1.医薬品(原薬)の開発とスケールアップ(基本的な考え方)
2.スケールとスケールアップの相違点
・小スケールとスケールアップのパラメータの比較と考え方、設定法
3.合成法、合成ルートの設定、考え方、注意点(ICH M7、化審法、その他)
4.スケールアップ実験するためのチェックポイント、考え方と原料、中間体の評価項目(安全性、安定性、結晶多形、溶媒和他)とその対応策
5.スケールアップでの問題点(実際の経験から)と対応策
【1】開発初期(実験室~20Lスケール)の事例
●転位反応:
1gから10gにスケールアップしたら転位反応が原因で目的物が得られなくなった。
(反応機構の理解)
●アスコルビン酸硫酸エステル誘導体の製造:
1gスケールでは目的物が合成できたが、10gスケールでは合成不可の結果となった。
(中間体の安定性)
●カラム分離工程の回避:
前臨床試験に進むことが決まり、カラム分離工程回避の必要性が出てきた。
(結晶性誘導体)
●ピリジン・無水硫酸錯体(硫酸エステル化剤)の合成:
吸湿性が原因で目的物が得られないと判断したが、逆に吸湿性を利用することで大量生産可能な方法を見出した。
(目的物の物性の理解)
●ペントキシフィリン中間体の製法検討:
文献を参考に実験を進めたが目的物は得られず、実験結果に基づいて検討を進めたところ、簡単な製法にたどり着いた。
(反応の理解)
●抗生物質の側鎖の製造:
新合成法を考案し、特許出願までしたが、中間体に安全性の問題あることがわかり、検討中止。
(安定性は変えられない)
●五塩化リンによるクロル化プロセス:
溶媒を変更したら反応が進まなくなった。
(結晶多形の影響?)
●アルキルホルムイミデート類の合成:
青酸ガスを使用しなければならない。
(反応の理解)
●エステルの選択(アミノチアゾール誘導体):
メチルエステル、エチルエステルの比較実験をして相違点(物性)を確認、合理的な合成法に至った。
●その他
【2】パイロット試作(100~500Lスケール)での事例
●ジクロルアセトニトリルの製造:
設備の性能を安易に考えて刺激性のミストが噴出した。
(反応の理解)
●アミノチアジアゾール誘導体の製造:
設備の性能を安易に考えてオーバー反応してしまった。
(反応後の安定性確認)
●塩酸ペンタゾシンの中間体の製造:
スケールアップして中間体を大量合成したら分解してしまった。
(中間体の物性は変えられない)
●アミノチアゾール酢酸誘導体の製造:
再結晶プロセスをスケールアップしたら目的物が得られなくなった。
(必ず原因がある)
●臭素化プロセスのスケールアップ:
パイロットにスケールアップしたところ、反応開始を確認できず、大きなトラブルに陥りそうになった。
対処法を検討した結果、合理的かつ安全なプロセス開発に至った。
●撹拌速度の影響:
アセトン/炭酸カリウム系でのアルキル化反応。
(不均一反応の考え方)
●結晶多形の同等性:外部委託したら結晶形で同等性の問題が発生。
(規格設定の重要性)
●その他
【3】パイロットから商用生産(2000Lスケール以上)での事例
●微量の添加剤の影響:
2工程先の抽出・分液工程で問題(エマルジョン)発生。
(微量の添加剤の影響、原料のロット管理)
●Phase III試験後の製法変更:
爆発性の中間体を経由するためスケールアップ製造できずPhaseIII試験が終わってしまった。
(反応の仕組みの理解)
●目標規格の原料が手に入らない:
商用生産に入ろうとしたら原料が入手できなくなった。
(原料調査の重要性)
●設備変更して反応の本来の姿がわかった:
パイロットまでGL、商用生産でSUSに切り替えたところ錆が発生。
(原料中の強熱残分の影響)
●アミノチアゾール酢酸製造のスケールアップ:
パイロットまでは問題なかったが、商用生産で乾燥機の選択を誤った。
(安定型と準安定型)
●キャンペーン生産:
スポット生産では問題なかったエステル交換反応を、キャンペーン生産に切り替えたところエステル交換反応が進まなくなった。
(種晶の影響)
●溶媒回収できる条件でプロセスを設計:
溶媒回収しないと採算が合わなくなった。
(発想の転換)
●残留溶媒の規格:
商用生産に移行しようとしたら残留溶媒の問題発生。
(溶媒和物)
●出発原料の製法に伴う問題
(製法に伴う異性体混入の可能性)
【4】商用生産開始後の事例(数千Lスケール)
●収量低下の逸脱:
原料の溶解時間の影響
(原料と溶媒の相互作用)
●技術移転:
季節の影響まで考えていなかった。
(湿度の影響)
●原料の純度をアップ:
高純度の原料に切り替えた途端に逸脱
(不純物除去の仕組み)
●乾燥時間の管理:
順調に商用生産がスタートしたが、突然製品の乾燥時間が2倍(10時間→20時間)になった。
(水和物の考え方)
【5】最終精製工程のスケールアップと注意点
●精製溶媒の選択の重要性
・溶解、晶析プロセスで異性化
・歩留まりへの影響 (マレイン酸塩化のプロセス)
・乾燥工程への影響(水和物副生の影響)
・難溶性原薬、中間体の精製
・貧溶媒を加えて晶析
・精製工程で水を使用する場合
・原薬の乾燥プロセスで新たな残留溶媒が副生!
●空気(酸素、水分)の影響
・溶解、脱色濾過、晶析中に過酸化物が副生
・固液分離~乾燥過程で結晶形が変化
・微量に副生した溶媒和物の影響)
●環境の影響
・遠心分離機の脱水袋、
・異物混入の瞬間
・フィルターの材質
●包材(一次包材、二次包材)の影響
・包材中の微量の添加物の影響(オキソン酸カリウム)
・包材の品質(結束帯の例)
●粉砕機器の管理
・洗浄手順(SOP)の書き方
●その他
6.まとめ
実験計画法による効率的なデータ収集
(1)スケールアップを前提とした実験計画の考え方
(2)スケールアップ前提の実験計画の考え方、データの取得法、活用法(事例を参考に)
・事例1:プロセスの短縮/ 7日近くかかるプロセス(反応→抽出→濃縮→晶析→乾燥)を2日に短縮
・事例2:過酸化水素水による酸化反応(危険性回避)
・事例3:結晶多形のスクリーニング