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制药工艺学思考题及参考答案一、 名词解释1 溶剂效应在溶质和溶剂之间能通过静电引力而发生溶剂化作用。一般说来在溶剂化过程中，如果反应过渡状态比反应物更容易发生溶剂化，那么随着反应产物或活化络合物位能的下降，反应活化能也降低，故反应加速。反之，如果反应物更容易发生溶剂化，则反应物的位能降低，相当于活化能增高，于是反应速度降低。2 中试放大在工艺研究的实验室阶段任务完成后，一般都需要经过一个将小型试验规模放大50-100倍的中试放大过程（或中间试验阶段），以便进一步研究在一定规模的装置设备中各步化学反应条件变化的规律，并解决小型实验所不能解决或未发现的问题。3 工艺路线在多数情况下，一个合成药物往往可有多种合成路线，而化学制药工艺学上通常将具有工业生产价值的合成路线称谓该药物的工艺路线。4 “一锅煮”合成法当多步合成反应的反应机理不相互冲突，反应溶剂相同或相近时，则可能不予分离中间体而在一个瓶（锅）中连续完成数步反应，从而简化工艺，提高收率。5 前手性分子指具有羰基、碳碳双键、碳氮双键或在这些基团的相邻碳原子上有二个氢原子的化合物。主要有醛、酮、a-羰基羧酸、烯烃、不饱和羧酸、席夫碱、环己酮以及羧酸等。6 诱导结晶拆分法即在“氨基醇”消旋体的饱和水溶液中加入其中任何一种较纯的单旋体结晶作为晶种，则结晶生长并析出同种单旋体的结晶，迅速过滤，滤液再加入“氨基醇”消旋体使成适当的饱和溶液，冷却至适当温度便又析出另一种单旋体结晶，滤液再加入消旋体又可析出与第一次拆分相同构型的单旋体，如此交叉循环拆分多次。7 工艺规程工艺规程是技术管理的基础，是企业内部各部门遵循的技术准则，是组织生产的主要依据。包括产品介绍、反应过程、原料规格、工艺、设备、工时与生产周期、“三废”及综合利用、安全与放火、生产技术指标、物料平衡、检测方法等。8 邻位效应芳族化合物为平面的刚体结构，当取代基与苯环结合时，若其取代基的体积较大时，可将邻位掩蔽起来，因而在进行各种化学反应时，邻位处的反应要较其它位置困难，此即邻位效应。9 全合成化学药物分子由结构简单的化工原料经过一系列化学合成过程制得的合成过程。10 总收率在多步化学反应过程中，各步收率的连乘构成整个过程的总收率。11 CODCr以重铬酸钾为氧化剂在酸性条件下氧化污水中的有机物所消耗的氧量。12 Prins反应烯烃对甲醛进行加成，生成1，3-丙二醇结构或其衍生物的反应。13 质子极性溶剂含有活泼氢的极性有机溶剂，如甲醇、乙醇等。14 临时基团为定位、活化等目的，先引入一个基团，在达到目的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。15 厌氧生物处理法在缺氧条件下利用厌氧菌进行的产酸、产甲烷的消化降解过程。16 不对称诱导利用已有构型的手性中心进行诱导优势产生新的具有一定构型的手性中心。17 Hofmann降解反应伯酰胺用次氯酸钠处理，经异氰酸酯中间体生成少一个碳的伯胺。18 非质子极性溶剂不含有活泼氢的极性有机溶剂，如二甲基甲酰胺等。19 逆向合成分析根据目标产物分子结构逆向推导，追溯求源，直至找到起始原料；原则是先切断碳-杂键部位。 20 物料恒算物料衡算是研究一个体系内物料进出和组成变化情况，即物料平衡；遵循质量守恒定律：进入釜中的物料量流出釜中的物料量=釜中的积累物料量。21 Claisen缩合反应在碱的催化下酯或酮的碳负离子与酯缩合为b-酮酯的反应。