均勻試驗設(shè)計法2課件

4．4均勻試驗設(shè)計舉例。

例9：奧美拉唑（Omeprazole，OPZ）合成工藝研究。5-甲氧基-2-｛［（4-甲氧基-3，5-二甲基-2-吡啶基）甲基］亞磺?；?1H-苯并咪唑，分子式為C17H19N3O3S，分子質(zhì)量為345.41。OPZ的合成方法通常是以5-甲氧基-2-巰基-1H-苯并咪唑（簡稱“苯并咪唑物”）和2-氯甲基-3，5-二甲基-4-甲氧基吡啶（簡稱“氯甲基物”）為原料，縮合成硫醚，再將硫醚氧化制得OPZ，最后重結(jié)晶提純。這個工藝貌似很復(fù)雜的樣子，如果考察全過程，的確將很復(fù)雜。但是有機合成通常都是分為好幾個步驟完成的，每一步都是相對獨立的一個試驗過程。這里就只對硫醚氧化制備OPZ的工藝進(jìn)行優(yōu)化研究?？蒲腥藛T通過預(yù)試驗，發(fā)現(xiàn)影響氧化反應(yīng)的因素主要有5個，即反應(yīng)物料配比、反應(yīng)液pH值、氧化劑添加時間、反應(yīng)溫度、保溫時間。將上述5個因素在其考察范圍內(nèi)，前四個均分為5個水平，而保溫時間分為10個水平。

學(xué)過的幾種方法比較：單因素試驗：不均衡且不整齊可比，在優(yōu)化試驗中效率比較低；因子設(shè)計法（完全設(shè)計法）：需要多少次，大家可以算一下；正交設(shè)計法：由于因素、水平數(shù)較多，試驗次數(shù)也將比較多，如L25(56)的正交試驗，而10水平的只會比他多，不會比他少，因為正交試驗是就大不就小。均勻設(shè)計法：若采用U11(1110)只需做10次即可。（55<試驗次數(shù)<105，實際應(yīng)為54×10次）；第一步：試驗?zāi)康暮驮囼炛笜?biāo)。目的：研究以較少的試驗次數(shù)安排試驗，以獲得較好的奧美拉唑合成工藝。指標(biāo)：產(chǎn)品收率。第二步：挑選因素及水平，建立因素－水平表。由于因素中最多的水平數(shù)為10，為了采用合適的均勻表，需要對其他因素擬水平。因素－水平表水平因素12345678910X11:0.81:0.91:1.01:1.11:1.21:0.81:0.91:1.01:1.11:1.2X27.07.58.08.59.07.07.58.08.59.0X31.52.02.53.03.51.52.02.53.03.5X4-15-10-505-15-10-505X50.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0U11(1110)均勻表因素No1234567891011234567891022468101357933691471025844815926103755104938271666172839410577310629518488521074196399753110864210109876543211111111111111111111111根據(jù)前面說的，去掉第11號試驗行。另外由于因素數(shù)只有5個，還必須根據(jù)使用表安排列號。U11(1110)均勻表的使用表因素數(shù)列號217315741257512357612347107123457108123456710912345679101012345678910即5個因素分別取1、2、3、5、7列的排列法。另外，由于X1～X4都只有5個水平，其他水平數(shù)不足的地方采用擬水平法補齊。

這樣，安排的均勻試驗表如下：

如果將因素－水平表中的數(shù)據(jù)代入上表中，則：

因素水平12345678910X11:0.81:0.91:1.01:1.11:1.21:0.81:0.91:1.01:1.11:1.2X27.58.08.59.09.57.08.09.07.58.5X32.51.53.01.53.02.03.52.03.52.5X45500-5-5-10-10-15-15X53.51.55.03.01.04.52.50.54.02.0摩爾收率（％）78.1186.3589.0284.3364.9683.7887.9690.7678.7562.91前已述及，均勻設(shè)計法的分析試驗結(jié)果時不能用一般的方差分析法進(jìn)行分析。這是因為，在均勻設(shè)計中采用的因素、水平都較多，而試驗次數(shù)較少。一般的，均勻設(shè)計法中基本都采用多元線性或非線性回歸法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這是采用最小二乘法處理多變量因素的一種很好的方法。多元線性或非線性回歸法將在最后一章專門介紹。采用回歸分析時，數(shù)據(jù)中必須指明自變量（independentvariables）和因變量（dependentvariable）。在本例中，目的產(chǎn)物OPZ的摩爾收率為因變量，以物料配比X1、反應(yīng)液pH值X2、氧化劑添加時間X3、反應(yīng)溫度X4、保溫時間X5等5個影響因素為自變量，用最小二乘法對均勻設(shè)計的數(shù)據(jù)進(jìn)行了非線性回歸。求得了多元非線性回歸模型后，如何求最佳試驗條件呢？請問一下：什么是最佳條件？是不是收率最大？？那么如何求收率最大時的條件？就是如何求極值下的條件？高等數(shù)學(xué)里告訴我們：極值下的條件是不是要通過因變量對每一個自變量求偏微分，然后使之等于0得到的自變量的值就是需要的條件？根據(jù)上述思想，通過對建立的非線性模型進(jìn)行求偏微分，得到的優(yōu)化后的工藝條件為：n（硫醚）:n（間氯過氧苯甲酸）=1:1.0；(1.05)反應(yīng)液pH值為8.5；(8.37)氧化劑添