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欧世盛(北京)金英泽 :实验室流动化学的完整构成


发布时间:2018-12-09 药融圈

药融圈第144场专享会嘉宾:欧世盛(北京)总经理  金英泽
 
欧世盛(北京)科技有限公司成立于2015年,是一家以实验室分析仪器研发、制造及技术服务为底蕴的高科技型企业。
 

目前,只要提起流动化学总是给人很高大上的印象,动辄单价上百万的设备,让很多企业望而却步。我们近年来通过与众多科研院所和企业的实际合作,总结并开发出了一整套流动化学实验室工艺设备。今天先给大家说一说实验室流动化学的完整构成。

 

如下图所示,这就是一个完整的流动化学实验室。目前一般早期的流动化学实验室只有前三个模块,之所以配备后面的模块是为了能够完整快捷的完成一个标准实验流程。检测模块的在线设备可以根据不同的反应类型选择在线紫外,在线傅立叶近红外和在线拉曼,这样可以在实验过程中实时检测和筛选实验结果,无需进液相耽误时间,大大提高实验效率。而后端的采集模块,则可以根据实验的过程,按照不同样品、时间或浓度收集样品,然后直接接气相或液相的自动进样器做检测。最后的软件管理模块可以在PC终端任意设置每一个模块的工作方式,对一段时间的实验过程和结果做排列分析,建立软件自带的分析模型做优化和筛选。通过此套装置即可以根据不同量级的实验做小试、中试工艺实验,极大的提高了效率,为后期做工艺放大快速提供工艺包。
 





流动化学实验室工艺设备

 

目前,只要提起流动化学总是给人很高大上的印象,动辄单价上百万的设备,让很多企业望而却步。我们近年来通过与众多科研院所和企业的实际合作,总结并开发出了一整套流动化学实验室工艺设备。今天先给大家说一说实验室流动化学的完整构成。

 

如下图所示,这就是一个完整的流动化学实验室。目前一般早期的流动化学实验室只有前三个模块,之所以配备后面的模块是为了能够完整快捷的完成一个标准实验流程。检测模块的在线设备可以根据不同的反应类型选择在线紫外,在线傅立叶近红外和在线拉曼,这样可以在实验过程中实时检测和筛选实验结果,无需进液相耽误时间,大大提高实验效率。而后端的采集模块,则可以根据实验的过程,按照不同样品、时间或浓度收集样品,然后直接接气相或液相的自动进样器做检测。最后的软件管理模块可以在PC终端任意设置每一个模块的工作方式,对一段时间的实验过程和结果做排列分析,建立软件自带的分析模型做优化和筛选。通过此套装置即可以根据不同量级的实验做小试、中试工艺实验,极大的提高了效率,为后期做工艺放大快速提供工艺包。



 

如果是从小试开发起步,实际投入十万就可以开始了。首先像大家介绍一下微反应器,在很多人看来,连续化学主要是买一个好的微反,这是一个很大的误区。市场上卖的进口微反大多大几十万起步,国产也要十几万起步,而通过我们实际使用,用几个三通来做微混合器,用金属盘管根据自己的反应类型需求来订做微反应器,就可以解决90%以上的反应类型,这样的微反总投入几百元就搞定了。清华大学,药明康德等实验室目前开展的实验都是依靠这类管反来实现的。

 

而进料环节的输液泵,在实际应用上将起决定性作用,因为进料不准,合成的效果将无从谈起。目前市场上都是提供高压柱塞泵(高压凸轮泵,高压平流泵,液相泵)。这种泵适合输送纯净稀释溶液(因此类泵带有机械单向阀,而单向阀的间隙过小,所以不能通过粘性或带有任何颗粒的液体),输液压力高,但由于结构原因,必然会在出液时带有微小脉动,还有就是此类泵的流量范围不能太宽泛,例如0~50ml/min的泵最佳流速范围是15~35ml/min,若想长期流速在50ml/min,就需要购买0-100ml/min的泵。影响这种泵的精度因素主要是宝石柱塞杆的同轴度和牢固性。我司的柱塞杆采用我司独有创的冷压工艺技术,同轴度达到∮0.01mm,稳定性极高,这样供液更准确,稳定性更好,寿命更长,而其他公司都是采用胶粘工艺,其可靠性可想而知。其次,根据医药化工的特点,很多原料是粘性溶液,或要求无脉动连续供液,这样柱塞泵就不能满足了。我司据此需求独家开发了连续高压注射泵,0~200ml/min范围内无级变速无脉动供液,最高可供100cp(类似色拉油)粘度溶液,也可供酸碱腐蚀性溶液。还开发了体积流速更小的玻璃连续注射泵,流速范围0~20ml/min,压力0~1MPa,适用于早期实验应用。

