诺氟沙星的合成.ppt

诺氟沙星的合成 概述 诺氟沙星 Norfloxacin 氟呱酸 化学名1 乙基 6氟 4氧代 1 4 二氢 7 1 呱嗪基 3 奎琳羧酸 广谱抗生素 本品为喹诺酮类抗生素 对革兰氏诺氟沙星为类白色至淡黄色结晶性粉末 无臭 味微苦 在空气中能吸收水分 遇光色渐变深 本品在二甲基甲酰胺中略溶 在水或乙醇中极微溶解 在醋酸 盐酸或氢氧化钠溶液中易溶 本品的熔点为218 224 别名力醇罗片 淋克小星 诺氟沙星 力醇罗 氟呱酸 淋沙星 淋克星 1 乙基 6 氟 1 4 二氢 4 氧代 7 1 呱嗪基 3 喹啉羧酸 药物不良反应 胃肠道反应较为常见 可表现为腹部不适或疼痛 腹泻 恶心或呕吐 中枢神经系统反应可有头昏 头痛 嗜睡或失眠 过敏反应皮疹 皮肤瘙痒 偶可发生渗出性多性红斑及血管神经水肿 少数患者有光敏反应 偶可发生 癫痫发作 精神异常 烦躁不安 意识障碍 幻觉 震颤 血尿 发热 皮疹等间质性肾炎表现 静脉炎 结晶尿 多见于高剂量应用时 关节疼痛少数患者可发生血清氨基转移酶升高 血尿素氮增高及周围血象白细胞降低 多属轻度 并呈一过性 合成路线及其选择 从诺氟沙星的结构看 合成路线有两大类型 先合成喹诺酮酸再引入乙基和哌嗪基的路线 先引入乙基 其次环合成喹诺酮酸 在引入哌嗪的合成路线 一 先合成喹诺酮酸再引入哌嗪基的路线 3 氯 4 氟苯胺与2 乙氧亚甲基丙二酸二乙酯 EMME 缩合反应 环合反应合成喹诺酮酸酯 在氮原子上引入乙基 再由哌嗪取代氯原子 优点 原料易得 收率较高 成本较低 是我国目前采用的主要方法缺点 环合反应温度高 哌嗪缩合收率较低 生成氯哌酸副产物 EMME制备条件苛刻 3 氯 4 氟苯胺与原甲酸三乙酯反应 优点 避免了使用EMME缺点 有一些副产物 用于合成喹诺酮酸酯收率较低 质量较差 而且环合时需要250 260 的高温 能耗较大 3 由7 氟 8 氯 1 4 二氢 4 氧 3 喹啉甲氰经乙基化 哌嗪取代 再在酸性条件下水解得到诺氟沙星 缺点 原料难得 收率不高 现在基本不用 二 先引入乙基 其次环合成喹诺酮酸 在引入哌嗪的合成路线以3 氟 4 氯苯甲酸为原料 经氯化 缩合 胺化 环合成1 乙基喹诺酮酯 再水解和引入哌嗪缺点 原料昂贵 环合时要用到危险的氢化钠 收率不高此外 我们还收集了一些先引入哌嗪环的合成路线 但一般收率较低 经过综合比较 我们觉得路线一中以3 氯 4氟苯胺的方法最佳 基本路线如图 该合成路线主要可以分为 环合 乙基化 哌嗪取代 接下来我将具体大家讲解该合成路线 一 环合 反应原理反应机理 3 氯 4 氟苯胺与EMME反应时 先是EMME的双键打开 胺基N原子与乙氧基相连的C原子成键 另一个C原子由于C C断裂产生未成键的空余电子就与之争夺乙氧基 造成原乙氧基的C原子出现未成键电子 在高温条件下不稳定 就与相邻的碳原子商量脱醇形成双键 工艺过程把3 氯 4 氟苯胺和EMME投入反应釜 打开搅拌机 加热至130 140 保温1 5小时 同时蒸出乙醇 至蒸出乙醇量约为理论量时 反应结束 工艺流程图 EMME 3 氯 4 氟苯胺 3 氯 4 氟苯胺亚甲基丙二酸二乙酯 蒸出乙醇 反应 注意事项 1 反应釜要洗净烘干 因为EMME遇水易分解 会影响产品的质量及收率 2 第二步反应原理 3 反应机理 3 氯 4 氟苯胺基亚甲基丙二酸二乙酯 在环合剂的作用下 