第二章药物合成工艺路线的设计与选择课件.ppt
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1、第二章药物合成工艺路线的设计与选择第1页,此课件共45页哦(一)工艺路线(一)工艺路线 v一一个个化化学学合合成成药药物物往往往往可可通通过过多多种种不不同同的的合合成成途途径径制制备备,通通常常将将具具有有工工业业生生产产价价值值的的合合成成途途径径称称为为该该药药物物的的工工艺艺路线。路线。v在在化化学学合合成成药药物物的的工工艺艺研研究究中中,首首先先是是工工艺艺路路线线的的设设计计和和选选择,以确定一条经济而有效的生产工艺路线。择,以确定一条经济而有效的生产工艺路线。一、基本知识第2页,此课件共45页哦(二)工艺路线设计与选择的研究对象(二)工艺路线设计与选择的研究对象 v即将上市的新
2、药即将上市的新药 在在新新药药研研究究的的初初期期阶阶段段,对对研研究究中中新新药药(investigational new drug,IND)的的成成本本等等经经济济问问题题考考虑虑较较少少,化化学学合合成成工工作作一一般般以以实实验验室室规规模模进进行行。当当IND在在临临床床试试验验中中显显示示出出优优异异性性质质之之后后,便便要要加加紧紧进进行行生生产产工工艺艺研研究究,并并根根据据社社会会的的潜潜在在需需求求量量确确定定生生产产规规模模。这这时时必必须须把把药药物物工工艺艺路路线线的的工工业业化化、最最优优化和降低生产成本放在首位。化和降低生产成本放在首位。第3页,此课件共45页哦v
3、专利即将到期的药物专利即将到期的药物 药药物物专专利利到到期期后后,其其它它企企业业便便可可以以仿仿制制,药药物物的的价价格格将将大大幅幅度度下下降降,成成本本低低、价价格格廉廉的的生生产产企企业业将将在在市市场场上上具具有有更更强强的的竞争力,设计、选择合理的工艺路线显得尤为重要。竞争力,设计、选择合理的工艺路线显得尤为重要。v产量大、应用广泛的药物产量大、应用广泛的药物 某某些些活活性性确确切切老老药药,社社会会需需求求量量大大、应应用用面面广广,如如能能设设计计、选选择择更更加加合合理理的的工工艺艺路路线线,简简化化操操作作程程序序、提提高高产产品品质质量量、降降低低生生产产成成本本、减
4、减少少环环境境污污染染,可可为为企企业带来极大的经济效益和良好的社会效益。业带来极大的经济效益和良好的社会效益。第4页,此课件共45页哦(三)合成路线设计的基本策略(三)合成路线设计的基本策略 药药物物合合成成工工艺艺路路线线设设计计属属于于有有机机合合成成化化学学中中的的一一个个分分支支,从从使使用用的的原原料料来来分分,有有机机合合成成可可分分为为全全合合成成和和半半合合成成两两类类。v半半合合成成(semi synthesis):由由具具有有一一定定基基本本结结构构的的天天然然产产物经化学结构改造和物理处理过程制得复杂化合物的过程。物经化学结构改造和物理处理过程制得复杂化合物的过程。v全
5、全合合成成(total synthesis):以以化化学学结结构构简简单单的的化化工工产产品品为为起起始始原原料料,经经过过一一系系列列化化学学反反应应和和物物理理处处理理过过程程制制得得复杂化合物的过程复杂化合物的过程。第5页,此课件共45页哦 与此相应,合成路线的设计策略也分为两类与此相应,合成路线的设计策略也分为两类。v由由原原料料而而定定的的合合成成策策略略:在在由由天天然然产产物物出出发发进进行行半半合合成成或或合合成成某某些些化化合合物物的的衍衍生生物物时时,通通常常根根据据原原料料来来制制定定合合成成路路线线。v由由产产物物而而定定的的合合成成策策略略:由由目目标标分分子子作作为
