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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-01-19 09:18
【導(dǎo)讀】藥物研究過程中,制備一種化合物一般有多種合成路線或方法,合理設(shè)計(jì)合成路線在有機(jī)合成中是極其重要的,它反映了一個(gè)有機(jī)合成研發(fā)人員的基本功、知識的豐富性、頭腦的靈活性和安全責(zé)任感,代表了一個(gè)人的合成水平和素質(zhì)。采用合理的合成路線能夠便捷安全地得到目標(biāo)化合物,而采用笨拙的合成路線雖然最終也能得到目標(biāo)化合物,但是付出的代價(jià)不僅僅是時(shí)間的浪費(fèi)、項(xiàng)目的延誤和合成成本的提高,更重要的是可能潛在安全隱患甚至引發(fā)事故、造成各種損失和傷害。
一、合成路線的設(shè)計(jì)目的與原則
合成一種有機(jī)化合物常??梢杂卸喾N路線,可用不同的原料,通過不同的反應(yīng)和途徑,獲得所需要的目標(biāo)化合物。不同的目的就有不同的思路,不同的思路就有不同的設(shè)計(jì)原則,不同的設(shè)計(jì)原則就有不同的合成路線,不同的合成路線就有不同的安全性。
(一)以發(fā)表論文為目的時(shí)的安全問題
1.作為論文目標(biāo)物的中間體或原料
如果合成的化合物是離論文日標(biāo)物很遠(yuǎn)的中間體或起始原料,就不是論文工作的重點(diǎn),不能花費(fèi)很長時(shí)間或很多精力去進(jìn)行文獻(xiàn)方法的仔細(xì)比對和詳細(xì)摸索,所以利用手頭現(xiàn)有原材料進(jìn)行設(shè)計(jì),以最簡便方法合成出來就行。但是這種思路往往會因不顧代價(jià)、趕時(shí)間等產(chǎn)生一些安全隱患。
2.作為論文目標(biāo)物
如果合成的化合物是作為論文目標(biāo)物,除了注重商業(yè)價(jià)值的論文外,大多學(xué)術(shù)性論文的重點(diǎn)不一定注重實(shí)用性和安全性,而主要是創(chuàng)造性、新穎性、時(shí)效性。此“三性”體現(xiàn)在合成路線的設(shè)計(jì)上,是為了表達(dá)新的思想,所用的合成路線應(yīng)該是新穎的,反應(yīng)條件是創(chuàng)新的,方法是與眾不同、別具一格的,這時(shí)考慮的主要問題大多不是合成成本的問題,甚至也不一定太多考慮安全問題。這時(shí)也往往會因不惜代價(jià)、一味追求狹義目的而產(chǎn)生一些安全隱患問題。論文的發(fā)表是一些論文作者的主要目的,至于安全問題一般不會考慮太多,也不會在論文中作詳細(xì)描述甚至根本就不加注釋,所以這樣的論文發(fā)表后,給后人作為文獻(xiàn)來參考,就會留下很多安全隱患,甚至誤導(dǎo),許多研發(fā)人員為此吃過虧。
新約研發(fā)初期的合成路線的設(shè)計(jì)與實(shí)踐,雖然不一定是按照發(fā)表論文的程序去做,但多數(shù)是為了快捷趕時(shí)間去合成大量月標(biāo)化合物,從而常常忽視一些安全問題。
(二)合成工藝的摸索和改進(jìn)
純粹合成工藝的摸索和改進(jìn)大多具有商業(yè)性質(zhì),涉及實(shí)用性,要講究成本、簡便性和安全性。合成路線的設(shè)計(jì)與選擇應(yīng)該是以最低成木、最簡單、最安全地得到目標(biāo)化合物為原則,即如果目標(biāo)化合物是以工業(yè)生產(chǎn)為目的,則選擇的合成路線應(yīng)該以最低的合成成本和安全可靠為原則。一般情況下,簡短的合成路線,反應(yīng)總收率較高,因而合成成本最低,而長的合成路線總收率較低,合成成本較高。但是,在有些情況下,較長的合成路線由于每步反應(yīng)都有較高的收率,且所用的試劑較便宜,因而合成成木反而較低,而較短的合成路線山于每步反應(yīng)收率較低,所用試劑價(jià)格較高,合成成本反而較高。所以,如果以工業(yè)生產(chǎn)為目的,則合成路線的設(shè)計(jì)與選擇應(yīng)該以計(jì)算出的和實(shí)際結(jié)果得到的合成成本最低而且安全可靠為基本原則。
