制药工艺学习题答案

第二章药物路线的设计和选择

一、名词解释

1.全合成制药：是指由化学结构简单的化工产品为起始原料经过一系列化学合成反应和物

理处理过程制得的药物•山化学全合成工艺生产的药物称为全合成药物。

2.半合成制药：是指由具有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

的药物。这些天然产物可以是从天然原料中提取或通过生物合成途径制备。

3.手性制药：具有手性分子的药物

4.药物的工艺路线：具有工业生产价值的合成途径，称为药物的工艺路线或技术路线。

5.倒推法或逆向合成分析(retrosynthesisanalysis)：从药物分子的化学结构出发，将其

化学合成过程一步一步逆向推导进行寻源的思考方法称为追溯求源法，又称倒推法、逆合成

分析法。

6.类型反应法：是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。包括各类化学结构的有机合成物的通用合成法，功能基的形成、转换、保护的合成反应

单元等等。对于有明显类型结构特点和功能基的化合物，常常采用此种方法进行设计。

7.Sandmeyer反应：重氮盐用氯化亚铜或嗅化亚铜处理，得到氯代或澳代芳煌：

CuX

+22

Ar-N2X~Ar-X

X=Cl,Br

8.Mannich反应：含有a-活泼氢的醛、酮与甲醛及胺(伯胺、仲胺或氨)反应，结果一个a-

活泼氢被胺甲基取代，此反应又称为胺甲基化反应，所得产物称为Mannich碱。

0+0

R--C-CH2R+HCHO+HN(CH3)2一一一-R--C-CH-CH2N(CH3)2

R

Mannich碱

9.“一勺炒”或“一锅煮”：对于有些生产工艺路线长，工序繁杂，占用设备多的药物生

产。若•个反应所用的溶剂和产生的副产物对下•步反应影响不大时，往往可以将几步反应

合并，在一个反应釜内完成，中间体无需纯化而合成复杂分子，生产上习称为“一勺烧”或

“一锅煮二改革后的工艺可节约设备和劳动力，简化了后处理。

10.分子对称法：一些药物或中间体的分子结构具对称性，往往可采用一种主要原料经缩合

偶联法合成，这种方法称为分子对称法。

二、填空

1.药物生产工艺路线，技术先进性，经济合理性,

2.剖析药物的化学结构，化学结构

3.“平顶型”、“尖顶型”

4.前头，后边

5.最后

6.“平顶型”

7.C-N、C—S、C—0

8.

COOH,异丁基苯。

9.推测合理的排列顺序，着眼于原辅材料、设备条件

10.已有方法，化学结构、化学活性

11.简单分子或已知结构，模拟

12.利用率高、价廉易得

13.“一勺炒”或“一锅煮”

14.反应进程的控制方法、副反应产生的杂质及其对后处理的影响,以及前后各步反应对

溶质、pH、副产物等的影响后

15.相转移催化技术

三、单项选择题

1.B2.C3.A4.C5.D

6.A7.A8.B9.B10.C

11.A12.B13.A14.C15.B

四、简答题

1.药物工艺路线的设计要求有哪些?

答：（1）合成途径简易;

（2）原材料易得；

（3）中间体易分离;

（4）反应条件易控制；

（5）设备条件不苛求；

（6）“三废”易治理；

（7）操作简便，经分离、纯化易达到药用标准，最好是多步反应连续操作，实现自动

化；

（8）收率最佳、成本最低。

2.药物的结构剖析原则有哪些？

答：（1）药物的化学结构剖析包括分清主要部分（主环）和次要部分（侧链），基本骨架

与官能团；

（2）研究分子中各部分的结合情况，找出易拆键部位；

（3）考虑基本骨架的组合方式，形成方法；

（4）官能团的引入、转换和消除，官能团的保护与去保护等；

（5）若系手性药物，还必须考虑手性中心的构建方法和整个工艺路线中的位置等问题。

3.药物生产工艺路线的设计和选择的一般程序：

答：（1）必须先对类似的化合物进行国内外文献资料的调查和研究工作。

（2）优选一条或若干条技术先进，操作条件切实可行，设备条件容易解决，原辅材料

有可靠来源的技术路线。

（3）写出文献总结和生产研究方案（包括多条技术路线的对比试验）

（4）确证其化学结构的数据和图谱（红外、紫外、核磁、质谱等）；

（5）生产过程中可能产生或残留的杂质、质量标准；

（6）稳定性试验数据；

（7）“三废”治理的试验资料等等。

4.药物工艺路线设计的意义是什么？

药物工艺路线设计的基本内容，主要是针对已经确定化学结构的药物，研究如何应用制

备药物的理论和方法，设计出适合其生产的工艺路线。它的意义在于：①有生物活性和医疗

价值的天然药物，由于它们在动植物体内含量甚微，不能满足要求，在许多情况下需要进行

人工合成或半合成。②根据现代医药科学理论找出具有临床应用价值的药物，必须及时申请

专利和进行合成与工艺路线设计研究，以便新药审批获得新药证书后，能够尽快进入规模生

产。③引进的或正在生产的药物，由于生产条件或原辅材料变换或改变药品质量，都需要在

工艺路线上改进与革新。因此，药物的工艺路线的设计和选择是非常重要的，它将直接关系

到药品的质量。

5.药物工艺路线设计的主要方法有哪些？

追溯求源法、类型反应法、分子对称法、模拟类推法、文献归纳法、

6.工艺路线的评价与选择方法包括哪几方面？

7.工艺路线的改造途径有哪些？

选用更好的反应原辅料和工艺条件;

