、药物结构剖析方法。
同进行药物化学结构整体及部位剖析要点;
第四章药物工艺研究和优化
十五、影响药物合成反应7个因素;
◆反应物浓度和配料比:
参和反应各物料相互间物质量比例称为配料比。
通常物料以摩尔为单位,则称为投料摩尔比。
生产上常使用重量为物料数量单位,其比例称为重量比。
◆溶剂:
化学反应介质、传热介质
◆催化:
酸碱催化、金属催化、相转移催化、酶催化等,加速化学反应、缩短生产周期、提高产品纯度和收率。
◆传热:
药物合成工艺研究需要考察反应时温度对反应影响,选择合适温度范围。
◆反应时间及反应终点监控:
适时地控制反应终点,可以确定反应时间
◆纯化技术:
蒸馏、过滤、萃取、重结晶、吸附、膜分离等。
◆中间体质量控制方法:
所有中间体都必须制定相应质量控制项目,并建立有效质量分析方法。
十六、溶剂化作用及其对反应影响;
正是由于离子或极性分子处于极性溶剂中时,在溶质和溶剂分子之间,能发生溶剂化作用。
在溶剂化过程中,物质放出热量而降低位能。
溶剂化(水化),指每一个溶解分子或离子,被一层溶剂分子疏密程度不同地包围着。
由于溶质离子对溶剂分子施加特别强力,溶剂层形成是溶质离子和溶剂分子间作用力结果。
如果反应过渡状态(活化络合物)比反应物更容易发生溶剂化。
随着反应物或活化络合物位能下降(ΔH),反应活化能也降低,故反应加速,溶剂极性越大,对反应越有利。
反之,如果反应物更容易发生溶剂化,则反应物位能降低(ΔH),相当于活化能增高,于是反应速度降低。
十七、催化剂定义及其作用形式;
某一种物质在化学反应系统中能改变化学反应速度,而本身在化学反应前后化学性质没有变化,这种物质称之为催化剂。
正催化、负催化、自动催化
作用机理1)催化剂能降低反应活化能,增大反应速度。
2)催化剂具有特殊选择性。
十八、影响催化剂活性因素;
◆温度:
温度对催化剂活性影响很大,温度太低时,催化剂活性小,反应速度很慢,随着温度上升,反应速度逐渐增大,但达到最大反应速度后,又开始降低。
绝大多数催化剂都有活性温度范围。
◆助催化剂:
在制备催化剂时,往往加入少量物质(<10%),这种物质对反应活性很小,但却能显著提高催化剂活性、稳定性或选择性。
◆载体(担体):
常把催化剂负载在某种惰性物质上,这种物质称为载体。
常用载体活性碳、硅藻土等。
使用载体可以使催化剂分散,从而使有效面积增大,既可以提高其活性,又可以节约其用量。
同时还可以增加催化剂机械强度,防止其活性组分在高温下发生熔结现象,影响催化剂使用寿命。
◆毒化剂:
对于催化剂活性有抑制作用物质,叫做毒化剂或催化抑制剂。
有些催化剂对毒物非常敏感,微量毒化剂即可以使催化剂活性减少甚至消失。
十九、基元反应及非基元反应;
◆基元反应—凡反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子反应。
◆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反应。
二十、重结晶溶剂选择策略;
◆在选择精制溶剂时,应通盘考虑溶解度、溶解杂质能力、脱色力、安全、供应情况和价格、溶剂回收难易和回收费用等因素。
◆理想精制用溶剂应是,室温下中间体、成品仅微溶,而在该溶剂沸点附近有较高溶解度。
该溶剂在室温或加热过程中对杂质溶解度一定要高于中间体或成品,而且这种溶解度差异越大越好。
注意:
1.不能选用沸点比待结晶物质熔点还高溶剂
2.溶剂挥发性:
低沸点溶剂
◆“相似相溶”规律—溶质极性大,就需要极性大溶剂才能使它溶解。
溶质极性小,则需要用低极性或非极性溶剂才能使之溶解。
◆重结晶溶剂选择还必须和产品晶型结合。
对多晶型药物重结晶溶剂选择必须结合药理药效及制剂生产实际,通过实验研究加以确定。
二十一、“相似相溶”规律
溶质极性大,就需要极性大溶剂才能使它溶解。
溶质极性小,则需要用低极性或非极性溶剂才能使之溶解。
第五章化学制药工艺放大
二十二、制药工艺放大基本方法有哪些?
