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工艺的开发过程中,经常涉及到溶剂夹带的问题。 比如说浓缩析晶或者置换结晶。 从一种溶剂,过渡到另一种溶剂,这个过程如何去思考?要关注哪些点?就这个操作,简单谈谈我的看法。 有很多时候,往往是拍脑袋,我觉得,凭感觉做一做,其实任何一个好的工艺,都是需要大量的数据支持的。知己知彼,百战不殆。也只有积累了大量的数据,才有办法对整体情况作出判断,将工艺进行简化,没有数据可依,得到的结论经常是牵强的。
一般我们置换溶剂,常规的考虑有几个方面:
1. 下一步操作,选用什么溶剂?
2. 上一步的溶剂残留多少合适?这个spec设置多少合适?
3. 夹带操作终点如何确定?夹带多少次?怎么去设置这个循环?
虽然你是一个工艺老司机,但是你确定你真的在这个问题上已经非常老练?答案肯定是未必
一般有不少人会开发打浆工艺,有时候直接把溶剂浓缩干,再加入新的溶剂。这个可能小量的时候可以考虑,但是一旦到大釜,直接浓缩干,物料热稳定性是一方面,还有物料结块,不好再搅开是另一个问题,一般很少会这么操作。
这里面有一个技巧:我们可以查查资料,看看我们选的这两种溶剂,有没有共沸点?共沸温度是多少度?共沸点下,各组分占多少含量? 这是溶剂的本质问题,了解了它们,对于我们判断如何操作,很有意义。判断夹带的温度,夹带的次数。
如果原溶剂沸点比较低,或者共沸中占得比例很高,那么你的夹带会比较简单。如果原溶剂沸点高,或者共沸中,原溶剂占比很少,那么夹带会比较困难。 我们可以根据共沸资料,重新思考我们的夹带溶剂,选用夹带效率比较高的溶剂。
举一个以前经历过的案例:
原始工艺,反应溶剂是甲醇,浓缩析晶,置换成乙酸乙酯打浆。原工艺反复夹带4次,一次4V, 过程非常繁琐。浪费时间,浪费溶剂。我们先从基本性质入手。甲醇的沸点是64.7°C,乙酸乙酯的沸点是77°C,相差并不是非常大。其二,我们查一下两者是否能共沸?
经过查阅,发现MeOH和乙酸乙酯可以共沸,共沸温度是62°C,其中甲醇占比49%,接近1:1。考虑到两者沸点差别不是很大,我们思考是否醋酸异丙酯更合适。首先醋酸异丙酯沸点89°C,相对乙酸乙酯有更大的沸点差距。进一步查了一下醋酸异丙酯和甲醇的共沸数据:共沸点65°C,其中甲醇占比80%。显然共沸夹带甲醇的能力,醋酸异丙酯远强于乙酸乙酯。并且在后续的打浆操作中,醋酸异丙酯和乙酸乙酯并没有太大的除杂差异。所以最终将乙酸乙酯更换成醋酸异丙酯。
接下来的问题是,置换多少次合适?甲醇的残留量多少合适?对于这个问题,甲醇的含量过大,我们考虑到可能母液损失会大。我们首先简单的做了几组溶解度数据:
溶剂 | 溶解度 | 饱和溶液assay |
MeOH/iPrOAc(1:16) | <1g/500ml | <0.2% |
MeOH/iPrOAc(1:8) | 1g/300ml | 0.37% |
MeOH/iPrOAc(1:4) | 1g/125ml | 0.9% |
MeOH/iPrOAc(1:2) | 1g/57ml | 1.9% |
MeOH | 1g/17.5ml | 6.3% |
总结:
1. 通过溶解度测试表明,在MeOH/iPrOAc(1:16下),母液assay一般达到0.2%(8V母液约损失1.5-2%)
2.在MeOH/iPrOAc(1:8下),母液assay一般达到0.37%(8V母液约损失2-3%)
3.随着甲醇含量增加,损失明显增加
初步数据表明,甲醇比例提高,其实对损失并没有想象中那么大,于是我们用较大量实际操作了一下,第一次浓缩,将反应体系完全浓缩干,然后加入甲醇,再加入醋酸异丙酯,搅拌,最终测上清液损失,发现确实残留5%MeOH损失也不大,所以MeOH 的spec由原来的0.5%提高到5%, 放宽指标,可以给操作释放压力,工人操作起来也更加简单,也给工艺留下足够空间,更加有弹性。
紧接着我们考察夹带几次MeOH能够达到指标,经过几个批次的数据,我们测试了每一次夹带的MeOH残留,结果发现置换效果极好,基本一次就够了。
多批次考察夹带几次,可以将甲醇控制在合格范围:
将8V MeOH反应液浓缩至1.5V,加入4V iPrOAc,测试甲醇残留 | MeOH残留:0.28% |
浓缩至1V,加入4V iPrOAc,测试甲醇残留 | MeOH残留:未检出 |
浓缩至1V,加入4V iPrOAc,测试甲醇残留 | MeOH残留:未检出 |
浓缩至1V,加入8V iPrOAc,未能全部覆盖粘壁,补加2ViPrOAc(共10V iPrOAc)测试甲醇残留 | MeOH残留:未检出 |
总结:
1. 目前溶剂残留显示,第一次浓缩后,只有0.28%,后续再浓缩MeOH完全消失。
2. 初步数据表明,基本上浓缩两次就可以将MeOH除干净(将进一步重复收集,观察多批次数据)
最后我们工艺定为夹带一次就够了。
经过这些数据收集,我们对工艺的夹带有了深入的了解,由原来的4次置换变成一次置换,提高了效率,缩短了工期,并且工艺也变得更加robust。
通过这个案例,对于夹带工艺,大家是否已经明白应该从哪些个角度去思考?要收集哪些数据?手握这些数据,我们的工艺就经得起挑战,而不是拍脑袋进行设计的。
要想把工艺做好,我们尤其要关注本质问题,包括溶解度,沸点等,只有知道了这些本质的参数,我们才好去判断如何选择体系。 这些基础数据是我们开发工艺的基础。千万不要以为自己是老司机,就可以拍脑袋。没有这些理论知识支撑,能把工艺做好也是瞎猫碰到死耗子,而有了科学的思维,开发出好工艺的概率大大提高,而不是靠运气。
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