制药工艺学试题与习题答案.docx

1、制药工艺学试题与习题答案化学制药工艺学第一次作业一、名词解释1 、工艺路线 :一个化学合成药物往往可通过多种不同的合成途径制备， 通常将具有工业生产价值的合成途 径称为该药物的工艺路线。2、邻位效应： 指苯环内相邻取代基之间的相互作用， 使基团的活性和分子的物理化学性能发生显著变化的 一种效应。3、全合成： 以化学结构简单的化工产品为起始原料， 经过一系列化学反应和物理处理过程制得化学合成 药物，这种途径被称为全合成。4、半合成： 由具有一定基本结构的天然产物经化学结构改造和物理处理过程制得化学合成药物的途径。5 、临时基团：为定位、活化等目的， 先引入一个基团， 在达到目的后再通过化学反应将

2、这个基团予以除去， 该基团为临时基团。6、类型合成法： 指利用常见的典型有机化学反应与合成方法进行合成路线设计的方法。7 、分子对称合成法：由两个相同的分子经化学合成反应， 或在同一步反应中将分子相同的部分同时构建起来， 制 得具有分子对称性的化合物，称为分子对称合成法。8、文献归纳合成法：即模拟类推法， 指从初步的设想开始， 通过文献调研， 改进他人尚不完善的概念和方法来进 行药物工艺路线设计。二、问答题1、你认为新工艺的研究着眼点应从哪几个方面考虑？ 答：1)工艺路线的简便性，2)生产成本因素，3)操作简便性和劳动安全的考虑，4)环境保护的考虑，5)设备利用率的考虑等。2、化学制药工艺学研

3、究的主要内容是什么？答：一方面， 为创新药物积极研究和开发易于组织生产、 成本低廉、 操作安全和环境友好的 生产工艺；另一方面，要为已投产的药物不断改进工艺，特别是产量大、应用面广的品种。 研究和开发更先进的新技术路线和生产工艺。3、你能设计几种方法合成二苯甲醇？哪种路线好？答：（1）OH反应（1）发生格氏反应，条件比较苛刻。反应（ 3）一步引入3个氯原子，反应温度较高,反应时间较长，有未反应的氯气逸出，不易吸收完全，存在环境污染和设备腐蚀等问题。反 应（4 ）金属钠参与反应，成本比较高。综合来看，反应（ 2 ）是最合适的路线，不仅工艺路线短，而且原辅材料易得，反应条件温和，各步反应产率较高，

4、成本也比较低，无氯化反 应的缺点。4、合成黄连素的工艺路线是什么？有什么特点？答：CHOI OCHHClOHC-CHO/HCOOH催化剂JOCH特点：借鉴巴马汀的全合成方法，是我国自己发展起来的合成路线。5、怎样理解在碱性条件下苯酚、丙酮、氯仿缩合制备苯氧异丁酸？（反应机理）答：（1 ） 丙酮先烯醇化；（2） 与酚脱水；（3） 再与氯仿加成；（4） 三个氯原子水解为羧基。CH3COCH 3 CH 3COH=CH 2CH3COCH3OH CPhOH 丫2. CHCI3CCI3base6、怎样理解下述反应过程？（反应机理）I KOM?. HC HO, 4i IKL答：（1 ） 1在氢氧化钾水解的同

5、时形成碳负离子；（2 ）继续甲醛发生羟醛缩合（羟甲基反应）引入羟甲基;（3 ）再与二甲胺缩合脱水；（4 ）在酸性条件下脱羧、成盐。wI 0c?h5NHCH3C7、完成下列合成过程:答:NH 2no2no2NH 2Br2 BrBrCH30NaCuCINH 2H3COno2och3NaNO 2/HCIOCH3C2H5OH h3cono2OCH 38、理想的工艺路线有什么特点? 答：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）品种多，更新速度快 ；生产工艺复杂，需用原辅料繁多，而产量一般不大；产品质量要求严格；大多采用间歇式生产方式； 原辅料和中间体不少是易燃、易爆、有毒性的；“三废”（废渣、废