逐级经验放大法、相似放大法和数学模拟放大法。
◆逐级经验放大法—主要凭借经验通过逐级放大(试验装置、中间装置、中型装置、大型装置)来摸索反应器特征。
在合成药物工艺研究中,中试放大主要采用经验放大法,也是化工研究中主要方法。
◆相似放大法—主要应用相似理论进行放大。
使用于物理过程,有一定局限性。
(非线性)
◆数学模拟放大法—应用计算机技术放大法,它是今后发展主要方向。
(数字工厂)
二十三、物料衡算及其基准;
物料衡算—是研究某一个体系内进、出物料及组成变化,即物料平衡。
所谓体系就是物料衡算范围,可以是一个设备或多个设备,可以是一个单元操作或整个化工过程。
物料衡算理论基础为质量守恒定律:
进入体系物料量-流出体系物料量=体系中转化量
通常采用基准有:
◆以每批操作为基础,适用于间歇操作设备、标准或定型设备物料衡算,化学制药产品生产间歇操作居多。
◆以单位时间为基准,适用于连续操作设备物料衡算。
◆以每公斤产品为基准,以确定原辅材料消耗定额。
二十四、放大实验中常见问题。
◆原辅材料规格
应将某些工业规格原辅材料所含杂质和试剂相应指标进行对比,并通过对比实验对反应收率和产品质量影响,制定合理原辅材料规格标准,规定主要杂质允许限度。
◆设备材质和腐蚀试验
◆反应条件限度试验
◆原辅材料、中间体及新产品质量分析方法研究
◆反应后处理方法研究
一般说来,反应后处理是指从化学反应结束直到取得本步反应产物整个过程。
第六章化学制药厂三废防治
二十五、化学需氧量、生化需氧量;
◆生化需氧量(BOD)—是指在一定条件下微生物分解水中有机物时所需氧量。
常用BOD5,即5日生化需氧量,表示在20℃下培养5日,1L水中溶解氧减少量。
单位mg/L。
◆化学需氧量(COD)—是指在一定条件下用强氧化剂(K2Cr2O7KMnO4)使污染物氧化所消耗氧量。
COD和BOD之差,表示未能被微生物降解污染物含量。
二十六、活性污泥性能指标;
◆污泥浓度—是指1L混合液中所含悬浮固体(MISS)或挥发性悬浮固体(MLVSS)量。
◆污泥沉降比(SV)—是指一定量曝气混合液静置半小时后,沉降污泥和原混合液体积百分比。
◆污泥容积指数(SVI)—是指一定量曝气混合液静置半小时后,1g干污泥所占有沉淀污泥体积。
◆BOD负荷
二十七、防止“三废”主要措施。
生产工艺绿色化
要尽量采用污染少甚至没有污染生产工艺
积极进行综合利用,变废为宝。
一、采用新工艺
使污染物从源头上被消除,不走先污染后治理路,我们需要不断革新工艺,尽量少排放污染物。
(一)设计新生产工艺
1.更换原辅材料
1)以无毒、低毒原辅材料代替有毒、剧毒原辅材料,降低或消除三废毒性。
2)提高三废综合利用价值,使副产物成为使用价值更高化工产品。
3)减少三废种类和数量,以便减轻处理系统负担。
2.简化合成步骤
重新设计生产工艺时,应尽量简化合成步骤,减少污染物种类和数量,从而减轻处理系统负担。
如间接电氧化法制备苯甲醛。
(二)改进操作方法:
如安乃近生产中酸水解反应
(三)优化工艺条件:
如氯硝柳胺乙酰苯胺硝化反应
(四)采用新技术(立体定向合成,固相酶技术、相转移催化反应等)
