制药工程与工艺第七章

第七章 奥美拉唑的生产工艺原理 第一节 概 述 奥美拉唑 (Omeprazole)，化学名称(R,S)为5-甲氧基-2-（4-甲氧基-3，5-二甲基-2-吡啶-2-基-甲基氧硫基）苯并咪唑。 质子泵抑制剂，作用机制为抑制胃酸细胞膜的H+，K+-ATP酶系，具有独特的抑制胃酸分泌作用 第二节 合成路线及其选择 一、5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇(7-6)与2-氯甲基-3，5-二甲 基-4-甲氧基吡啶盐酸盐(7-7)反应 二、2-氯-5-甲氧基-1H-苯并咪唑与3，5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶甲硫醇反应 三、4-甲氧基邻苯二胺和2-[(3，5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶基）甲硫基]甲酸反应 四、5-甲氧基-2-甲基亚硫酰基-1H-苯并咪唑碱金属盐与1,4-二甲氧基-3,5- 二 甲基吡啶鎓盐反应 一、5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇(7-6)与2-氯甲基-3，5-二甲 基-4-甲氧基吡啶盐酸盐(7-7)反应 这条路线的核心问题是合成5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇（7-6）与2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐（7-7）两个关键中间体。 （一）5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇的合成 （二）2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐的合成 ① 以2,3,5-三甲基吡啶（7-14） 为原料 工业上采用此路线生产奥美拉唑 （二）2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐的合成 ② 以3,5-二甲基吡啶（7-15） 为起始原料 此路线与路线①相似，在2,3,5-三甲基吡啶（7-14）的来源得到解决后，逐渐被路线①代替。 （三）奥美拉唑的合成 5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇（7-6）与2氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐（7-7）在碱性条件下，发生Williams反应，生成硫醚（7-8）。间氯过氧苯甲酸（MCPBA)和高碘酸钠是将硫醚氧化成亚砜的常用试剂，该步反应收率在70%以上。 此路线具有合成路线短，收率高的特点，是国内厂家生产奥美拉唑（7-1）采用的路线。 二、2氯-5-甲氧基-1H-苯并咪唑与3,5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶甲硫醇反应 与路线一相似，但是两种原料来源困难，合成难度大，文献资料少，实用价值不大。 三、4-甲氧基邻苯二胺和2-[(3,5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶基)甲硫基]甲酸反应 缺点：（7-23）合成路线长，制备困难，使整个路线较长，后处理麻烦，总收率低于路线一 四、5-甲氧基-2-甲基亚磺酰基-1H-苯并咪唑碱金属盐与1,4-二甲氧基-3,5-二甲基吡啶鎓盐反应 不使用制备困难的2-卤代吡啶，但是碱金属盐（7-25）要求在低温下进行制备，丁基锂价格昂贵而且遇水和空气分解，反应条件要求苛刻。 