这是在上述两项都完成之后，对工艺性能的验证，例如spec设定是否合理，杂质是否能够除去等等。
在具备了这三点意识之后，就是微观的具体工艺如何优化的问题了。工艺研发的不同阶段，决定了工艺研发的目标不同。从研发早期到研发晚期，目标依次为:
1.提高反应效率
2.提高产品收率和质量
3.减少成本
4.提高规模化生产力
5.减少废物排放
1.工艺开发的阶段是什么？早期以交货为主，晚期以工艺研发为主。
3.现有工艺有哪些缺陷？路线是否合适？收率怎样是否涉及到毒性试剂或者毒性物质？后处理是否方便？成本怎样等等。主要是找出工艺中主要存在的问题,根据优先级,逐条列出来。
在理解了上面这些问题之后，自己就有了一个清晰明确的目标，对原工艺也有了一个深刻的认识，接下来就是根据具体问题来设计具体的实验来解决这些问题。这里需要重点强调一下实验设计的重要性。
很多人都强调高效的工作方式，但这种高效来自于做事的目的性。如果做事目的性强，每一个行动都能针对特定的问题，而没有重复和返工，这就是高效。所以在实验之前，一定要想清楚自己这个实验是要验证什么，从而在其中有针对性的设计操作来实现自己的假设。比如最近在做的一个反应，生成之前,需要转化率的spec，但平时在实验室反应都是100%转化，那能不能设100%呢？当然不能，所以自己这个实验的目的就是验证转化率在什么范围内，自己的工艺过程能够接受。反应结束后，PSC发现转化率100%，于是自己向反应体系中加入一定量的原料，HPLC监测显示是4%，也就是现在转化率是96%，然后按原工艺进行后续操作，拿到终产品后,发现纯度和之前一样，并通过对中间过程的监测发现，多于的原料在中间的后处理过程已经被除掉，所以这个实验可以定义为转化率为96%时，该工艺可以接受。
工艺研发过程中数据量是巨大的，如果不定期对这些数据进行分析整理的话，就相当于这些反应都白做了。有些人觉得整理数据很麻烦，宁愿多做实验。但麻烦归麻烦，整理还是要需要的。只有对数据做了整理，才能从数据分析中看出目前工艺研发的效果怎样,问题在哪，后续还需要做哪些实验来填补。而在众多需要收集的数据中，有两类数据尤其重要:
一、HPLCAssay
HPLCAssay是做工艺研发中非常重要的一个数据，可以说是必备工具之一。它可以很方便的从固体，液体中得到产品含量。而前提是要有对应产品的标准物质(纯度要求比较高，HPLC纯度最好>98%，研发初期阶段可以通过柱层析得到少量标准物质)。将其配置成一定浓度的标准溶液就可以用了(具体的计算方法请参考网络上zhangfei的PPT)。通过HPLCAssay，可以方便的监测反应液，萃取液，水相，过滤母液，湿滤饼等中产品的含量，为后续研发可以提供如下指导：
1.产品分布。监测反应液的Assayyield，萃取时每次萃取液的产品分布，水相的产品分布，过滤时母液的产品分布，反应收率等等。通过这一整套数据分析，可以清晰的看到所用工艺的效果以及后续如何改进。
2.质量守恒。通过检测反应液的Assayyield，然后对比分离收率，找出差值，然后分析样品损失在哪个阶段，核对数据是否吻合。如果不吻合，则提示产品有可能在某一个过程分解了。
二、qNMR
qNMR可以揭示出产品的实际含量。常规的HPLC分析只能监测出带有紫外吸收的杂质，而对于那些没有紫外吸收的杂质，例如无机盐,重金属以及硅胶之类的物质是监测不出来的。而对于这些杂质，却可以通过定量核磁来分析。如果产品的HPLC纯度和qNMR纯度数据一致，说明产品质量没问题，而如果这两个数据不一致的话，则预示着这个产品有问题。下面我举三个例子来说明这个qNMR监测的重要性：