苯胺邻位C原子与羰基加成 造成空间结构的不稳定性 在高温下发生消除 脱去乙醇 环合 C2H5OH 4 配料比 3 氯 4 氟苯胺基亚甲基丙二酸二乙酯 环合剂 1mol 1kg工艺过程 在反应釜中 加入配量环合剂到200 220 再加入3 氯 4 氟苯胺基亚甲基丙二酸二乙酯 搅拌加热到250 260 同时蒸出乙醇 约1小时 反应结束 工艺流程图 环合反应结束 冷却至40 50 或室温 再离心分离 然后用丙酮洗去环合剂 离心分离 得到浅褐色晶体 注意事项 1 反应稳定控制在250 260 温度过高易碳化 2 升温要快 否则收率会降低 3 氯 4 氟苯胺基亚甲基丙二酸二乙酯 环合剂 环合 蒸出乙醇 冷却 抽滤 丙酮泡洗 甩干 二 引乙基 反应原理 反应机理 由于 6 氟 7 氯 1 4 二氢 4 氧 3 喹啉羧酸乙酯 有酮式与烯醇式 两种互变异构 根据酸性条件有利于酮式生成的原理 在反应中加入K2CO3 营造一种酸性环境 溴乙烷加进来 其实质是发生一个烷基化反应 工艺过程 配料比 质量比 反应物 溴乙烷 无水K2CO3 DMF 1 1 6 1 3 8 K2CO3 C2H5Br 在干燥的反应釜中 抽入DMF 开搅拌 加反应物 无水K2CO3 开蒸汽加热至内温110 保温45min 冷却至80 滴入溴乙烷约3h左右 然后升温至100 反应2h 反应结束 工艺流程图 反应结束 稍冷过滤 滤渣用少量的DMF洗涤 合并滤液 冷却结晶 抽滤 抽干 烘干 得白色或淡黄色结晶 乙基化 K2CO3 DMF 反应物 溴乙烷 稍冷过滤 冷却结晶 抽滤 滤液回收 干燥 中间产物 注意事项 滴加溴乙烷的进料管应插入液面下 以防止溴乙烷挥发而影响收率 DMF要脱水后套用 三 取代 第一步反应原理 H3BO3 Ac2O反应机理 是先由硼酸与醋酐反应生成三乙酸硼酸酯 乙基化产物中4 羧基氧原子由于含有孤对电子 三乙酸硼酸酯容易与之形成配位键 再与酯基发生脱醇缩合 工艺过程在反应釜中加入乙酐 无水氯化锌 再分批加入硼酸 室温下搅拌30min 加热至116 回流1 5h 然后冷却至80 90 加入适量乙基化产物 回流反应2h 反应液显红棕色 反应结束 工艺流程图 反应结束后 减压蒸除乙酸乙酯 冷却至100 以下 加入配量冰水 于10 以下搅拌3h 抽滤 依次加入冰水 乙醇洗 真空40 以下干燥 得到米黄色结晶粉末 乙基化合物 乙酐 硼酸 氯化锌 螯合 减压蒸馏 加入冰水 抽滤 干燥 中间产物 注意事项 1 制备B OAc 3 要加入ZnCl2催化 引发反应 2 反应完减压蒸出乙酸乙酯等时内温不要高 3 冷却至内温10 以下 方可加冰水 第二步反应原理 Et3N EtOH 反应机理 因4 羧基氧原子的P电子向硼原子空轨道上转移 使它的负点效应增大 从而大大活化了7 位氯原子 提高了取代反应的化学区域专一性 工艺过程在反应釜中抽入配量DMSO 投入硼螯合物 哌嗪 三乙胺于80 反应3h 反应完 回收尽DMSO 三乙胺 加乙醇冷却至10 析出粗产品 在反应釜中加入硼酸双乙酯 乙醇 三乙胺加热搅拌回流反应1 5h 反应结束 冷却析出固体 过滤得白色结晶状粉末 工艺流程图 注意事项 反应结束 减压回收DMSO内温不要太高 温度高易产生副反应 胺解乙醇回收套用 硼螯合物 哌嗪 减压蒸馏 加乙醇 冷却 抽滤 滤物 水解 乙醇 三乙胺 DMSO 回收 反应3h 