第三节 5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇 生产工艺原理及其过程 5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ： 原料：以对氨基苯甲醚（7-9）为起始原料 产品：5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇 追溯求源法 合成步骤： 一、原料4-甲氧基-2-硝基苯胺的制备 （一）4-甲氧基-2-硝基乙酰苯胺的制备 原理： 1、硝化剂硝酸具有氧化性，为防止氨基氧化，需在硝化前乙酰化保护氨基； 2、-NH3有强吸电子作用，属于邻对位定位基，在酸性条件下生成铵盐后将变为间位定位基 工艺过程 物料比 对氨基苯甲醚（7-9）：冰乙酸：乙酸酐：浓硝酸：冰水=1：2.56：0.90：1.15：4.20 将对氨基苯甲醚（7-9）、冰乙酸和水混合，搅拌至溶解。加入碎冰，0-5℃加入乙酸酐，搅拌下结晶析出。冰浴冷却下，加入浓硝酸，60-65℃保温10min。冷却至25℃，结晶完全析出后，抽滤，冰水洗涤至中性，干燥，得黄色结晶4-甲氧基硝基乙酰苯胺（7-10），mp 114-116℃，收率84%。 （二）4-甲氧基-2-硝基苯胺的制备 工艺过程 物料比 4-甲氧基-2-硝基乙酰苯胺（7-10）：Claisen碱液：水=1:1.86:1.56 将4-甲氧基-2-硝基乙酰苯胺（7-10）加到已配置好的Claisen碱液中，回流15min后，加水，再回流15min，冷却至0-5℃，抽滤，冰水洗涤三次 ，得砖红色固体的4-甲氧基-2-硝基苯胺（7-11），mp122-123℃，收率88%。 二、产品5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇的制备 5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇 （一）4-甲氧基邻苯二胺的制备 原理： 注：4-甲氧基邻苯二胺性质不稳定，空气中易氧化，不宜存放，故反应温度不宜超过40℃，否则产物氧化，也不宜低于20℃，否则有盐析出，影响萃取效果。 工艺过程 物料比 4-甲氧基-2-硝基苯胺：二氯亚锡：浓盐酸=1：4.57：7.45 将二氯亚锡和浓盐酸混合，搅拌溶解后，20℃加入4-甲氧基-2-硝基苯胺，搅拌3h。滴加40%氢氧化钠溶液至pH值为14，温度不超过40℃。用乙酸乙酯萃取两次，合并有机相，水洗，无水硫酸钠干燥。减压蒸馏除去有机溶剂，得黄色油状物，冷冻后结晶为4-甲氧基邻苯二胺（7-12）产率72%。 工艺过程 物料比 4-甲氧基邻苯二胺：二硫化碳：氢氧化钾：95%乙醇=1：0.68：0.74：4 搅拌下，将二硫化碳和4-甲氧基邻苯二胺（7-12）加到95%乙醇和氢氧化钾的混合液中，加热回流3h。加入活性炭，回流10min，趁热过滤。滤液与70%热水混合，搅拌下滴加乙酸至pH值为4-5，结晶析出完全。抽滤，水洗至中性，干燥，得土黄色结晶5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇（7-6），mp为254-256℃，收率78%。 （二）5-甲氧基-1H-苯并咪唑-2-硫醇制备 第四节 2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐的生产工艺原理及其过程 以2,3,5-三甲基吡啶为起始原料，经2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物和4-硝基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物等中间体制备4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物。在乙酸酐作用下发生重拍反应，得到3,5-二甲基-2-2-羟甲基-4-甲氧基吡啶，最后与二氯亚砜反应，生成2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶；反应流程如下。 H2O2 HNO3/H2SO4 CH3ONa AC2O SOCl2 一、4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物的制备 （一）2,3,5-三氧甲基吡啶-N-氧化物的制备 1.工艺原理 冰乙酸与过氧化氢混合生成过氧乙酸，质子化的过氧乙酸亲电进攻吡啶上的N原子，生成吡啶的N-氧化物。 