奥拉西坦生产工艺的研究资料及文献资料.docx
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奥拉西坦生产工艺的研究资料及文献资料
一、奥拉西坦基本性状资料
二、合成工艺路线的选择
三、工艺流程图
四、详细操作
4.1中间体3-羟基-2-吡咯烷酮合成
4.2中间体2-（4-羟基吡咯烷-2-酮-1-基）乙酸乙酯合成
4.3奥拉西坦的合成
4.4产品质量控制过程
4.5多批次小试试验结果
4.6工艺验证
五、奥拉西坦中间体质量标准及控制方法
六、三废处理原则及具体处理方案
6.1处理原则
6.2处理原则图
6.3具体处理方案
七、试剂和中间体来源
奥拉西坦生产工艺的研究资料及文献资料
一、奥拉西坦基本资料
【中文名称】奥拉西坦
【英文名称】Oxiracetam
【中文化学名称】2-（4-羟基吡咯烷-2-酮-1-基）乙酰胺
【英文化学名称】4-Hydroxy-2-oxo-pyrrolidineacetamide
【结构式】
【化学式】C6H10N2O3
【分子量】158.16
【CAS号】62613-82-5
二、合成工艺路线的选择
根据有关文献报道，奥拉西坦基本上都由2-（4-羟基吡咯烷-2-酮-1-基）乙酸乙酯经氨解反应而得到奥拉西坦。
主要路线如下:
1、亚胺二乙酸乙酯与乙氧羰基乙酰氯反应，经缩合、脱羧、还原和氨解得到奥拉西坦[1][2]。
2、4-氯-3-羟基丁酸酯与甘氨酰胺反应得到奥拉西坦[3][4]，收率70%。
3、4-氯-3-羟基-丁酸酯和甘氨羧酸酯反应，得到3-羟基-2-酮-1-乙酸酯，最后得到奥拉西坦，【6】【7】收率50%。
4、4-氯-3-羟基-丁酸酯或3，4-环氧丁酸酯与氨基乙腈反应，然后水解氨解得到奥拉西坦【8】。
5、双烯酮氯化为氯乙酰乙酰氯，与甘氨酰胺或甘氨酸酯反应得到氯乙酰乙酰甘氨酰胺或甘氨酸酯，然后硼氢化钠还原，环合得到奥拉西坦【9】【10】。
6、4-氨基-3-羟基丁酸和二（三甲基硅烷）胺反应，对羟基进行保护，然后环合，与溴乙酸乙酯反应，水解，氨解得到奥拉西坦【11】【12】。
7、4-氯-3-甲氧基-丁烯酸甲酯和甘氨酸反应，得到4-甲氧基-吡咯啉-2-酮-1-乙酸，然后水解得到2，4-二酮吡咯-1-乙酸，铷炭还原得到4-羟基-吡咯-2-酮-1-乙酸，与乙醇成酯，氨解得到奥拉西坦【14】【15】。
8、2,2,甲基-咪唑-4-酮和3，4-环氧丁酸甲酯反应得到奥拉西坦【18】。
参考以上各专利路线：
奥拉西坦的精制方法，将奥拉西坦从含混合溶液以及活性炭脱色后析出，通过该方法能有效的改变产品颜色，同时也能够有效的除去杂质，得到高纯度的产品。
考虑到合成过程中的能耗、污染、反应温和操作简洁等，我们选择工艺路线如下：
A.选择4-氯乙酰乙酰乙酯还原得到4-氯-3-羟基丁酸乙酯与甘氨酰胺反应得到奥拉西坦。
向2000ml反应瓶中加入无水乙醇1000ml，4-氯乙酰乙酸乙酯168g（1mol，纯度98%），将此混合物边搅拌边加热至30～40℃，分批加入硼氢化钾13g（0.25mol），并保温搅拌6小时，板层分析，蒸除乙醇，蒸馏得到4-氯-3-羟基丁酸乙酯150g，收率90%。
在1500ml反应瓶中加入1000ml乙醇，111g（1mol）甘氨酰胺盐酸盐和106g（1mol）碳酸钠和167g（1mol）4-氯-3-羟基丁酸乙酯搅拌回流24小时，板层分析，得到110g奥拉西坦，收率70%。
B.选择4-氯乙酰乙酸乙酯与硼氢化钠反应，得到4-氯-3-羟基丁酸乙酯，与叠氮钠反应得到4-氨基-3-羟基丁酸乙酯，然后环合得到3-羟基吡咯-2-酮，与氯乙酸乙酯反应得到3-羟基吡咯-2-酮-1-乙酸乙酯，氨解得到奥拉西坦。
向20000ml反应瓶中加入无水乙醇10000ml，4-氯乙酰乙酸甲酯1520g（10mol，纯度98%），将此混合物边搅拌边加热至30～40℃，分批加入硼氢化钾130g（2.5mol），并保温搅拌10小时，板层分析，蒸除乙醇，蒸馏得到4-氯-3-羟基丁酸甲酯1360g，收率90%。
向10000ml反应瓶中投入4-氯-3-羟基丁酸甲酯500g（3.3mol）和甲基异丁基酮（4000ml）搅拌混合，投入叠氮钠230g（3.6mol）和DMAP40.3g（3.3mol），混合物回流搅拌11小时，冷却过滤除去盐，蒸除溶剂，乙酸乙酯萃取，干燥，蒸除结晶得到4-叠氮3-羟基丁酸甲酯530g，收率100%。