修改合成路线，缩短反应步骤；

改进操作技术，提高反应收率；

新反应、新技术的应用。

8.制药工业过程按照毒性大小溶剂分为几类？选用原则是什么？

根据有机溶剂对人体及环境可能造成的危害的程度，分为以下四种类型进行研究：

（1）第一类溶剂及研究原则

第一类溶剂是指人体致癌物、疑为人体致癌物或环境危害物的有机溶剂。因其具有不可接受

的毒性或对环境造成公害，在原料药、辅料以及制剂生产中应该避免使用。当根据文献或其

他相关资料确定合成路线，涉及到第一类溶剂的使用时，建议市新设计不使用第一类溶剂的

合成路线，或者进行替代研究。

由于有机溶剂的选用是合成工艺中比较重要的一点，建议替代研究在工艺研究初期即开始进

行，这样，有利于将由于溶剂替换对后续的结构确证、质量研究、稳定性考察的影响降至最

低。但替代研究是一项比较复杂、耗时的工作，有时候山于条件、时间等的限制，替代研究

工作在临床研究前可能无法充分进行。在严格控制残留溶剂量的前提下，可使药物进入临床

研究。在临床研究期间、注册标准试行期间、注册标准转正后，仍可进一步进行替代溶剂的

研究工作。

因为溶剂的改变可能导致产品物理化学性质以及质量的改变，因此如发生溶剂的替代，则需

要进行溶剂改变前后的产品物理化学性质、质量的对比研究，必要时还需要进行结构对比确

证，以说明产品的结构是否发生变化。

如果工艺中不可避免的使用了第一类溶剂，则需要严格控制残留量，无论任何步骤使用，均

需进行残留量检测。

（2）第二类溶剂及研究原则

第二类溶剂是指有非遗传毒性致癌（动物实验）、或可能导致其他不可逆毒性（如神经毒性

或致畸性）、或可能具有其他严重的但可逆毒性的有机溶剂。此类溶剂具有一定的毒性，但

和第一类溶剂相比毒性较小，建议限制使用，以防止对病人潜在的不良影响。

考虑到第二类溶剂对人体的危害以及所使用的溶剂在终产品中残留的可能性，建议对合成过

程中所使用的全部第二类溶剂进行残留量研究，以使药物研发者全面掌握产品质量情况，为

最终制定合理可行的质量标准提供数据支持。

（3）第三类溶剂及研究原则

第三类溶剂是GMP或其他质量要求限制使用，对人体低毒的溶剂。第三类溶剂属于低毒性

溶剂，对人体或环境的危害较小，人体可接受的粗略浓度限度为0.5%,因此建议可仅对在

终产品精制过程中使用的第三类溶剂进行残留量研究。

（4）尚无足够毒性资料的溶剂及研究原则

这类溶剂在药物的生产过程中可能会使用，但目前尚无足够的毒理学研究资料。建议药物研

发者根据生产工艺和溶剂的特点，必要时进行残留量研究。

随着对这类溶剂毒理学等研究的逐步深入，将根据研究结果对其进行进一步的归类。

选用原则：一般应选择毒性较低的试剂，尽量避免使用第一类溶剂、限制(控制)使用第二

类溶剂。

10.选择药物合成工艺路线的一般原则有哪些？

①所选单元反应不要干扰结构中已有的取代基，使副反应尽可能少，收率尽量高；

②尽量采用汇聚型合成工艺，如果只能采用直线型工艺，尽量把收率高的反应步骤放在后面;

③原料应价廉、供应充足；

④反应条件尽量温和，操作宜简单；

⑤多步反应时最好能实现“•锅法”操作；

⑥尽量采用“平顶型”反应，使操作弹性增大；

⑦三废应尽量少。

五、合成题

1.试用逆向合成分析法设计一条益康唾(Econazole)的合成路线?

Econazole

NONHCI

22cici

(2)合成路线:

O^/CH2cl

2.试根据逆合成分析和类型反应等方法设计一条抗菌药物克霉唾(Clotrimazole)的合成路

线？

克霉唾(Clotrimazole)

3.试用分子对称合成法，以哌咤、甲醛、丙酮为原料设计鹰爪豆碱的合成路线。

4.以对硝基苯甲酸合成局麻药盐酸普鲁卡因的合成路线

NH2

0・HC

COOCH2cH2N[C2H5

c2H5

盐酸普鲁卡因

答:

NONH

NO222

jHOCH2cH2N%；H；0还原0

COOHCOOCH2cH2町:225loOCH2cH?N孕力

C2H5、c2H5

NH2

HQ一0.HCI

COOCH2cH2<<C2H5

c2H5

5.设计出以异丁基苯为原料，布洛芬的合成工艺路线。

布洛芬

6.试画出布洛芬的绿色合成工艺路线

图2BHC公司合成异布洛芬的流程图——绿色法

第三章工艺路线的研究与优化

一、名词解释

1.基元反应：反应物分子在碰撞中•步直接转化为生成物分子的反应。

2.非基元反应：反应物分子经过若干步，即若干个基元反应才能转化为生成物的反应。

3.简单反应：由一个基元反应组成的化学反应。

4.复杂反应：由两个以上基元反应组成的化学反应。又可分为可逆反应、平行反应和连续

反应。

5.质量作用定律：当温度不变时，反应速度与该瞬间反应物浓度的乘积成正比，并且每种

反应浓度的指数等于反应式中各反应物的系数。

6.可逆反应：属于复杂反应，两个方向相反的反应同时进行，其特点为：正反应速度随时

间逐渐减小，逆反应速度随时间逐渐增大，直到两个反应速度相等，反应物和生成物浓度不

再随时间而发生变化。对于正向反应和逆向反应，质量作用定律都适合。

7.平行反应(竞争性反应)：平行反应又称竞争性反应，属于复杂反应。即一反应系统中

同时进行几种不同的化学反应。在生产上将需要的反应称为主反应，其余的称为副反应。

8.质子性溶剂：质子性溶剂含有易取代的氢原子，既可与含负离子的反应物发生氢键结合

产生溶剂化作用，也可与负离子的孤电子对配位，或与中性分子中的氧原子(或氮原子)形成

氢键，或由于偶极矩的相互作用而产生溶剂化作用。质子性溶剂有水、醇类、乙酸、硫酸、

多聚磷酸、氢氟酸-氟化睇(HF-SbFs)、氨磺酸-三氟化镶(FSOaH—SbR)、三氟醋酸(CF3COOH)

以及氨或胺类化合物等。

9.非质子性溶剂：非质子性溶剂不含易取代的氢原子，主要靠偶极矩或范德华力的相互作

用而产生溶剂化作用。非质子溶剂又分为非质子极性溶剂和非质子非极性溶剂（或惰性溶

剂）。非质子性极性溶剂有酸类（乙醛、四氯吠喃、二氧六环等）、卤素化合物（氯甲烷、氯仿、

二氯甲烷、四氯化碳等）、酮类（丙酮、甲乙酮等）、含氮烧类（硝基甲烷、硝基苯、毗啜、

乙睛、喳咻）、亚网类（二甲基亚网）、酰胺类（甲酰胺、二甲酰胺、N-甲基毗咯酮、二甲基乙

酰胺、六甲基磷酰胺等）。芳燃类（氯苯、苯、甲苯、二甲苯等）和脂肪烧类（正已烷、庚烷、

环己烷和各种沸程的石油酸）一般又称为惰性溶剂。

10.正交设计：正交设计是在全面试验点中挑选出最有代表性的点做试验，挑选的点在其范

围内具有“均匀分散”和“整齐可比”的特点。正交设计就是利用已经造好了的表格——正

交表一一安排试验并进行数据分析的一种方法。正交设计适用于影响因素较多，水平数较小

的实验设计。

二、填空

1.反应速度、反应方向、反应深度、产品构型等。

2.质子，非质子，惰性溶剂。

3.物理操作，分离、提取、蒸储、结晶、过滤、以及干燥，反应的性质

4.原料消失时，原料斑点儿乎不变而末出现新的杂质斑点时

5.气相色谱、液相色谱、化学或物理方法，薄层色谱（TLC）

6.4,Arrhenius定律，有爆炸极限的化学反应，酶或催化剂催化的反应，

反常型

7.参考前人工作经验，试管，“相似相溶”原理

8.质量作用定律

9.用移动化学平衡的方法，价格便宜、易得反应物

10.主反应，副反应

11.反应物的配料比、反应时间，温度、溶剂、催化剂

12.使反应操作控制较为容易、副反应较小、收率较高、设备利用率较高

13.溶剂

14.单元反应的反应机理

15.类推法

16.88

17.液相反应

18.浆式、框式或锚式、推进式、涡轮式

l2

19.7'p=-E/Rlnl0'=£/229.77

20.平分法、黄金分割法、分数法

21.总在试验范围的中点处安排试验

22.x、=a+0.618（b-a）,x西a+0.382（b-a）

23.“均匀分散”和“整齐可比”

24.L,t,q,n

25.试验中相应因子（因素）作用的大小，主要因素，次要因素

26.最佳水平

27.正交表中因子的水平数，应大于

三、单项选择题

1.A2.B3.B4.A5.A

6.D7.A8.B9.A10.B

11.B12.A.13.B14.D15.B

16.C17.B18.C19.D20.D

21.A22.A23.B24.B(II)25.C(III)

四、简答题

1.现代有机合成反应特点有哪些?