CH3COOH + H2O2 CH3COOOH + H2O + H+ + 2. 反应条件与影响因素 （1）过氧乙酸和过氧化氢均为弱氧化剂，在氧化温度为80~90℃，时间为24h的的反应条件下，2,3,5-三甲基吡啶之发生N-氧化，吡啶环及其环上甲基较稳定。 （2）用40%的氢氧化钠调节pH值至14进行后处理，可将残余的乙酸成盐溶于水，从而与氧化物分离。 3. 工艺过程 重量配比为2,3,5-三甲基吡啶：30%双氧水：冰乙酸 = 1: 1.41: 3.16。 将2,3,5-三甲基吡啶、30%双氧水和冰乙酸混合，搅拌下缓慢升温至80~90℃，反应24h。减压蒸除溶剂，冷却，用40%氢氧化钠溶液调节pH值到14，然后用氯仿萃取三次，无水硫酸钠干燥。减压浓缩，50~60℃真空干燥，得淡黄色固体3,5-二甲基吡啶，收率80.3%。 （二）4-硝基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物的制备 1.工艺原理 浓硝酸和浓硫酸按一定比例组成硝化剂，浓硫酸供质子能力强于硝酸，有利于硝酸解离为NO2+ 。 HNO3 + 2H2SO4 NO2+ + H3O+ + 2HSO4 吡啶属于缺π电子杂环，环上电子云密度与硝基苯相当，但吡啶N-氧化物情况有所不同。因氧子与杂环形成给电子性的 p-π 共轭，其亲核能力大于相应的吡啶核，所以较容易进行硝化反应，硝基进入杂原子的对位。对于2,3,5-三甲基吡啶N-氧化物，在N-氧化物和三个甲基的共同作用下，吡啶环的亲电活性大大提高。在混酸作用下，硝基进入电子云密度较高的4位，而6位产物较少。 HNO3/H2SO4 2. 反应条件及影响因素 （1）提高温度，硝化反应速率加快。但是随着反应温度的提高，氧化、断键、多硝化和硝基置换等副反应也可能增加。硝化反应为放热反应，反应活性高的化合物硝化时可放出大量的热，如不及时冷却，热量累积，促使温度骤然上升，引起热分解等副反应，操作时应特别小心。 （2）在使用混酸做硝化剂时，工业生产中用“硫酸脱水值”（DVS）表示硫酸中硝酸及水分含量和硝酸与被硝化物的配比之间的关系。一般DVS值越高，消化能力越强。 DVS=混酸中硫酸的含量/（混酸中含水量+硝化后生成水量） 2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物的硝化反应中，重量配比为3,5,-二甲基吡啶：浓硫酸（98%）：浓硝酸（70%）=1:4.95:3.68,硝酸与2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物的摩尔配比为5.61:1。混酸中各组分的百分含量为: H2SO4% = 4.95×98%/ (4.95+3.68) =56.21% HNO3% = 3.68×70% (4.95+3.68) =29.85% H2O% = 100%－ (56.21%+29.85%) = 13.94% 硝化与被消化物3,5-二甲基吡啶的摩尔配比为5.6:1,代入DVS计算式： DVS = 56.21/[ 13.94+ (29.85/5.61×18/63 ) ] = 3.64 3. 工艺过程 重量配料比为2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物：浓硫酸：硝酸 = 1:4.95:3.68。 搅拌下，温度控制在90℃以下，将浓硫酸滴加到2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物中，再缓慢滴加混酸（浓硫酸：浓硝酸 = 1:1.10）。然后于90℃保温反应20h。冰浴冷却下，缓慢滴加40%氢氧化钠溶液至pH值为3~4，用氯仿萃取三次，合并有机相，无水硫酸钠干燥。减压浓缩回收氯仿，残留液位黄色液体，冷却后固化，得到黄色固体4-2,3,5-三甲基吡啶-N氧化物，收率82.1%。 （三）4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物的制备 1.工艺原理 吡啶为缺电子芳环，对4位硝基的束缚能力较弱，在强亲核试剂烷氧负离子的进攻下，以双分子历程硝基被烷氧基取代，4位形成放环烷烃混合醚结构。 