6、气、废液）多，且成分复杂，严重危害环境。21SH化学合成途径简洁，即原辅材料转化为药物的路线要简短； 所需的原辅材料品种少且易得，并有足够数量的供应； 中间体容易提纯，质量符合要求，最好是多步反应连续操作; 反应在易于控制的条件下进行，如安全、无毒； 设备条件要求不苛刻；“三废”少且易于治理；操作简便，经分离纯化易达到药用标准； 收率最佳、成本最低、经济效益最好。9、 简述合成药物生产的特点？答：（1）（2）（3）（4）（5）（6）10、 简述兰索拉唑的反应原理和可能的副反应？答：CH3ONa-Ach3ohOCH2CF3OS NSN（1 ）第一步在碱的存在下发生缩合反应，得到硫醚产物 3，脱除

7、HCI ；（2 ）第二步在催化剂的存在下发生氧化反应，生成亚砜产物兰索拉唑 4 ；(3 )可能的副产物有 4的过度氧化产物如砜、吡啶的氧化物等。11、克霉唑关键中间体邻氯苯基二苯基氯甲烷的合成主要有几种？工业上选择哪条路线?为什么?答：(1 )邻氯苯甲酸乙酯的 Grig nard 试剂法SOCI2ClPhPhCl(2 )邻氯甲苯的三氯化法Cl, PCl5ClCCl3 PhH, AlCl 3ClCl打PhCl(3)邻氯苯甲酸的二次氯化二次 F-C反应法工业上选择路线(3)。因为，路线(1)应用Grignard 试剂，要求严格的无水条件，原辅 材料质量要求严格， 且溶剂乙醚易燃、易爆， 反应设备上

8、须有相应的安全措施，而使生产受 到限制。路线(2 )第一步反应中一步引入 3个氯原子，反应温度较高，反应时间较长；有 未反应的氯气逸出，不易吸收完全，存在环境污染和设备腐蚀等问题。路线( 3 )原辅材料易得，反应条件温和，各步反应产率较高，成本也比较低；无上述氯化反应的缺点，更适于 工业生产。第二章药物路线的设计和选择一、名词解释1.全合成制药：是指由化学结构简单的化工产品为起始原料经过一系列化学合成反应和物理处理过程制得的药物。由化学全合成工艺生产的药物称为全合成药物。2.半合成制药： 是指由具有一定基本结构的天然产物经化学结构改造和物理处理过程制得的药物。这些天然产物可以是从天然原料中提取

9、或通过生物合成途径制备。3.手性制药：具有手性分子的药物4.药物的工艺路线： 具有工业生产价值的合成途径，称为药物的工艺路线或技术路线。5.倒推法或逆向合成分析 (retrosynthesis analysis ):从药物分子的化学结构出发，将其化学合成过程一步一步逆向推导进行寻源的思考方法称为追溯求源法， 又称倒推法、逆合成分析法。6.类型反应法：是指利用常见的典型有机化学反应与合成方法进行药物合成设计的思考方 法。包括各类化学结构的有机合成物的通用合成法，功能基的形成、转换、保护的合成反应 单元等等。对于有明显类型结构特点和功能基的化合物，常常采用此种方法进行设计。7. Sandmeyer

10、 反应： 重氮盐用氯化亚铜或溴化亚铜处理，得到氯代或溴代芳烃：8. Mannich 反应：含有 活泼氢的醛、酮与甲醛及胺 (伯胺、仲胺或氨)反应，结果一个活泼氢被胺甲基取代，此反应又称为胺甲基化反应，所得产物称为 Mannich 碱。吏一dCH?R + HCHO + HN(CH3)2 H - R,-C-CH-CH2N(CH3)2RMfinnich 碱9. “一勺绘”或“一锅煮”：对于有些生产工艺路线长，工序繁杂，占用设备多的药物生产。若一个反应所用的溶剂和产生的副产物对下一步反应影响不大时， 往往可以将几步反应合并，在一个反应釜内完成，中间体无需纯化而合成复杂分子，生产上习称为“一勺绘”或“一

