摘 要
称为“聪明药”的莫达非尼(Modafinil), 其实是一款广泛用于治疗失眠、注意力缺陷多动症(ADHD)和精神分裂症的抗嗜睡药物,近年来因其在睡眠障碍治疗中的显著成效而备受关注。随着人们对睡眠健康的关注日益增加,莫达非尼的需求也在不断上升。
然而,莫达非尼的生产过程并非一帆风顺。从原料到最终制剂,整个生产链条复杂且耗时,传统的批量生产模式不仅成本高昂,还难以保证产品的质量一致性。
波多黎各大学和比利时集成技术与有机合成中心,以及WEL研究所的研究团队成功开发了一种创新的连续制造方法,用于抗嗜睡药物莫达非尼连续合成与纯化。通过优化流动合成和连续结晶技术,利用两个单级混悬混出料结晶器(MSMPRC),他们成功获得了纯度超99%、符合美国典标准的莫达非尼多晶型形式Ⅰ制剂原料。
图1. 莫达非尼的三步连续流合成1及其连续纯化工艺流程图
前情提要:作者曾报道了三步全连续合成法获得了莫达非尼1的纯度达到80%,但未整合在线纯化、溶剂切换或浓缩步骤,导致所得的粗溶液包含了三步所有杂质、未反应的原料和混合溶剂(图2)。
图2. 三步全连续合成装置的比较(原报道文献与本工作)
新的突破:在莫达非尼的多步连续合成过程中,研究团队面临了多重技术挑战。反应器堵塞、产品纯化是能否实现连续合成的关键,我们来看看作者是如何成功克服了这些困难,实现了工艺的优化与提升。
01
第一步突破反应中堵塞与浓度难题
在多步串联合成的第一步中,底物反应的浓度对最终产品浓度至关重要。若底物浓度不足,后续的连续结晶(CC)过程将变得异常复杂。
最初实验中,研究团队尝试使用加热注射泵输送2-氯乙酰胺的过饱和溶液,但意外发现管道温度下降会导致2-氯乙酰胺结晶堵塞。
同时,由于底物浓度波动,硫代硫钠未能完全反应,部分未反应的底物甚至进入了下一步反应(R2),最终形成了固态硫堵塞反应器,严重影响了实验进程。
02
解决浓度波动问题
为了解决这一难题,研究团队通过调节底物浓度,发现当2-氯乙酰胺和硫代硫酸钠的浓度为0.75M时,长时间储存不会形成沉淀。基于这一发现,他们改用单股进料泵将底物稳定输送至120℃的PFA盘管,实现了定量转化的同时,巧妙地节省了一台设备的使用。
03
第三步打通反应前的混合器堵塞
尽管底物浓度问题得到了有效解决,但在第三步反应(R3)前的混合器仍然存在问题。具体而言,甲基乙基酮(MEK)输送泵的脉冲会导致沉淀的产生,严重阻碍了反应流程。为了规避这一问题,研究团队灵活改用注射泵(不易产生脉冲),成功解决了混合器堵塞问题。
04
优化淬灭步骤,提升纯度和稳定性
在莫达非尼的连续合成过程中,为了确保连续结晶(CC)所需的均匀溶液质量,研究团队对淬灭步骤进行了全方位优化。最初他们尝使用固体亚硫酸钠进行淬灭,但最终改为使用2M的亚硫酸钠水溶液。通过精准调节淬灭液的流速,研究团队确保了每摩尔过量的过氧化氢(H2O2)与3当量的亚硫酸钠充分反应。
05
缓冲罐的巧妙应用
合成后的反应液在搅拌下收集至缓冲罐中,以确保快速混合避免过度氧化杂质的形成。为了防止淬灭反应放热导致的温度升高,研究团队将缓冲储罐置于冰浴中。这种设计不仅提升了反应的稳定性,还确保了最终产品的高纯度。
经过一系列优化,研究团队在第二步反应(R2)中显著提高了转化率和第三步反应(R3)后的流出液稳定性。
最终,莫达非尼1的粗溶液纯度从HPLC分析的80.7%提升至86.3%,再现性标准偏差从2.1%降至0.9%,且未检测到新的杂质。
优化后的溶液在≥30天的储存期间保持相对稳定,随后可用于开发连续反溶剂结晶的过程。
连续制造的优势
连续生产技术在原料药(API)制造中展现出显著优势:
降低成本、提高质量、减少资源消耗,并加速产品上市,同时符合绿色化学原则,有助于缓解药品短缺风险。
连续合成(CS)和连续结晶(CC)技术在原料药生产中的技术应用,尤其是在质量控制和减少批次品质差异方面表现更优
实现端到端的连续生产仍面临技术挑战,需要有机化学家和结晶专家紧密合作,共同应对这一复杂工艺的挑战,实现从分子生成到适用于药物制剂晶型API的端到端连续原料药生产
连续结晶又将遇到哪些挑战?
波多黎各大学和比利时集成技术与有机合成中心以及WEL研究所的研究团队又有哪些新的应对方案?
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