6、为设设计计工工作作的的出出发发点点,通通过过逆逆向向变变换换,直直到到找找到到合合适适的的原原料料、试试剂剂以及反应为止,是合成中最为常见的策略以及反应为止,是合成中最为常见的策略第6页,此课件共45页哦二、药物合成路线设计的目的二、药物合成路线设计的目的v创制新药创制新药v天然产物的全合成及结构改造天然产物的全合成及结构改造v新药生产或老工艺革新新药生产或老工艺革新第7页,此课件共45页哦工艺路线设计主环形成方法或基本骨架组合方式主环与基本骨架功能基与侧链功能基和侧链形成方法与引入次序药物合成工艺路线药物合成设计路线设计思维框架图第8页,此课件共45页哦三、药物合成设计的基本方法三、药物合成
7、设计的基本方法逆合成分析方法逆合成分析方法(一)逆向合成分析的定义(一)逆向合成分析的定义 逆逆合合成成(retrosynthesis)的的过过程程是是对对目目标标分分子子进进行行切切断断(disconnection),寻寻找找合合成成子子(synthon)及及其其合合成成等等价价物物(synthetic equivalent)的的过过程程。该该方方法法,由由E.J.Corey于于1964年正式提出。年正式提出。切断切断合成子合成子合成等价物合成等价物第9页,此课件共45页哦v切切断断(disconnection):目目标标化化合合物物结结构构剖剖析析的的一一种种处处理理方方法法,想想象象在在
8、目目标标分分子子中中有有价价键键被被打打断断,形形成成碎碎片片,进进而而推出合成所需要的原料。推出合成所需要的原料。v切切断断的的方方式式有有均均裂裂和和异异裂裂两两种种,即即切切成成自自由由基基形形式式 或或电正性、电负性形式,后者更为常用。电正性、电负性形式,后者更为常用。v切切断断的的部部位位极极为为重重要要,原原则则是是“能能合合的的地地方方才才能能切切”,合合是是目目的的,切切是是手手段段,与与200余余种种常常用用的的有有机机反反应应相对应。相对应。第10页,此课件共45页哦v合合成成子子(synthon):已已切切断断的的分分子子的的各各个个组组成成单单元元,包括电正性、电负性和
9、自由基形式。包括电正性、电负性和自由基形式。v合合成成等等价价物物(synthetic equivalent):具具有有合合成成子子功功能能的的化化学试剂,包括亲电物种和亲核物种两类。学试剂,包括亲电物种和亲核物种两类。以抗真菌药物克霉唑为例:以抗真菌药物克霉唑为例:第11页,此课件共45页哦(二)逆合成方法的基本过程(二)逆合成方法的基本过程v化化合合物物结结构构的的宏宏观观判判断断:找找出出基基本本结结构构特特征征,确确定定采采用用全合成或半合成策略。全合成或半合成策略。v化化合合物物结结构构的的初初步步剖剖析析:分分清清主主要要部部分分(基基本本骨骨架架)和和次次要要部部分分(官官能能团
10、团),在在通通盘盘考考虑虑各各官官能能团团的的引引入入或或转转化化的的可可能能性性之之后后,确确定定目目标标分分子子的的基基本本骨骨架架,这这是是合合成成路线设计的重要基础。路线设计的重要基础。v目目标标分分子子基基本本骨骨架架的的切切断断:在在确确定定目目标标分分子子的的基基本本骨骨架架之之后后,对对该该骨骨架架的的第第一一次次切切断断,将将分分子子骨骨架架转转化化为为两两个个大大的的合合成成子子,第第一一次次切切断断部部位位的的选选择择是是整整个个合合成成路路线线的的设设计计关关键键步步骤。骤。第12页,此课件共45页哦v合合成成等等价价物物的的确确定定与与再再设设计计:对对所所得得到到的
11、的合合成成子子选选择择合合适适的的合合成成等等价价物物,再再以以此此为为目目标标分分子子进进行行切切断断,寻寻找找合合成成子子与合成等价物。与合成等价物。v重复上述过程,直至得到可购得的原料。重复上述过程,直至得到可购得的原料。第13页,此课件共45页哦v克霉唑的合成工艺路线设计:克霉唑的合成工艺路线设计:第14页,此课件共45页哦v克霉唑中间体的其它合成路线:克霉唑中间体的其它合成路线:第15页,此课件共45页哦v在在化化合合物物合合成成路路线线设设计计的的过过程程中中,除除了了上上述述的的各各种种构构建建骨骨架架的的问问题题之之外外,还还涉涉及及官官能能团团的的引引入入、转转换换和和消消除
