化学制药工艺学:是药物研究开发过程中,与设计和研究先进、经济、安全、高效的化学药物合成工艺路线有关的一门学科,也是研究工艺原理和工业生产过程、制定生产工艺规程,实现化学制药生产过程最优化的一门科学。
化学合成药物:具有治疗、缓解、预防和诊断疾病,以及具有调节机体功能的有机化合物称作有机药物,其中采用化学合成手段,按全合成或半合成方法研制和生产的有机药物称为有机合成药物,也叫做化学合成药物。
全合成:由结构简单的化工原料经过一系列化学反应过程制成。
半合成:具有一定基础结构的天然产物经过结构改造而制成。
化学制药工业:利用基本化工原料和天然产物,通过化学合成,制备化学结构,确定具有治疗、诊断、预防疾病或调节改善机体功能等作用的化学品的产业。
NCEs新化学实体:新发现的具有特定生物活性的新化合物。
先导化合物:也成原型药,是通过各种途径和手段得到的具有某种生物活性的化学结构,具有特定药理活性,用于进一步的结构改造和修饰,是现代新药研究的前提。
手性药物:是指药物的分子结构中存在手性因素,而且由具有药理活性的手性化合物组成的药物,其中只含单一有效对映体或者以有效对映体为主。
中试放大:在实验室小规模生产工艺路线打通后,采用该工艺在模拟生化条件下进行的工艺研究,以验证放大生产后原工艺的可行性,保证研发和生产时的工艺一致性。
化学稳定性:催化剂能保持稳定的化学平衡和化学状态。
耐热稳定性:在反应条件下,能不因受热而破坏其理化性质,同时在一定温度内,能保持良好的稳定性。
机械稳定性:固体催化剂颗粒具有足够的抗摩擦、冲击重压和温度、相变引起的种种应力的能力。
外消旋混合物:当各个对映体的分子在晶体中对其相同种类的分子有较大亲和力时,那么只有一个(+)分子进行结晶,则将只有(+)分子在其上增长,(-)分子情况与此相同,每个晶核中只含有一种对映体结构。
外消旋化合物:当同种对映体之间力小于相反对映体的晶间力时,两种相反的对映体总是配对的结晶,即在每个晶核中包含两种对映体结构,形成计量学意义上的化合物,称为外消旋化合物。
外消旋固溶体:当一个外消旋的相同构型分子之间和相反构型分子之间的亲和力相差甚少时,则此外消旋体所形成的固体,其分子排列是混乱的,即在其晶核中包含有不等量的两种对映异构体。
优先结晶:加入不溶的添加物即晶核,加快或促进与之晶型或立构体型相同的对应异构体结晶的生长。
逆向结晶:是在外消旋的溶液中加入可溶性某一构型的异构体,该异构体会吸附到外消旋体溶液中的同种构型异构体结晶的表面,从而抑制这种异构体结晶生长,而外消旋体溶液中的相反构型的构体结晶速率就会加快,从而形成结晶析出。
包含拆分法:利用非共价键体系的相互作用而使外消旋体与手性拆分剂发生包含,再通过结晶方法将2个对应体分开。
酶拆分法:利用酶对光学活性异构体有选择性的酶解作用而使外消旋体中的一个优先酶解,而另一个光学异构体难以酶解被保留而达到分离的方法。
平均动力学拆分法:两个具有互补立体选择性的手性试剂使底物的2个异构体在竞争反应中保持最适的1:1比例,从而得到最大的ee值和转化率的两个对映异构体。
动力学拆分:利用外消旋体的两个对映异构体在不对称的环境中反应速率不同,分离出简洁活性产物和低活性产物。
动态动力学拆分法:指在进行动力学炒粉的同时,通过改变反应条件或加入消旋催化剂将没有参加反应的无用的光学异构体现场立体转化,从而达到由消旋体直接转化成单一光学纯度化合物的方法。
质量作用定律:当温度不变时,化学反应的瞬间反应速率与直接参加反映的物质瞬间浓度成正比,并且每种反应浓度的指数等于反应中各反应的系数。
