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有机合成工艺小试到中试放大之关键
在生产过程中凡直接关系到化学合成反映或生物合成途径的顺序，条件（涉及物料配比、温度、反映时间、搅拌方式、后解决方法及精制方法等）通称为工艺条件。
一、研发到生产的三个阶段
1、小试阶段：开发和优化方法
2、中试阶段：验证和使用方法
3、工艺验证/商业化生产阶段：使用方法，并根据变更情况以绝对是否验证
注：批量的讨论：中试批量应不小于大生产批量的十分之一
二、小试阶段
对实验室原有的合成路线和方法进行全面的、系统的改革。在改革的基础上通过实验室批量合成，积累数据，提出一条基本适合于中试生产的合成工艺路线。小试阶段的研究重点应紧紧绕影响工业生产的关键性问题。如缩短合成路线，提高产率，简化操作，减少成本和安全生产等。
1、研究拟定一条最佳的合成工艺路线：一条比较成熟的合成工艺路线应当是：合成环节短，总产率高，设备技术条件和工艺流程简朴，原材料来源富余并且便宜。
2、用工业级原料代替化学试剂：实验室小量合成时，常用试剂规格的原料
和溶剂，不仅价格昂贵，也不也许有大量供应。大规模生产应尽量采用化工原料和工业级溶剂。小试阶段应探明，用工业级原料和溶剂对反映有无干扰，对产品的产率和质量有无影响。通过小试研究找出适合于用工业级原料生产的最佳反映条件和解决方法，达成价廉、优质和高产。
3、原料和溶剂的回收套用：合成反映一般要用大量溶剂，多数情况下反映前后溶剂没有明显变化，可直接回收套用。有时溶剂中也许具有反映副产物，反映不完全的剩余原料，挥发性杂质，或溶剂的浓度改变，应通过小试研究找出回收解决的办法，并以数据说明，用回收的原料和溶剂不影响产品的质量。原料和溶剂的回收套用，不仅能减少成本，并且有助于三废解决和环境卫生。
4、安全生产和环境卫生：安全对工业生产至关重要，应通过小试研究尽量去掉有毒物质和有害气体参与的合成反映；避免采用易燃、易爆的危险操作，实属必要，一时又不能解决，应找出相应的防护措施。尽量不用毒性大的有机溶剂，寻找性质相似而毒性小的溶剂代替。药物生产的特点之一是原材料品种多，用量大，化学反映复杂，常产生大量的废气、废渣和废物，解决不好，将严重影响环境保护，导致公害。三废问题在选择工艺路线时就要考虑，并提出解决的建议。
三、中试阶段
1、中试与小试的区别
小试与中试的区分不仅仅在于投料量的多少、以及所用设备的大小之上，两者是要完毕不同时段的不同任务。小试重要从事探索、开发性的工作，化学小试
解决了所定课题的反映、分离过程和所涉及物料的分析认定，拿出合格试样，且收率等经济技术指标达成预期规定，就可告一段落，转入中试阶段。中试过程要解决的问题是：如何采用工业手段、装备，完毕小试的全流程，并基本达成小试的各项经济技术指标，当然规模也扩大了。
2、为什么要中试
(1) 规模不同
(2) 原料来源不同
(3) 搅拌方式不同
(4) 热量的传递方式不同
(5) 反映器的材质不同
3、中试放大的目的
中试是从小试实验到工业化生产必经的过渡环节；在生产设备上基本完毕由小试向生产操作过程地过渡，保证按操作规程能始终生产出预定质量标准的产品；是运用在小型的生产设备进行生产的过程，其设备的设计规定，选择及工作原理与大生产基本一致；在小试成熟后，进行中试，研究工业化可行工艺，设备选型，为工业化设计提供依据。所以，中试放大的目的是验证，复审和完善实验室工艺所研究拟定的合成工艺路线，是否成熟、合理，重要经济技术指标是否接近生产规定；研究选定的工业化生产设备结构，材质，安装和车间布置等，为正式生产提供数据和最佳物料量和物料消耗。
4、中试放大的重要性
中试就是小型生产模拟实验。中试试是根据小试实验研究工业化可行的方案，它进一步研究在一定规模的装置中各步化学反映条件的变化规律，并解决实验室中所不能解决或发现的问题，为工业化生产提供设计依据。虽然化学反映的本质不会因实验生产的不同二改变，但各步化学反映的最佳反映工艺条件，则也许随实验规模和设备等外部条件的不同而改变。一般来说，中试放大是快速，高水平到工业化生产的重要过渡阶段，其水平代表工业化水平。