举例说明也可。22 “平顶型”反应反应收率随着反应条件的变化呈现平顶现象，反应条件容易控制。23 平行反应反应系统内同时进行几种不同的反应，所需要的反应称为主反应，其余称为副反应。24 类型合成法应用经典的有机合成通用方法进行目标产物分子合成的设计。25 过渡实验开始时常使用试剂规格的原辅材料来保证实验结果的准确性，在进一步考察工艺条件时应尽量改用工业原辅材料。26 条件极限试验通过各种条件变化实验找到最适宜工艺条件（温度、压力、pH等）的范围。27 “尖顶型”反应反应收率随着反应条件的变化呈现尖顶状的剧烈变化现象，反应条件不容易控制。28 半合成以天然产物或生物制品为原料，经结构改造或后续合成制备化学品的合成过程。29 试验设计（优选方法）以概率论和数理统计为理论基础，通过合理安排试验和正确分析试验数据，以最少的试验次数达到优化的工艺方案。30 德勒潘（Delepine）反应二、 阐述问答题1 你认为新工艺研究的着眼点应从哪几个方面考虑？（1） 工艺路线的简便性，（2） 生产成本因素，（3） 操作简便性和劳动安全的考虑，（4） 环境保护的考虑，（5） 设备利用率的考虑等。要求提出5个（或5个以上）的考虑着眼点。2 化学制药工艺学研究的内容主要是什么？化学反应的内因是指参与反应的分子中原子的结合状态、键的性质、立体构象、官能团活性、各种原子和官能团之间的相互影响极其物理性质等，它们是设计选择合成路线的依据。化学反应的外因包括反应时的配料比、浓度、溶剂、催化剂、pH值、压力、反应物的纯度、反应时间、反应终点控制、设备要求、生成物的后处理以及质量检验等。这些都是工艺研究的主要内容。3 举例说明如何加快亲核取代反应？从增强反应中心碳原子的正电性或增强亲核试剂的负电性二方面举例说明提高反应速度和收率。4 你能设计几种方法合成合成二苯甲醇？哪种路线好？（1）（2）（3）（4）5 在氯霉素的手性合成中由I制备D-苏式-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇II的立体选择性原理和拆分原理是什么？（1）I与异丙醇进行梅尔温-庞道夫还原立体选择性地得到一对苏式对映异构体“氨基醇”（DL-苏式-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇）。（2）“氨基醇”作为消旋混合物以交叉诱导结晶拆分法拆分得到单旋体II D-苏式-1-对硝基苯基-2-氨基-1,3-丙二醇。6 药物合成工艺研究中重点研究的条件和因素有哪些？简要说明之。药物合成工艺研究中重点研究的条件和因素有：（1） 反应物的浓度与配料比，（2） 反应温度，（3） 反应的压力与溶剂，（4） 反应的催化剂及其选择性，（5） 中间产物及终产物的质量控制，（6） 反应的设备因素等。要求提出5个（或5个以上）的考虑着眼点。7 如何选择和评价药物合成工艺路线？应从以下几个方面选择和评价药物合成工艺路线：（1）材料的供应，（2）合成步骤、操作方法与收率，（3）单元反应的次序安排，（4）技术条件与设备要求，（5）安全生产与环境保护，（6）设备利用率的考虑等。8 举例说明如何加快亲电取代反应？反应物分子中若有供电子基团时，则反应部位的电子密度增大，有利于亲电取代反应。另一方面，从亲电试剂来看，正电性越大，则进攻能力越强，应考虑采用增大进攻试剂的亲电活性来加快亲电取代反应。自己举出例子。9 手性合成的前提是什么？主要考虑哪些化学因素？