以上粗品溶解在甲醇（2500ml）中，5%钯炭（25g）加入，室温常压通入氢气搅拌5小时，过滤除去钯炭，蒸馏除去溶剂，产品在丙酮-水重结晶得到白色结晶3-羟基-吡咯-2-酮230g（收率70%）。
向反应瓶中加入乙腈5000ml，和3-羟基-吡咯-2-酮520g（5mol），乙醇钠350g（5mol），搅拌升温70℃反应24小时，直到溶解。
将550g（5mol）氯乙酸乙酯的乙腈溶液慢慢滴加到上述反应液中，同样温度反应5小时，冷却去渣，蒸馏除去溶剂，减压蒸馏得到产品600g,收率70%，沸点180℃／1mmHg。
1.4kg（7.3mol）3-羟基-吡咯-2-酮-1-乙酸乙酯溶解在10000ml甲醇中，用液氨0℃饱和，室温保持1小时，析出白色固体，过滤，用少量甲醇洗涤，干燥得到720g白色粉末，收率65%，熔点：
165～168℃，甲醇中重结晶得到白色结晶，熔点165～167℃，纯度99.4%。
三、工艺流程图（见下图）
奥拉西坦合成工艺框图
四、详细操作
4.1中间体13-羟基-吡咯-2-酮的合成
4.1.1投料配比（见表8-1）
表8-1
物料名称
摩尔质量
投料量
投料量（mol）
摩尔比
4-氯-3-羟基丁酸甲酯
152
500g
3.3
1
甲基异丁基酮
4000ml
叠氮钠
65
230g
3.5
1.06
DMAP
122
40.3g
0.33
0.1
甲醇
2500ml
5%钯炭
25g
4.2.2操作过程
向10L反应瓶中投入4-氯-3-羟基丁酸甲酯500g（3.3mol）和甲基酮（4000ml）搅拌混合，投入钠230g（3.5mol）和DMAP40.3g（3.3mol），混合物回流搅拌11小时，冷却过滤除去盐，蒸除溶剂，乙酸乙酯萃取，干燥，蒸除结晶得到4-叠氮3-羟基丁酸甲酯。
以上粗品溶解在甲醇（2500ml）中，5%钯炭（25g）加入，室温常压通入氢气搅拌5小时，过滤除去钯炭，蒸馏除去溶剂，产品在丙酮-水重结晶得到白色结晶3-羟基-吡咯-2-酮230g。
收率为70%。
【反应终点确定】TLC监测（硅胶GF254薄层板，展开剂石油醚：
乙酸乙酯＝30：
70）
4.2中间体22-（4-羟基吡咯烷-2-酮-1-基）乙酸乙酯的合成
4.2.1投料配比（见表8-2）
表8-2
物料名称
摩尔质量
投料量（g）
投料量（mol）
摩尔比
中间体1
101
520g
5
1
乙腈
5000ml
氯乙酸乙酯
122
610g
5
1
4.2.2操作过程
向反应瓶中加入乙腈5000ml，和3-羟基-吡咯-2-酮520g（5mol），乙醇钠350g（5mol），搅拌升温70℃反应24小时，直到溶解。
将610g（5mol）氯乙酸乙酯的乙腈溶液慢慢滴加到上述反应液中，同样温度反应5小时，冷却去渣，蒸馏除去溶剂，减压蒸馏得到产品600g,收率70%，沸点180℃／1mmHg。
纯度为98.2％
【反应终点确定】TLC监测（硅胶GF254薄层板，展开剂石油醚：
乙酸乙酯＝30：
70）
4.2.3【质控标准】
【纯度检查】HPLC检测，用氰基键合硅胶为填充剂，以乙腈：
水（6：
94）为流动相，检测波长214nm。
测定法：
取中间体用流动相溶解制成1ml约含20mg的溶液，摇匀，作为供试品溶液，精密量取供试品溶液l，注入液相色谱仪，记录色谱图，按面积归一化法计算，峰面积不得少于90%
4.5多批次小试试验结果具体数据整理如下，见表8-4。
表8-4小试结果汇总表
反应步骤
批次
投料量（g）
产出（g）
单步收率（%）
单步平均收率（%）
质量
第一步
06120601
3500
1615
70.24
71.26
合格
06122601
3500
1655
72.00
合格
07010501
3500
1640
71.54
合格
第二步
06121101
1210
1450
71.32
71.35
合格
06122801
1300
1560
72.05
合格
06122802
1040
1230
70.46
合格
07011101
1130
1340
71.56
合格
第三步
07030601
1400
720
65.20
65.36
合格
07040501
1500
770
64.65
合格
07040602
2500
1300
66.23
合格
4.6工艺验证
