制药工艺学试题及习题答案.docx
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制药工艺学试题及习题答案
《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得合成途径制备,通常将具有工业生产价值得合成途径称为该药物得工艺路线、
2、邻位效应:
指苯环内相邻取代基之间得相互作用,使基团得活性与分子得物理化学性能发生显著变化得一种效应。
3、全合成:
以化学结构简单得化工产品为起始原料,经过一系列化学反应与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得天然产物经化学结构改造与物理处理过程制得化学合成药物得途径、
5、临时基团:
为定位、活化等目得,先引入一个基团,在达到目得后再通过化学反应将这个基团予以除去,该基团为临时基团。
6、类型合成法:
指利用常见得典型有机化学反应与合成方法进行合成路线设计得方法。
7、分子对称合成法:
由两个相同得分子经化学合成反应,或在同一步反应中将分子相同得部分同时构建起来,制得具有分子对称性得化合物,称为分子对称合成法。
8、文献归纳合成法:
即模拟类推法,指从初步得设想开始,通过文献调研,改进她人尚不完善得概念与方法来进行药物工艺路线设计。
二、问答题
1、您认为新工艺得研究着眼点应从哪几个方面考虑?
答:
(1)工艺路线得简便性,
(2)生产成本因素,
(3)操作简便性与劳动安全得考虑,
(4)环境保护得考虑,
(5)设备利用率得考虑等。
2、化学制药工艺学研究得主要内容就是什么?
答:
一方面,为创新药物积极研究与开发易于组织生产、成本低廉、操作安全与环境友好得生产工艺;另一方面,要为已投产得药物不断改进工艺,特别就是产量大、应用面广得品种。
研究与开发更先进得新技术路线与生产工艺。
3、您能设计几种方法合成二苯甲醇?
哪种路线好?
答:
(1)
(2)
(3)
(4)
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,有未反应得氯气逸出,不易吸收完全,存在环境污染与设备腐蚀等问题、反应(4)金属钠参与反应,成本比较高、综合来瞧,反应
(2)就是最合适得路线,不仅工艺路线短,而且原辅材料易得,反应条件温与,各步反应产率较高,成本也比较低,无氯化反应得缺点。
4、合成黄连素得工艺路线就是什么?
有什么特点?
答:
特点:
借鉴巴马汀得全合成方法,就是我国自己发展起来得合成路线。
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。
CH3COCH3→CH3COH=CH2
6、怎样理解下述反应过程?
(反应机理)
答:
(1)1在氢氧化钾水解得同时形成碳负离子;
(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、
7、完成下列合成过程:
答:
8、理想得工艺路线有什么特点?
答:
(1)化学合成途径简洁,即原辅材料转化为药物得路线要简短;
(2)所需得原辅材料品种少且易得,并有足够数量得供应;
(3)中间体容易提纯,质量符合要求,最好就是多步反应连续操作;
(4)反应在易于控制得条件下进行,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。
9、简述合成药物生产得特点?
答:
(1)品种多,更新速度快 ;
(2)生产工艺复杂,需用原辅料繁多,而产量一般不大;
(3)产品质量要求严格;
(4)大多采用间歇式生产方式;
(5)原辅料与中间体不少就是易燃、易爆、有毒性得;
(6)“三废”(废渣、废气、废液)多,且成分复杂,严重危害环境。
10、简述兰索拉唑得反应原理与可能得副反应?
答:
(1)第一步在碱得存在下发生缩合反应,得到硫醚产物3,脱除HCl;
(2)第二步在催化剂得存在下发生氧化反应,生成亚砜产物兰索拉唑4;
(3)可能得副产物有4得过度氧化产物如砜、吡啶得氧化物等。
11、克霉唑关键中间体邻氯苯基二苯基氯甲烷得合成主要有几种?
工业上选择哪条路线?
为什么?