1.我曾经遇到过一个问题，HPLC纯度(210nm)98%，而qNMR显示只有85%。做了几批都是如此。经过深入研究分析发现，我得到的不是羧酸，而是它的钠盐。随后将分子量按钠盐修订后重新计算qNMR，得到的实际含量是98%，两个数据吻合。
2.另外一个例子也是HPLC纯度98%，而qNMR只有90%。反复思考不知道是何原因。后来发现所得产品是HPF6盐(反应中用到了HATU)，通过做磷谱验证了我们的推测。随后经过重新换算，其qNMR也是98%。
3.最后一个例子是产品HPLC纯度很高，接近100%，随后做重结晶时，却总是无法重复早已开发好的结晶工艺。百思不得其解。后来把产品做qNMR，发现只有70%左右，重金属监测发现有大量的Al残留，正是残留的Al导致了结晶不成功。
三、溶解度数据
化合物的溶解度是工艺研发中一个非常重要的数据。有了化合物的溶解度，我们可以设计化合物的萃取体系，打浆体系，结晶体系以及清洗工艺。所以溶解度的测定对于工艺开发者来说是一项非常重要的技能。通常溶解度的测定有两种方法：平衡法和动态法。
平衡法：是将被测物在恒温下搅拌，静置后分析上层清液的组成作为该温度下的溶解度。
动态法分两种：一种是在一定量溶质和一定量溶剂的条件下，逐渐改变体系的温度使溶质完全溶解；另一种是溶剂的量一定，在一定温度下,逐渐增加溶剂里溶质的含量至平衡。在实验室条件下，我们推荐用平衡法来测，具体方法是：
称取已达到过饱和溶液的上清液配成一定浓度的溶液，通过HPLCAssay的方法，得到所取溶液中所含溶质的量，然后换算成其对应的溶解度。
通常拿到一个项目时，不一定对每个中间体都做溶解度的测定，但对于关键中间体，对于那些被设定为qualitycontrolpoint的中间体，推荐去做较为全面的溶解度测定。因为通常对于这样的点，我们要设计一定的纯化方法来控制它的质量，对应的我们需要知道它在什么溶剂中溶解好，什么溶剂中溶解度差，进而为我们设计更为合理的打浆或者结晶体系提供数据支持。
1.基因毒性杂质(Genotoxicimpurity)。有些物质是已知的基因毒性杂质，例如：甲磺酸酯类，卤代烃类，磷化物类等等。有些物质则要通过实验进行验证。对于有基因毒性alert基团(硝基，氨基，卤代基团，重氮等等)的化合物，可以先进行insilico的评估，对于有潜在基因毒性的化合物，再进行实验验证。如果实验结果为阳性，则证明该化合物为基因毒性化合物，反之，则归于常规杂质。对于基因毒性杂质，ICH要求对其进行严格控制，具体的限定标准要根据dose量，试验周期等来计算，通常要求ppm级。2.重金属残留物。工艺中我们经常要用到含金属的试剂，例如Pd催化剂，Cu催化剂，Al催化剂等等。尤其是Pd和Cu催化的crosscoupling反应在现在工艺路线中经常被用到，所以它们的残留，也是工艺研发中经常会遇到的问题。
3.反应副产物(sideproduct)以及降解产物(degradationproduct)。这个就多讲了，主要涉及到的是由副反应以及产物不稳定降解产生的物质。4.carryoverimpurity。这部分杂质主要是由于原料没有完全参与反应，进而被带入产品中。或者是前几步的原料由于没有被完全消耗，被带入到下一步产物中，然后在相应的反应条件下，参与反应,进而被带入到下下不反应,或者一直如此下去，一直被带到API中。
杂质研究也有不同的研究阶段:
2.而如果项目进行到了晚期阶段，则要求对杂质做更深入研究：解析杂质，研究对应的除去方法，了解杂质在工艺中的行为以及工艺可以承受的杂质范围。
对于杂质研究的早期阶段，很重要的一个思维就是模块化。将每一步的整个工艺切换成若干个模块，然后分别研究每个模块的效果。这一模块化思维对于研究杂质尤其适用。下面举例说明一下。一步反应的工艺为：反应结束后，加水淬灭，有机溶剂提取产品,浓缩结晶，过滤,烘干。我们可以把这个工艺分为这几个模块：反应，提取，浓缩，结晶，烘干。于是我们会对每个模块做样分析，通过数据收集，对比分析，我们就可以看出每个模块的杂质情况，除去情况，纯化情况，以及杂质的走向。进而根据这些数据开评估每个模块的效果，然后做相应的调整和优化。
而对于杂质研究的后期阶段，只做以上这些就不够了。首先我们要对主要的杂质进行结构解析，这就要求我们对反应机理有比较深刻的认识和理解，推测可能的副反应和副产物，能够分离的，分离出来做图谱解析，不能够分离的可以做MS验证。这是整个阶段中最难的一部分。有了上面的知识，我们就可以根据它的结构性质，设计相应的应对策略，跟踪它在工艺中的行为。同时做相应的spiking实验来检测工艺对于它的承受范围。因为杂质在产品中的含量很少，对于它的分离难度会很大。我们有几个途径来实现它：
1.如果根据该反应机理，我们推测出了它的结构，我们可以通过其他合成途径来合成它。
2.如果我们无法推测它的结构，只能通过把它分离出来，做图谱解析来确定结构，我们就需要找到办法富集它：要么通过强化反应条件，增加它的含量，要么通过收集母液富集它。
工艺研发感想4----模块化研究
3.杂质研究和工艺验证
4.工艺转移和放大生产
对于工艺转移,主要考察有以下几点:
一、开发的工艺和中试或者工厂设备的匹配程度。
在工艺做好之后,将工艺转移至中试或者工厂放大时,要考虑我们所开发的工艺是否适合工厂的设备要求。当然对于有经验的工艺开发人员,在工艺研发之初就已经把设备因素考虑进去了,这样可以大大提高工艺研发的效率。如果有些细节部分不是和设备完全匹配的话,这时就要结合设备的要求在实验室中对工艺做一些调整。
二、工艺是否能够在中试或者工厂完全重现。
放大生产。在完成了上述的工艺转移之后,就是按部就班的生产了。
这里有两点需要注意:
一、对操作人员的培训。在开始生产之前,一定要由生产经理或者车间主任对将要参与生产的所以操作人员进行培训,要细化的每一个操作,不仅要知道如何操作,还有让他们明白每个操作的意义,以及不正确操作可能带来的影响。这样做主要是减少实际生产过程中的误操作风险。
二、对中间的分析样品留样,以备将来追溯用。设立专门的留样室,由分析人员专人管理,在送分析样品时,也要送两份,一份做分析检测用,一份专做留样用。可追溯性是对大生产的一个很重要的要求。
5.洗涤工艺研究和三废处理
对于洗涤工艺研究,很多研究人员容易忽视,尤其是刚开从事工艺研究的人员。但在实验室刷一个瓶子简单,而放大到工厂后,如果要刷,那就意味着工作人员要钻进反应釜去刷了,可以想象难度有多大。因此我们在开发工艺的同时,一定要开发一个合适的洗涤工艺。这个洗涤工艺主要就是研究反应产物以及所用到的试剂的溶解性。这里遇到问题最多的就是活性炭的处理。对于有些反应需要用活性炭脱色或者除钯时,反应处理完后附着在釜壁上的活性炭洗涤是一个大问题,由于它溶解度差,常规方法通常无法把它洗干净。现在有一个改进方法,市面上有商品化的碳柱,将要处理的反应液流过碳柱,即可达到目的。
三废处理。由于现在对环保的要求,三废处理也一直是各大药厂的一个很大开支。