(五)调整化学反应先后次序:
如对氯苯氧乙酸制备
二、循环套用
反应母液循环套用或经过适当处理后套用。
如氯霉素合成中乙酰化反应
三、综合利用和资源化
将产生“三废”变成我们能够利用资源,能大大减少治污成本,还能提高企业经济效益。
四、改进生产设备并加强设备管理
采用能实现连续化生产设备代替人工操作间歇式设备
避免“跑、冒、滴、漏”现象
二十八、废水处理级数;
◆一级处理—主要是预处理,用物理方法或简单化学方法除去废水中漂浮物、泥沙、油类或胶态物质,以及调整废水pH值等。
◆二级处理—主要指生物处理,适用于处理各种有机污染废水。
生化法包括好氧法和厌氧法。
经生物法处理后,废水中可被微生物分解有机物一般可去除90%左右,固体悬浮物可去除90%-95%。
二级处理能大大改善水质,处理后污水一般能达到排放要求。
◆三级处理—又称深度处理,只是有特殊要求时才使用。
包括过滤、活性炭吸附、臭氧氧化、离子交换、电渗析等。
二十九、废水生物处理法基本原理。
◆好氧生物处理是在有氧情况下,利用好氧微生物作用将废水中有机物分解为CO2和H2O,并释放出能量代谢过程。
◆厌氧生物处理是在无氧条件下,主要依靠水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌这三大类细菌联合作用来完成。
第八章前处理工艺
三十、中药净制定义,作用;
净制是中药炮制第一道工序,是将原药材加工成净药材处理过程。
主要解决药物纯净度问题,如选取特定药用部位,除去非药用部分和其他杂质。
中药净制作用:
(1)使药材达到一定净度标准,保证用药剂量准确。
(2)便于进行切制和炮制。
三十一、药用部位:
是指植物体中有效成分含量较高、药用效果较强某一完整或其中一部分植物器官。
第九章提取工艺
三十二、中药有效成分相关提取原理;
作为中药材有效成分,大多数都存在细胞原生质中。
在中药有效成分提取过程中,一个关键问题是如何将有效成分从细胞壁一侧原生质中转移到另一侧提取溶剂之中。
三十三、提取分离过程:
浸润、溶解、扩散3个过程
三十四、渗漉法:
是往药材粗粉中连续不断添加浸取溶剂使其渗过药粉,下端出口连续流出浸出液一种浸取方法。
三十五、水提醇沉法和醇提水沉法;
◆水提醇沉法:
是以水浸出法提取中药有效成分,再以乙醇沉淀去除杂质方法。
水提醇沉法可除去大部分蛋白质、精化淀粉、黏液质、油脂、脂溶性色素、树脂等杂质。
◆醇提水沉法:
先用乙醇提可减少黏液质、淀粉、蛋白质等杂质浸出,故对这类杂质较多药材较为适宜。
三十六、水蒸气蒸馏法原理。
将蒸汽直接通入,使被分离物质能在远低于其正常沸点温度下沸腾,生成蒸汽和水蒸气一同逸出,经过冷凝后一般分成水油两层,可用澄清或离心分离法将水除去而得到产品。
包括水中蒸馏法、水上蒸馏法、水气蒸馏法。
只适用于具有挥发性、能随水蒸气镏出而不被破坏、和水不发生反应且难溶或不溶于水成分提取。
第十章分离纯化工艺
三十七、吸附过程原理,及其分类;
吸附过程是指多孔固体吸附剂和流动相接触,流动相中一种或多种溶质向固体颗粒表面选择性传递,被吸附和积累于吸附剂微孔表面过程。
