Product yield and exergy analysis of bisphosphonate synthesis and medical drug production processes

Abstract

İlaç atıklarının biosfere verilmesi, alışılmadık şablondaki hastalıkların oluşmasını tetiklemekte. aktif farmasötik bileşen (API) üretimini minimum enerji harcayarak ve az atık üretecek şekilde yapmak da, makul olan daha temiz üretim uygulamalarından. Zoledronik asit, kemik hastalıklarında uygulanan ilaçların aktif famasötik birleşenidir. 1h-imidazol-1-yl- acetik asit hidroklorit ile fosforus asitin, fosforus halojen valığında orta dereceli sıcaklıklarda gerçekleşen reaksiyonundan sentezlenmektedir. Ürün reaksiyon solusyonundan, sudaki kristalizasyon ile ayrılır. Aktif farmasötik bileşen miktarının bitmiş üründeki varlığı düşünüldüğünde, API parti miktarı olarak 50 g seçilmiştir. Kimyasal üretimlerdeki incelemeler, genellikle en uygun üretim metodu ve ekipmanların seçilmesi için yapılır. Bu çalışmalarda, küçük ölçekli bir kurulum, büyük ölçeğe geçerken yapılacak öngörü için önemlidir. Ekserji kullanımı, üretim sürecinin tasarımı için kullanılan hususlardan olup, famasötik kimyasalların üretimi üzerine yapılmış bir ekserji analizi ile ilgili literatür bilgisine henüz neredeyse hiç rastlanmamaktadır. İyi imalat uygulamaları (GMP) altında gerçekleştirilen, zoledronik asitin kimyasal sentezinde, en fazla enerji kaybı, kristalizasyon adımında gerçekleşmektedir. Ayrıca, steril bitmiş ürün üretimine ait en fazla enerji harcayan adımlar, dolum, takibinde birincil ambalaj ekipman ve malzemelerinin sterilizasyonu ve steril alanı oluşturmak için HVAC sisteminin çalışmasıdır. API sentez adımı için birinci kümülatif mükemmellik derecesi (CDP) yüzde 1.47 x 10-2 iken, ekserji verimliliği, işlem optimizasyonu ile artan ürün verimini hesaba katarak, yüzde 2.29 x 10-2 olarak bulunmuştur. Bitmiş ürün için ise, CDP, ambalajlama öncesi yüzde 17 ve ambalajlama sonrası yüzde 75 olarak hesaplanmıştır. Elde edilen en yüksek konversiyon oranı ve ekserji verimi, atık oluşumu için minimum değeri sağlamaktadır.

Introduction of the waste of the pharmaceutical industry to the biosphere creates unusual potential disease patterns. Achieving the active pharmaceutical ingredient (API) production by utilizing the minimum energy and generating as little waste as possible are among the reasonable cleaner production practices. Zoledronic acid is the API of some bone-disease drugs. It is synthesized via the reaction of 1h-imidazole-1-yl- acetic acid hydrochloride with phosphorous acid and phosphorous halogen at moderate temperatures. The product is later separated by crystallization in water. Since the concentration of API is very low in the finished product, batch amount of API is chosen as 50 g. Chemical processes are generally investigated to determine the most convenient production procedures and equipment. In the studies performed in small scale set up, it is important to foresee an upscale design. Exergy utilization is among the considerations in process design and there is almost no information available in the literature yet, regarding the exergy analysis of the production processes of pharmaceuticals. During the chemical synthesis of zoledronic acid under GMP (good manufacturing practice) conditions, the most energy consuming step was found to be crystallization. On the other hand, the most energy consuming step during sterile finished product manufacturing was filling, followed by sterilization of the primary packaging equipment and the materials, and the operation of the HVAC system. The initial cumulative degree of perfection (CDP) was calculated to be 1.47 x 10-2 per cent for the API synthesis, however exergy efficiency of the synthesis process to 2.29 x 10-2 per cent with increasing the yield through process optimization. The CDP of the finished product was 17 per cent and 75 per cent before and after packaging of the finished product, respectively. Synthesis at the maximum attainable conversion ratio and the highest exergy efficiency assures minimum waste generation.