药学论文加替沙星.docx

1、药学论文加替沙星制药工程专业药物合成、制药工艺学体化的课程设计年产10吨 加替沙星的工业生产流程设计指导老师:药物合成：李家明制药工艺：李传润设计时间：2011.5.1-2011.7.1班级: 08制药姓名: 08313061陈贝08313062陈道金08313063程安红刖言第一节 合成路线及其选择第二节加替沙星的生产工艺原理及其过程第三节 年产10吨的加替沙星原料药的工艺流程设计1.物料衡算2.主要设备选型3.能量衡算4.生产工艺流程框图5.设备流程图第四节结束语加替沙星为8-甲氧氟喹诺酮类化合物，是日本杏林制药株式会社研 发的，1999年在美国上市。体外具有应谱的抗革兰氏阴性和阳性微生物

2、的 活性，其R-和S-对映体抗菌活性相同，抗菌作用是通过抑制细菌的旋转 酶与拓扑异构酶，从而抑制细菌 DNA复制、转录和修复过程。加替沙星的分子图1.【药物名称】中文通用名称：加替沙星英文通用名称：Gatifloxacin其它名称：澳莱克、百科沙、必致、福奇、盖替沙星、敢诺新、格替沙星、 恒森、加迈欣、甲磺酸加替沙星、凯莱克定、凯莱星乐、科登、奎尔泰、 莱迪、莱美清、利欧、罗欣严达、玛马维奇、诺丽尔、普来乐、千意、圣 迪锋、天坤、严立菲、英吉朗、誉快、悦博等。化学名称：（士）-1-环丙基-6-氟-8-甲氧基-7-（3-甲基-1-哌嗪基）-1，4-二氢-4-氧代-3-喹啉羧酸2.分子式：C19H

3、22FN3O4分子量：375.403.药理作用体外试验和临使用结果均表明， 对以下微生物的大多数菌株具有抗菌活性：(1) .革兰氏阳性菌：金黄色葡萄球菌 (仅限于对甲氧西林敏感的菌 株)、肺炎链球菌(对青霉素敏感的菌株)。(2).革兰氏阴性菌：大肠杆菌、流感和副流感嗜血杆菌、肺炎克雷 伯杆菌、卡他莫拉菌、病奈瑟菌、奇异变形杆菌。(3).其他微生物：肺炎衣原体、嗜肺性军团杆菌、肺炎支原体。4.毒理研究(1).遗传毒性Ames 试验中本品对多种菌株无致突变作用， 但是体外对沙门氏菌株TA102的有致突变作用。中国仓鼠V79细胞的基因突变和中国仓鼠 CHL/IU细胞的遗传学试验结果均为阳性。类似的结

4、果在其它喹诺酮 类的药物也可见，这可能是由高浓度下本品对真核生物的 II型DNA拓扑异构酶的抑制作用所致。本品经口和静脉给药的小鼠微核试验、 大鼠经口给药的细胞遗传学试验、大鼠经口给药的 DNA修复试验结果均为阴生。（2）.生殖毒性大鼠经口给予剂量高达 200mg/kg（以每天全身暴露量（AUC）计，与人最大推荐剂量等效），对大鼠生育力和生殖无不良反应。大鼠和 家兔口予剂量分别 150mg/kg和50mg/kg（以AUC计，约为人最大推荐 剂量的0.7和1.9倍），未见有致畸胎作用。但是，大鼠在器官形成 期，经口或静脉给予剂量分别达 200mg/kg和60mg/kg可引起胎儿骨骼畸形；经口或静

5、脉给予剂量分别 150mg/kg和30mg/kg时,可引起胎儿骨骼骨化延迟， 包括出现波形肋骨。 提示在此剂量下，有轻度的胎儿毒性。此毒性在其它的喹诺酮类药物也可见。大鼠在妊娠后期最初阶段经口给药剂量达 200mg/kg ,并持续给药品哺乳期，可见后期的植入后胚胎丢失增加和新生儿和围生期的死亡 率升高。这些发现也提示了本品的胎儿毒性。由于尚无列在怀孕妇女进行的充分和严格的研究，所以怀孕期间， 只有在本品对母亲的潜在临利益大于对胎儿的危害时才能使用本品。 本品可从大鼠乳汁中分泌，但是尚不知是否可从人乳中分泌。由于许 多药物可从人乳中分泌，所以哺育期妇女应慎用。加替沙星在受孕大鼠致畸敏感期（受孕第