固定化酶:借助物理或化学方法将酶固定于水溶性载体而制成一种制剂形式。
趋近与定向效应:酶催化时分子活性中心上的基因可以与底物相互接近,并且底物基因与酶活性中心上的催化基因按照正确的方向几何定向,这有利于中心产物的形成和催化反应的进行。
构想变化效应:当酶分子与底物分子相互接近时,酶分子和底物分子发生构象变化,从而有利于酶与底物的结合反应,使反应速率大大提高。
药物合成路线设计的目的:1.创制新药 2.天然产物的全合成及结构改造 3.新药生产和老工艺革新。
相转移催化剂应具有的性能:1.首先应具备形成离子对的条件,即结构中含有阳离子部分,便于与阴离子形成有机离子对,或者能够与反应物形成复离子。
2.必须有足够的碳原子数。
3.R基团的位阻尽可能小,R基团一般为直链居多。
4.在反应条件下应是化学稳定的,并便于回收。
影响相转移催化反应的因素:1.反应溶剂的影响和选择。
2.相转移催化剂的选择和用量。
3.相转移反应中水的作用。
4.其他因素:搅拌对反应速率的影响,相转移催化反应中卤离子性质对反应的影响。
5.想转移催化剂的分离和再生。
相转移催化剂的种类:季铵盐类相转移催化剂聚醚类相转移催化剂相转移催化树脂手性转移催化剂区别三种外消旋体的方法:将少量纯的对映体加入到外消旋混合物中,通常会导致熔点升高;加入到外消旋化合物中,通常会导致熔点下降;而加入到外消旋固溶体中,不会引起明显的变化。
另外,外消旋混合物和外消旋固溶体的饱和溶液,对于其对映体是饱和的;但是外消旋化合物的饱和溶液,对于其对映体是不饱和的。
盐拆分法的局限性:1.拆分剂和溶剂的选择较盲目 2.拆分的产率和产品的旋光纯度不高 3.适用于手性拆分的化合物类型不多。
选择拆分剂的基本原则:1.必须与外消旋体形成非对映异构体盐且容易除去2.在普遍性溶剂中,形成的两种非对映异构体盐的溶解度差别必须显著,且至少二者之一必须能形成良好的结晶3.拆分剂的来源要放百年,价格要便宜,解析后回收率要高4.拆分剂的光学纯度要高,化学稳定性要好。
手性药物与生物活性的关系:1.一个异构体活性显著,另一个异构体无活性或活性很弱 2.两个异构体有完全相反的药理作用 3.一个对映体有毒或有严重的副作用4.一种药理作用立体选择性很高,另一种药理作用则无立体选择性或立体选择性很低 5.两个对映体的药理作用不同,但合并用药有力。
影响优先拆分结晶的因素:1.外消旋体的盐比形成共价外消旋体更容易通过优先结晶法拆分2.溶解度小于2时比溶解度大于2时更有利于优先结晶法拆分3.适当的搅拌速度对促进晶体的生长有利,但不能太高4.所使用的晶种的颗粒大小和组成必须均匀5.尽可能的减少溶液中和存在的其他离子和颗粒,以免影响结晶。
动态动力学拆分(DKR)必备的条件:1.动力学拆分过程不可逆 2.底物的构型不稳定,能够在反应条件下发生立体转化(即消旋体)3.E值应尽量最大,一般不低于20 4.在高E的情况下,至少要与快反应对映体的KR相当,当E为中等时,则要求Kinv大约比KR大10倍5.产物在反应条件下能够稳定存在且不会发生消旋化。
动力学拆分的原理:在手性试剂或催化剂或酶作用下,利用外消旋化合物中两个对应体反应速率不相同而使其分离,通过调节反应转化率可以控制反应产物的对应体过量。
动力学拆分的特点:1.从起始的外消旋原料出发,得到的光学纯产品的的最大产率只有50% 2.回收底物和产物的对应体纯度受反应转化程度的影响,拆分反应的选择性与时间有关,底物转化为产物的量越多,则e.e.值越低3.在大部分情况下,只有一个对映体是有用的,而另一个对映体很少用或者基本没用。
