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原料药开发某步反应的设计空间DOE优化实例

药事纵横
2022/02/14
4732
原料药

通过早期试验确定了基本条件,根据已有的文献与经验知识,主要结合预实验建立的基本反应条件,通过风险评估,筛选出高风险因素,然后主要采用多变量实验(DOE)研究了催化剂当量、还原剂当量、反应温度、溶剂体积、加入速度(滴加还原剂溶液的速度)。《原料药中药品基本信息知多少?》


反应的主要控制指标为起始物料的剩余量—起始物料%,目标控制起始物料剩余小于5%。虽然起始物料剩余更多已被证明能够很容易在后处理步骤中去除,但是为了保证收率和控制反应的重现性,仍设立此指标。指标二聚体%为杂质A的生成量;其为反应过程中生成主要杂质 (结构略),该杂质较大且在现有的条件中不可避免,后续已设置专门的有效清除步骤,故不作为关键控制指标,只了解其生成的影响因素。IM%为***(中间体1)的生成量;以上指标均采用已建立的过程监控方法,采用面积归一化法计算。



1)  风险评估



预实验建立的基本反应条件,通过风险评估,制定了氰基还原反应过程的研究因素。




2)  多变量实验研究



根据设风险评估,评估出的高风险因素采用多变量进行研究。按照矩阵式设计表顺序进行。将起始物料(SM)溶解在无水乙醇-水中,加搅拌溶解,在室温开始滴加还原剂溶液(1.2kg氢氧化钠溶解于120kg纯化水中,再加入3kg还原剂配制),控制滴加速度,使反应温度最终稳定在设置值的±5℃,滴加完成后约10min,取样检测。   



a)  起始物料剩余量(起始物料%)影响因素分析



采用minitab19对所有参数进行方差分析。下表显示了每个属性的p值和每个参数的效应。



逐步删掉效应较小的项后,认为p值<0.15的参数具有显著影响。方差结果如下:



起始物料%的效应帕累托图也显示还原剂当量、催化剂当量为主要影响因素。溶剂体积、反应温度在考察范围没有显著影响。


参数的帕累托图


采用JMP14,用标准二乘法,建立起始物料剩余量(起始物料%)与还原剂、催化剂当量模型:


起始物料%=Exp(7.62932373714409+ -5.21902382148066 * :还原剂当量 + -8.03433305221139 * :催化剂当量 + (:还原剂当量 - 1) *((:氯化钴当量 - 0.3) *-27.0331960135456) + (:催化剂当量 - 0.3) * ((:催化剂当量 - 0.3) * 238.790198978817)) – 1


等值线与曲面图如下:


起始物料%等值线图0-8


起始物料%曲面图


根据等值线图和曲面图,还原剂当量不小于1.0,催化剂当量不小于0.3时,起始物物料%接近反应完全。


b)  二聚体生成(二聚体%)影响因素分析


预实验反应过程已证明会生成主要杂质—二聚体,反应液中二聚体%与各因素的方差分析如下  



参数的帕累托图


虽然试验结果显示到影响二聚体的因素,但是二聚体生成量少是因为起始物料反应较少,反应程度低。采用DOE实验结果中,起始物料%与二聚体%数据做散点图,其相关关系如下:


DOE试验中起始物料%与二聚体%的相关散点图


采用优化后的工艺,监控反应液中二聚体、起始物料反应剩余、中间体1量生成的关系,如下图:


反应液中起始物料、中间体1、二聚体随时间变化


 c) 还原反应结论总结


DOE考察的参数范围设置及依据见下表,其他参数的设置见风险评估表,参数的关键性评估见3.2.S.2.4.1


<END>
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