工艺学期末复习资料-.doc

名解
清洁技术 用化学原理和工程技术来减少或消除对环境有害的原辅材料、催化剂、溶剂、副产物；设计并采用更有效、更安全、对环境无害的生产工艺和技术。
全合成 药物由简单原料经过一系列化学反应和物理处理过程制得的途径。
半合成 药物由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途径。
类型反应法 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。
分子对称法 具有分子对称性的药物可由分子中两个相同的分子合成制得的思考方法。
追溯求源法 从药物分子的化学结构出发，将其化学合成过程逐步逆向推导进行寻源的思考方法。
模拟类推法 对化学结构复杂、合成路线设计困难的药物，可模拟类似化合物的合成方法进行合成路线设计。
一勺烩（一锅合成）
在合成步骤变革中，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，可将两步或几步反应按顺序，不经分离，在同一反应罐中进行。
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
单分子反应 只有一分子参与的基元反应。
双分子反应 当相同或不同的两分子碰撞时相互作用而发生的反应。
零级反应 反应速率与反应物浓度无关，仅受其他因素影响的反应。
可逆反应 两个方向相反的反应同时进行的复杂反应。
平行反应 反应物同时进行几种不同的化学反应
溶剂化效应 指每一个溶解的分子或离子，被一层溶剂分子疏密程度不同地包围着的现象。
催化剂 某一种物质在化学反应系统中能改变化学反应速度，而本身在化学反应前后化学性质没有变化，这种物质称之为催化剂。
固定化酶 将酶制剂制成既能保持其原有的催化活性、性能稳定、又不溶于水的固形物。
外消旋化合物 其晶体是R、S两种构型对映体分子的完美有序的排列，每个晶核包含等量的两种对映异构体。
外消旋混合物 等量的两种对映异构体晶体的机械混合物，总体上没有光学活性，每个晶核仅包含一种对映异构体。
原子经济反应 使原料中的每一个原子都转化成产品，不产生任何废弃物和副产
品，实现“零“排放。
清污分流 指将清水与废水分别用不同的管路或渠道输送、排放、贮留，以利于清水的循环套用和废水的处理。
1、 活性污泥法 活性污泥是由好氧微生物及其代谢和吸附的有机物和无机物组成的生物絮凝体。原子利用率：原子经济性可用原子利用率来衡量。原子利用率%＝（预期产物的分子量／全部反应物的分子量总和）×100％
2、 对映体过量：在两个对映体混合物中，一个对映体E1过量的百分数。 e.e. = [(R-S)/(R+S)]*100%
3、 外消旋化合物：相反的对映体之间 >同种类分子之间亲和力，相反的对映体即将在晶体的晶胞中配对，即在每个晶核中包含等量的对映异构体，形成计量学意义上的化合物，称为外消旋化合物。
4、 “平顶型”反应：在最佳条件附近，反应条件波动时，收率基本不发生大的变化。
5、 One pot preparation：“一勺烩”（或“一锅煮”）工艺，在合成步骤变革中，如果一个反应所应用的溶剂和产生的副产物对下一步影响不太大时，就可以将两步或几步反应按照顺序，不经分离在同一个反应釜中进行的工艺。
6、 最后中间体：通过共价键形成药物前的中间体。
7、 单耗：生产1kg产品所需的各种原料的质量（kg）。
8、 生产周期：是指从合成的第一步反应开始到最后一步反应获得成品为止，生产一个批号成品所需时间的总和（以工作天数计算）
9、 闪点：是指易燃液体的蒸汽遇明火闪出火花（又称闪燃）时的温度，是物质的固有性质，闪点越低越容易燃烧。
10、COD：化学需氧量，是指在一定条件下，用强氧化剂氧化废水中的有机物质所消耗的氧量，常用的氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾。
填空
化学合成药物的生产工艺研究分为：实验室工艺研究、中试放大研究、工业生产工艺研究。

药物生产工艺路线是药物生产技术的基础和依据。工艺路线的技术先进性和经济
合理性，是衡量生产技术水平高低的尺度。

化学反应步骤的总收率是衡量不同合成路线效率的最直接的方法，其装配方式有直线方式和汇聚方式。

选择工艺路线，首先应考虑每一合成路线所用的各种原辅材料的来源、规格和供应情况，其基本要求是利用率高，廉价易得。

化学反应按照其过程,可分为简单反应和复杂反应。

简单反应包括单分子反应、双分子反应和零级反应。

复杂包括平行反应、可逆反应、连续反应。

相转移催化剂可分为鎓盐类、冠醚类、非环多醚类三大类。

直接结晶法包括同时结晶法和有择结晶法。

常用中试放大反应有经验放大法、相似放大法、数学模拟放大法。

水质指标有pH值、悬浮物(SS)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量（COD）。

废气分含尘废气、含无机物废气和含有机物废气 。

单选
平顶尖顶
“尖顶型”：反应条件要求苛刻，条件稍有变化就会使收率下降。易控制、易实现、副反应少
“平顶型”：反应条件易于控制，工艺操作条件要求不甚严格，稍有差异也不至于严重影响。难控制、条件苛刻、副反应多