(三)合成路線的設(shè)計(jì)和選擇原則
合成路線的設(shè)計(jì)和選擇原則包括以下幾個(gè)方面。
1.原料的選擇原則
廉價(jià)易得;危險(xiǎn)性低,盡量避免使用易燃易爆有毒物品;使用環(huán)保型原材料,避開強(qiáng)酸強(qiáng)堿高污染物品,選用綠色環(huán)保型、原子經(jīng)濟(jì)性(原子利用率高)的試劑或原料。
2.工藝要簡單
步驟少,路線簡捷,避免過繁過長;操作簡單,避免復(fù)雜化;易于分離,產(chǎn)率較高;反應(yīng)與后處理最好常溫常壓,避免高溫高壓高真空或過低溫度,極端苛刻要求會導(dǎo)致高投入而且危險(xiǎn)性大的一系列問題。
3.成本要低、收率和質(zhì)量要高
低成本、高收率和優(yōu)質(zhì)是最終目的,但是三者都必須建立在安全的基礎(chǔ)上,不能忽視事故成本。
4.安全要貫徹于整個(gè)設(shè)計(jì)原則中
總之,原料的選擇、工藝的確定、收率與成本的權(quán)衡、安全評估等都與合成路線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化有關(guān)。在合成路線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化過程中,始終堅(jiān)持把安全放在首位是非常重要的,不能等出了事故再去考慮如何重新設(shè)計(jì)新路線。
二、反應(yīng)危險(xiǎn)性的定性評估
反應(yīng)危險(xiǎn)性的定性評估是指,從反應(yīng)的化學(xué)性及化學(xué)過程、物理性及物理過程、所涉及的儀器設(shè)備和環(huán)境等方面進(jìn)行綜合評估。
(1)首先要評估反應(yīng)所用底物、試劑、反應(yīng)中間體、反應(yīng)產(chǎn)物以及溶劑和催化劑等輔助劑的各種危險(xiǎn)性,以及它們之間相互作用后可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)性。例如,是否有易燃易爆危險(xiǎn)性、是否有毒害性、是否有腐蝕性、是否有刺激性、是否有致敏性等。
不但要從化合物整體結(jié)構(gòu)特征上分析其危險(xiǎn)性,更主要的是要從有機(jī)化合物所屬官能團(tuán)結(jié)構(gòu)上分析其危險(xiǎn)性,因?yàn)榻^大多數(shù)有機(jī)化合物的活性官能團(tuán)決定其化學(xué)性能和物理性能,這是化學(xué)的基本規(guī)律。通過活性官能團(tuán)的類別及其所屬位置可以定性判斷是否存在聚合、分解等劇烈副反應(yīng),是否有爆炸性、毒害性、腐蝕性、刺激性和致敏性,是否有氣體產(chǎn)生等情況。這些問題,在一般的文獻(xiàn)資料中是不會詳細(xì)介紹的,即使普遍認(rèn)為可靠的像MSDS、OS等主流文獻(xiàn)資料, 也會因撰寫人的知識水平所限、科學(xué)技術(shù)的變遷和進(jìn)步、所做調(diào)查和實(shí)踐等條件所限,會遺漏一些真正的危險(xiǎn)警示描述,所以這些資料都只能做參考,不能盲目相信、盲目照搬。
(2)評估反應(yīng)開始、反應(yīng)進(jìn)行中、反應(yīng)結(jié)束和反應(yīng)后處理等環(huán)節(jié)的熱量變化,是否存在反應(yīng)速率與反應(yīng)溫度密切相關(guān)的溫度臨界值等危險(xiǎn)因素, 必要時(shí)可借助量熱儀如DSC等進(jìn)行反應(yīng)熱測定。
(3)評估反應(yīng)的安全容納量、安全空間是否足夠。
(4)評估反應(yīng)條件是否苛刻,能否以更溫和的方式進(jìn)行,化險(xiǎn)為夷,
(5)評估該反應(yīng)中的各種危險(xiǎn)性對儀器設(shè)備的要求,能否變通替換,轉(zhuǎn)危為安。
(6)評估反應(yīng)規(guī)模大小與危險(xiǎn)性的關(guān)系。
(7)評估能否改換其他更安全的原料、合成工藝、操作和儀器設(shè)施。
(8)評估其他可能存在的危險(xiǎn)性。

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