中试放大是研发到生产的必由之路也是减少产业化风险的有效措施。
5、中试放大阶段的任务
（1）考核算验室提供的工艺路线在工艺设备、条件、原材料等方面在中试放大时是否有特殊的规定，是否适合工业化生产。
（2）验证小试工艺是否成熟合理，重要经济指标是否接近生产规定。
（3）进一步考核和完善工艺条件，对每一步反映和单元操作均应取得基本稳定的数据；进行物料衡算。
（4）设备材质和型号的选择。
（5）拟定各步反映对传热和传质的规定。放热反映中的加料方式，加料速度对反映的影响。
（6）搅拌器型式和搅拌速度的考察。
（7）加热/冷却载体的类型及规定（蒸汽、热水、冷盐水）
（8）提出“三废”的解决方案
（9）原材料、中间体的物理性质和化工常数的测
（10）根据中试研究资料制订或修订中间体和成品的质量标准、分析方法
（11）拟定所用起始原料、试剂或有机溶媒的规格或标准；一般来说，中试所采用的原料、试剂的规格应与工业化生产时一致。
（12）消耗定额，原材料成本，操作工时与生产周期等的拟定。
（13）提出整个合成路线的工艺流程，各个单元操作的工艺规程。
小试工艺成熟后，必须完毕工艺报告。中试不单是小试的简朴的放大，中试搅拌、传热、浓缩、过滤、干燥的过程均与小试不同，小试时尽量摸拟中试的条件去做，此外，牢记每一步须做破坏性实验。弄清中试的设备，物料的物化特性。安全第一。中试前小试跟踪、过程跟踪，有时候放大过程中会出现莫名其妙的问题，你怎么都凭空想象不出来的，所以要仔细认真的跟踪过程中的每个细节，特别是异常情况不要放过，否则非常麻烦。
修订并拟定在中试设备条件下各步反映最佳工艺参数的合用范围，必要时修正或调整相关的工艺过程，严密观测在中试情况下（局部过热、反映介质的不均匀性）各操作单元中副反映及有关物质的变化情况。
6、中试放大的方法
（1）经验放大：重要是凭借经验通过逐级放大（小试装置一中间装置一中型装置一大型装置）来摸索反映器的特性。它也是目前药物合成中采用的重要方法。
（2）相似放大：重要是应用相似原理进行放大。此法有一定局限性，只合用于物理过程放大。而不合用于化学过程的放大。
（3）数学模拟放大：是应用计算机技术的放大，它是此后发展的方向。
7、进行中试要具有的条件
（1）小试收率稳定，产品质量可靠。
（2）各步反映的工艺过程及工艺参数已拟定（如加料方式、反映时间、反映温度、压力、终点控制，提取、分离、结晶、过滤、干燥等）。
（3）对成品的精制、结晶、分离、干燥的方法及规定已拟定（晶型、溶残）。
（4）小试的3~5批稳定性实验说明该小试工艺可行、稳定。
（5）必要的材质腐蚀性实验已经完毕。
（6）已建立原料、中间体和产品的质量控制方法/质量标准。
（7）进行了物料衡算。三废问题已有初步的解决方法。
（8）已提出原材料的规格和单耗数量。
（9）已提出安全生产的规定。
8、中试要实现的目的
（1）通过中试制订产品的生产工艺规程（草案）（含每个单元反映与单元操作的岗位操作法及过程控制细则、产品的流程图、物料衡算及产品的原材料单耗）。
（2）证明各个化学单元反映的工艺条件及操作过程，在使用规定原辅料的条件下在模型的生产设备上能生产出预定质量标准规定的产品，且具有良好的重现性和可靠性。
（3）产品的原材料单耗等技术经济指标能为市场合接受。
（4）三废解决的方案及措施能为环保部门所接受。
（5）安全、防火、防爆等措施能为公安、消防部门所接受。
（6）提供的劳动安全防护措施能为卫生职业病防治部门所接受。
9、设备的选择和工艺管路的改造
（1）根据小试的结果，在多功能、中试车间，对设备进行选择，一方面应考虑设备容量是否适宜，设备材质、管路材质与工艺介质的适应性，是否耐腐蚀，加热、冷却和搅拌速度是否符合规定。