11、锅煮”。改革后的工艺可节约设备和劳动力，简化了后处理。10.分子对称法：一些药物或中间体的分子结构具对称性，往往可采用一种主要原料经缩 合偶联法合成，这种方法称为分子对称法。二、填空1.药物生产工艺路线 ，技术先进性，经济合理性,2.剖析药物的化学结构，化学结构3.“平顶型” 、 “尖顶型”4.前头，后边5.最后6 . “平顶型”7.C N、CS、C O异丁基苯。9. 推测合理的排列顺序 , 着眼于原辅材料、设备条件10. 已有方法 , 化学结构、化学活性11.简单分子或已知结构 , 模拟12.利用率高、价廉易得13.“一勺烩” 或 “一锅煮”14.反应进程的控制方法、副反应产生的杂质及其对后

12、处理的影响，以及前后各步反应对 溶质、 pH 、副产物等的影响后15.相转移催化技术三、单项选择题1 B 2 C3A4C5D6 A 7 A8B9B10 C11. A 12.B13.A14.C15.B四、简答题1. 药物工艺路线的设计要求有哪些？ 答： （1 ）合成途径简易；（2 ）原材料易得；（3 ）中间体易分离；（4 ）反应条件易控制；（5 ）设备条件不苛求；（6 ）“三废”易治理；（7 ）操作简便，经分离、纯化易达到药用标准，最好是多步反应连续操作，实现自动 化；（8 ）收率最佳、成本最低。2. 药物的结构剖析原则有哪些？答： （1 ）药物的化学结构剖析包括分清主要部分（主环）和次要部分（

13、侧链） ，基本骨架与官能团；（ 2 ）研究分子中各部分的结合情况，找出易拆键部位；（ 3 ）考虑基本骨架的组合方式，形成方法；（ 4 ）官能团的引入、转换和消除，官能团的保护与去保护等；（5 ）若系手性药物， 还必须考虑手性中心的构建方法和整个工艺路线中的位置等问题。 3药物生产工艺路线的设计和选择的一般程序：答：（ 1 ）必须先对类似的化合物进行国内外文献资料的调查和研究工作。（2）优选一条或若干条技术先进，操作条件切实可行，设备条件容易解决，原辅材料 有可靠来源的技术路线。（3 ）写出文献总结和生产研究方案（包括多条技术路线的对比试验）（4 ）确证其化学结构的数据和图谱（红外、紫外、核磁、

14、质谱等） ；（5） 生产过程中可能产生或残留的杂质、质量标准；（6） 稳定性试验数据；（7） “三废”治理的试验资料等等。4.药物工艺路线设计的意义是什么？药物工艺路线设计的基本内容， 主要是针对已经确定化学结构的药物， 研究如何应用制备药物的理论和方法，设计出适合其生产的工艺路线。 它的意义在于：有生物活性和医疗价值的天然药物，由于它们在动植物体内含量甚微， 不能满足要求，在许多情况下需要进行人工合成或半合成。根据现代医药科学理论找出具有临床应用价值的药物， 必须及时申请专利和进行合成与工艺路线设计研究， 以便新药审批获得新药证书后， 能够尽快进入规模生产。引进的或正在生产的药物， 由于生产