答:
(1)邻氯苯甲酸乙酯得Grignard试剂法
(2)邻氯甲苯得三氯化法
(3)邻氯苯甲酸得二次氯化二次F-C反应法
工业上选择路线(3)。
因为,路线
(1)应用Grignard试剂,要求严格得无水条件,原辅材料质量要求严格,且溶剂乙醚易燃、易爆,反应设备上须有相应得安全措施,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;有未反应得氯气逸出,不易吸收完全,存在环境污染与设备腐蚀等问题、路线(3)原辅材料易得,反应条件温与,各步反应产率较高,成本也比较低;无上述氯化反应得缺点,更适于工业生产、
第二章药物路线得设计与选择
一、名词解释
1、全合成制药:
就是指由化学结构简单得化工产品为起始原料经过一系列化学合成反应与物理处理过程制得得药物、由化学全合成工艺生产得药物称为全合成药物。
2、半合成制药:
就是指由具有一定基本结构得天然产物经化学结构改造与物理处理过程制得得药物、这些天然产物可以就是从天然原料中提取或通过生物合成途径制备、
3。
手性制药:
具有手性分子得药物
4。
药物得工艺路线:
具有工业生产价值得合成途径,称为药物得工艺路线或技术路线。
5、倒推法或逆向合成分析(retrosynthesis analysis):
从药物分子得化学结构出发,将其化学合成过程一步一步逆向推导进行寻源得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:
就是指利用常见得典型有机化学反应与合成方法进行药物合成设计得思考方法。
包括各类化学结构得有机合成物得通用合成法,功能基得形成、转换、保护得合成反应单元等等。
对于有明显类型结构特点与功能基得化合物,常常采用此种方法进行设计。
7、Sandmeyer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α-活泼氢得醛、酮与甲醛及胺(伯胺、仲胺或氨)反应,结果一个α-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。
9.“一勺烩”或“一锅煮”:
对于有些生产工艺路线长,工序繁杂,占用设备多得药物生产。
若一个反应所用得溶剂与产生得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“一勺烩”或“一锅煮”。
改革后得工艺可节约设备与劳动力,简化了后处理、
10。
分子对称法:
一些药物或中间体得分子结构具对称性,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. 剖析药物得化学结构,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、C—S、C—O
8.
异丁基苯。
9。
推测合理得排列顺序,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、 反应进程得控制方法、副反应产生得杂质及其对后处理得影响,以及前后各步反应对溶质、pH、副产物等得影响后
15.相转移催化技术
三、单项选择题
1。
B 2.C3。
A 4、C5。
D
6、A 7、A 8。
B 9. B 10.C
11、 A12.B 13.A14、C 15。
B
四、简答题
1. 药物工艺路线得设计要求有哪些?
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,最好就是多步反应连续操作,实现自动化;
(8)收率最佳、成本最低。
2、药物得结构剖析原则有哪些?
答:
(1)药物得化学结构剖析包括分清主要部分(主环)与次要部分(侧链),基本骨架与官能团;
(2)研究分子中各部分得结合情况,找出易拆键部位;
(3)考虑基本骨架得组合方式,形成方法;
(4)官能团得引入、转换与消除,官能团得保护与去保护等;
(5)若系手性药物,还必须考虑手性中心得构建方法与整个工艺路线中得位置等问题。
3、药物生产工艺路线得设计与选择得一般程序:
答:
(1)必须先对类似得化合物进行国内外文献资料得调查与研究工作、
(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得技术路线、
(3)写出文献总结与生产研究方案(包括多条技术路线得对比试验)
(4)确证其化学结构得数据与图谱(红外、紫外、核磁、质谱等);
(5)生产过程中可能产生或残留得杂质、质量标准;
(6)稳定性试验数据;
(7)“三废”治理得试验资料等等。
4.药物工艺路线设计得意义就是什么?