（2）物料输送的方法（投料、出料、各步之间的流转），如何防止跑料、凝固和堵塞等。
（3）离心、抽滤、压滤、提取、过柱、蒸馏、精馏等分离条件是否满足。
（4）根据以上情况和其他工艺规定，对设备，管路进行适应性改造。
（5）反映有无气体生成？会否冲料？如有必要，应加气液分离器，安装回流管。
（6）真空度的规定？尾气及有毒气体的吸取？
10、搅拌器型式和搅拌速度的考察
在实验室中由于物料体积较小，搅拌效率好，传热、传质的问题表现不明显，
但是在中试放大时，由于搅拌效率的影响，传热，传质的问题就突出地暴露出来。
因此，中试放大时必须根据物料性质和反映特点注意研究搅拌器的型式，考察搅拌速度对反映规律的影响，特别是在固一液非均相反映时，要选择合乎反映规定的搅拌器型式和适宜的搅拌速度。
按反映的均相、非均相等反映物料的性质和反映特点及小试工艺考察中对反映液混合规定的认知，初步选择搅拌的类型和转速，并通过中试考察搅拌对反映影响的规律拟定搅拌的类型及转速(推动式、涡轮式、桨式、锚式、框式、螺式)
11、反映条件进一步研究
(1) 实验室阶段获得的最佳反映条件不一定完全符合中试放大的规定，为此，应就其中重要的影响因素，如加料速度，搅拌效果，反映器的传热面积与传热系数以及制冷剂等因素，进行进一步研究，以便掌握其在中间装置中的变化规律。得到更合用的反映条件。
(2) 对热敏反映或对升温、降温时间规定苛刻的反映按中试实际情况，如反映釜釜体传热面积不能满足工艺规定期，则需用反映釜内置排管或蛇管或外接冷却设备的方式来调整传热面，使其尽也许满足相关工艺的规定。
(3) 要考虑使反映和后解决操作方法合用工业生产的规定。特别注意缩短工序、简化操作、注重安全、提高劳动生产率。从而最终拟定生产工艺流程和操作方法。
12、精制、晶型、分离、干燥等单元操作设备的选择与拟定
（1）设备选择和拟定的原则是该设备能满足实行工艺规定，得到的中间体/
产品能符合相应的质量标准。这一部分设备的选型将在收率、晶型、有机溶媒残留等方面对质量产生较多的影响。
（2）按FDA相关指导原则的规定下述的任何变动都要向FDA备案
原料药制备过程中自最后一个中间体以后制造过程的任何变化，也许对原料中的杂质或其物理、化学或生理学性质有影响的任何变化。
（3）凡在质量标准中对晶型有规定的产品，对中试时产品精制结晶工序的搅拌型号、温控方式、结晶速率，乃至结晶釜的底部的几何形状等都应进行研究与验证，以保证中试产品的晶型与质量标准才目一致。保证小试样品一临床样品/中试样品在晶型上的一致性。
（4）凡含结晶水或结晶溶媒的化学原料药，对中试时产品的干燥方式及与干燥相关的工艺参数进行研究与验证，以保证中试产品所含的结晶水/结晶溶媒与质量标准才目一致。保证小试样品一临床样品/中试样品所含结晶水或结晶溶媒的一致性。
该类原料药在小实验时应对干燥时所采用的工艺参数进行考察，并提出所含的结晶水或结晶溶媒会发生变化的相关工艺参数。
13、残留溶媒
中试过程中由于中间体/产品的产量比小试有几十到上百倍的增长，因此对干燥条件（涉及干燥温度、时间、干燥设备内部的温度均匀性）进行考察是必要的。
干燥温度与时间都可以对有关物质（热敏物质）和溶媒残留产生影响。
四、中试的工艺验证
1、在中试已拟定的设备、工艺过程及工艺参数下进行3-5批中试的稳定性实验，进一步验证该工艺在所选定设备条件下的可靠性和重现性。
2、最终拟定各步反映的工艺控制参数。
3、证明该工艺在上述条件下可始终如一地生产出合乎质量标准和质量特性的产品。
4、物料衡算
（1）当各步反映条件和操作方法拟定后，就应当就收率，副产物、三废等方面进行物料衡算。对3-5批稳定性实验的数据，每批按每个单元反映或每个设备体系进行物料衡算，对物料衡算中出现的不平衡去向作出合理的说明。
（2）反映产品和其他产物的重量总和等于反映前各个物料投量量的总和是物料衡算必须达成的精确限度。以便为解决薄弱环节。挖潜节能，提高效率。