冷却 抽滤 乙醇回收 烘干 粗产品 三乙胺 我们小组从网上搜集了 一些关于该反应过程的优化方案 和大家分享一下 一 环合优化在经典的诺氟沙星生产工艺中 第一步的环合过程采用黏度较大的二苯醚做溶剂 反应需要在300 以上高温下进行 且后处理工艺繁琐 王敦佳等研究在高温环合时采用价廉 黏度小的高沸点柴油作为溶剂 并且溶剂可以反复套用 最终可使前两步反应收率达到95 以上 第二步环合过程中由于生成物环合定位的不唯一性 在7 Cl的邻位或对位均可 分别产生目标中间题 且两者分离困难 使收率降低 如图 优化方向标 主产物 副产物 根据有关文献表明 主产物与副产物的相对含量主要取决于溶剂及其用量 随着溶剂用量增加 副产物相对含量降低 因此 可采用在反应温度下滴加第一步环合产物 可以达到相对增加溶剂用量 降低副产物含量的目的 环合反应结束后 环合产物存在酮式和烯醇式 进行乙基化反应时 可产生N 乙基化合物和O 乙基化合物 水解得到羟基化合物 一般而言 碱性条件适合烯醇式生成 而酸性条件适合酮式生成 基于此原理 O 乙基化物是主要副产物 使用比无水K2CO3碱性弱的无水Na2CO3 作为乙基化的脱酸剂 将会使0 乙基化物的含量大为减少 并且当乙基化溶剂采用二甲亚砜 二甲基甲酰胺 Na2CO3为脱酸剂 溴乙烷为烷化剂 可基本上免于O 乙基化物的生成 二 乙基化反应优化 乙基化反应不完全 水解后生成羧基副产物 可以采用分批加入乙基化试剂 另外溴乙烷沸点比较低 易挥发 将其分批慢慢加入反应体系中 反应不至于太激烈 且温度易控制 另一方面 缓慢分批加入乙基化试剂 反应液中的乙基化试剂浓度低 反应选择性加强 更有利于生成N 乙基化物 进而提高收率 三 哌嗪反应的优化此步反应属于Sn1反应 提高溶剂的极性 有利于取代反应的发生 但由于亲核取代时7 Cl与6 F相竞争 在一般条件下可生成25 的副产物 郭惠元等设计将7 Cl改为氟 与无水哌嗪反应收率为82 3 另外 对于硼螯合物的新工艺 反应收率高 但反应剧烈 控制不当有冲料的危险 而且DMSO回收困难 气味恶臭 价值昂贵 可以改用催化剂聚乙二醇 在其作用下直接与哌嗪反应可以高收率的得到产品 大家看了那些优化方案 它们真的非常好 凭我们现在的化学知识和环境条件的局限 很难有所突破 于是 我们小组决定另辟蹊径 从减小生产成本 提高车间安全性着手 为诺氟沙星的合成设计了一条生产工艺 以下是我们小组的方案 首先 为减小能耗 在建厂选址时 把厂建在山坡 悬崖 依靠地势 使物料由计量器利用重力自流到反应器中 反应后再由反应器放到过滤 离心机中 这样设计可以减少输送物料的设备 节约输送物料的能耗 其次 化学制药工业使用的大部分物料为易燃 易爆 有毒的物料 如何保障我们自身安全和健康 我们小组有一个想法 就是在化工设备装置及管路上配置一些自动化装置 代替操作工人的直接劳动 也就是生产过程的自动化 这样一来 一方面减轻了劳动强度 改善了劳动条件 工人只要对着自动化装置的运转进行监控 而不需要直接从事大量危险的现场操作 另一方面 自动化的仪器可以达到人力难以达到的精确度 有利于加快生产速度 提高产品质量 下面是一副简单的自动化系统图 从图中我们可以看到 一个自动化系统主要是由检测器 变送器 控制器及执行器组成 因此我们小组设计了一幅3 氯 4 氟苯胺为原料的自动化工艺流程图 我们通过检测仪表实现对生产过程的监察 