15、条件或原辅材料变换或改变药品质量， 都需要在工艺路线上改进与革新。 因此，药物的工艺路线的设计和选择是非常重要的， 它将直接关系到药品的质量。5.药物工艺路线设计的主要方法有哪些？追溯求源法、类型反应法、分子对称法、模拟类推法、文献归纳法、6 工艺路线的评价与选择方法包括哪几方面？7.工艺路线的改造途径有哪些？选用更好的反应原辅料和工艺条件；修改合成路线，缩短反应步骤；改进操作技术，提高反应收率；新反应、新技术的应用。8 制药工业过程按照毒性大小溶剂分为几类？选用原则是什么？根据有机溶剂对人体及环境可能造成的危害的程度，分为以下四种类型进行研究：（1 ）第一类溶剂及研究原则第一类溶剂是指人体致

16、癌物、 疑为人体致癌物或环境危害物的有机溶剂。 因其具有不可接受的毒性或对环境造成公害，在原料药、辅料以及制剂生产中应该避免使用。 当根据文献或其他相关资料确定合成路线， 涉及到第一类溶剂的使用时， 建议重新设计不使用第一类溶剂的 合成路线，或者进行替代研究。由于有机溶剂的选用是合成工艺中比较重要的一点， 建议替代研究在工艺研究初期即开始进行，这样，有利于将由于溶剂替换对后续的结构确证、质量研究、 稳定性考察的影响降至最低。但替代研究是一项比较复杂、耗时的工作，有时候由于条件、时间等的限制，替代研究 工作在临床研究前可能无法充分进行。 在严格控制残留溶剂量的前提下， 可使药物进入临床研究。在临

17、床研究期间、 注册标准试行期间、 注册标准转正后，仍可进一步进行替代溶剂的 研究工作。因为溶剂的改变可能导致产品物理化学性质以及质量的改变， 因此如发生溶剂的替代，则需要进行溶剂改变前后的产品物理化学性质、 质量的对比研究，必要时还需要进行结构对比确证，以说明产品的结构是否发生变化。如果工艺中不可避免的使用了第一类溶剂， 则需要严格控制残留量，无论任何步骤使用，均需进行残留量检测。（2 ）第二类溶剂及研究原则第二类溶剂是指有非遗传毒性致癌（动物实验） 、或可能导致其他不可逆毒性（如神经毒性或致畸性）、或可能具有其他严重的但可逆毒性的有机溶剂。此类溶剂具有一定的毒性，但 和第一类溶剂相比毒性较小

18、，建议限制使用，以防止对病人潜在的不良影响。考虑到第二类溶剂对人体的危害以及所使用的溶剂在终产品中残留的可能性， 建议对合成过程中所使用的全部第二类溶剂进行残留量研究， 以使药物研发者全面掌握产品质量情况， 为最终制定合理可行的质量标准提供数据支持。（3） 第三类溶剂及研究原则第三类溶剂是GMP或其他质量要求限制使用，对人体低毒的溶剂。第三类溶剂属于低毒性 溶剂，对人体或环境的危害较小，人体可接受的粗略浓度限度为 0.5%，因此建议可仅对在终产品精制过程中使用的第三类溶剂进行残留量研究。（4） 尚无足够毒性资料的溶剂及研究原则这类溶剂在药物的生产过程中可能会使用， 但目前尚无足够的毒理学研究资

19、料。 建议药物研发者根据生产工艺和溶剂的特点，必要时进行残留量研究。随着对这类溶剂毒理学等研究的逐步深入，将根据研究结果对其进行进一步的归类。选用原则：一般应选择毒性较低的试剂，尽量避免使用第一类溶剂、限制（控制）使用第二 类溶剂。10.选择药物合成工艺路线的一般原则有哪些？1所选单元反应不要干扰结构中已有的取代基，使副反应尽可能少，收率尽量高；2尽量采用汇聚型合成工艺，如果只能采用直线型工艺，尽量把收率高的反应步骤放在后面；3原料应价廉、供应充足；4反应条件尽量温和，操作宜简单；5多步反应时最好能实现“一锅法”操作；6尽量采用“平顶型”反应，使操作弹性增大；7三废应尽量少。五、合成题1试用逆