6、 6 15天）口服给药，剂量分别为192、96、48mg/kg。试验结果表明加替沙星使高剂量组孕 鼠体重增长减慢， 活胎数减少，死胎增多：使高、中、低剂量组胎鼠体重减轻，吸收胎增加，骨骼发育迟缓，但外观、骨骼及内脏检查 未见加替沙星对胎鼠有明显的致畸胎作用。（3）.致癌性B6C3F1 小鼠经掺食给药18月，雌、雄动物剂量分别为 90mg/kg和81mg/kg【以每天全身暴露量（AUC）计，约为人最大推荐剂量的 0.13和0.18倍】；Fischer344大鼠经掺食给药 2年，雌、雄动物剂量分 别为139mg/kg和47mg/kg（以AUC计，约为人最大推荐剂量的 0.18和0.36倍），结果均

7、未提示本品有促进肿瘤生长的作用，但是雄性动物当剂量达100mg/kg（以AUC计，约为人最大推荐剂量的 0.74倍）时，与对照组相比，可增加巨粒细胞淋巴（LGL）白血病的发生率，这种增加 稍高于已有历史性对照的范围，但是并不能认为雄性动物高剂量下的 这些发现会影响到本品临用药的安全性。. 急性毒性加替沙星小鼠灌胃给药的 LD50为1646.84mg/kg（其95%可信限为1418.85-1911.47mg/kg），大鼠灌胃的 LD50为 1849.71mg/kg（其 95%可信限为 1592.92-2147.89mg/kg）。（5）.长期毒性加替沙星大鼠及 Beagle犬灌胃与口服13周，血液

8、学、血生、化学、尿、粪常规等均正常，唯高剂量组出现肝细胞脂肪变性，但可恢复。采用培养的中国仓鼠肺细胞（ CHL进行的染色体畸变试验中，在代谢活化和非活化条件下，细胞的染色体畸变率均低于 5%,说明加替沙星未使CHL细胞染色体畸变率明显增加。6.药代动力学据文献报告，加替沙星口服吸收良好，且不受饮食因素影响，其绝对生物利用度为 96%,药物浓度在服用 1-2小时后达峰。在临床推荐剂量范围内，加替沙星血药峰浓度 （Cmax）和血药时曲线下面积随剂量成比例增加。口服本品 200mg至800mg连续14天，加替沙星的药动学呈线性的非时间信赖性。每天一次连续用药，在第 三天口服或注射日常剂量后即可达到稳

9、态血药浓度。每日 1次，每次400mg,其平均稳态峰浓度和谷浓度为：口服 4mg/L和0.4mg/L。加替沙星血清蛋白结合率为 20%与浓度无关。加替沙星在唾液中与其在血浆中大致相等。加替沙星广泛地分布在许多组织和液体中， 在靶组织中的浓度较血清高。加替沙星无酶诱导作用，不改变自身和其他合用药物的清除代谢。 加替沙星在体内代谢极低，主要以原形经肾脏排出。口服本品后 48小时，药物原形在尿中的回收率达 70%以上，而其乙二胺和甲基乙二胺代谢物在尿中的浓度不足摄入量的 1%加替沙星平均血浆消除半衰期714小时。本品口服或静 脉注射后，粪便中加替沙星的原药回收率约5%提示加替沙星也可经胆道和肠道排除