答：（1）反应条件温和，反应能在中性、常温和常压下进行;

（2）高选择性（立体、对映体）；

（3）需要少量催化剂（1%）；

（4）无“三废”或少“三废”等

2.反应溶剂的作用有哪些？

答：（1）溶剂具有不活泼性，不能与反应物或生成物发生反应。

（2）溶剂是一个稀释剂，有利于传热和散热，并使反应分子能够分布均匀、增加分子

间碰撞和接触的机会，从而加速反应进程。

（3）溶剂直接影响化学反应的反应速度、反应方向、反应深度、产品构型等。

3.用重结晶法分离提纯药物或中间体时.，对溶剂的选择有哪些要求？

答：（1）溶剂必须是惰性的

（2）溶剂的沸点不能高于被重结晶物质的熔点

（3）被重结晶物质在该溶剂中的溶解度，在室温时仅微溶，而在该溶剂的沸点时却相

当易溶，其溶解度曲线相当陡。可画图表示。

A优ft.超川

一C塞常剂

B/哀剂

温度

（4）杂质的溶解度或是很大（待重结晶物质析出时,杂质仍留在母液中）或是很小（待

重结晶物质溶解在溶剂里，借过滤除去杂质）。

（5）溶剂的挥发性。低沸点溶剂，可通过简单的蒸储回收，且析出结晶后，有机溶煤

残留很容易去除。

（6）容易和重结晶物质分离。

（7）重结晶溶剂的选择还需要与产品的晶型相结合。

答:（1）较常见的化学反应，符合Arrhenius定律（2）有爆炸极限的化学反应（3）酶或

催化剂催化的反应（4）反常型。

5.反应终点的确定方法有哪些？TLC确定反应终点的原则是什么？

答：（1）反应终点的控制，主要是控制主反应的完成：测定反应系统中是否尚有未反应的

原料（或试剂）存在；或其残存量是否达到一定的限度。

（2）在工艺研究中常用薄层色谱（TLC）或纸色谱、气相色谱或液相色谱等来监测反应。

一般也可用简易快速的化学或物理方法，如测定其显色、沉淀、酸碱度、相对密度、折光率

等手段进行监测。

（3）实验室中常采用薄层色谱（TLC）跟踪检测，判断原料点是否消失或原料点几乎不再

变化，除了产物和原料外是否有新的杂质斑点生成，这些信息可以决定是否终止反应。①原

料点消失说明原料反应完全。②原料点几乎不再变化，说明反应达到平衡。③有新的杂质

斑点，说明有新的副反应发生或产物发生分解。在药物合成研究中，常发现反应进行到一定

程度后，微量原料很难反应完全，继续延长反应时间，则会出现新的杂质斑点的现象。

试验中一般在原料消失时或原料斑点几乎不变而末出现新的杂质斑点时停止反应，进行

后处理。

6.在进行工艺路线的优化过程中，如何确定反应的配料比？

合适的配料比，既可以提高收率，降低成本，又可以减少后处理负担。选择合适配料比

首先要分析要进行的化学反应的类型和可能存在的副反应，然后，根据不同的化学反应类型

的特征进行考虑。一般可根据以下几方面来进行综合考虑。

（D凡属可逆反应，可采用增加反应物之一的浓度，通常是将价格较低或易得的原料的

投料量较理论值多加5%~20%不等，个别甚至达二三倍以匕或从反应系统中不断除去生

成物之一以提高反应速度利增加产物的收率。

（2）当反应生成物的产量取决于反应液中某一反应物的浓度时，则增加其配料比、最合

适的配料比应符合收率较高和单耗较低的要求。

（3）若反应中有一反应物不稳定，则可增加其用量，以保证有足够的量参与主反应。

（4）当参与主、副反应的反应物不尽相同时，可利用这一差异，通过增加某一反应物的

用量，增强主反应的竞争能力。

（5）为了防止连续反应（副反应），有些反应的配料比宜小于理论量，使反应进行到•定

程度停止。

7.在进行工艺路线的优化过程中，如何确定物料的加料次序？

某些化学反应要求物料按一定的先后次序加入，否则会加剧副反应，降低收率；有些

物料在加料时可一次投入，也有些则要分批慢慢加入。

对一些热效应较小、无特殊副反应的反应，加料次序对收率的影响不大。在这种情况

下，应从加料便利、搅拌要求或设备腐蚀等方面来考虑，采用比较适宜的加料次序。

对一些热效应较大同时也可能发生副反应的反应，加料次序则成为•个不容忽视的问

题，因为它直接影响着收率的高低。

所以必须针对引起副反应的原因而采取适当的控制方法，必须从使反应操作控制较为容

易、副反应较小、收率较高、设备利用率较高等方面综合考虑，来确定适宜的加料次序。

8.简述正交试验设计法的基本步骤？

答：正交设计就是利用已经造好了的表格——正交表一一安排试验并进行数据分析的一种

方法。

正交表用表示。上表示正交设计，t表示水平数，q表示因子数，〃表示试验次

数。因子数一一般用A,B,C等表示，水平数一般用1,2,3等表示。

正交试验设计法一般有以下五个步骤：（1）找出制表因子，确定水平数；（2）选取适合的

正交表；（3）制定试验方案；（4）进行试验并记录结果；（5）试验结果的计算分析。

9.反应溶剂对化学反应的影响有哪些?

