化学工艺学第五章化学合成工艺研究01.pdf

第五章 化学合成工艺研究 一个宏观上经济合理、安全可靠、环境友好的合成路线 确定后，再优化其中的每一步反应就能获得“完美”的合成工 艺。 合成工艺路线的设计和选择之后，接下来要进行工艺条 件研究。 （1）一个产品的合成工艺路线通常可由若干个合成工序组 成，每个合成工序包含若干个化学单元反应，每个单元反应 又包括反应和后处理两部分，后处理是产物的分离、精制的 物理处理过程，只有经过适当而有效的后处理才能得到符合 质量标准的产品。 （2 ）对这些化学单元反应进行实验室水平的工艺（小试工 艺）研究，目的在于优化和选择最佳的工艺条件；同时，为 生产车间划分生产岗位做准备。 （3 ）化工产品的制备过程是各种化学单元反应与化工单元操 作的有机组合和综合应用。 本章讨论的具体内容： 研究反应物分子到产物分子的反应过程，深入探 讨化学合成工艺研究中的具体问题及其相关理论。 （1）在了解或阐明反应过程的内因 （如反应物和反应 试剂的性质）的基础上，探索并掌握影响反应的外因 （即反应条件）； 只有对反应过程的内因和外因以及它们之间的相 互关系深入了解后，才能正确地将两者统一起来，进 一步获得最佳工艺条件。 化学合成工艺研究的过程也就是探索化学反应条 件对反应物所起作用的规律性的过程。 （2 ）化学反应的内因 主要是指反应物和反应试剂分子中原子的结合状 态、键的性质、立体结构、官能团的活性，各种原子 和官能团之间的相互影响及物化性质等，是设计和选 择合成工艺路线的理论依据。 （3 ）化学反应的外因 即反应条件，也就是各种化学反应的一些共同点： 配料比、反应物的浓度与纯度、加料次序、反应时间、反 应温度与压力、溶剂、催化剂、pH值、设备条件，以及 反应终点控制、产物分离与精制、产物质量监控等等。 在各种化学反应中，反应条件变化很多，千差万别， 但又相辅相成或相互制约。有机反应大多比较缓慢，且副 反应很多，因此，反应速率和生成物的分离、纯化等常常 成为化学合成工艺研究中的难题。 反应条件和影响因素 （8个方面）： （1）配料比 参与反应的各物料之间物质量的比例称为配料比（也称 投料比）。通常物料量以摩尔为单位，则称为物料的摩尔 比。 （2 ）溶剂 溶剂主要作为化学反应的介质，反应溶剂性质和用量直 接影响反应物的浓度、溶剂化作用、加料次序、反应温度和 反应压力等。 （3 ）温度和压力 化学反应需要光和热的传输和转换，在化学合成工艺 研究中要注意考察反应温度和压力的变化，选择合适的搅 拌器和搅拌速度。 （4 ）催化剂 现代化学工业中，80% 以上的反应涉及催化过程。化 学合成药物的工艺路线中也常见催化反应，如酸碱催化， 金属催化，相转移催化，生物酶催化等，来加速化学反 应、缩短生产周期、提高产品的纯度和收率。 （5 ）反应时间及其监控 反应物在一定条件下通过化学反应转变成产物，与化 学反应时间有关。有效地控制反应终点，力图以高收率获 得高纯度的产物。 （6 ）后处理 由于化学合成反应常伴随着副反应，因此反应完成 后，需要从副产物和未反应的原辅材料及溶剂中分离出主 产物；分离方法基本上与实验室所用的方法类似，如蒸 馏、过滤、萃取、干燥等技术等。 （7 ）产品的纯化和检验 为了保证产品质量，所有中间体都必须有一定的质量 标准，最终产品必须符合规定的标准。 对于化学原料药生产的最后工序（精制、干燥和包 装）必须在符合《药品生产质量管理规范》（GMP）规定 的条件下进行。 （8 ）环境保护和三废防治 在进行合成工艺研究时，必须同时具备消除或治理污 染的相应技术措施。 在化学合成工艺研究中，还要注意化学反应各种条 件之间的相互影响。 通常采用数理统计学中的正交设计和均匀设计法来 安排实验和处理实验数据；目的在于用最少实验次数， 得出最佳的合成工艺条件，进而进行中试放大。 第一节 反应物的浓度与摩尔比 一、化学反应过程 化学反应分类：化学反应按照其过程可分为简单反应和 复杂反应两大类。 简单反应：由一个基元反应组成的化学反应称为简单反 应； 复杂反应：两个和两个以上基元反应构成的化学反应则 称为复杂反应。