20、向合成分析法设计一条益康唑( Econ azole )的合成路线?答：(1 )逆合成分析NCH2CIClbNO2N02NH2NH2Cl(2)合成路线:NO2NO2Fe, HCI nh2NH2ClClOClC-CH2Cl0 CH2ClI ClClNaBH4 HO CH2ClAClCl2试根据逆合成分析和类型反应等方法设计一条抗菌药物克霉唑( Clotrimazole )的合成路线？答:(1 )逆合成分析C6H5ClC6H5ClC ClC6H5C6H5(2 )类型反应+Cl_COOHSOCI2ClCOClC6H5COC6H5PCl5Cl ciC 1C6H5ClC6H6 , AlCl 3C ClC6

21、H53 试用分子对称合成法,以哌啶、甲醛、丙酮为原料设计鹰爪豆碱的合成路线。答:HCHO4.以对硝基苯甲酸合成局麻药盐酸普鲁卡因的合成路线答:NO 2COOHHOCH 2已2匸；225C2H 5酯化NO 2还原COOCH 2CH2N c2H5Xc2H5NH2COOCH 2CH2NC2H5C2H5HClnh2HClCOOCH 2CH2N.C2H5C2H55 .设计出以异丁基苯为原料，布洛芬的合成工艺路线。布洛芬6 .试画出布洛芬的绿色合成工艺路线(2)Cch2co)3oHFstop-!CHH2step2H2CCH人OH 人CH(6)C0h Rdstep 3H3C(5)CH| 二 COH(13)i

22、buprofenBHC公司合成気布洛芬的流程图録色法第三章 工艺路线的研究与优化一、名词解释1.基元反应：反应物分子在碰撞中一步直接转化为生成物分子的反应。2.非基元反应：反应物分子经过若干步，即若干个基元反应才能转化为生成物的反应。3.简单反应：由一个基元反应组成的化学反应。4.复杂反应：由两个以上基元反应组成的化学反应。又可分为可逆反应、平行反应和连续 反应。5.质量作用定律：当温度不变时，反应速度与该瞬间反应物浓度的乘积成正比，并且每种 反应浓度的指数等于反应式中各反应物的系数。6.可逆反应：属于复杂反应，两个方向相反的反应同时进行，其特点为：正反应速度随时间逐渐减小，逆反应速度随时间逐

23、渐增大， 直到两个反应速度相等， 反应物和生成物浓度不再随时间而发生变化。对于正向反应和逆向反应，质量作用定律都适合。7.平行反应（竞争性反应）：平行反应又称竞争性反应，属于复杂反应。即一反应系统中同时进行几种不同的化学反应。在生产上将需要的反应称为主反应，其余的称为副反应。8.质子性溶剂：质子性溶剂含有易取代的氢原子，既可与含负离子的反应物发生氢键结合产生溶剂化作用，也可与负离子的孤电子对配位，或与中性分子中的氧原子 （或氮原子）形成氢键，或由于偶极矩的相互作用而产生溶剂化作用。质子性溶剂有水、醇类、乙酸、硫酸、多聚磷酸、氢氟酸 -氟化锑（HF-SbF 3）、氟磺酸-三氟化锑（FSO3H S

24、bF 3）、三氟醋酸（CF 3COOH） 以及氨或胺类化合物等。9.非质子性溶剂： 非质子性溶剂不含易取代的氢原子，主要靠偶极矩或范德华力的相互作 用而产生溶剂化作用。非质子溶剂又分为非质子极性溶剂和非质子非极性溶剂（或惰性溶 剂）。非质子性极性溶剂有醚类 （乙醚、四氢呋喃、二氧六环等 ）、卤素化合物 （氯甲烷、氯仿、 二氯甲烷、四氯化碳等 ）、酮类 （丙酮、甲乙酮等 ）、含氮烃类 （硝基甲烷、硝基苯、吡啶、乙 腈、喹啉 ）、亚砜类 （二甲基亚砜 ）、酰胺类 （甲酰胺、二甲酰胺、 N- 甲基吡咯酮、二甲基乙酰 胺、六甲基磷酰胺等 ）。芳烃类 （氯苯、苯、甲苯、二甲苯等 ）和脂肪烃类 （正已烷、