反应速度、反应方向、反应深度、产品构型等。

10.影响药物合成工艺的反应条件和影响因素有哪些？

配料比与反应物浓度、溶剂、催化、能量的供给、反应时间及反

应终点的监控、后处理、产品的纯化和检验。

五、计算题

根据反应活化能可以选择较适宜的温度，其基本关系式是：

.=-£/RlnlO12=£7229.77

12

1.TP=-81500/8.3141nl0=354.70K(81.55℃)

2.1=-165000/8.3141nl012=718K(444.9℃)

因此，氯苯水解反应需在高压下进行，一般水解反应在350~600℃下反应。

12

3.Tv=-96000/8.3141nl0-=417.81K(144.6℃)

4.表3-5平分法试验结果

试验号试验点(。+%)/2试验结果下次试验范围(a,b)%

12.7水解，碱多了1-2.7

21.85结果良好，可加大碱量1.85〜2.7

32.28结果仍良好停止

5.表3-6黄金分割法试验结果

试验号加碱量/kg熬制时间/h游离松香/%下次试验范围/kg

19+0.618(13-9)=11.55.520.1

29+0.382(13-9)=10.56.518.810.5-13去掉(3M)

310.5+0.618(13-10.5)=126皂化10.5〜12去掉3,b)

410.5+0.382(12-10.5)=11619停止

6.(1)Kn、R的计算

表3-11正交试验方案及结果

温度(℃)时间(min)碱量(%)转化率(％)