10、。第一节合成路线及其选择加替沙星的结构，从它的化学名：1-环丙基-6-氟-8-甲氧基-7-（3-甲氧 基-1-哌嗪基）-1 ,4-二氢4 氧代-3-喹啉羧酸可以看出母核有喹啉羧酸、 哌嗪基、环丙基、甲氧基、氟等。目前按其国内赵临襄主编的化学制 药工艺学按其原料不同将其合成路线分为两类：（1）.以2, 4, 5-三氟-3-甲氧基苯甲酸为起始原料，按制备喹诺酮的合成 通 法，经成酰氯反应后与-3-二甲氨基丙烯酸乙酯反应后再用环丙胺置换得 到关键中间体。若中间体水解后直接与 2-甲基哌嗪缩合，由于8位甲氧基的强推电子作用，使得 7位氟作为亲核取代反应的离去基团，活性大大降 低，故缩合收率仅为19.4

11、%;若中间体先与硼化物反应生成络合物，由于4位 羧基上氧原子的p电子向硼原子的空轨道发生转移，使得 4位羧基的吸电子效应进一步增强，从而提高了 7位氟对亲核试剂的反应活性，与 2-甲基哌嗪缩合然后水解得加替沙星，缩合和水解两步反应收率提高到 75.5%。见图合成路线（1）。图（1）（2）以2, 3, 4, 5-四氟苯甲酸为起始原料，按制备喹诺酮类抗菌药的合 成通法，经由成酰氯、酸酯化、乙氧亚甲基化、环丙胺化、环化、水解及 与哌嗪缩合，制得中间体，后者再与甲醇钠发生亲核取代生成加替沙星， 由于选择性差和7位哌嗪基的立体障碍使得本步收率仅为 29%。见图合成 路线（2）。(2)上述两条工艺路线较成

12、熟，但步骤较多，操作不便，收率不高。降低成本，近 年来出现了多种替沙星的合成方法，其中一种是中国药科大学物理化学教研室 唐磊等人研究以廉价易得的1-环丙基-6, 7, 8-三氟-1, 4-（2H）4氧代喹啉-3- 羧酸乙酯为原料，经水解、缩合和甲氧基化制得加替沙星，该法总收率高、成 本低，小试总收率约为62.4%，适合工业化生产。合成路线如下：NHO(1)H2SO4 ,H0Ac,H20OHN ,K2CO3DMFMeONa, DMSOOCH3COOH第二节加替沙星的工业生产1-环丙基-6, 7, 8-三氟-1, 4- (2H ) -4-氧代喹啉-3-羧酸(2)的制备(1)工艺原理1-环丙基-6,

13、乙8-三氟-1, 4- (2H) 4氧代喹啉-3-羧酸乙酯经混酸水解制得1-环丙基-6,7, 8-三氟-1, 4- (2H) -4-氧代喹啉-3-羧酸。将冰醋酸、水、COOHH2SO4 ,HOAc,H 2O浓硫酸加入反应釜，启动搅拌器，慢慢滴入1-环丙基-6,7，8-三氟-1, 4-(2H)-4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯(1)，搅拌反应30mi n至反应终点。然后加入冰水，有白色固体析出，过滤得白色固体，用水洗涤至PH为6,抽干后得1-环丙基-6，7, 8-三氟-1, 4-(2H)-4-氧代喹啉-3-羧酸(2),产率9 8%。(3)反应条件及影响因素1-环丙基-6, 7, 8-三氟-1, 4-

14、(2H) -4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯的水解为 放热反应，因此加入时要缓慢，能够使反应平稳的进行下去。冰醋酸、水、 浓硫酸加入的体积比例约为 7:5:1。加入的冰水体积要适量，使产物充分析出、1-环丙基-6,8-二氟-7- （3-甲基-哌嗪基）-1,4- （2H ） 4氧代喹啉-3-羧酸（3）的制备（1）工艺原理1-环丙基-6，7，8-三氟-1, 4-（2H）-4-氧代喹啉-3-羧酸在碳酸钾与 DMF溶液中与2-甲基哌嗪缩合生成1-环丙基-6,8-二氟-7-（3-甲基-哌嗪基）-1,4-（2H）-4-氧代喹啉-3-羧酸（3）（2）生产过程嗪、碳酸钾与DMF分别加入搪瓷反应釜，控制反应釜温度为5