25、庚烷、环 己烷和各种沸程的石油醚 ）一般又称为惰性溶剂。10.正交设计： 正交设计是在全面试验点中挑选出最有代表性的点做试验，挑选的点在其 范围内具有“均匀分散”和“整齐可比”的特点。正交设计就是利用已经造好了的表格 正交表一一安排试验并进行数据分析的一种方法。 正交设计适用于影响因素较多， 水平数较 小的实验设计。填空1反应速度反应方向反应深度产品构型 等。2.质子 ，非质子 ， 惰性 溶剂。3.物理操作 ，分离、提取、蒸馏、结晶、过滤、以及干燥，反应的性质4原料消失时， 原料斑点几乎不变而末出现新的杂质斑点时5气相色谱液相色谱化学或物理方法，薄层色谱 （TLC ）64 ， Arrheniu

26、s定律 ， 有爆炸极限的化学反应， 酶或催化剂催化的反， 反常型7.参考前人工作经验试管 , “相似相溶”原理8.质量作用定律9.用移动化学平衡的方法, 价格便宜、易得反应物10 主反应， 副反应11.反应物的配料比、反应时间，温度、溶剂、催化剂12.使反应操作控制较为容易、副反应较小、收率较高、设备利用率较高13.溶剂14.单元反应的反应机理15.类推法16.8817.液相反应18.浆式、框式或锚式、推进式 、涡轮式19 Tp = - E /Rln10 -12 = E/229.7721. 总在试验范围的中点处安排试验22.X1 = a + 0.618( b-a), X2=a + 0.382

27、(b-a )23 .“均匀分散”和“整齐可比”24.Ln(tq), L, t, q,n25.试验中相应因子（因素）作用的大小士因素，次要因素26.最佳水平27.止父表中因子的水平数,应大于三、单项选择题1. A2.B3.B4. A5.A6. D7.A8.B9. A10.B11. B12.A.13.B14. D15.B16. C17.B18.C19. D20.D21 . A22.A23.B 24.B (II)25. C(III)平分法黄金分割法分数法四、简答题1.现代有机合成反应特点有哪些？答：（1 ）反应条件温和，反应能在中性、常温和常压下进行；（2 ）高选择性（立体、对映体）；（3） 需要少

28、量催化剂（1%）；（4） 无“三废”或少“三废” 等2.反应溶剂的作用有哪些？答：（1）溶剂具有不活泼性，不能与反应物或生成物发生反应。（2） 溶剂是一个稀释剂，有利于传热和散热，并使反应分子能够分布均匀、增加分 子间碰撞和接触的机会，从而加速反应进程。（3） 溶剂直接影响化学反应的反应速度、反应方向、反应深度、产品构型等。3.用重结晶法分离提纯药物或中间体时，对溶剂的选择有哪些要求？ 答：（1 ）溶剂必须是惰性的（2 ）溶剂的沸点不能高于被重结晶物质的熔点（3 ）被重结晶物质在该溶剂中的溶解度，在室温时仅微溶，而在该溶剂的沸点时却相 当易溶，其溶解度曲线相当陡。可画图表示。（4） 杂质的溶解度或是很大 （待重结晶物质析出时， 杂质仍留在母液中） 或是很小（待 重结晶物质溶解在溶剂里，借过滤除去杂质） 。（5） 溶剂的挥发性。低沸点溶剂，可通过简单的蒸馏回收，且析出结晶后，有机溶煤 残留很容易去除。（6） 容易和重结晶物质分离。（7 ）重结晶溶剂的选