药物工艺路线设计得基本内容,主要就是针对已经确定化学结构得药物,研究如何应用制备药物得理论与方法,设计出适合其生产得工艺路线。
它得意义在于:
①有生物活性与医疗价值得天然药物,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。
②根据现代医药科学理论找出具有临床应用价值得药物,必须及时申请专利与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。
③引进得或正在生产得药物,由于生产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,药物得工艺路线得设计与选择就是非常重要得,它将直接关系到药品得质量。
5、药物工艺路线设计得主要方法有哪些?
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.工艺路线得评价与选择方法包括哪几方面?
7.工艺路线得改造途径有哪些?
选用更好得反应原辅料与工艺条件;
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、新技术得应用。
8。
制药工业过程按照毒性大小溶剂分为几类?
选用原则就是什么?
根据有机溶剂对人体及环境可能造成得危害得程度,分为以下四种类型进行研究:
(1)第一类溶剂及研究原则
第一类溶剂就是指人体致癌物、疑为人体致癌物或环境危害物得有机溶剂、因其具有不可接受得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、当根据文献或其她相关资料确定合成路线,涉及到第一类溶剂得使用时,建议重新设计不使用第一类溶剂得合成路线,或者进行替代研究、
由于有机溶剂得选用就是合成工艺中比较重要得一点,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得结构确证、质量研究、稳定性考察得影响降至最低、但替代研究就是一项比较复杂、耗时得工作,有时候由于条件、时间等得限制,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得前提下,可使药物进入临床研究。
在临床研究期间、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得研究工作。
因为溶剂得改变可能导致产品物理化学性质以及质量得改变,因此如发生溶剂得替代,则需要进行溶剂改变前后得产品物理化学性质、质量得对比研究,必要时还需要进行结构对比确证,以说明产品得结构就是否发生变化。
如果工艺中不可避免得使用了第一类溶剂,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
第二类溶剂就是指有非遗传毒性致癌(动物实验)、或可能导致其她不可逆毒性(如神经毒性或致畸性)、或可能具有其她严重得但可逆毒性得有机溶剂、此类溶剂具有一定得毒性,但与第一类溶剂相比毒性较小,建议限制使用,以防止对病人潜在得不良影响。
考虑到第二类溶剂对人体得危害以及所使用得溶剂在终产品中残留得可能性,建议对合成过程中所使用得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得质量标准提供数据支持。
(3)第三类溶剂及研究原则
第三类溶剂就是GMP或其她质量要求限制使用,对人体低毒得溶剂、第三类溶剂属于低毒性溶剂,对人体或环境得危害较小,人体可接受得粗略浓度限度为0。
5%,因此建议可仅对在终产品精制过程中使用得第三类溶剂进行残留量研究。
(4) 尚无足够毒性资料得溶剂及研究原则
这类溶剂在药物得生产过程中可能会使用,但目前尚无足够得毒理学研究资料。
建议药物研发者根据生产工艺与溶剂得特点,必要时进行残留量研究。
随着对这类溶剂毒理学等研究得逐步深入,将根据研究结果对其进行进一步得归类、
选用原则:
一般应选择毒性较低得试剂,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得一般原则有哪些?
①所选单元反应不要干扰结构中已有得取代基,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,尽量把收率高得反应步骤放在后面;
③原料应价廉、供应充足;
④反应条件尽量温与,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、试用逆向合成分析法设计一条益康唑(Econazole)得合成路线?
答:
(1)逆合成分析
(2)合成路线:
2。
试根据逆合成分析与类型反应等方法设计一条抗菌药物克霉唑(Clotrimazole)得合成路线?