12、,官能团的保护与去保护等;除,官能团的保护与去保护等;v若若系系手手性性药药物物,还还必必须须考考虑虑手手性性中中心心的的构构建建方方法法和和在在整个工艺路线中的位置等问题。整个工艺路线中的位置等问题。v合合成成路路线线设设计计的的基基本本方方法法,是是逆逆合合成成方方法法,即即追追溯溯求求源法;源法;v在在此此基基础础上上,还还有有分分子子对对称称性性法法、模模拟拟类类推推法法、类类型型反反应应法等。重复上述过程,直至得到可购得的原料。法等。重复上述过程,直至得到可购得的原料。第16页,此课件共45页哦(一)类型反应法(一)类型反应法1.类型反应法的基本内容与基本步骤类型反应法的基本内容与基
13、本步骤 类类型型反反应应法法:利利用用常常见见的的典典型型有有机机化化学学反反应应与与有有机机合合成成方方法进行合成路线设计的方法。法进行合成路线设计的方法。基基本本步步骤骤:包包括括各各类类化化学学结结构构的的有有机机合合成成通通法法,又又包包括括官官能能团团的的形形成成、转转换换或或保保护护等等合合成成反反应应。因因此此,对对于于有有明明显显结结构构特特征征和和官官能能团团的的化化合合物物,可可采采用用此此法法进进行行合合成成路线设计。路线设计。注注意意事事项项:若若反反应应单单元元相相同同,顺顺序序不不同同或或原原辅辅料料不不同同,反反应应的的难难以以程程度度及及条条件件随随之之发发生生
14、变变化化。如如果果功功能能基基的的形形成成与与转转化化反反应应的的排排列列方方式式在在两两种种以以上上,不不仅仅要要从从理理论论上上考考虑虑其其合合理理性性,还还要要从从实实践践的的角角度度,对对原原辅辅料料、设设备备和和条件进行实验。通过实验设计及其优化,实现选择。条件进行实验。通过实验设计及其优化,实现选择。四、药物合成设计的方法四、药物合成设计的方法第17页,此课件共45页哦2.类型反应法的实例分析(类型反应法的实例分析(1)抗真菌药物克霉唑的合成抗真菌药物克霉唑的合成第18页,此课件共45页哦2.类型反应法的实例分析(类型反应法的实例分析(2)头孢拉定的合成头孢拉定的合成第19页,此课
15、件共45页哦2.类型反应法的实例分析(类型反应法的实例分析(3)-受阻断剂塞利洛尔的合成受阻断剂塞利洛尔的合成第20页,此课件共45页哦1.追溯求源法的基本内容与基本步骤追溯求源法的基本内容与基本步骤v追追溯溯求求源源法法:从从药药物物分分子子的的化化学学结结构构出出发发,将将其其化化学学合合成成过过程程一一步步一一步步逆逆向向推推导导进进行行寻寻源源的的思思考考方方法法,又又称倒推法或逆向合成分析。称倒推法或逆向合成分析。v常常见见的的切切断断部部位位:药药物物分分子子中中C-N、C-S、C-O等等碳碳-杂杂键键的的部部位位,通通常常是是该该分分子子的的首首先先选选择择切切断断部部位位。在在
16、C-C的的切切断断时时,通通常常选选择择与与某某些些基基团团相相邻邻或或相相近近的的部部位位作作为为切切断断部部位位,由由于于该该基基团团的的活活化化作作用用,是是合合成成反反应应容容易易进进行行。在在设设计计合合成成路路线线时时,碳碳骨骨架架形形成成和和官官能能团团的的运运用用是是两两个个不不同同的的方方面面,二二者者相相对对独独立立但但又又相相互互联联系系;因为碳骨架只有通过官能团的运用才能装配起来。因为碳骨架只有通过官能团的运用才能装配起来。(二)追溯求源法(二)追溯求源法 第21页,此课件共45页哦2.追溯求源法的实例分析(追溯求源法的实例分析(1)抗真菌药益康唑(抗真菌药益康唑(ec
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