15、5-60C,启 动搅拌器，搅拌反应2小时，过滤，母液减压浓缩至糊状，然后用 2mol/L的盐酸溶解，用饱和碳酸钠溶液调节 PH至8,有大量类白色固体析出。抽滤，干燥，得到1-环丙基-6,8-二氟-7- （3-甲基-哌嗪基）-1,4- （2H） -4-氧代喹啉-3-羧酸（3）,产率9 1%（3）反应条件及影响因素此反应温度要控制在55-60C,温度超过80C便会有副产物生成，加入饱和碳酸钠溶液调节 PH时，要充分搅拌，防止局部过浓。1-环丙基-6,乙8-三氟-1, 4-（2H）4氧代喹啉-3-羧酸（2）与2-甲基哌嗪的摩尔比例约为1.2: 1。三、加替沙星的制备（4）（1）工艺原理1-环丙基-6

16、,8-二氟-7-（ 3-甲基-哌嗪基）-1,4- （2H） -4-氧代喹啉-3-羧酸在（3）（2）生产过程将1-环丙基-6,8-二氟-7- （3-甲基-哌嗪基）-1,4- （2H） -4-氧代喹啉-3-羧 酸（3）、甲醇钠、加入二甲基亚砜在反应釜中混合，夹套通蒸汽加热至140 C, 搅拌反应1h ,加入新制的甲醇钠后，继续反应1h,减压浓缩反应液至糊状， 加入2mol/l的盐酸使之溶解，用饱和的碳酸钠溶液调制 PH8，有白色晶体析出，抽滤，所得固体以无水乙醇重结晶，得加替沙星，收率大约 93%。（3）反应条件及影响因素后通入的甲醇钠一定要新制，加入饱和碳酸钠溶液调节 PH时，要充分搅拌，防止局

17、部过浓，前后加入的甲醇钠比例为 1: 1第三节年产 10000Kg 加替沙星原料药的工艺流程设计一 、 物料衡算加替沙星是目前进入临床研究阶段的新一代氟喹诺酮类药物。我国 目前年产左氧氟沙星 4O 余吨。江苏扬子江药业集团公司、浙江医药股 份有限公司新昌制药厂、浙江京新药业股份有限公司、北京双鹤药业股 份有限公司为我国左氧氟沙星原料药的 4 个主要生产厂家，其中新昌制 药厂的盐酸左氧氟沙星占据了近半的市场份额。根据左氧氟沙星的销售 状况和一般中型的厂，加替沙星生产年产量为 10 吨，即 10000kg 。由中试实验可知合成一批目标物所需要的操作时间（反应时间、加料时 间、冷却时间等总和）为 8

18、 小时之内。每天可以采用两班制。生产时间 为 30 天。1. 原料投料量计算：生产批数 =30X2=60生产产量 =10000/60=166.67KG车间总收率 Y ：中间体 2 收率 Y1：98% 加替沙星的收率 Y3: 93%中间体 3 收率 Y2：91%则车间总收率:丫 Y Y2 丫398% 91% 93%82.93%2原料投料量计算372.35 368.38根据物料衡算，可得方程式:283.20 372.35Y 91%z 93%10000311.26X 91%283.20Y解得:原料的总投量： X=10970.14Kg 折合成99%勺1-环丙基-6, 7, 8-三氟-1,4-（2H）-

19、4-氧代喹啉-3-羧酸乙酯为11080Kg中间生成物（2）的量：丫=9080.39Kg中间生成物（3）的量：Z=10100.78Kg 每批投入的原料投量=1108060=182.9Kg每批中间生成产物（2）=9080.39/60=151.34Kg每批中间生成产物（3）=10100.78/60=168.35Kg3.辅料的投料量的计算（因无法知道中试试验的数据，只能参考小试试 验的数据）小试试验中，6.22g原料加入：40. 0 ml二甲基亚砜1. 36 g新制甲醇钠2 mol/l 盐酸 40. 0 ml43.5ml冰醋酸31.0ml 水6ml浓硫酸冰水适量5g 2-甲基哌嗪（50 mm o1）、

