案例一：藥物制備
1. 甲基唑合成
甲硝唑（Metronidazole）是一種合成抗菌和抗原蟲藥物，屬于硝基咪唑類化合物。它于1960年代被引入臨床使用，并且至今仍然是治療多種感染的重要藥物。甲硝唑的作用機制主要是通過其硝基團在厭氧微生物（如某些細菌和原蟲）的細胞內(nèi)被還原，產(chǎn)生具有細胞毒性的自由基，從而破壞DNA并抑制微生物的生長和繁殖。甲硝唑?qū)π柩蹙驼婢幕钚暂^低。其臨床應用包括：
① 治療由厭氧菌引起的感染，如腹腔內(nèi)感染、骨和關(guān)節(jié)感染、心內(nèi)膜炎、腦膜炎和敗血癥。
② 治療由原蟲引起的感染，如yindao毛滴蟲?。ㄒ环N性傳播疾?。?、阿米巴病（包括阿米巴肝膿腫和腸道阿米巴?。┖唾Z第蟲病。
③ 作為口腔感染的治療藥物，如牙周病和口腔阿米巴病。
④ 在一些國家，甲硝唑也被用于治療幽門螺桿菌感染，通常與其他藥物聯(lián)合使用。
甲硝唑臨床需求量大，傳統(tǒng)生產(chǎn)以2-甲基-5硝基咪和環(huán)氧乙烷為原料，在傳統(tǒng)反應釜中，90-94℃下甲酸和硫酸發(fā)生反應，反應示如圖1。 用堿溶液中和后過濾，得甲硝唑粗品，反應約6小時左右，產(chǎn)率只有40%左右。
圖1 甲硝唑合成反應式
采用微通道反應器生產(chǎn)甲硝唑是一種新興的工藝，它利用微通道反應器的高效傳質(zhì)傳熱特性，以及連續(xù)流操作的優(yōu)勢，可以提高反應的選擇性和產(chǎn)率，縮短反應時間，同時減少副反應和廢物產(chǎn)生：
① 硝化反應：在微通道反應器中，2-甲基咪唑可以與硝酸或硝酸酯在精確控制的條件下反應，引入硝基團。微通道反應器可以快速混合反應物，并且由于其高表面積與體積比，可以有效地移除反應熱，從而避免過熱和副反應。
② 氯化反應：在微通道反應器中，2-甲基-5-硝基咪唑與氯化劑（如硫酰氯）反應，引入氯原子。微通道反應器可以提供均勻的反應環(huán)境，確保反應物充分接觸，并且可以實時監(jiān)控和調(diào)整反應條件。
③ 還原反應：在微通道反應器中，2-氯甲基-5-硝基咪唑可以在氫氣和催化劑的存在下被還原。微通道反應器可以精確控制還原反應的溫度和壓力，以及氫氣的流量，從而提高反應的選擇性和產(chǎn)率。
④ 純化：微通道反應器可以與在線分析技術(shù)結(jié)合，實時監(jiān)測反應進程和產(chǎn)品質(zhì)量。通過微通道反應器的連續(xù)流操作，可以實現(xiàn)快速分離和純化，減少中間步驟和廢物產(chǎn)生。
使用微通道反應器生產(chǎn)甲硝唑的優(yōu)點包括：
? 提高反應效率和選擇性
? 精確控制反應條件，減少副反應
? 連續(xù)流操作，提高生產(chǎn)效率
? 減少廢物產(chǎn)生，降低環(huán)境影響
? 實時監(jiān)控和調(diào)整，提高產(chǎn)品質(zhì)量
采用微通道反應器生產(chǎn)甲硝唑的工藝仍處于研究和開發(fā)階段，需要進一步的優(yōu)化和放大研究，以確保工藝的可行性和經(jīng)濟性。此外，微通道反應器的設(shè)計和操作需要考慮到安全性和可靠性，特別是在處理有害化學品時。
圖2 甲硝唑微通道反應器生產(chǎn)示意圖
采用如圖2所示的工藝制備，于80℃下混合濃硫酸及85%甲酸（w/w：2：1），再分別通過流量計控制加入2-甲基-5-硝基咪唑及環(huán)氧乙烷（1：1.6），物料進料速度為8ml/min, 混合液在微通道內(nèi)停留約6min，中途取樣通過紅外及液相色譜儀檢測分析。
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