收率计算
（1）直线方式:

总收率为(0.90)9 x 100% = 38.74%

（2）汇聚方式：

总收率为(0.90)5 x 100% = 59.05%
溶剂选择
质子性溶剂：水、醇类、乙酸、硫酸、三氟乙酸、氨或胺类化合物。
非质子极性溶剂：醚类（乙醚、四氢呋喃、二氧六环）、卤代烃（氯仿、二氯甲烷）、丙酮、N,N-二甲基甲酰胺。
非质子非极性溶剂：芳烃类（氯苯、二甲苯等）和脂肪烃类（正己烷、庚烷、环己烷和石油醚）
溶解度

(
g
/m
l)
A
B
C
t

o
C
合适重结晶溶剂-选溶解度变化最大的A

反应类型

一般反应 爆炸反应 催化加氢或酶反应 反常反应

中试和实验室研究区别
中试放大比实验室试验规模放大50~100倍；新药研究开发所需的样品量通常是2~10kg

废气废渣处理法的判断
属于活性污泥法的带“曝气”两字；属于生物膜法的带“生物”；属于厌氧生物处理法的带“厌氧”

简答
何剖析药物的化学结构：
① 分清主环和侧链，基本骨架与官能团；
② 找出易拆键的部位；
③ 考虑骨架的组合方式，形成方法；
④ 官能团的引入、转换和消除，保护与去保护等；
⑤ 若为手型药物，需考虑手性拆分或不对称合成等。
药物合成工艺路线的评价标准：
① 化学合成途径简洁；
② 所需的原辅料品种少且易得，并有足够数量供应；
③ 中间体容易提纯，质量符合要求，最好是多步反应连续操作；
④ 反应条件易控制；
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。
手性药物的制备技术

酶催化反应特点：①催化效率高 ②专一性强 ③反应条件温和
④酶的催化活性受到调节和控制

酶固定化的方法: ①载体结合法 ②交联法 ③包埋法 ④选择性热变法
固定化酶的优点
（1）稳定性提高，可以多次使用；
（2）反应后，酶与底物、产物易于分离纯化；
（3）反应条件易于控制，可实现转化反应的连续化和自动控制；
（4）酶的利用率更高，单位酶催化的底物量增加，用酶量下降
（5）比水溶性酶更适合多酶反应
化学制药厂污染的特点：
1．数量少、成分复杂、变动性大
2.间歇排放
3.pH值不稳
4.化学好氧量高
防治污染的主要措施：
⑴采用绿色生产工艺
⑵循环套用
⑶改进生产设备，加强设备管理
⑷综合利用
芦氟沙星的结构和两条合成途径
1.先合成苯并噻嗪环，再环合成喹诺酮酸环，再引入哌嗪基；
2.先引入哌嗪基，然后形成喹诺酮酸环和噻嗪环。

卤代苯并噻嗪合成的两条工艺路线
以2,3,4-三氯硝基苯为原料

以2,3,4-三氟硝基苯为原料

五、判断分析题（10分，每题5分，共2题）
1、从对硝基苯甲酸合成局部麻醉药盐酸普鲁卡因的过程中，硝基还原和羧基酯化这两步反应先后次序可以颠倒，都可以得到普鲁卡因。

答：如果采用Ｂ法，即采用先还原后酯化的步骤，不仅还原产物分离困难（苯环的硝基还原通常采用盐酸－铁粉还原，羧基和铁离子形成不溶性的沉淀混在铁泥中，不易分离），而且由于B法中对氨基苯甲酸的酯化反应活性较A法中的对硝基苯甲酸的活性要低，导致Ｂ法中的酯化收率不如Ａ法高，故生产上多采用Ａ法先酯化后还原的顺序。

2、氯霉素的生产中，对硝基－α－乙酰氨基苯乙酮的合成，是用对硝基－α－氨基苯乙酮盐酸盐在乙酸钠的存在下用乙酸酐酰化而成。

答：对硝基－α－乙酰氨基苯乙酮盐酸盐在乙酸钠的作用下脱盐酸成游离的氨基物，容易发生双分子缩合，遇到空气氧化成紫红色的吡嗪化合物。正确的加料方式是先加对硝基－α－乙酰氨基苯乙酮盐酸盐和乙酸酐，然后滴加乙酸钠。

计算
转化率 收率 选择性
转化率
对某一组分来说，反应物所消耗的物料量与投入反应物料量之比简称该组分的转化率。一般以百分率表示。

收率（产率）
某重要产物实际收的量与投入原料计算的理论产量之比值，也以百分率表示。

选择性
各种主、副产物中，主产物所占分率。

例：甲氧苄氨嘧啶生产中由没食子酸经甲基化反应制备三甲氧苯甲酸工序，测得投料没食子酸（1)25.0kg，未反应的没食子酸2.0kg，生成三甲氧苯甲酸（2）24.0kg，求选择性和收率