按照有关文件要求，我们对奥拉西坦的合成工艺进行工艺验证，以验证车间生产系统，按照该生产工艺规程是否能确实如一的生产出符合质量标准规定的产品。
奥拉西坦生产进行连续三批的工艺验证，工艺验证涉及主要工序表8-5
表8-5奥拉西坦原料药合成工艺验证工序及结果
工序
质量控制点
控制项目
控制指标
检验方法
结果
中间体1制备
中间体
温度
回流
温度计
符合规定
反应I
时间
≥10h
计时器
符合规定
通氢气
温度
室温
温度计
符合规定
压力
压力
压力表
符合规定
中间体2制备
中间体
温度
≤80℃
温度计
符合规定
反应II
时间
≥20h
计时器
符合规定
滴加氯乙酸乙酯
温度
≤80℃
温度计
符合规定
反应
温度
≤80℃
温度计
符合规定
反应
时间
≥5h
计时器
符合规定
成品制备
反应
温度
≤5℃
温度计
符合规定
反应
时间
≥1h
计时器
符合规定
加热回流
温度
60～85℃
温度计
符合规定
干燥
温度
50～60℃
温度计
符合规定
压力
≤0.08MPa
真空表
符合规定
奥拉西坦原料药经过连续三批工艺验证，工艺过程可控、有效及稳定。
三批样品的投料量、收率及质量见表8-5。
表8-5工艺验证三批样品数据汇总表
反应步骤
批次
投料量
产出
单步收率
单步平均收率
质量
1
1
4500
2112
72.86
72.71
合格
2
4500
2076
71.63
合格
3
4500
2134
73.63
合格
2
1
2000
2460
72.05
72.17%
合格
2
2000
2454
72.17
合格
3
2000
2470
72.29
合格
3
1
2400
1248
63.58
64.35%
合格
2
2400
1256
63.98
合格
3
2400
1286
65.51
合格
总收率
1
33.37%
33.76%
—
2
33.07%
3
34.86%
五、奥拉西坦中间体质量标准及控制方法
中间体1：
中间体4-羟基-2-（吡咯烷-2-酮-1-基）的制备
质量标准：
1.性状：
白色结晶；
2.纯度检查：
HPLC检测，用氰基键合硅胶为填充剂，以乙腈：
水（6：
94）为流动相，检测波长214nm。
测定法：
取中间体用流动相溶解制成1ml约含20mg的溶液，摇匀，作为供试品溶液，精密量取供试品溶液l，注入液相色谱仪，记录色谱图，按面积归一化法计算，峰面积不得少于90%
中间体2：
1-（4-羟基吡咯烷-2-酮-1-基）乙酸乙酯的制备
质量标准：
1.性状：
油状液体；
2.纯度检查：
HPLC检测，用氰基键合硅胶为填充剂，以乙腈：
水（6：
94）为流动相，检测波长214nm。
测定法：
取中间体用流动相溶解制成1ml约含20mg的溶液，摇匀，作为供试品溶液，精密量取供试品溶液l，注入液相色谱仪，记录色谱图，按面积归一化法计算，峰面积不得少于90%。
六、三废处理原则及具体处理方案
6.1处理原则
（1）甲醇、乙腈、甲基异丁基酮等有机溶剂和钯炭回收后循环使用；
（2）活性碳和回收溶剂后的少量残留集中焚烧，无水硫酸钠干燥剂掩埋；
（3）无机废水主要通过调节pH值后，集中处理；
（4）废气主要是氨气，水吸收后用酸液中和。
6.2处理原则图
6.3具体处理方案
（1）在合成中间体中有机溶剂主要有甲醇、乙腈、甲基异丁基酮，可以通过回收重复利用，残渣集中焚烧处理；无机残杂主要是干燥剂硫酸钠，无机废水主要为氢氧化钠、氯化钠溶液，通过中和达到中性。
（2）在合成终产品奥拉西坦过程中，有机溶剂主要为甲醇，可以通过回收重复利用；无机残杂主要是活性碳，可以采用掩埋的方式处理。
（3）在合成奥拉西坦过程中，没有机溶剂残留；无机残杂主要是氯化钠，硫酸钠，硫酸液，水稀释后，通过中和达到中性；废气主要为氨气，用酸水吸收后，通过中和达到中性。
七、试剂和中间体来源见表8-6
表8-6
名称
来源
级别
氯乙酰乙酸乙酯
上海海曲化工有限公司
工业级
硼氢化钠
上海国药化试
工业级
乙醇
上海国药化试
工业级
甲基异丁基酮
上海国药化试
工业级
DMAP
上海国药化试
工业级
醇
上海国药化试
工业级
5%钯炭
上海国药化试
工业级
乙腈
上海国药化试
工业级
钠
上海国药化试
工业级
氯乙酸乙酯
上海国药化试
工业级
活性炭
上海国药化试
药用级
液氨
上海国药化试
工业级
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