试验号

ABC

18090531

280120654

380150738

48590653

585120749

685150542

79090757

890120562

990150664

Ki414745-

-

K2485557

K3614848-

R20812-

（2）试验结果分析极差火的大小可用来衡量试验中相应因子（因素）作用的大小。因

子水平数完全一样时，〃大的因素为主要因素，彳小的因素为次要因素。因此主要因素为A（温

度）。

（3）最佳工艺条件的确定4、4、房中数据最大者对应的水平为最佳水平，即转化率最高。

因此最佳水平组合是ABC2,即最佳工艺条件为反应温度90℃,反应时间120niin,用碱量

6%。

第四章催化反应

一、名词解释

1.催化剂：某•种物质在化学反应系统中能改变化学反应速率，而其本身在反应前后化学

性质并无变化，这种物质称之为催化剂（catalyst）。

2.催化反应：有催化剂参与的反应称为催化反应。当催化剂的作用是加快反应速率时，称

为正催化作用；减慢反应速率时称为负催化作用。在某些反应中，反应产物本身即具有加速

反应的作用，称为自动催化作用。

3.催化剂的活性：催化剂的活性又叫催化能力，是反映催化剂转化反应物能力的大小。

在工业上，常用单位时间内单位重量（或单位比表面积）的催化剂在指定条件下催化生成的

产品量来表示（又叫催化剂的负荷）。

4.催化剂的选择性：催化剂对复杂反应（平行或串联反应）有选择地发生催化作用的性能,

称为催化剂的选择性。

5.助催化剂（或促进剂）：在催化剂的制备过程中或催化反应中往往加入少量物质（一般少

于催化剂用量的10%）,虽然这种物质本身对反应的催化活性很小或无催化作用，却能显

著提高催化剂的活性、稳定性或选择性，这种物质称为助催化剂。助催化剂所起到的加速反

应等作用称为助催化作用。

6.催化剂中毒：在催化剂的制备或反应过程中，由于引入少量杂质，使催化剂的活性大大

降低或完全丧失，并难以恢复到原有活性，这种现象称催化剂中毒。

7.阻化现象：在催化剂的制备或反应过程中，由于引入少量杂质，仅使其活性在某一方而

受到抑制，但经过活化处理可以再生，这种现象称为阻化。

8.Rosenmund反应：被硫毒化后活性降低的把，可以还原酰卤基使之停留在醛基形式的阶

段，即Rosenmund反应。

9.Lindler催化剂：将耙附着在碳酸钙（或硫酸糊）上，加少量的醋酸铅和喳琳使之部分中

毒，所得的催化剂即为Lindler催化剂。可以使快燃的氧化停留在烯燃阶段，具有较好的选

择性还原能力。

10.相转移催化剂：相转移催化剂的作用是由一相转移到另一相中进行反应。它实质上是促

使一个可溶于有机溶剂的底物和个不溶于此溶剂的离子型试剂两者之间发生反应。常用的

相转移催化剂可分为盐类、冠醛类及非环多醒类等三大类。

11.酶（生物催化剂）：酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白质，也被称

为生物催化剂。

12.固定化酶：固定化酣又称水不溶性酶，它是将水溶性的酶或含醐细胞固定在某种载体匕

成为不溶于水但仍具有酶活性的酶衍生物。

13.自动催化作用：在某些反应中，反应产物本身即具有加速反应的作用，称为自动催化作

用。

14：载体（担体）

把催化剂负载于某种惰性物质之上，这种惰性物质称为载体。常用的载体有石棉、活性

炭、硅藻土、氧化铝、硅酸等。使用载体可以使催化剂分散，增大有效面积，不仅可以提高

催化剂活性、节约用量，同时还可以增加催化剂的机械强度防止活性组分在高温下发生熔结

而影响其使用寿命。

二、填空

1.正催化、负催化、自动催化作用

2.均相催化反应和非均相催化反应

3.活性、选择性、稳定性、价格

4.产率、转化率

5.毒化、选择性催化作用。

6.加氢催化剂、酸碱催化剂、相转移催化剂

7.^盐类、冠醛类、非环多醛类

8.催化效率高、专一性强、反应条件温和、酶的催化活性受到调节和控

制、酶的化学本质是蛋白质

9.吸附法、载体偶联法、交联法、包埋法。

10.底物专一性、pH-活性曲线和最适pH、动力学常数

s

12.使用载体可以使催化剂分散，增大有效面积，不仅可以提高催化剂活性、节约用量,

同时还可以增加催化剂的机械强度防止活性组分在高温卜发生熔结而影响其使用寿命。

13.lg*=lg*H-pH

14.lgA=lg«u+pH-14

三、单项选择题

1.C2,D3.B4,B5.D6.C7.D

8.A9.C10.A11.D12.A13.B14.A

15.B16.D17.A18.A19.C20.C21.A

四、简答题

1.何为催化剂？表征催化剂的性能指标有哪些？作为工.业催化剂的选择原则是什么？

答：能显著改变反应速率，而本身的质量及化学性质在反应前后保持不变的物质称为催化

剂（catalyst）。

表征催化剂的性能指标主要有（1）催化剂的活性；（2）催化剂的选择性；（3）稳定性;

