工艺评价:优良工艺的8个评价指标(上)

文摘   其他   2024-12-01 08:03   天津  

API开发和工艺链由三部分组成,化学开发,工艺开发和化学生产。


第一阶段目标
  • 供应API进行毒理学研究,药学研究和最初临床的供应;
  • 定义的合成路线是可放大的,安全的,经济的,牢固的,操作自由;
第二阶段目标
  • I期临床后期和和II期临床早期,评估工艺的可放大性,同时进一步优化工艺,此时如果需要,可能开发新的工艺,工艺验证和转移到生产。
第三阶段目标
  • 化学生产支持的大规模生产,转移批,稳定性批,工艺验证批,市场供应。

整个API生产费用主要有两部分
物料费用和转化费用(包括处理废物费用)

勃林格殷格翰公司总结了优良生产工艺的8个指标

  • 这套标准不建议应用于开发周期的每一个阶段,只是一个有用的选择性工具,去讨论当前工艺的质量,是否需要进一步开发优化。
  • 这8个标准主要依据是经济性和操作性。诸如产品质量,安全考察(包括环境,健康等),申报注册法规等,虽然也是评估工艺质量的一部分,但是不包括在这8个标准中。

标准1:物料费用
  • 物料成本是评估工艺质量的一个重要因素,影响物料成本的因素很多,路线选择;收率高低;原料、试剂的价格等。
  • 相同路线,收率高低也决定不了物料成本高低,因为不同步骤的单步收率不一样,不同步骤用到的原料试剂价格不一样。
  • 物料成本表的及时更新,有助于优化方向的调整。

转化费用(标准2-7)
  • 转化费用主要是时间和设备相关费用,包括设施水电费,设备保养和折旧费,劳动力,日常费用和处置废物费用。
  • 当几个API项目竞争使用可用的设备设施时,一个项目的任何时间丢失都会拖累其它项目,造成负面的财务影响。
  • VTO, QSL和PEI三个参数,用来在生产中,日常评估设备的利用率和人的利用率。

标准2:原子经济性AE
  • 原料中有多少原子用于产品合成,计算方法是产品的MW除以所有原料MW的和。
  • 保护基的使用或者分子量大的试剂使用会降低AE的数值。

  • 举例
  1. 两条路线合成化合物8

  2. 路线一:AE=194/(94 + 218 + 254 + 102) = 24%, 主要原因是保护基的使用以及高分子量卤素碘原子的使用。
  3. 路线二:AE=75% = 194/(108 + 150),原子经济性更强
  4. 不同的品种AE值不一样,AE值更适合去评估同一品种的不同路线,勃林格殷格翰内部期望AE值范围:70−90%.
标准3:收率
  • AE显示了合成策略的有效性,摩尔收率代表了多步骤的实际生产能力,衡量合成步骤的有效性
  • 比单步收率更重要的是总收率,多步反应总收率高的策略是汇聚性路线,包括制备多个关键中间体,在最后一步进行对接。
  • 下图是线性和汇聚性路线的总收率对比,三步的线性步骤总收率51%,但是汇聚式路线总收率64%,尽管都是三个化学键步骤。
  • 使用贵的试剂,物料时,收率会更多的影响总成本,因此合成设计策略是,这些贵的物料在合成过程尽可能的在后期引入,达到降低影响成本的目的。

标准4:Volume−Time−Output(VTO)
  • VTO是所有反应釜的体积m3乘以每批生产周期,再除以批产量
  • 如果VTO结果小于1,一般认为该步骤工艺是可接受的
  • 如果VTO结果大于1,一般认为该步骤工艺需要进一步优化。
  • 此计算方式一般不包括干燥时间和离心时间,如果干燥时间非常长,超过了反应釜运转时间,会影响VTO的。

  • 举例1
  1. 多功能反应釜,单步反应需要2个反应釜,每个反应釜3立方米,第一个反应釜填满用了80%体积,第二个用了60%体积,24小时完成批量250kg。干燥和离心时间也是24小时。
  2. 如果用一个反应釜,则VTO是0.29,尽管两个反应釜都没有完全填满,但是两个反应釜剩余体积都不能做其它项目。

  • 举例2,转化费用可以从VTO处计算
  1. 一个典型的多功能车间,反应釜的总体积是100立方米,一年运营费用2000万美元,一年以330天,每天24小时计算,反应釜利用率60%。
  2. 可用的反应釜总体积100 × 330 × 24 × 0.6 = 475,200m3
  3. 每小时成本则为 2000万美元/475,200 m3=42美元/m3 h;
  4. 结合举例1的VTO数据,0.58 m3 h/Kg *42美元/ m3 h = 24美元/Kg;
  5. 每批250kg产品的VTO成本=24美元/Kg*250Kg/batch=6000美元

参考文献
Org. Process Res. Dev. 2012, 16, 1697−1706

原料药合成工艺开发
有机合成工艺文献分享和总结;有机合成工艺经验分享和交流;原料药研发的法规指导文件交流
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