手性合成的前提是必须要有手性环境，因此要考虑反应物本身是否具有手性结构、反应体系中是否有手性催化剂、手性试剂、手性溶剂等手征性化学因素。10合成黄连素的工艺路线什么？有什么特点？借鉴巴马汀的全合成方法，是我国自己发展起来的合成路线。11 线性合成（逐步合成）和汇聚合成的特点是什么？可以颠倒的单元反应确定其反应次序的原则是什么？线性合成的特点是：总收率低，成本高。汇聚合成的特点是：总收率高，成本低，便于合成同系列的目标产物。确定其反应次序的原则是：收率低的单元反应放在前面（先低），收率高的单元反应放在后面（后高）。12 在进行合成路线文献调研确定工艺路线时，对“原料 关键中间体 目标产物”合成过程，应当进行怎样的检索、比较来最后确定工艺路线？（1） 对目标产物进行化学物质、分子式等检索找出产物的各种合成路线；（2） 对关键中间体进行化学物质、分子式等检索找出中间体的各种合成路线；（3） 对上述的各种路线、方法进行评估、选优，最后确定工艺路线。不够完整酌情扣分，思维开阔者酌情加分。重点考察对合成路线文献调研重要性的理解。13 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的过程（反应机理）？可举出一种理解反应过程的方式：（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。（用方程式表示反应过程也相应给分）。14 工业上怎样实现以CH3OH和固体NaOH生产CH3ONa的？乙烯与苯合成乙苯时怎样防止二乙苯的生成？（1） 不断分馏出含水甲醇使平衡向生成CH3ONa的方向移动；（2） 含水甲醇精馏出甲醇，循环套用。（3） 乙烯与苯的配料比拉大（如0.4/1）；（4） 回收苯循环套用。15 Me2SO4在工业使用中安全上应注意什么？NaCN的废液如何处理？如何控制生产上剧烈放热的物料反应？（1）Me2SO4在工业使用中安全上应注意：a 在负压下滴加，以免其蒸汽从反应釜中逸出；b 反应结束后加入过量的碱，使过量的Me2SO4彻底水解，pH为碱性。（2）NaCN的废液的处理：a 实验室里应以次氯酸钠氧化处理；b 工业上采用高压碱性水解处理。（3）对生产上剧烈放热的反应可以：a 缓慢滴加反应物，使放热变的平缓；b 在夹套内通入冷却水或冷媒及时撤除热量。16 在工艺研究中你怎样利用产物的选择性、原料的转化率、目标产物的收率等主要指标来考察合成路线的优劣？（1）药物合成通常伴随有副反应而有多种产物，我们希望反应对目标产物的选择性高。（2）原料的转化率高，不一定目标产物的收率就高。只有目标产物选择性好的前提下，原料的转化率高才可带来好的收率。（3）因此，我们希望一个好的合成路线是目标产物的选择性好，原料的转化率高，最终的目标产物收率高。重点考察对这三个概念的理解。17怎样理解下述反应的过程（反应机理）？一种理解反应过程的方式：（1）1在氢氧化钾水解同时形成碳负离子；（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。（同时用方程式表示反应过程）。18怎样检测重氮化反应的终点？氯化反应的终点一般怎样判断？溴素一般用什么材质的管道输送？高温骤冷的反应不宜使用什么材质的反应釜？含水5%的DMSO用什么材质的储罐？（1） 以碘化钾淀粉试纸是否变兰检测；（2） 一般以称重法减量法判断氯化反应的终点；（3） 溴素一般玻璃管道输送；（4） 高温骤冷的反应不宜使用搪玻璃反应釜；（5） 含水5%的DMSO用铝质的储罐。19 工艺研究中的成本效益应从哪几个方面考虑？ (1) 短：工艺路线短和简便性，(2) 廉：原料来源更为低廉，(3) 高：反应收率应该更高，(4) 能：能耗应该更低，(5) 设备：设备利用率高等。要求提出5个（或5个以上）的考虑着眼点。20 在兰索拉唑的合成中，投料35.20公斤的反应物硫醚（1），生成兰索拉唑（2）量为33.12公斤，未反应的硫醚（1）有0公斤，试求产物收率、反应物选择性、反应物转化率等主要指标。(1) 产物兰索拉唑（2）的收率：33.12/36.8=90%(2) 反应物硫醚（1）的转化率： 35.200/35.20=100%(3) 反应的选择性：33.12（352/368）/35.20=90%，或 90%/100%=90%不够完整酌情扣分，思维开阔者酌情加分。重点考察对这三个概念的理解。21 完成下列合成过程：(1) 第一步：（该要点3分）(2) 第二步：（该要点3分）(3) 第三步：（该要点2分）(4) 第四步：（该要点2分）不够完整酌情扣分，思维开阔者酌情加分。重点考察对合成路线设计的理解。22 简述TMB合成辅酶Q0新工艺的反应原理，主要副反应是什么？如何制订工艺操作予以控制？(1) TMB的醛基与联胺缩合成腙，再在氢氧化钾催化下裂解还原为甲基；(2) 对位的甲氧基被氧化成为醌；(3) 主要副反应是腙与TMB的醛基再度缩合形成联腙，无法裂解还原；(4) 以三倍当量的联胺与TMB的醛基强制、完全缩合成腙，避免副反应，最后再回收过量的联胺。23 试解释甲苯溴化时在不同溶剂中的反应原理。（1）生成溴苄的反应是侧链溴化的自由基反应，要在非极性的溶剂二硫化碳中进行；（2）苯环上的溴化是亲电取代反应，宜在极性溶剂硝基苯中进行。24 理想的工艺路线应有什么特点？ （1）反应路线简便，（2）原辅材料少而廉价，（3）反应易分离可连续操作，（4）反应条件不苛刻、易控制，（5）三废少，（6）产品易纯化、收率佳等。要求提出5个（或5个以上）的考虑特点。25 简述合成药物生产的特点？（1）品种多，生产周期快， （2）原辅料杂，产量小，质量要求严格，（3）反应以间歇为主，（4）原辅料易燃、易爆、有毒，（5）三废多。要求提出5个（或5个以上）的考虑特点。26 在辅酶Q0的合成中，投料18.2公斤的三甲氧基甲苯（TMT），生成辅酶Q0的量为9.1公斤，未反应的TMT有0.91公斤，试求产物收率、反应物选择性、反应物转化率等主要指标。(1) 产物辅酶Q0的收率： 9.1/18.2=50%(2) 反应物TMT的转化率：18.20.91/18.2=95%(3) 反应物TMT的选择性：9.1/(18.20.91)=52.6%，或 50%/95%=52.6%思维开阔者酌情加分。重点考察对这三个概念的理解。27 简述兰索拉唑的反应原理和可能的副反应：（1）第一步在碱的存在下发生缩合反应，得到硫醚产物3，脱除HCl； （2）第二步在催化剂的存在下发生氧化反应，生成亚砜产物兰索拉唑4；（3）可能的副产物有4的过度氧化产物如砜、吡啶的氧化物等。28 解释苯酚与乙酰氯进行Friedel-Crafts反应时为什么在硝基苯和在二硫化碳溶剂中主产物不同。（1）硝基与羟基可形成氢键，发生溶剂化，空间位阻效应主要是羟基的对位产物； （2）在二硫化碳溶剂中，对位易溶剂化，空间位阻效应主要是羟基的邻位产物。29 克霉唑关键中间体邻氯苯基二苯基氯甲烷的合成主要有几种？工业上选择哪条路线？为什么？1）邻氯苯甲酸乙酯的Grignard试剂法2）邻氯甲苯的三氯化法3）邻氯苯甲酸的二次氯化二次F-C反应法30 如何利用熔点图来判断外消旋混合物、外消旋化合物、外消旋固体溶液？