2.反应条件与影响因素 （1）4-硝基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物与甲醇钠的摩尔配比为1:1.5，通过增加甲醇钠的配比，可提高4-硝基-2,3,5-三甲基吡啶-N氧化物的转化率。 （2）产物易吸潮，干燥处存放。 CH3ONa －NO2- 3. 工艺过程 重量配料比为4-硝基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物：甲醇钠：无水甲醇 = 1:0.49:4.23。 将4-硝基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物和无水甲醇混合，加热会留下，滴加甲醇钠的甲醇溶液（甲醇钠：甲醇 = 1:3.85），回流12h。冷却至室温，加水稀释反应液，减压回收甲醇，加水稀释残留液，用氯仿萃取三次，合兵有机相，无水硫酸钠干燥。减压浓缩回收氯仿后，得到棕黄色固体4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物，收率为80.6%。 二、2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐的制备 （一）3,5-氯甲基-2-羟甲基-4-甲氧基吡啶的制备 工艺原理 首先4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物与乙酸酐作用发生重排反应，生成2位乙酰氧甲基，然后再碱性条件下水解生成2位羟甲基。重排反应无论是自由基历程，还是离子对历程，质子离去的决定反应速度。 NaOH/H2O Ac2O 2. 反应条件与影响因素 （1）重排反应温度为110℃，低于乙酸酐的沸点，目的在于防止乙酸酐分解。水解反应在氢氧化钠溶液中进行，回流3h，使反应完全。 （2）重排反应为无水操作，微量的水对脱质子反应不利，可阻断重排反应的进行。 （3）重排反应中乙酸酐具有反应物和反应溶剂双重作用，将过量的乙酸酐回收套用，可降低成本。 3. 工艺过程 重量配料比为4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物：乙酸酐：氢氧化钠：甲醇：水 = 1:3.23:0.72:2.36:1.50。 4-甲氧基-2,3,5-三甲基吡啶-N-氧化物和乙酸酐混合，搅拌下于110℃反应3h。减压浓缩回收乙酸酐。将残留液、甲醇、氢氧化钠和水混合，加热回流3h。减压回收甲醇后，加水稀释，用氯仿萃取三次，合并有机相，无水硫酸钠干燥。减压浓缩回收氯仿，得到总黄色固体3,5-二甲基-2-羟甲基-4-甲氧基吡啶，回收率84.4%。 (二)2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐的制备 工艺原理 二氯亚砜是常用的氯化剂，在反应中生成的氯化氢和二氧化硫均为气体，易挥发除去，无残留物，后处理方便。二氯亚砜与醇首先生成氯化亚硫酸酯，氯化亚硫酸酯分解放出二氧化硫，分解方式与溶剂有关。以氯仿为反应溶剂，应按SN1机理进行，氯离子进攻碳正离子，形成2位氯甲基。 SOCl2 + SO2 + Cl- 2. 反应条件与影响因素 （1）生成氯化亚砜硫酸酯的反应是烦热反应，因此温度控制在0℃以下；室温进行氯代反应。 （2）二氯亚砜和氯化亚砜硫酸酯遇水分解，应无水操作。 3. 工艺过程 重量配料比为3,5-二甲基-2-羟甲基-4-甲氧基吡啶：二氯亚砜：氯仿 = 1:2.47:19.00。 搅拌下，将3,5-二甲基-2-羟甲基-4-甲氧基吡啶的氯仿溶液降温至﹣5℃，滴加二氯亚砜，温度控制在0℃以下，滴毕后，室温搅拌2h。减压浓缩至干，将残留物用异丙醇和无水乙醚的混合溶剂提纯，得到2-氯甲基-3,5-二甲基-4-甲氧基吡啶盐酸盐白色结晶，mp：126~128℃，收率63.1%。 