相应逆向操作称解吸过程。
分类
◆变温吸附-利用温度变化实现吸附和解吸附再生循环操作。
◆变压吸附-利用压力变化完成循环操作。
◆变浓度吸附-液体混合物中某些组分在环境条件下选择性吸附,然后用少量强吸附性液体解吸再生。
用于液体混合物主体分离。
三十八、大孔吸附树脂分离纯化工艺操作:
预处理、上样、洗脱、再生
三十九、吸附过程影响因素;
(1)树脂本身化学结构影响
(2)溶剂影响
(3)被吸附化合物结构影响
(4)上样溶液pH值
(5)洗脱液选择
四十、大孔吸附树脂吸附和分离中药原理;
◆大孔吸附树脂是一类不含离子交换基团交联聚合物,由于范德华力或氢键作用具有吸附性,又因具有网状结构和很高比表面积,而有筛选性能。
◆大孔吸附树脂对中药化学成分如生物碱、黄酮、皂苷及其他一些苷类成分都有一定吸附作用。
对糖类吸附能力很差,对色素吸附能力较强。
四十一、膜分离技术在中药制剂中用途;
◆药液澄清:
除去微粒、细菌、大分子杂质等,或脱色。
◆分离纯化:
提取有效成分、有效部位。
◆药液浓缩:
除去药液中水分子或小分子,尤其适用于含有热敏成分药液浓缩。
◆有机溶剂回收:
使萃取或其他分离过程所使用有机溶剂能够循环利用,节约资源,保护环境。
四十二、超临界流体定义,特性;
超临界流体(SF或SCF)是指超临界温度和临界压力状态下高密度流体。
具有气体和液体双重特性,其黏度和气体相似,但扩散系数比液体大得多,其密度和液体相近。
四十三、超临界CO2萃取工艺过程。
详见书257页
等温法、等压法、吸附法
第十一、十二章浓缩工艺、干燥工艺
四十四、浓缩过程原理及特点;
浓缩是将溶液通过加热使其沸腾,液体在沸腾过程中,其中水分或其他具有挥发性溶剂部分达到汽化状态并被不断移除,而溶质是其中不挥发性部分,在此过程中保持不变状态,从而达到了提高溶液浓度目,浓缩过程实质就是浓缩溶液(或回收溶剂)传热操作。
特点
◆浓缩液沸点升高
◆浓缩液理化性质改变
◆浓缩过程中结垢现象
◆能量循环使用
四十五、浓缩过程必须具备两个基本条件;
1、浓缩过程中应不断地向溶液供给热能使溶液沸腾。
2、要不断地排除浓缩过程中所产生溶剂蒸汽。
四十六、薄膜浓缩工艺;
薄膜浓缩是利用液体形成薄膜而蒸发,具有极大表面,热传播快而均匀,能较好地避免药物过热现象,总受热时间也有所缩短,所以膜式蒸发器适用于蒸发处理热敏性物料。
四十七、单效浓缩及多效浓缩;
一般浓缩过程中直接用作加热蒸汽叫一次蒸汽,而把从溶液中汽化出来蒸汽叫做二次蒸汽。
单效浓缩:
蒸发时产生二次蒸汽直接冷凝不再循环蒸发过程。
多效浓缩:
将产生二次蒸汽再循环利用,用作另一蒸发器加热蒸汽蒸发过程。
四十八、按照热能传递给湿物料干燥方式分类。
◆对流干燥:
干燥过程中必须有载热体存在。
干燥介质通常为热空气,温度易于调节,但热能利用程度较差。
◆传导干燥:
载热体通常为加热蒸汽,热能利用程度较高。
◆辐射干燥:
热能以电磁波形式由辐射器发射至湿物料表面并被其吸收而转变为热能,使水分加热汽化而达到干燥目。
◆介电加热干燥:
是将需干燥物料置于高频电场内,由高频电场交变作用使物料分子频繁地发生取向运动,获得热量而达到干燥目。