 

微反的后面一般都要加背压阀,市场上目前都是手动背压阀,我们根据实际应用需求,开发了全自动设定背压阀,调节时间在三秒以内,可以直接触屏和PC端控制,在背压阀的后出液端一般是要上气相或液相做检测的,这样会很长时间,公司针对这种情况研发了在线的紫外、傅立叶近红外和拉曼检测器,可根据被检溶液的组成选择适合的检测器,我们是国内首家推出的,比进口的价格便宜一半以上,极大缓解了企业的采购成本。检测器的后端我们还研发了样品收集系统,可选择时间、浓度等方式分类收集,还可在线稀释,收集在进样器的小瓶中,然后可直接放在气相或液相的移动进样器中。另外公司所有的产品都可做到远程无线控制,我们专门开发了管理软件,便于远程控制管理,也可在软件中建立分析筛选模型,快速建立工艺方法。
 



反应类型在流动化学中的应用

 

下面和大家说说具体的反应类型在流动化学的体系下的应用。


01 锂化反应

特点:锂化试剂,极度易燃; 局部过热,收率低;超低温控制能耗大;

 

连续反应装备搭建:输液泵(3台);微混合器(2个);管式反应器(1套);低温循环浴(1台,-40oC);



 

优势:收率显著提高温度提升至-40oC,能耗降低;副产物有效控制,收率显著提高;通量达2.8L/h(~230g/h);



 

02 硝化反应
 

特点:反应放热剧烈,易冲料;温度飞温控制难度大;加料时间长;产物碳化;小试中试放大效应;

 

连续反应装备搭建:输液泵(2台);微混合器(1个);管式反应器(1套);循环浴(1台);

 

适用体系:混酸体系、酸溶剂体系。


03 高温高压反应
 

特点:溶剂沸点高;收率低;难纯化;

 

连续反应装备搭建:输液泵(1台或者2台);T混合器(1个);管式反应器(1套);加热浴(1套);背压阀(1台)

下图是我们公司应用总监王海玉在OPRD期刊中的题目。

 


 

今天就和大家先分享这几个反应类型,这些反应类型的初步筛选和小规模中试都是通过微混合器和管式反应器来完成。目前这种危险反应用连续化反应装置来控制确实效果很好。
 



问答环节:

 

Q:

周建 元延医药:氢化反应适用吗?

A:

金英泽回答:氢化反应用简单的微混合器+管反的效果不太好,需要专门氢化设备。

 

Q:

范宇红 常州朗煜总经理:OPRD那篇文章,管式反应7分钟,N3环合释放一当量的氮气,反应量多少?有没有可能氮气释放过快,发生危险?

A:

金英泽回答:体系浓度在0.5m,有压力控制,背压阀后端会看到有气泡释放,如果浓度太大会影响反应。

 

Q:

刘国超 前线生物:连续式的格式试剂制备有没有实现?

A:

金英泽回答:目前用微反实现格式试剂的制备效果不好,可以尝试CSTR。

 

Q:

聂强 达得利化工:我对金总的配件+管反连续化方案,很感兴趣。

A:

金英泽回答:微反的设计确实需要根据自己反应类型去设计,商品化的微反有一定的局限性。

 

Q:

范宇红 常州朗煜总经理:其实一直想尝试微反和其他连续流。但是确实像您所说,前期还是得有相应的实验摸索,有没有一些装置可以在少量投入基础上,做一些前期探索?

A:

金英泽回答:非均相用管反效果不好,用板式微反效果更好。非均相用管反效果不好,用板式微反效果更好。




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