药物工艺路线具有:1.生产现实性2.经济和理性3.技术先进行4.环保先进性生产现实性是指:1.所需要的原材料品种以少为好,价格便宜,且能保证供应2.尽可能避免使用有毒易燃易爆的原料3.尽可能简化化学合成反应及后处理操作,缩短工艺流程4.各种主辅设备能有供应 5.各步收率应相对较高 6.三废排放量较少或三废处理问题较易解决7.药品质量符合要求药物合成工艺路线的评价标准:1.化学合成路线简单,即原辅材料转化为药物的路线简短2.所需要的原辅材料品种少而易得,价格低廉并有充足供应 3.中间体容易分离纯化,质量稳定,最好是多步反应连续操作 4.反应条件容易控制,操作简便安全5.设备要求条件不苛刻6.节能环保,三废排出量少且容易治理7.药品质量符合法定标准8.收率高、成本低,经济效益好药物合成工艺路线的选择:1.原辅材料的供应和更换(要求供应有保障、质量稳定可靠、价廉、运输储存方便)2.化学反应类型的选择(两种极端的反应类型“平顶型”和“尖顶型”),总的原则是尽量选择平顶型的反应类型 3.合成步骤、操作和总收率(要求合成步骤少、操作简单、各步收率要高),总收率是各步反应的连乘积 4.单元反应的次序安排和合成步骤改变。
单从收率方面考虑,应该把收率低的单元反应放在合成路线的前面,把收率高的反应放在后面。
但最佳的安排要通过实验和生产实践的验证 5.技术条件和设备要求。
当合成路线中有些反应需要在高温、高压、低温、真空和严重腐蚀条件下进行时需要特殊设备,特殊材质,需要考虑设备和材料的来源、加工等问题6.安全生产和环境保护药物生产工研究的8个任务:1.配料比-参与化学反应的各种物料相互间物质的量的比例2.溶剂-溶剂主要作为进行化学反应的介质,溶剂的存在涉及反应物的浓度、溶剂比作用、加料次序、温度和压力等 3.催化作用-用以加快反应速率,缩短生产周期 4.能源供应-化学反应需要加热、光照和避光操作、搅拌等能量传输和转化等5.反应时间及监控6.后处理-反应结束后要从体系中分离出产物,方法基本是过滤、萃取、蒸馏、结晶干燥等化工单元操作7.产品的纯化和检验8.安全和三废处理残留溶剂的分类:1第一类溶剂指人体致癌物、疑为人体致癌物或环境危害物的有机溶剂。
蒸汽原料药、辅料以及制剂生产中应避免使用。
如苯、四氯化碳、二氯乙烷等2第二类溶剂指非遗传毒性致癌(动物实验)或可能导致其他不可逆毒性或可能具有其他严重的可逆毒性的有机溶剂,建议限制使用,如乙氰、氯仿环己烷、四氢呋喃。
3第三类溶剂是GMP或其他质量标准要求限制使用,对人体低毒的溶剂,如乙酸、丙酮、正丁醇。
4第四类溶剂指药物生产过程中可能会使用到,但目前尚无毒理学资料的溶剂,如异丙醚,石油醚甲基异丙基酮等。
催化作用的基本特征:1催化反应过程中催化剂参与了反应,与反应物生成某种不稳定的中间化合物,形成一个催化循环,其物理性质可能发生了改变,但其化学性质没有发生改变2催化剂能使反应活化能降低,因而反应速率大增3催化剂具有特殊的选择性,是指所消耗的原料向特定的方向转化的分率。
影响催化剂活性的因素:1温度温度太低,催化剂活性很小,反应速率很慢,温度过高,易使催化剂烧坏而破坏活性2助催化剂在制备催化剂时,往往会加入少量物质,这种物质本身对反应活性影响很小,但却能显著提高催化剂活性、稳定性和选择性3载体使催化剂具有合适的形状、尺寸和机械强度,还可以使催化剂分散,获得较高的比表面积,即可提高其活性,节约用量4催化毒对催化剂活性有抑制作用,微量即可是催化剂活性减少甚至消失。