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1、结晶与重结晶杂谈,徐云根中国药科大学2008年11月2日-浙江国邦药业有限公司,目 录,一、重结晶的过程及注意事项二、药物重结晶溶剂的选择原则三、特殊重结晶法简介四、重结晶与药物晶型,一、重结晶的过程及注意事项,重结晶是有机制备实验中最常用也是最重要的技术之一。是纯化精制固体有机化合物的手段之一。重结晶提纯法的原理是利用混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同，以及溶解度随温度的升高而增大，选择适当的溶剂，加热将固体溶解制成饱和溶液，然后使其冷却，析出晶体。让杂质全部或大部分留在溶液中（或被过滤除去）从而达到提纯的目的。,重结晶的过程其实就是结晶的过程，可以降温析晶，也可以溶剂选择性析晶，结果都
2、是让物质以晶体形式析出。重结晶和结晶的唯一区别就是结晶是一种自发过程，它一般指物质从液体或者溶液当中成晶体的变化。但是重结晶，特指通过结晶手段来进行分离纯化的过程。重结晶的一般过程：包括溶剂的选择、固体的溶解、活性炭脱色、趁热过滤、结晶、抽滤洗涤晶体、干燥晶体等步骤。,1溶剂的选择 理想的溶剂，应具备的条件：（1）不与被提纯物起化学反应；（2）对被提纯物应在沸腾、或接近沸腾时溶解度 很大，而在室温或低温下溶解度很小；（3）对杂质的溶解度应非常大或非常小，这可使 杂质留在母液中，不随提纯物析出，或使杂质 在热过滤时除去；（4）沸点较低，易挥发，易与被提纯物分离；,（5）能给出好的晶型；（6）价廉
3、易得，且毒性小；（7）安全；（8）尽可能选择单一溶剂，这样在大生产时也可 较好的解决母液回收套用问题，降低成本。 在选择溶剂时可根据“相似相溶”的一般原理，因为溶质往往易溶于结构相似的溶剂中。,“相似相溶”规律,溶剂选择方法：取约0.1g粗产物置于一小试管中，滴入约1ml某溶剂，不断振摇，观察是否溶解，若很快全溶，表明此溶剂不适用；若不溶，可加热并观察现象，如仍不溶，可逐步滴加溶剂，每次约加0.5ml，至34ml，若沸腾下仍不溶解，说明此溶剂不适用。总之，应能使粗产品溶于14ml沸腾的溶剂中，室温下或冷却能析出较多的结晶的溶剂才适用。若未能找到某一合适溶剂，可考虑选用混合溶剂。混合溶剂通常由两
4、种互溶的溶剂组成，其中一种对被提纯物溶解度较大，而另一种的溶解度较小。,2溶解制成饱和溶液 溶解固体常用锥形瓶或圆底烧瓶作容器。先加入比计算量略少的溶剂，加热至沸腾，若固体未全溶解，再分批添加溶剂至恰好溶解，最后再多加20%100%的溶剂将溶液稀释，否则乘热过滤时容易析出晶体。 若用量为未知数，可先加入少量溶剂，煮沸仍未全溶，渐渐加至恰好溶解。每次加入均要煮沸后作出判断。,注意：（1）不要因为重结晶的物质中含有不溶解的杂质 而加入过量的溶剂，如果在预试验中已确定有 不溶的杂质存在，就不能期望加入过多的溶剂 以得到透明的溶液。（2）为避免热过滤时晶体在漏斗上或漏斗颈中析 出造成损失，溶剂可稍过量
5、，一般控制在已加 入量的20%左右。（3）为在遇到问题时用来引发结晶，常在溶样前 留取极少量的粗品以备作晶种使用。,（4）若用混合溶剂重结晶，首先将样品溶解在沸 腾的易溶解的溶剂中（这时温度亦不应高于样品的熔点），再缓慢地分次加入另一种溶剂，并进行振摇或搅拌直至沸腾的溶液中出现浑浊，最后再补加少量第一种溶剂使溶液刚好澄清。 倘若加入的第二种溶剂的沸点比第一种溶剂的沸点低，就应让溶液冷却到第二种溶剂沸点的温度之下，方可加入第二种溶剂。,3活性炭脱色 当固体物质全部溶解后，即可趁热过滤。若溶液中含有有色杂质，则要加活性炭脱色，这时应移去火源，使溶液稍冷，然后加入活性炭，继续煮沸510min，再趁热