20、2. 76 g（20 mmo1）碳酸钾40. 0 mL DMF2 mol/l 盐酸 80ml饱和碳酸钠适量1. 36 g（20 mmo1）甲醇钠那么工业生产过程中每批消耗 182.9Kg原料需要输入的辅料:冰醋酸：V=3.5/6.22*182.9=1280L水:V=31/6.22*182.9=912L, 工业中可取 1000L 浓硫酸:V=6/6.22*182.9=175L, 工业中可取 200L 冰水适量2- 甲基哌嗪：M=5/6.22*182.9=147Kg碳酸钾:M=2.76/6.22*182.9=82KgDMF:V=40/6.22*182.9=1176L, 工业可取 1200L2 mo

21、l/l 盐酸 :V=40/6.22*182.9=1176L, 工业可取 1200LDMF:V=40/6.22*182.9=1176L, 工业可取 1200L2 mol/l 盐酸 :V=40/6.22*182.9=1176L, 工业可取 1200L甲醇钠与新制甲醇钠各：M=1.36/6.22*182.9=40Kg二甲基亚砜与 2 mol/l 盐酸各 :V=40/6.22*182.9=1176L, 工业生产可取 1200L 饱和碳酸钠、无水乙醇适量那么工业生产过程中每批消耗 182.9Kg 原料需要输出的辅料：1-环丙基-6, 7, 8-三氟-1 , 4- (2H) 4氧代喹啉-3-羧酸(2):Y

22、=9080.39Kg1- 环丙基-6,8-二氟-7-(3-甲基-哌嗪基) -1,4-(2H) -4-氧代喹啉-3-羧酸(3)Z=10100.78Kg加替沙星 10000Kg剩余的冰醋酸折合成纯的 :1280L*(1-98%) =25.6L 剩余的浓硫酸折合成 98%的 :200*( 1-98%) =4L 剩余的 2-甲基哌嗪 :147*(1-91%)=13.23Kg 剩余的碳酸钾： 82*(1-91%)=7.38Kg 剩余的 DMF 与 2mol/l HCL 折合成原浓度的： 1200*(1-91%)=108L 剩余的 DMSO 和 2mol/l HCL 折合成原来的浓度： 1200*(1-9

23、3%)=84L 剩余的甲醇钠 :40*(1-93%)=2.8Kg 剩余的新制甲醇钠 :40*(1-93%)=2.8Kg输入物料一览表主要数据物料量备注原料（1） （Kg）11080Kg2mol/L的盐酸2400L*60分几次使用甲醇钠（Kg）80Kg*6040Kg是用于新制甲醇钠 溶液水（L）大量冰醋酸1280L*60饱和 NaCo3( L)适量浓硫酸（Kg）200L*60冰水（Kg）适量DMSO1200L*602-甲基哌嗪1200L*60约为中产物（2）的83%DMF1200L*60碳酸钾82Kg*60输出物料一览表主要数据物料量备注加替沙星（Kg）lOOOOKg2mol/L的盐酸1108L

24、*60甲醇钠（Kg）2.8*60水（L）大量冰醋酸25.6L*60饱和 NaCo3( L)适量浓硫酸（Kg）4L*60冰水（Kg）适量DMSO84L*602-甲基哌嗪1200L*60DMF108L*60碳酸钾7.38Kg*60、主要设备选型 根据上述物料衡算得，每批的最大反应液体积量大约 4000L左右，按反应釜装容量为 其体积的70%4000/0.7=5714L则需采用6个1000L的搪瓷反应釜1000 L搪玻璃反应器的技术参数规格L夹套容积L罐内容积L电热功率KW工作温 度C密封型式搅拌型式卡子螺 栓规格设备总重kg100040012504X 120-200填料或机 械密圭寸框M20165