区分：利用熔点图：1）纯对映体加入 外消旋的mp上升 外消旋混合物2）纯对映体加入 外消旋的mp下降 外消旋化合物3）纯对映体加入 外消旋的mp无明显变化 外消旋固体溶液31 德勒潘（Delepine）反应是什么？谈谈在氯霉素合成中的运用（浓盐酸水解成伯胺）。32 在合成甲氧苄啶新工艺路线中，以一锅煮工艺高合成关键中间体苯胺缩合物。定量生成二甲胺缩合物的反应原理与其转化为苯胺缩合物机理是什么？33 三、 综合设计、思考题1 3,4,5-三甲氧基苯甲醛是合成甲氧苄啶的关键中间体，由于天然资源来源的限制，现在工业上已采用下列路线合成：其特点是大量消耗溴素。随着溴素资源枯竭趋势的显现，必须及早研究无溴合成新工艺。请你以对甲酚为原料设计简便、廉价的3,4,5-三甲氧基苯甲醛新的无溴合成工艺路线，并说明工艺原理。（1） 设计新的无溴合成工艺路线：（2） 工艺原理：对甲酚进行磺化反应在羟基的邻位引人二个磺酸基，随后进行碱熔反应，不进行酸化接着以硫酸二甲酯甲化得到3,4,5-三甲氧基甲苯。 由于三个甲氧基是供电子基团，因此容易发生氧化反应以较高产率得到3,4,5-三甲氧基苯甲醛。2 在利用霍夫曼降解反应制备3-氨基-5-甲基异恶唑时，根据反应动力学和反应机理确定霍夫曼降解反应在170-180的管式反应器中迅速完成。请你阐明确定这一反应工艺的原理。k1=10(18.1-7200)/T(1/min)，k2=10(17.6-7000)/T(1/min)，k3=10(12.1-5350)/T(1/min)。(1) 由计算结果看出，在不同温度下，k1 k2 k3 104 k1 / k3 = 0.1/0.00795 = 12.6 140 k1 / k3 = 5.02/0.159 = 31.6 180 k1 / k3 = 158/2 = 79所以从以上对霍夫曼降解反应动力学分析，得出结论，即反应温度升高，反应速度相应增大，在高温下不利于副反应的进行。（2）因此反应温度应尽快提高到所需要的温度，而不宜缓缓加热。根据这些要求，制定了在170-180的传热面积大的管式反应器中迅速完成反应的生产工艺。3 以苯为起始原料设计二条（或二条以上）路线合成1,3,5-三甲氧基苯，并分析各路线的优缺点确定你选定的工艺路线。（1）（2）自己分析优缺点。4 请你分析维生素B6的反应原理和反应机理：（1） 氨基酸在氯化氢的乙醇溶液中酯化，（2） 以甲酸乙酯作为羰基化试剂，在碱性环境下在氨基上引人羰基，（3） 异构化在分子内脱水形成五元氮氧杂环，（4） 丁炔二醇控制加氢生成丁烯二醇，（5） 甲醛作为羟甲基试剂与丁烯二醇脱去二分子水生成七元烯杂环，（6） 五元氮氧杂环与七元烯杂环发生Diels-Alder反应，（7） 分子内开环、水解、脱去二分子水，（8） 在氯化氢的乙醇溶液中水解形成二个羟甲基，同时形成盐酸盐。5请设计合成2，3，4，5-四甲氧基甲苯的合成路线，论述哪条路线较好？（1）：（该要点4分）（2）：（该要点4分）（3）：（该要点4分）（4）：对三个路线进行评论（该要点3分，各点1分）要求至少提出三条路线。6 3,5-二溴硝基苯是一个重要的药物中间体，能否以硝基苯直接溴化制备？若不可，请你设计合成路线，并说明你的设计思想。（1）不行。硝基是一个强吸电子基，硝基苯的苯环电荷密度低，不再发生弱的亲电取代反应。（只能采用强供电子溴化试剂如：KBrO3等）（2）：合成路线：（3）设计思想：（该要点5分）引入临时供电子活化基团-NH2，在溴化以后