答:
(1)逆合成分析
(2)类型反应
3.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得合成路线。
答:
4、以对硝基苯甲酸合成局麻药盐酸普鲁卡因得合成路线
答:
5.设计出以异丁基苯为原料,布洛芬得合成工艺路线。
布洛芬
6.试画出布洛芬得绿色合成工艺路线
第三章工艺路线得研究与优化
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得反应。
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得反应。
3.简单反应:
由一个基元反应组成得化学反应。
4。
复杂反应:
由两个以上基元反应组成得化学反应。
又可分为可逆反应、平行反应与连续反应。
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得乘积成正比,并且每种反应浓度得指数等于反应式中各反应物得系数、
6. 可逆反应:
属于复杂反应,两个方向相反得反应同时进行,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渐增大,直到两个反应速度相等,反应物与生成物浓度不再随时间而发生变化。
对于正向反应与逆向反应,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得化学反应。
在生产上将需要得反应称为主反应,其余得称为副反应。
8.质子性溶剂:
质子性溶剂含有易取代得氢原子,既可与含负离子得反应物发生氢键结合产生溶剂化作用,也可与负离子得孤电子对配位,或与中性分子中得氧原子(或氮原子)形成氢键,或由于偶极矩得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—SbF3)、氟磺酸—三氟化锑(FSO3H—SbF3)、三氟醋酸(CF3COOH)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得氢原子,主要靠偶极矩或范德华力得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与非质子非极性溶剂(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)与脂肪烃类(正已烷、庚烷、环己烷与各种沸程得石油醚)一般又称为惰性溶剂。
10.正交设计:
正交设计就是在全面试验点中挑选出最有代表性得点做试验,挑选得点在其范围内具有“均匀分散”与“整齐可比”得特点。
正交设计就就是利用已经造好了得表格——正交表一一安排试验并进行数据分析得一种方法。
正交设计适用于影响因素较多,水平数较小得实验设计。
二、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,反应得性质
4。
原料消失时,原料斑点几乎不变而末出现新得杂质斑点时
5.气相色谱、 液相色谱、 化学或物理方法,薄层色谱(TLC)
6。
4,Arrhenius定律 ,有爆炸极限得化学反应 , 酶或催化剂催化得反应, 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、用移动化学平衡得方法,价格便宜、易得反应物
10。
主反应,副反应
11、 反应物得配料比、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、单元反应得反应机理
15、 类推法
16.88
17.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。
77
20. 平分法 、黄金分割法、分数法
21. 总在试验范围得中点处安排试验
22、 x1=a+0。
618(b—a), x2=a+0。
382(b—a)
23。
“均匀分散” 与 “整齐可比”
24.Ln(tq),L,t, q,n
25、试验中相应因子(因素)作用得大小,主要因素,次要因素
26、最佳水平
27。
正交表中因子得水平数,应大于
三、单项选择题
1. A2. B 3. B 4.A 5。
A
6。
D 7、A8。
B9。
A10、 B
11。
B12. A。
13.B 14。
D15.B
16。
C 17. B 18。
C 19。
D 20。
D
21。
A 22、A23。
B 24。
B(II)25。
C(III)
四、简答题
1、现代有机合成反应特点有哪些?
答:
(1)反应条件温与,反应能在中性、常温与常压下进行;
(2)高选择性(立体、对映体);
(3)需要少量催化剂(1%);
(4)无“三废”或少“三废”等
2。
反应溶剂得作用有哪些?
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)溶剂就是一个稀释剂,有利于传热与散热,并使反应分子能够分布均匀、增加分子间碰撞与接触得机会,从而加速反应进程。
(3)溶剂直接影响化学反应得反应速度、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,对溶剂得选择有哪些要求?
答:
(1)溶剂必须就是惰性得
(2)溶剂得沸点不能高于被重结晶物质得熔点
(3)被重结晶物质在该溶剂中得溶解度,在室温时仅微溶,而在该溶剂得沸点时却相当易溶,其溶解度曲线相当陡。
可画图表示。
(4)杂质得溶解度或就是很大(待重结晶物质析出时,杂质仍留在母液中)或就是很小(待重结晶物质溶解在溶剂里,借过滤除去杂质)。
(5)溶剂得挥发性。
低沸点溶剂,可通过简单得蒸馏回收,且析出结晶后,有机溶煤残留很容易去除、
(6)容易与重结晶物质分离。
(7)重结晶溶剂得选择还需要与产品得晶型相结合。
4。
根据温度与反应速度得关系,下列图分别表示何类型得化学反应?