6、过滤。活性炭可吸附有色杂质、树脂状物质以及均匀分散的物质。活性炭的用量一般为干燥粗产物重量的15%.,4趁热过滤 为了使过滤操作进行得快，一般选用预先烘热好的无颈漏斗或热水漏斗和折叠滤纸。 无颈漏斗,热水漏斗热过滤装置,折叠滤纸,折叠滤纸的折法： 1 2 3 4 5 6,10,9,8,7,在折纹近集中点处切勿重压，否则在过滤前滤纸的中央易破裂。使用前要将折叠滤纸翻转，以免过滤时手上的污物带入滤液中。,趁热抽滤： 尽管减压抽滤的速度较快，但用在这里并不好，原因在于减压下热溶剂易于蒸发，溶液易浓缩并冷却，以致晶体过早析出，使杂质易夹裹在晶体中，影响重结晶效果。注意事项：（1）为了能顺利进行抽滤，应
7、将抽滤漏斗预热， 同时，应调节水泵抽气量至适当的大小，以避 免或减少抽滤过程中晶体的析出。（2）溶样后，若溶液澄清透明，确无不溶性杂质, 且不是终产物，可以省去热过滤一步操作。,5结晶 将热过滤得到的滤液放置在室温下冷却，使其慢慢析出结晶，而不能急冷滤液，因为这样形成的结晶较细，而且容易夹有杂质。 如果结晶在过滤时很快析出，为得到较好的晶形，可将滤液重新加热溶解，让其在室温慢慢冷却即可。,注意事项：（1）如滤液冷却后不结晶，通常可加入少许事先留下的样品细晶粒于溶液中，诱发结晶。另一种方法是用玻璃棒摩擦液面附近的容器壁来引发结晶。 若还是不析出结晶，则需加热蒸发浓缩滤液，促其析出结晶。 加晶种的
8、时机：晶种加得过早，晶种溶解或产生的晶型一般较细；加的晚，则溶液里可能已经产生了晶核，造成结晶可能包裹杂质。,（2）结晶过程中，有时从溶液中只分出油状物而不析出晶体，这种析出方式选择性差，其中所含的杂质较多。形成油状物大致可分为两种类型： 第一种类型：滤液完全冷却后，只有油状物分出而不见有晶体生成，常用的补救方法是用玻璃棒将母液中的油状物沿液面的容器壁摩擦以引发结晶。如果此法无效，还可往滤液中加入“晶种”，静止片刻。如果还是不行，就只有把油状物从母液中分出，改用其他溶剂重结晶。,第二种类型：对于有些化合物，只要热的浓溶液一冷却就出现油状物，温度再降低油状物就固化成结实的硬块，这时或者温度更低一
9、些，还会从溶液中析出相当纯的晶体。遇此情况，可先分出纯晶体后重新加热混合物至沸，添加适量溶剂后再行冷却。这样可减少油状物生成的量，余下的混合物可重复此项操作处理。,(3) 为了提高收率，常将滤液用冰水冷却，但当 溶剂是苯、冰醋酸、1,4-二氧六环（12）或 DMSO（18）时，则不宜用冰水冷却，以免 溶剂本身结晶析出。(4) 不同物质的结晶速度有时相差很大。一般需要 数小时才能结晶完全，在某些情况下，需要几 周甚至几个月才会结晶。(5) 一般我们都是低温冷藏析晶，其实有时还需要 高温保温！这主要需摸清其溶解度的关系再确 定结晶温度。(6) 有时需要在搅拌下结晶，以便得到某一粒径和 晶型的晶体。
10、,6抽滤、洗涤晶体 把结晶从母液中分离出来，通常用减压抽滤的方法。所用的滤纸应比布氏漏斗底部的直径略小，布氏漏斗的尖端远离抽滤瓶的侧管。过滤前应先用溶剂润湿滤纸，轻轻抽气，使滤纸与漏斗底部贴紧。,抽滤时应把母液尽量抽干，用刮刀或真空塞将结晶压干，然后打开安全瓶活塞停止减压，进行洗涤。洗涤时把少量溶剂均匀地洒在晶体上，使全部结晶能充分润湿为宜，并用玻棒或刮刀将结晶轻轻搅动，然后再抽干以增加洗涤效果，一般洗涤一至三次。,7干燥晶体 用重结晶法纯化后的晶体，其表面还吸附有少量溶剂，应根据所用溶剂及结晶的性质选用合适的方法进行干燥。 干燥方法一般有：烘干，空气中晾干，真空干燥8重结晶操作的安全问题(1
