利塞膦酸钠合成工艺的改进及放大研究

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利塞膦酸钠是第三代双膦酸盐类药物,临床上主要用于变形性骨炎、绝经后妇女的骨质疏松症和糖皮质激素诱导的骨质疏松症等的治疗。目前文献所报道的利塞膦酸钠合成方法中,以3-乙酰基吡啶为起始原料,先经Willgerodt-Kindler反应合成3-吡啶硫代乙酰吗啉,然后水解、酸化得到中间体3-吡啶乙酸盐酸盐,再与亚磷酸、三氯化磷反应后水解、成盐得到利塞膦酸钠的方法具备较高的工业化价值,但是该方法仍存在一些需要解决的问题:Willgerodt-Kindler反应过程中使用过量升华硫,残留的升华硫需要淬灭,对环境污染较大;Willgerodt-Kindler反应产物3-吡啶乙酸盐酸盐的纯化过程繁琐;反应产生大量高磷、高盐、高化学需氧量(COD)的废水,处理难度大。本课题针对上述缺点,对利塞膦酸钠的合成及后处理过程进行了若干改进,具体工作包括:(1)引入升华硫的良好溶剂甲苯作为反应溶剂,强化传质,并精确控制反应温度,减少了升华硫的使用量,避免了后处理过程中过量升华硫的淬灭过程,改进了由3-乙酰基吡啶合成3-吡啶乙酸盐酸盐的工艺。优化后的工艺条件为:以甲苯为溶剂,n(3-乙酰基吡啶):n(升华硫):n(吗啡啉):n(甲苯)=1:1:1.07:1,120℃下反应5h,减压蒸馏脱除甲苯和吗啡啉,得到3-吡啶硫代乙酰吗啉粗品;取该粗品37.0g,加入浓盐酸102.2mL、水50mL,回流下反应6h,活性炭吸附后得到3-吡啶乙酸盐酸盐溶液,减压蒸馏脱除溶剂、异丙醇析晶、异丙醇重结晶后得到3-吡啶乙酸盐酸盐纯品,收率为85.0%。(2)引入疏水性溶剂甲苯,提高反应的均一性,强化体系传质和传热能力,抑制副反应的发生;同时采用变温的反应方法,使物料充分进入反应体系,优化了由3-吡啶乙酸盐酸盐合成利塞膦酸钠的工艺。优化后的工艺条件为:以甲苯为溶剂,n(3-吡啶乙酸盐酸盐):n(亚磷酸):n(甲苯)=1:2.5:10,加热至回流状态,保温1.5h;降温至70℃,缓慢滴加三氯化磷,n(3-吡啶乙酸盐酸盐):n(三氯化磷)=1:1.5,保温3.5h。反应结束,向体系中加入过量浓盐酸,升温至75℃,继续反应30-45min,静置、分液得到利塞膦酸溶液,加氢氧化钠中和得到利塞膦酸钠溶液,再经活性炭吸附、异丙醇结晶得利塞膦酸钠晶体,收率为72.5%。(3)为验证放大过程对产品质量的影响及小试工艺流程的安全、环保设施在生产过程中是否满足生产要求,对工艺过程进行了放大生产。评估了放大过程中存在的风险,制定了相应的预防措施和异常情况应急处置方案。在多个阶段的放大生产过程中,产品质量合格,收率稳定。生产过程中没有出现物料泄漏、反应超温等异常情况,车间设备运行正常,工艺过程中存在的危险因素得到有效控制,项目满足安全、环保的生产要求。(4)对工艺过程中产生的废水进行了资源化利用研究。通过对废水进行脱溶剂、脱盐处理,降低废水的后处理难度;通过减压蒸馏、常压蒸馏和渗透汽化膜除水工艺,实现了异丙醇的资源化利用,提高工艺的经济效益。
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