（4）价格

工业上选择催化剂要从活性、选择性、稳定性及价格几个方面统筹考虑，并不是活性

越高越好，一般是：选择性〉稳定性〉活性〉价格

2.什么叫毒化剂和抑制剂？有何区别？

答：在催化剂的制备或反应过程中，由于引入少量杂质，使催化剂的活性大大降低或完

全丧失，并难以恢复到原有活性，这种现象称催化剂中毒。使催化剂中毒的物质称毒化剂，

有些催化剂对于毒物非常敏感，微量的毒化剂即可使催化剂活性减小甚至消失。

在催化剂的制备或反应过程中，由于引入少量杂质，如果仅使其活性在某一方而受到抑

制，但经过活化处理可以再生，这种现象称为阻化。使催化剂阻化的物质称为抑制剂，它使

催化剂部分中毒，从而降低了催化活性。

毒化剂和抑制剂之间并无严格的界限。毒化现象有时表现为催化剂的部分活性消失，因

而呈现出选择性催化作用。

3.何为相转移催化剂，作为相转移催化剂所需具备那几个条件？

答：相转移催化剂是使反应物由一相转移到另一相中进行反应，它实质上是促使一个可溶

于有机溶剂的底物和一个不溶于此溶剂的离子型试剂两者之间发生反应。相转移催化应用于

非极性溶剂中具有反应条件温和、反应速度快、收率高、产品质量好等

相转移催化剂需具备的条件是：

（1）相转移催化剂必须具有正离子部分，以便同负离子结合形成活性有机离子对或能

与反应物形成络离子；

（2）必须具有足够多的碳原子数，才能保证形成活性有机离子对转入有机相，但碳原

子数目不能太多，否则，不能转入无机相。碳原子数目一般为12~20之间；

（3）相转移催化剂中的亲油基的结构位阻应尽量小，一般为直链：

（4）在反应条件下，化学性质应稳定且易回收。

4.相转移催化反应有何优点？

答：相转移催化反应与其他类型的反应相比，具有以下优点：

（1）避免使用无水的或极性非质子溶剂

（2）缩短了反应时间，降低了反应温度

（3）使有些原来不能进行的反应，成为可能

（4）改变了产品的比例和选择性

（5）处理简单

（6）环境条件好

5.什么叫酶？酶催化反应具有哪些优缺点？

答：酶是生物体活细胞产生的具有特殊催化功能的一类蛋白质，也被称为生物催化剂

（biologicalcatalyst）,酶具有一般催化剂的特性，即在一定条件下仅能影响化学反应速率，而

不改变化学反应的平衡点，并在反应前后数量和性质不发生变化。

优点：①酶催化反应一般是在常温、常压、中性pH范围等条件下进行的，因此效率较

高且节省能量；②由于酶催化反应的专一性，因此无（或很少）副产物生成，有利于分离和

提纯；另外，利用酶的立体异构转移性，即只与某一种异构体或某一种构象底物发生作用，

这是一般化学催化剂无法比拟的；③与微生物发酵法相比，其反应物简单.反应最适条件易

于确定；④利用酶的专一性，可高效率分析天然物质和生物体成分，且不必对检体进行分离

处理。

缺点：①由于在较温和的条件下进行反应，所以易发生杂菌污染；②酶的价格较高，

精制过程工作量大，有必要开发低成本的精制技术；⑦仅限于一步或二步简单的反应，与微

生物发酵相比，在经济上尚不理想；④从目前看，只能作用于限定的化合物。当然随着酶工

程的不断发展，其适用的底物范围将不断扩大；⑤由于酶是蛋白质，所以其催化作用条件有

一定限制，特别是当催化体系中含有抑制剂（或失活剂）时，将大大减弱酶的催化活力。另外,

采用固定化技术，虽然有助于增加酶的稳定性，但酶终究还会失活。当底物为高分子化合物

时.，固定化酶并非一定是优良的生物催化剂。

6.什么叫固定化酶？其特点有哪些？

答：固定化酶又称水不溶性酶，它是将水溶性的酶或含酶细胞固定在某种载体上，成为不

溶于水但仍具有能活性的酶衍生物。

其特点：（1）固定化酶一般都有较高的稳定性和较长的有效寿命,

（2）酶固定化增加其耐热性

（3）固定化还可增加酶对变性剂、抑制剂的抵抗力，减轻蛋白酶的破坏作用,

延长酶的操作和保存有效期。

7.影响催化剂活性的因素有哪些？

（1）温度

温度对催化剂的活性影响很大，温度太低时，催化剂的活性很小，反应速度很慢，随着

温度升高，反应速度逐渐增大，但达到最大速度后，又开始降低。绝大多数催化剂都有其活

性温度范围、温度过高，易使催化剂烧结而破坏其活性，最适宜的温度要通过实验来确定。

（2）助催化剂（或促进剂）

在催化剂的制备过程中或催化反应中往往加入少量物质（一般少于催化剂用量的

10%）,虽然这种物质本身对反应的催化活性很小或无催化作用，却能显著提高催化剂的活

性、稳定性或选择性。这种物质称为助催化剂，

（3）载体（担体）

把催化剂负载于某种惰性物质之上，这种惰性物质称为载体。常用的载体有石棉、活性

炭、硅藻土、氧化铝、硅酸等。使用载体可以使催化剂分散，增大有效面积，不仅可以提高

催化剂活性、节约用量，同时还可以增加催化剂的机械强度防止活性组分在高温下发生熔结

而影响其使用寿命。

（4）毒化剂和抑制剂

在催化剂的制备或反应过程中，由于引入少量杂质，使催化剂的活性大大降低或完全

丧失，并难以恢复到原有活性，这种现象称催化剂中毒。如仅使其活性在某一方而受到抑制，

但经过活化处理可以再生，这种现象称为阻化。使催化剂中毒的物质称毒化剂，有些催化剂

对于毒物非常敏感，微量的毒化剂即可使催化剂活性减小甚至消失。有些毒化是由反应物中

含有的杂质［如此咤、硫、磷、神、硫化氢、础化氢（AsHJ、磷化氢及一些含氧化合物（如

一氧化碳、二氧化碳、水等）］造成的。有些毒化是由反应中生成物或分解物造成的。使催

化剂阻化的物质称为抑制剂，它使催化剂部分中毒，从而降低了催化活性。毒化剂和抑制剂

之间并无严格的界限。毒化现象有时表现为催化剂的部分活性消失，因而呈现出选择性催化

作用，

第五章中试放大和生产工艺规程

一、名词解释

1.中试放大：中试放大是在实验室小规模生产工艺路线的打通后，采用该工艺在模拟工业

化生产的条件下所进行的工艺研究，以验证放大生产后原工艺的可行性，保证研发和生产时

工艺的一致性。中试放大的目的是验证、复审和完善实验室工艺所研究确定的反应条件，

及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间布置等，为正式生产提供数据，以及

物质量和消耗等。

2.放大系数：在放大过程中，放大后的试验（或生产）规模与放大前规模之比称为放大系

数。比较的基准可以是每小时投料量、每批投料量或年产量等等。

3.放大效应：在未充分认识放大规律之前，由于过程规模变大造成指标不能重复的现象称

为“放大现象一般来说，放大效应多指放大后反应状况恶化、转化率下降、选择性下降、

造成收率下降或产品质量劣化的现象。

4.冷模试验：使用水、空气、砂等情性物料代替实际化学品在各种实物模型或工业装置上

进行的实验称为冷模试验。

5.返混：具有不同停留时间（不同时刻进入反应器）物料的混合称为返混。

6.物料衡算：

工艺设计中，物料衡算是在工艺流程确定后进行的。目的是根据原料与产品之间的定量转

化关系，计算原料的消耗量，各种中间产品、产品和副产品的产量，生产过程中各阶段的消

耗量以及组成，进而为热量衡算、其他工艺计算及设备计算打基础。

物料衡算是以质量守恒定律为基础对物料平衡进行计算。物料平衡是指“在单位时间内

进入系统（体系）的全部物料质量必定等于离开该系统的全部物料质量再加上损失掉的和积

累起来的物科质量

二、填空

1.实验室研究、小量试制、中试放大、工业化生产

2.原辅材料规格的过渡试验、反应条件的极限实验、设备材质和腐蚀试验

3.逐级经验放大、相似模拟放大、数学模拟放大、化学反应工程理论指导放大

4.验证、复审和完善

5.1）选择较成熟的工艺路线2）用工业级原料代替化学试剂、3）原料和溶剂的回收套用

4）安全生产和环境卫生

6.3到5批

7.50~100倍

8.2-10kg

9.小试验、中试放大和大型生产；最佳工艺

10.物理，化学反应

11.逐级经验

12.“空间混合”，“时间混合”