11、) 沸石；(2) 某些易燃易爆的溶剂(如乙醚等)应避免明火；(3) 过滤时保持良好的通风。,二、药物重结晶溶剂的选择原则,1溶剂的分类及研究原则（1）第一类溶剂及研究原则 第一类溶剂是指人体致癌物、疑为人体致癌物或环境危害物的有机溶剂。因其具有不可接受的毒性或对环境造成公害，在原料药、辅料以及制剂生产中应该避免使用。当根据文献或其他相关资料确定合成路线，涉及到第一类溶剂的使用时，建议重新设计不使用第一类溶剂的合成路线，或者进行替代研究。,由于有机溶剂的选用是合成工艺中比较重要的一点，建议替代研究在工艺研究初期即开始进行，这样，有利于将由于溶剂替换对后续的结构确证、质量研究、稳定性考察的影响降至
12、最低。 因为溶剂的改变可能导致产品物理化学性质以及质量的改变，因此如发生溶剂的替代，则需要进行溶剂改变前后的产品物理化学性质、质量的对比研究，必要时还需要进行结构对比确证，以说明产品的结构是否发生变化。如果工艺中不可避免的使用了第一类溶剂，则需要严格控制残留量，无论任何步骤使用，均需进行残留量检测。,（2）第二类溶剂及研究原则 第二类溶剂是指有非遗传毒性致癌（动物实验）、或可能导致其他不可逆毒性（如神经毒性或致畸性）、或可能具有其他严重的但可逆毒性的有机溶剂。此类溶剂具有一定的毒性，但和第一类溶剂相比毒性较小，建议限制使用，以防止对病人潜在的不良影响。,（3）第三类溶剂及研究原则 第三类溶剂是
13、GMP或其它质量要求限制使用，对人体低毒的溶剂。第三类溶剂属于低毒性溶剂，对人体或环境的危害较小，人体可接受的粗略浓度限度为0.5%，因此建议可仅对在终产品精制过程中使用的第三类溶剂进行残留量研究。,（4）尚无足够毒性资料的溶剂及研究原则 这类溶剂在药物的生产过程中可能会使用，但目前尚无足够的毒理学研究资料。建议药物研发者根据生产工艺和溶剂的特点，必要时进行残留量研究。 随着对这类溶剂毒理学等研究的逐步深入，将根据研究结果对其进行进一步的归类。,2常用有机溶剂分类及毒性 第一类溶剂是指已知可以致癌并被强烈怀疑对人和环境有害的溶剂。在可能的情况下，应避免使用这类溶剂。如果在生产治疗价值较大的药品
14、时不可避免地使用了这类溶剂，除非能证明其合理性，残留量必须控制在规定的范围内，如：苯(2ppm)、四氯化碳(4ppm)、1,2二氯乙烷(5ppm)、1,1二氯乙烷(8ppm)、1,1,1三氯乙烷(1500ppm)。,第二类溶剂是指无基因毒性但有动物致癌性的溶剂。按每日用药10克计算的每日允许接触量如下：2-甲氧基乙醇(50ppm)、 氯仿(60ppm)、1,1,2-三氯乙烯(80ppm)、 1,2-二甲氧基乙烷(100ppm)、 1,2,3,4-四氢化萘(100ppm) 2-乙氧基乙醇(160ppm)、 环丁砜(160ppm)、 嘧啶(200ppm)、 甲酰胺(220ppm)、 正己烷(290
15、ppm)、,氯苯(360ppm)、 二氧杂环己烷(380ppm) 乙腈(410ppm)、 二氯甲烷(600ppm) 乙烯基乙二醇(620ppm) N,N-二甲基甲酰胺(880ppm) 甲苯(890ppm)、 甲醇(3000ppm) N,N-二甲基乙酰胺(1090ppm) 甲基环己烷(1180ppm) 1,2-二氯乙烯(1870ppm) 二甲苯(2170ppm)、 环己烷(3880ppm) N-甲基吡咯烷酮(4840ppm),第三类溶剂是指对人体低毒的溶剂。急性或短期研究显示，这些溶剂毒性较低，基因毒性研究结果呈阴性，但尚无这些溶剂的长期毒性或致癌性的数据。 戊烷、甲酸、乙酸、乙醚、丙酮、苯甲醚、 1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、戊醇、 乙酸丁酯、三丁甲基乙醚、乙酸异丙酯、 甲乙酮、二甲亚砜、异丙基苯、乙酸乙酯、 甲酸乙酯、乙酸异丁酯、乙酸甲酯、乙酸丙酯 3-甲基-1-丁醇、甲基异丁酮、2-甲基-1-丙醇,