答:
(1)较常见得化学反应,符合Arrhenius定律(2)有爆炸极限得化学反应(3)酶或催化剂催化得反应(4)反常型、
5、反应终点得确定方法有哪些?
TLC确定反应终点得原则就是什么?
答:
(1)反应终点得控制,主要就是控制主反应得完成;测定反应系统中就是否尚有未反应得原料(或试剂)存在;或其残存量就是否达到一定得限度。
(2)在工艺研究中常用薄层色谱(TLC)或纸色谱、气相色谱或液相色谱等来监测反应、一般也可用简易快速得化学或物理方法,如测定其显色、沉淀、酸碱度、相对密度、折光率等手段进行监测。
(3)实验室中常采用薄层色谱(TLC)跟踪检测,判断原料点就是否消失或原料点几乎不再变化,除了产物与原料外就是否有新得杂质斑点生成,这些信息可以决定就是否终止反应。
①原料点消失说明原料反应完全。
②原料点几乎不再变化,说明反应达到平衡、③ 有新得杂质斑点,说明有新得副反应发生或产物发生分解。
在药物合成研究中,常发现反应进行到一定程度后,微量原料很难反应完全,继续延长反应时间,则会出现新得杂质斑点得现象。
试验中一般在原料消失时或原料斑点几乎不变而末出现新得杂质斑点时停止反应,进行后处理。
6。
在进行工艺路线得优化过程中,如何确定反应得配料比?
合适得配料比,既可以提高收率,降低成本,又可以减少后处理负担、选择合适配料比首先要分析要进行得化学反应得类型与可能存在得副反应,然后,根据不同得化学反应类型得特征进行考虑。
一般可根据以下几方面来进行综合考虑。
(1)凡属可逆反应,可采用增加反应物之一得浓度,通常就是将价格较低或易得得原料得投料量较理论值多加5%~20%不等,个别甚至达二三倍以上,或从反应系统中不断除去生成物之一以提高反应速度与增加产物得收率。
(2)当反应生成物得产量取决于反应液中某一反应物得浓度时,则增加其配料比、最合适得配料比应符合收率较高与单耗较低得要求。
(3)若反应中有一反应物不稳定,则可增加其用量,以保证有足够得量参与主反应。
(4)当参与主、副反应得反应物不尽相同时,可利用这—差异,通过增加某一反应物得用量,增强主反应得竞争能力。
(5)为了防止连续反应(副反应),有些反应得配料比宜小于理论量,使反应进行到一定程度停止。
7、在进行工艺路线得优化过程中,如何确定物料得加料次序?
某些化学反应要求物料按一定得先后次序加入,否则会加剧副反应,降低收率;有些物料在加料时可一次投入,也有些则要分批慢慢加入。
对一些热效应较小、无特殊副反应得反应,加料次序对收率得影响不大。
在这种情况下,应从加料便利、搅拌要求或设备腐蚀等方面来考虑,采用比较适宜得加料次序。
对一些热效应较大同时也可能发生副反应得反应,加料次序则成为一个不容忽视得问题,因为它直接影响着收率得高低。
所以必须针对引起副反应得原因而采取适当得控制方法,必须从使反应操作控制较为容易、副反应较小、收率较高、设备利用率较高等方面综合考虑,来确定适宜得加料次序。
8。
简述正交试验设计法得基本步骤?
答:
正交设计就就是利用已经造好了得表格-—正交表一一安排试验并进行数据分析得一种方法。
正交表用Ln(tq)表示。
L表示正交设计,t表示水平数,q表示因子数,n表示试验次数、因子数一般用A,B,C等表示,水平