产物溶于水萃不出来怎么办?试试制药巨头默克的方法,一次搞定!(在溶剂萃取中,在水相中加入无机盐)

关于萃取有这样一个口诀:

萃剂原液互不溶

质溶程度不相同

充分振荡且静置

上倒下放要分明。

解释:1、选择的萃取剂与原溶液要互不相溶。2、溶质在萃取剂和在原溶液中的溶解程度要不相同,且在萃取剂中的溶解程度要大。3、充分振荡,让萃取剂与溶质充分接触后静置分层。4、上层液体要由上口倒出,下层液体要有由下口流出。

萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂里的溶解度不同,用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的方法。但是,遇到大极性或易溶于水的有机物,比如含有酰胺,醇,胺,核苷等官能团的化合物,萃取就比较麻烦了。虽然可以尝试质子性溶剂如n-BuOH(沸点117摄氏度, 油泵旋蒸方可除去),DCM : MeOH (10: 1),EtOAc: THF (10: 1),CHCl3 :i-PrOH(3: 1),可以改善分区,但通常只能改善到一定程度,且每次洗涤都会改变有机相的组成,优化空间小。或者采用笨方法多次萃取,在实验室这种效率低的方法还可以接受,但规模化应用就需要很大的投资了。那么,到底有没有操作性更强、效率更高的方法呢?

2017年,制药巨头Merck在美国化学会工艺杂志Org. Process Res. Dev.上发表了关于此类问题的实用解决办法——盐析,并比较了不同盐再不同体系中的差异!

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作用机制:盐析高电荷密度阴离子通过电子排斥和增强疏水效应,减少溶质与水的相互作用,促使其进入有机相。盐溶 低电荷密度离子(如四丁基铵)通过分散力与溶质结合,增加其水溶性。

Merck公司在开发HCV药物uprifosbuvir时,遇到了许多高水溶性的核苷中间体,包括氯尿苷1。由于脂水分配不良,研究发现传统氯化钠盐析仅能达到 6:1 的有机相 / 水相分配比,需多次反萃取,不适合规模化生产。

同时,作者还列举了一些其他高水溶性的药物或中间体的公斤级实例,这些药物或中间体在液-液提取中带来困难。

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由于上述过程面对高溶剂用量、大量水损失、时间循环的问题。因此,Merck公司决定攻关这个棘手的难题,同时设定较高的成功门槛:分配比例> 30:1的单次提取。他们认为,盐析提取技术绝对没有达到最大化盐析效果,特定离子应对具体分配有所影响!

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图:现代盐析理论

基于盐析理论,研发团队筛选了85种盐,将氯尿嘧啶在2-MeTHF/DME(2:1 v / v,10 mL / g)和盐水溶液(5 mL/g)之间分配。结果如下表:用纯水分配的效果非常差,Dm(质量分布比率,数值越大代表萃取效果越好)仅为0.8。不同阴离子和阳离子对氯尿苷的分配有显著不同的影响。例如,硫酸根离子表现出了最强的盐析效果,而碘离子和高氯酸根离子则倾向于盐入。

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注:Dm代表质量分布比率,数值越大代表萃取效果越好。

鉴于硫酸盐的良好特性(盐分强烈,高度溶解,呈惰性),研究团队彻底探索了这类盐的阳离子配偶体。最终综合考虑环保,经济性,毒性等因素,硫酸钠脱颖而出成功解决了这一问题,增大地增加了萃取效率和回收率。

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注:硫酸钠浓度、Dm和2-MeTHF/DME(V/V)的关系

总体来看,本研究揭示了特定离子对分配的影响,如硫酸根离子具有显著的盐析效果,而碘离子和高氯酸根离子则倾向于盐入。这些效应与霍夫梅斯特序列密切相关,反映了离子对水结构的不同作用。

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