25、7罐体尺寸表Di(mm)D2(mm)D3(mm)D(mm)D5(mm)H(mm)Hi(mm)H(mm)Hs(mm)Ht(mm)12001400840400/M241596336041012001276500过滤器可采用板框式过滤器 型号:YGZH-GLQ本机泵及输入部件均采用快装连接，拆卸清洗方便层数10过滤面积（m2）1.0滤膜孔径um 1.0抽滤器可采用真空抽滤器ZF-30L技术参数：1.30L不锈钢布氏漏斗。2.30L球形抽滤瓶3.上法兰为C 80,下出料为C 50放料阀4. 中部复合密封采用C 80四氟密封（瓶颈处有抽气口，马牙式便于连接真空管抽气） 能耐各种溶剂。产品特点：真空抽滤器

26、采用不锈钢布代漏斗真空抽滤器玻璃采用GG17优质高硼硅材料真空抽滤器全不锈钢框架结构真空抽滤器玻璃放料阀真空抽滤器中部复合密封，能耐各种溶剂三、能量衡算（一）、设备的热量平衡对于任何设备，其热量平衡公式可用下式表示:Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7式中:Qi物料带入设备的热量，kJ;Q2 加热剂或冷却剂传给设备的热量，kJ ；Q3反应过程的热效应，kJ ；Q4 液体或固体物料带出设备的热量，kJ ； Q5消耗与提高设备本身温度的热量，kJ ；Q6 从设备表面向四周散失的热量，kJ ；Q7 气体或蒸汽从设备带出的热量，kJ ；热量衡算的目的就是为了求取 Q2,下面先对各项热量进行求算现取

27、该合成的最后一步进行计算，确定是 Q2的大小:COOHMeONa, DMSO丫 NOMeCHsCOOH1. Qi和Q4的计算(1)反应物(3)的热容用KOPPS法则估算如下C pa n(C18H 19F2 N3O3) 18 C 19 H492.43甲醇钠的比热容C(CH3ONa)(7.53 3 9.63 16.75 25.95)/54kJ/(kg K)1.47kJ /(kg K)(3)DMSO的比热容查表得C(DMSO)=2.93KJ/(Kg.K)对加替沙星的热容也用KOPPS法则估算646.93 Q1和Q4的计算QM 或 Q4) GCt;式中：GC t -故1.1014物料质量，kg;物料在

28、0 Ct C之间的平均热容，kJ/(kg K);物料进入或离开设备的温度，C;Q1 168.35 1.36 1200 1.1014 2.93 80 1.474219.6KJQ4 1.72 166.67 2.8 2 1.47+84674.09KJ2.Q5的计算Q5 GC (t?右)式中：G 设备各部分零件的重量，kg ；C 设备各部分零件的热容，kJ/(kg K);t 2 -设备在加热后的平均温度，C；t 1 -设备在加热前的平均温度，C物料衡算时已得出 G=1657 kg，12-t 1=140-2 0=120 C，热容以二氧化硅计算所以 Q5 1657 0.824 120 163844kJ3.

29、Q6的计算Q6 F (t t)式中：F 设备的散热面积，kg ；C 设备表面给热系数，kJ/(m 2 K h)；t -设备表面温度，C；t - 设备四周空气温度，C；-操作过程延续时间，h为了加强安全措施，减少热量损失，车间中反应设备一般都采取保温措施。因此，Q6可以根据一般规定设备与管道允许的最大热损失表 21进行计算，查表得100C允许的最大热损失为163 (W/m2)反应器散热面积为 F D H 3.1 4 1.596 3.360 16.84m ;操作延续时间为8h4.Q7的计算Q7 GC(Ct r)式中：G 自设备排除的气体物料量，kg；C 液态物料从OC到蒸发温度t C平均的热容，kJ/(kg K);t - 气态物料的温度，C；r - 被蒸出物料在t C寸的蒸发潜热，kJ/kg由于此反应为均相反应，无气体放出或放出很少，故此项可以忽略5.Qa的计算Qa Qp Qu，忽略QuQ3H;HQp ( H)产物(H )反应物(P fH)产物(r f H )反应物B f H其中B为任意物质B再方程