13.搪瓷玻璃，不锈钢

14.玻璃钢，铁质，铝质

15.强氧化剂

16.收率=转化率*选择性，Y=X3

17.质量守恒定律

三、单项选择题

1.A2.D3.B4.C5.A

6.B7.C8.B9.A10.C

四、简答题

1、中试放大的目的是什么？

答：中试放大的目的是验证、复审和完善实验室工艺（又称小试验）所研究确定的反应条

件与反应后处理的方法，以及研究选定的工业化生产设备结构、材质、安装和车间的布置等,

为正式生产提供设计数据、以及物质量和消耗等。同时，也为临床试验和其它深入的药理研

究提供一定数量的药品。

2、中试放大的研究内容主要有哪些？

答：中试放大（中间试验）是对已确定的工艺路线的实践审查。不仅要考查产品质量，经济

效益，而且要考察工人劳动强度。中试放大阶段对车间布置、车间面积、安全生产、设备投

资、生产成本等也必须进行审慎的分析比较，最后审定工艺操作方法、工序的划分和安排等。

中试放大的研究内容有：

（1）生产工艺路线的复审

（2）设备材质与型式的选择

（3）搅拌器型式与搅拌速度的考查

（4）反应条件的进•步研究

（5）工艺流程与操作方法的确定

（6）原辅材料和中间体的质量监控

（7）安全生产与“三废”防治措施的研究

（8）消耗定额、原料成本、操作工时与生产周期的计算

3.在中试工艺放大中针对工艺条件的考察，必须注意和解决哪些问题？

答：（1）原辅材料规格的过渡试验

（2）反应条件的极限试验

（3）设备材质的耐腐蚀性实验

（4）原辅材料、中间体及新产品质量分析方法研究

（5）反应后处理的方法研究。

4,中试放大的重要性及意义是什么？

答：中试放大是产品在正式被批准投产前的最重要的一次模型化的生产实践。它不但为原料

药的生产报批/新药审批提供了最主要的实验数据，也为产品投产前的GMP认证打下了坚实

的基础。中试放大是链接实验室小试与工业化大生产的桥梁。

5.物料衡算的作用有哪些？

答：根据所需要设计项目的年产量，通过对全过程或者单元操作的物料衡算，可以得到单耗

（生产1kg产品所需要消耗原料的量，kg）、副产品量、输出过程中物料损耗量以及“三废”

生成量等，使设计山定性转向定量。

物料衡算是车间工艺设计中最先完成的一个计算项目，其结果是后续热量衡算、设备工

艺设计与选型、确定原材料消耗量定额、进行管路设计等各种设计内容的依据。

五、计算题

1.解

n_70

X=X1OO%=89.2%

25.0

24.0

YxlOO%=83.1%

25.0x212/188

Y

^=—xl00%=93.1%

X

2.解:

y=化创/匕

=83.1%x91.0%x86.0%x76.5%x78.0%x78.0%x91.0%=27.54%

3.解:

混酸配制过程可在搅拌釜中进行。以搅拌釜

为衡算范围.绘制混酸配制过程的物料衡算示意

GHiSOi混酸配制

搅拌釜

图，如图1所示。图中G“s。为92.5%的硫酸用量，GHNO苧化混酸1000kg

GM为98%的硝酸用量，G废为含69%硫酸的废G废

酸用量。图1混酸配制过程物料衡算示意

图

图中共有4股物料，3个未知数.需列出3个独立方程。对HNO3进行物料衡算得

0.98GWA,O!=0.46X1000(a)

对H2s04进行物料衡算得

0.925G"笛+0.69G.,1t=0.46x1000(b)

对H20进行物料衡算得

0.02G〃NQ+S075G〃,SO4+0.31G废=0.08x1000(c)

联解(a)、(b)和(c)得

GHN03=469.4kgG/sq=399.5kgG度=131.1kg

根据物料衡算结果，可编制混酸配制过程的物料平衡表，如表1所示。

表1混酸配制过程的物料平衡表

物料名工业品量质量组成物料名工业品量质量组成

称/kg/%称/kg/%

HNO398

硝酸469.4

H2O2

输输H2s。446

H2SO492.5硝化混

入硫酸399.5出1000HNO346

H2O7.5酸

H2O8

H2SO469

废酸131.1

H2O31

总计1000总计1000

4.解:

以连续精储塔为衡算范围.绘出物料衡算示意图，

如图2所示。图中F为混合液的进料流量，D为塔顶储

出液的流量，W为塔底釜液的流量，x为苯的摩尔分数。

图2中共有3股物料，3个未知数，需列出3

个独立的方程。对全塔进行总物料衡算得

200=D+W(a)

对苯进行物料衡算得

图2苯和甲苯混合液精储

过程物料衡算示意图

200X0.4=DXD+0.011V(b)

由塔顶储出液中苯的回收率得

DXD

=0.985(c)

200x0.4

联解方程式a)、(b)和(c)得

l

D-SQkmol-h~',W-120kmol-h~,xD-0.985

根据物料衡算结果，可编制苯和甲苯精储过程的物料平衡表，如表2所示。

表2苯和甲苯精储过程的物料平衡表

物料名工业品量质量组成物料名工业品量质量组成

称/kg/%称/kg/%

苯：98.5

输苯和甲输储出液80

苯：40甲苯：1.5

入苯200出

甲苯：60苯：1

混合液釜液120

甲苯：99

总计200总计200

5.解:

则甲苯的转换率为

1000-20

X.x100%=98%

1000

对甲苯磺酸的转换率为

1460x92

Yx100%=78.1%

1000x172

对甲苯磺酸的选择性为

1460x92

x100%=79.7%

<P=(1000-20)x172

6.解：

Y}=83.6%,，=90%,73=88.5%,匕=48.