再经过变送器将检测结果以信号形式转送到控制器 控制器做出判断 再由执行器实行调控 检测仪表及变送器 生产过程 压力 流量 温度 执行器 控制器 显示仪表 如图 我们觉得要实现该工艺的自动化主要靠控制流量 温度 阀门 古语有云 知己知彼 百战不殆 要达到控制的目的 首先得了解生产过程的进行情况 简而言之就是要测定流量和温度 流量测定由于输送的液体是含共轭 电子的有机物 具有良好的导电性 利用这个性质 我们可以利用一种电磁流量计来检测流量 其原理根据法拉利电磁感应定律制成 如图 在一段非导磁材料制成的管道外面 安装有一对磁极N和S 用以产生磁场 当导电液体流过管道 因流体切割磁力线而产生感应电势 E BLV L为管子直径 管道直径一定 感应电势的大小仅与流体的流速有关 这样我们就可以通过检测感应电势来测定流量 N S 温度的测定我们可以用输出信号大 测量准确 而且有多点测量的热电阻温度计 其原理是利用热敏电阻在不同温度下的阻值不同 在一定电势下 通过检测电流大小来反应温度变化 阀门如图 利用通过电螺线管产生N S极 和磁铁同性相斥的原理 通过控制导线中电流大小 使产生的斥力来调节阀门的开度 为了更方便和更系统化 我们想的是将整个厂房的各种信号集成化 实现远程监控 为了更节能 我们可以在输送电信号的两头安一个光电转化器 将电信号转换成光信号 同时可以大大的节约成本 S S 对于诺氟沙星这个比较成熟的生产工艺 我们可以选择定值控制系统 也就是工艺参数值给定不变 比如说 某个阀每3小时打开一样 这样可提高系统的稳定性和我们的劳动强度 另外 这个系统还需要一个装置 那就是信号连锁装置 一般工厂中一些关键参数都要设自动信号连锁装置 当工艺参数超过允许范围 信号系统就会自动的发出光或声的警报 告诉我们 连锁系统立即采取应急措施 如关闭进料阀 减缓或停止反应 从而可避免引起爆炸等生产事故 同时定时检修 维护 把危险扼杀在摇篮中 总结 一个工厂在生产上要实现自动化 在设备的投入较高 但从长远的角度来看 实现自动化减少了人力 提高了安全系数和产品的质量 现在我们都讲究 以人为本 在未来的世界 相信自动化必将是这个行业的主流 对这方面感兴趣的同学 下来可以多去研究一下 最后一步 三废处理 主要是废水 我们小组对于废水处理的中心思想是 尽可能的回收再利用 从源头上减少废水 实现成本的最低化 一 乙基化 滤液回收 滤液中有DMF C2H5Br 水及羧基化副产物分析 回收DMF 溴化乙烷可以节约成本 羧基化副产物是原反应物酯基可逆水解产物 我们觉得将其回收可减少下一步乙基化副产物的量 具体处理方法 从滤液中投放干燥剂 过滤 关于4 O 乙基副产物的处理 分析 由于该副产物会掺在中间产物中 因此必须将其分离出来 从副产物的结构式看 我们发现它含有醚键 由于醚键中的原子上含有孤对电子 能接受电子 可以与浓强酸形成一种不稳定的烊盐 具体处理方法 在反应釜中加入浓硫酸 控制温度在0 左右 加入中间产物 然后过滤 再向滤液中通水 分液 即得到副产物和一定浓度的酸 二 取代 在第一步制取螯合物中 用冰水洗涤的滤液分析 硼酸溶于水 且溶解度随温度的增高而增大 意思就是说 在冰水中 硼酸基本不溶 则该滤液中只有醋酸和少量的氯化锌 具体处理方法 向滤液中加入乙醇 通过蒸馏分别回收乙酸乙酯 乙醇 再经脱水 得到无水ZnCl2 用乙醇洗涤的