（3）回收副产物并综合运用以及防治三废提供数据。
（4）对无分析方法的化学成分要进行分析方法的研究。
（5）物料衡算结果的对的与否将直接关系到整个工艺设计的可靠限度。
5、投料前的准备工作
（1）对设备（反映釜、真空设备、离心机等），特别是新安装和技改过的设
备或久置不用的设备要进行试压、试漏工作，要结合清洗工作进行联动试车，以保证投料后不用再动火，在无泄漏的前况下，进行设备管道保养。
（2）做好设备的清洗和清场工作，保证不让杂物带入反映体系，防止产生交叉污染和保证有序的工作。
（3）根据工艺规定和实验的需要核定投料系数，计算投料量做到原材料配套领用，质量合格，标志清楚，分类定置安放。
（4）计划和准备好中间体的盛放器具和堆放场合。
（5）生产条件的检查：蒸汽、油浴、冷却水和盐水是否通畅（可用手试一下阀门启动后的前后温差），阀门开关是否符合规定。
（6）物料是否均才目，搅拌是否足以使他们混合均匀，固体是否沉积在底阀凹处，特别固体催化剂或难溶原料的沉积，如何采用避免沉积的措施。
（7）各种仪表是否正常，估计整个过程（物料浅满发生变化和投料偏少时）温度计是否能插到物料里。
（8）写好操作规程和安全规程。
（9）对职工进行培训，工艺培训（特别要讲清楚控制指标和要点，违犯操作规程的危害和管道走向，阀门的进出控制，贯彻超过控制指标和突发事件的应急措施）。进行安全培训和劳动保护培训。
（10）明确项目的负责人，组织好班次，骨干力量安排好跟班，明确职工与骨干与上级领导之间夜间沟通联络方法。
（11）做好应急措施预案和必要的准备工作。
6、生产过程中的GMP规定
（1）严格按照给定的工艺规定进行生产。
（2）按照给定的投料系数投料，投料量的计算需要别人复核。
（3）称料时需要复核原材料是否对的，称量后需别人复核，称量完毕后应及时更改物料的状态标记，使其与实际相符、剩余物料放在指定地点。
（4）及时填写生产设备及现场的的状态标示。
（5）及时、完整、对的填写生产记录，特别是与小试现象不一致的地方，要做具体的记载。
（6）做好安全防护工作，出现安全问题时，及时报告，按照应急防止措施对的解决。
（7）出现与小试不一致的现象时，及时沟通，尽快拿出后续操作方案。
（8）生产过程中产生的“三废”按规定解决，不能任意排放。
（9）节约用水、用汽、用电、用冷冻……，生产操作完毕后的设备及时关停。
7、生产过程中的注意事项
（1）严格按操作规程、安全规程操作，不能随意更改。如发现新问题需更改，必须有充足的小试作基础。
（2）严格控制反映条件如温度，PH值等，万一超标应及时进行解决（小试就应考虑到，小试应做过破坏性实验，找出解决办法）。
（3）注意中试，试生产温度计的传热敏感度与小试不同样，温度变化存在滞后性，应提前预计到这一点进行有关操作。
（4）真空系统出现漏气如何检查和应急解决，特别在高温情况下，应及时采用应急措施。
（5）突发停电，停汽，停水，停冷冻盐水应立刻分别采用必要的应急措施（必要时配备和启用备用电源，N2保护等）。
（6）注意生产中的放大效应，一般应逐步放大，不能单考虑进度，否则“欲速而不达”，要循序渐进。
（7）由于不可预计因素和放大效应的存在，对单批投料量必须进行控制，实行分级审批制度。
（8）对反映过程中的现象进行认真的仔细的观测，及时记好记录，并及时分析出现的现象，要做好小试的先导或跟踪验证工作。各相关人员必须有高度的责任心，密切关注整个生产过程的情况，及时采用措施解决出现的问题。
（9）每一环节的终点如何判断要有明确的指标和方法，每一步进行严格控制，可与反映中出现的现象综合起来判断。
（10）对的选择后解决方法。进行过滤、萃取、结晶和重结晶等单元操作，在选择萃取剂和溶剂时，对的运用“相似相溶”原则来考虑杂质、产物的溶解度。选择溶剂时一定要在考虑工艺的合用性的同时，要考虑经济性和可行性，如价格，毒性及是否可回收和易回收等。小试进行后解决时就应考虑到这几方面。