第五节 奥美拉唑的生产工艺原理及其过程 一、奥美拉唑生产的工艺原理 （一）先合成氧化硫醚：5-甲氧基-2-[(3,5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶基)甲硫基]-1-H-苯并咪唑 （二）将得到的硫醚氧化成亚砜 （三）亚砜进一步氧化成砜 （一）5-甲氧基-2-[(3,5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶基)甲硫基]-1-H-苯并咪唑的制备 制备硫醇钠→Williams反应→氧化硫醇 （二）将得到的硫醚氧化成亚砜 可将硫醚氧化成亚砜的氧化剂有等摩尔量的30%H2O2、NaIO4或叔丁基次氯酸酯等 （三）亚砜进一步氧化成砜 进一步氧化的氧化剂与第一步氧化的氧化剂相同，即再加等摩尔量的氧化剂即可氧化成砜 二、反应条件与影响因素 1、5-甲氧基-2-[(3,5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶基)甲硫基]-1-H-苯并咪唑制备的反应条件与影响因素 氢氧化钠与两个反应物的摩尔配比为1.1:1:1，若碱略过量。可使硫醇完全转化为硫醇钠。 用甲醇与水混合作溶剂，对硫醇和盐酸盐均有较好的溶解度，有利于反应的进行。 粗产品可不经提纯直接参加下一步反应。 二、反应条件与影响因素 2、将得到的硫醚氧化成亚砜，亚砜进一步氧化成砜 MCPBA （间氯过氧苯甲酸）氧化硫醚的摩尔比为1:1， MCPBA用量不足，氧化不完全，产物中可能含有氧化硫醚； MCPBA过量的话，产物中可能含有过氧化产物砜或吡啶N-氧化物，结构如下： 二、反应条件与影响因素 MCPBA与氧化硫醚在氯仿中也均有一定的溶解度，因此也可以用氯仿作为反应溶剂，乙酸乙酯也可以作为反应溶剂。 得到的产物容易氧化分解，应该避光于干燥阴凉处存放，分解易得产物如下： 三、生产工艺过程 1、5-甲氧基-2-[(3,5-二甲基-4-甲氧基-2-吡啶基)甲硫基]-1-H-苯并咪唑制备 重量配料比为硫醇:盐酸盐:氢氧化钠:甲醇:水=1:1.23:0.5:1.76:1.78。 将硫醇、氢氧化钠、甲醇和水按比例混合，搅拌溶解后，加入盐酸盐，回流状态下，滴加氢氧化钠水溶液（氢氧化钠:水=1:4），再回流反应6h。 减压蒸出甲醇，乙酸乙酯萃取残留液三次，饱和碳酸氢钠水溶液和水依次洗涤有机相，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后得到棕红色产物。重结晶，得白色固体氧化硫醚。收率80.5%。 三、生产工艺过程 2、将得到的硫醚氧化成亚砜，亚砜进一步氧化成砜 重量配料比为硫醚:间氯过氧甲苯:氯仿=1:0.52:26.06。 氧化硫醚溶于氯仿，将反应液冷却到-10℃以下，滴加MCPBA的氯仿溶液，室温搅拌15min。 饱和碳酸氢钠水溶液和水依次洗涤反应液，再用无水硫酸镁干燥。 减压浓缩至干，得到棕黑色产物，即得粗品。 已氰处理粗品，得到白色粉末奥美拉唑。收率为67.4%。 第六节 原辅料的制备和污染治理 一、 2，3，5—三甲基吡啶的制备方法 方法一：Chichibabin 吡啶类化合物合成方法 反映步骤少，比较简单 氨和甲醛在380°常压反应但产物只占27.6%，副产物较多，目标 产物收率低。 方法二：Hantzsch 吡啶类化合物合成方法 反应总收率为59.4%， 较方法一收率要高。 2-甲基丙二酸二乙酯 和3-氨基-2-甲基-丁烯 酸乙酯来源困难， 成本较高。 方法三： 甲基化或氰基化法 甲基锂和三甲基氰基硅烷价格昂贵且性质活泼，遇水和氧分 解，操作困难。3，5-二甲基吡啶与甲醇反应条件苛刻，温度240° ，并需要骨架镍或骨架钴的催化。 方法四： 脱甲基化 条件温和，收率为67%较高，有一定的实用价值。 二、 容积的回收和套用 1、酸性碱性废水：废水合并，中和至规定PH值，静置沉淀后排入 废水管道。 2、硫化氢气体：用浓碱液吸收处理。 3、回收容积的残渣：量较少，集中一定量后焚烧处理。 4、有机溶剂：本工艺所用有机溶剂如氯仿、乙酸乙酯、乙腈、甲 醇、乙醇、异丙醇等均可回收返回系统套用。 5、氯仿、乙酸乙酯、乙腈的回收：将氯仿或乙酸乙酯用水洗涤至 中性，分去水层常压蒸馏。氯仿60~62℃馏分，乙酸乙酯76~78 ℃ 馏分，乙腈81~83 ℃馏分。 6、甲醇、乙醇、异丙醇的回收：用分馏塔蒸馏。甲醇64~65℃馏 分，乙醇78~79 ℃馏分，异丙醇81~83 ℃馏分。