微波技術(shù)在化學藥物合成中的應(yīng)用

摘?要：隨著當前全球科學技術(shù)的不斷發(fā)展、創(chuàng)新與應(yīng)用，微波技術(shù)開始廣泛應(yīng)用到化學藥物合成當中，與傳統(tǒng)化學藥物合成階段的加熱方法相比較，微波技術(shù)的效率等優(yōu)勢更為明顯，因此在現(xiàn)階段以及未來化學藥物合成領(lǐng)域，微波技術(shù)必將展現(xiàn)出無窮的潛能。在化學制藥階段應(yīng)用微波技術(shù)具備操作便捷、提升研發(fā)成分、降低化學藥物合成成本以及降低污染等優(yōu)勢，所以微波技術(shù)具備極高的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù)；化學制藥；藥物合成

微波是微波技術(shù)的核心，所謂微波就是指頻率為300～3000Hz的電磁波，通常情況下微波具備反射、穿透與吸收三大特征，同時包括熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)以及特殊效應(yīng)三種類型，技術(shù)人員通過對于微波不同特性與效應(yīng)類型的應(yīng)用，能夠生產(chǎn)制造不同類型的微波設(shè)備，且除了能夠應(yīng)用到化學藥物合成領(lǐng)域之外，微波技術(shù)的特征還表明其能夠在化工生產(chǎn)、食品制造以及生態(tài)環(huán)保等領(lǐng)域作出貢獻，而本文結(jié)合微波技術(shù)反射等特性，以及熱效應(yīng)等三大效應(yīng)類型，分析該技術(shù)在化學藥物合成中的應(yīng)用，并探究其作用與潛在價值。

1?微波技術(shù)的原理與實際應(yīng)用領(lǐng)域

1.1?微波技術(shù)原理

微波技術(shù)的本質(zhì)為電磁波，而微波的原理則是較為常見的電磁場原理，因此微波技術(shù)與電磁波之間就存在密切聯(lián)系。微波通過直線的方式進行傳輸，由于其在傳播過程中的頻率相對較大，所以微波的放射效應(yīng)極為明顯。電磁波會以兩倍于光的速度向其他方向傳播，并且它有能力直接穿越任何外界物體，這使得其放射的速度和光線的外部傳播的放射速度相同。

一些學者認為微波技術(shù)微波加熱實質(zhì)上就是能源轉(zhuǎn)化的過程，這是由于在加熱過程中被加熱物質(zhì)的介質(zhì)參數(shù)出現(xiàn)變化，其最終的本質(zhì)則是電荷極化。

1.2?微波技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

自“微波化學”提出以后便開始將“微波技術(shù)”與“化學技術(shù)”緊密地綁定在一起。微波化學首先涉足于工業(yè)生產(chǎn)制造，其中化學技術(shù)主要圍繞一系列化學變化展開，且物質(zhì)在經(jīng)過化學反應(yīng)之后便能夠產(chǎn)生具備不同特征的產(chǎn)品，這便是人們所熟知的“化學產(chǎn)品”，但是通過微波技術(shù)引發(fā)的“反應(yīng)”建立在電磁波這一媒介之上，且在電磁波的作用下，很多物質(zhì)的原分子也會出現(xiàn)變化。所以，在一定程度上可以將“微波化學”視作微波與化學的交叉。為推進微波技術(shù)與化學技術(shù)的不斷融合，1992年，在荷蘭布魯克倫地區(qū)召開全球首屆微波化學大會，此次大會一方面就微波化學技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域展開探究，另一方面還在大會中展示了眾多微波化學技術(shù)成果，如關(guān)于微波化學學科的研究進展，或者通過該方法在加熱環(huán)節(jié)溫度調(diào)控管理辦法等，這些成果使得微波技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴大，且與化學制藥合成領(lǐng)域不斷融合。近些年來，國內(nèi)持續(xù)深化研究微波技術(shù)在化學藥劑合成中的應(yīng)用，這不僅為化學制藥提供了全新的技術(shù)手段支持，同時還使得化學藥劑合成的精確性與可控能力不斷提升。但是現(xiàn)階段在化學藥劑合成中應(yīng)用微波技術(shù)仍然存在許多需要注意的問題，首先應(yīng)當注意微波技術(shù)與化學反應(yīng)之間出現(xiàn)的干擾情況，同時注重避免各類反應(yīng)對藥劑成分含量以及質(zhì)量的影響，并注意降低有效成分損耗。其次，在技術(shù)應(yīng)用過程中需要通過微波技術(shù)控制化學藥劑合成中的成本，在兼顧生產(chǎn)成本與藥劑質(zhì)量的基礎(chǔ)上，推動目前化學制藥領(lǐng)域的快速發(fā)展。

1.3?在化學藥物合成中的反應(yīng)

現(xiàn)階段微波技術(shù)已經(jīng)能夠成熟應(yīng)用到國內(nèi)化學藥劑合成領(lǐng)域，但是受到合成藥劑化學性質(zhì)差異的影響，微波技術(shù)下藥劑出現(xiàn)的反應(yīng)狀態(tài)也會存在明顯差距。整體而言在受控條件下通過微波技術(shù)所起到的加熱效果可以為現(xiàn)階段化學藥物的合成與生產(chǎn)提供諸多便利，同時在微波技術(shù)的支持下能夠使得化學藥劑合成中藥劑的反應(yīng)時間大幅縮減，如此便能起到提升制藥效率、增加制藥經(jīng)濟效益的目的，在藥劑反應(yīng)階段，通過微波輔助加熱甚至能夠?qū)⒃蟹磻?yīng)時間縮減至幾秒鐘，由此便可以實現(xiàn)藥劑有關(guān)參數(shù)的短時間測定，所以現(xiàn)階段在化學制藥、生物制藥以及工業(yè)等領(lǐng)域均開始大面積推行微波輔助加熱合成技術(shù)，同時在反應(yīng)條件優(yōu)化以及合成制藥質(zhì)量提升等方面體現(xiàn)出明顯的價值。