物料衡算，详见PPT例题
问答
试分析对硝基苯乙酮制备工艺的过程
反应原理:

工艺流程框图：

工艺分析:
将对硝基乙苯加入氧化塔中，加入硬脂酸钴及乙酸锰催化剂，逐渐升温至150℃以激发反应，在135℃进行反应。当反应生成热量逐渐减少，生成水的数量和速度降到一定程度时停止反应，稍冷，将物料放出。
根据反应物的含酸量加入碳酸钠溶液，使对硝基苯甲酸转变为钠盐。冷却、过滤，干燥，便得对硝基苯乙酮。
反应条件的影响：
（1）催化剂的影响
采用硬脂酸钴+醋酸锰可有效降低催化剂的用量及反应的温度
（2）反应温度的影响
控制反应进程的温度，开始需要加热，反应引发后需要移走热量
（3）压力的影响
采用5bar的空气压力
(4)对硝基乙苯质量对氧化反应影响
严格控制硝基乙苯质量

分析对硝基-α-乙酰氨基-β-羟基苯丙酮的制备
反应原理：
O
H
-
O
2
N
C
C
H
C
H
2
O
H
N
H
C
O
C
H
3
O
O
2
N
C
C
H
2
N
H
C
O
C
H
3
O
+

H
C
H
O

工艺流程框图：
注：把14-13换成“乙酰化物”

工艺分析：
将甲醇加入反应罐内，升温28℃~33℃，加入甲醛溶液，随后加入对硝基-α-乙酰胺基苯乙酮（乙酰化物）及碳酸氢钠，测pH应为7.5。
温度逐渐上升确认针状结晶全部消失，即为反应终点。
反应完毕，降温至0℃~5℃，离心、过滤，干燥即得。
反应条件影响：
（1）酸碱度对反应的影响
Ph值在7.5~8.0之间为佳
（2）温度对反应的影响
反应温度控制适当,过高甲醛挥发,过低甲醛聚合

七、简答题（30分，每题5分，共6题）
1、 绿色化学的基本原则
1)防止废物的生成比在其生成后再处理更好 ；
2)设计的合成方法应使生产过程中采用的原料最大量地进入产品中 ；
3)设计合成方法时，只要可能，不论原料、中间产物和最终产品，均应对人体健康和环境无毒、无害；
4)化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，同时也要减少其毒性；
5)应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如不可避免，也要选用无毒无害的助剂；
6)合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压下的合成方法；
7)在技术可行和经济合理的前提下，原料要采用可再生资源代替消耗性资源；
8)在可能的条件下，尽量不用不必要的衍生物，如限制性基团、保护/去保护作用、临时调变物理/化学工艺；
9)尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；
10)设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品；
11)进一步发展分析方法，使之能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成；
12)尽可能选择好化学生产过程的物质，使化学意外事故（包括渗透、爆炸、火灾等）的危险性降低到最小程度等。

2、 相转移催化剂的原理
通式如下（应加文字说明）

3、 拆分剂的选择原则
原理：dlA+Db→-dAdB+lAdB 或 dlB+dA-→dBdA+lBdA
1)必须与消旋体容易形成非对映异构盐，且容易去除。
2)在普遍性溶剂中，形成的两种非对映异构盐的溶解度差别必须显著。至少二者之一必须能形成良好的晶体。
3)拆分剂的来源要方便，价格要低，解析后回收率要高。
4)拆分剂光学纯度要高，化学性质稳定性要好。
拆分剂的化学结构如果符合下列条件，则所形成的非对映异构盐的物理、化学性质差别较大，有利于拆分。
(1)酸碱性基团接近手性中心，如果距离远，拆分效果差
(2)关键官能团附近有极性基团或可极化基团时拆分能力强
(3)增加酸碱性有利于非对映异构盐的生成（拆分弱酸、弱碱时尤其重要）

4、 中试放大的主要内容
(1)工艺路线和单元反应操作方法的最终确定
(2)设备材质和型号的选择
(3)搅拌器形式和搅拌速度的考查
(4)反应条件的进一步研究
(5)工艺流程和操作方法的确定
(6)进行物料衡算
(7)安全生产和“三废”防治措施的研究
(8)原材料、中间体的物理性质和化工常数的测定
(9)原材料、中间体质量标准的制定
(10)消耗定额（单耗）、原材料成本、操作工时与生产周期等的确定
5、 化学制药企业“三废”的消除和减少
(1)革新工艺
①更换原材料
②改进操作方法
③调整配料比
④采用新技术
(2)循环使用、套用和综合利用
(3)三废处理
①废水的处理：悬浮物废水、酸碱废水、无机废水、有机废水。物理法、化学法、物理化学法和生物法处理。
②废气的处理：悬浮物废气：机械除尘、洗涤除尘、过滤除尘和静电除尘；无机物废气：氧化还原法和吸收法；有机物废气：冷凝、吸收、吸附和燃烧。
③废渣的处理：焚烧法、填土法