2?微波技術(shù)在化學藥劑合成中的應(yīng)用

在化學藥劑合成中，技術(shù)人員需要依照合成要求選擇各類有機化合物，而不同的物質(zhì)在沸點以及特性等方面均存在明顯差異，化合物的這些特征將會對微波技術(shù)在有機合成中的應(yīng)用造成一定影響。傳統(tǒng)化學藥劑合成過程中的加熱多是將熱量從外部傳輸至內(nèi)部，并以此滿足藥劑合成的熱平衡需求，但是該方法在應(yīng)用過程中存在熱量傳輸消耗過大的問題，且加熱的時間較長。此外，傳統(tǒng)化學藥劑合成階段一些藥物將會對技術(shù)人員的健康造成影響，以及存在危害生態(tài)系統(tǒng)的情況，但是相對于傳統(tǒng)藥劑合成方式而言，微波技術(shù)反應(yīng)靈活性更高，同時在加熱環(huán)節(jié)技術(shù)人員僅需要調(diào)整設(shè)備的功率便可以達到加熱溫度需求。此外，在化學藥劑合成中利用微波技術(shù)可以擺脫對于反應(yīng)溶劑的依賴，而某些化學藥劑的合成甚至不需要借助溶劑，因此與傳統(tǒng)合成方式相比，在微波技術(shù)應(yīng)用中很少產(chǎn)生污染物，由此可見微波技術(shù)對持續(xù)推進生態(tài)綠色理念也有一定意義。

3?微波技術(shù)在化學藥物有機合成中的反應(yīng)機理

在化學藥劑合成中，微波技術(shù)一方面能夠起到加熱物質(zhì)的作用，同時通過該技術(shù)還能夠使得物質(zhì)的微觀機構(gòu)發(fā)生變化，以此提升物質(zhì)的反應(yīng)速度，但是微波技術(shù)的反應(yīng)作用較為復雜，其反應(yīng)機理主要分為以下幾個方面。

3.1?加熱反應(yīng)

通過微波技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)化學藥劑合成物質(zhì)的均勻性、高效率加熱，且對于強化反應(yīng)速度也有一定意義。微波技術(shù)的加熱反應(yīng)原理比較簡單，即通過將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能實現(xiàn)加熱，同時在轉(zhuǎn)化階段與粒子的運動密切相連。受到電磁場的影響，微觀粒子可以分成不同的極化形態(tài)，在極化的推動下便能夠起到加熱目的。微波技術(shù)之所以能夠通過加熱的方式使得藥劑合成物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，本質(zhì)就在于其穿透能力較強，此外由于能夠確保受熱的均勻性，因此可以降低故障的發(fā)生概率。最后，在微波技術(shù)應(yīng)用階段很多物質(zhì)反應(yīng)容器的壓力會隨之上升，所以在溫度提升的同時可以提升反應(yīng)速度。

3.2?誘導催化反應(yīng)

在化學藥劑合成中，某些有機質(zhì)在加熱時無法直接接收微波，而是在敏化劑的作用下才能夠傳遞微波。選擇敏化劑作為載體，能在微波的作用下形成反應(yīng)，這就是誘導催化反應(yīng)。與加熱反應(yīng)相比，催化反應(yīng)則是發(fā)揮敏化劑媒介的誘導作用，在實際操作階段則是將高強度短脈沖微波集聚到敏化劑當中，并以媒介為主導達到誘導催化的目的。

3.3?特殊微波效應(yīng)

從本質(zhì)上看，特殊微波效應(yīng)為微波技術(shù)熱效應(yīng)的一種特殊形式，溶劑受到微波照射后很多因素均會對其溫度造成影響。在加熱階段，由于被加熱的液體內(nèi)部均帶有能量，且由于沒有將容器壁加熱，所以壁層表面的溫度會低于液體溫度，在傳統(tǒng)藥劑合成加熱階段，在溫度的影響下催化劑等物質(zhì)可能會出現(xiàn)分解情況，與傳統(tǒng)技術(shù)相比較，通過微波技術(shù)加熱后的物質(zhì)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)，且能夠有效確保加熱均勻性與加熱速率。

3.4?非熱微波效應(yīng)

通常情況下微波技術(shù)所產(chǎn)生的非熱效應(yīng)均與電場和反應(yīng)介質(zhì)存在聯(lián)系，很多學者認為非熱效應(yīng)是兩者相互作用后產(chǎn)生的結(jié)果，但是目前針對在電場作用下引發(fā)的偶極分子的定效效應(yīng)等理論學說仍然存在飽受非議的內(nèi)容，同時在一些極性反應(yīng)當中也能夠發(fā)現(xiàn)與之接近的情況，這是由于在極性反應(yīng)階段，當基態(tài)向過渡態(tài)轉(zhuǎn)化過程中極性會顯著增強，而極性反應(yīng)的效果之所以會增強，則是由于反應(yīng)中的活化能衰退導致。與常規(guī)加熱方法不同的是，通過微波技術(shù)加熱還會出現(xiàn)明顯的選擇變化，同時眾多技術(shù)人員在通過微波技術(shù)輔助中發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)可以顯著提升合成工作中的轉(zhuǎn)化效率。

4?微波技術(shù)在化學藥物合成中效應(yīng)研究

4.1?微波效應(yīng)討論

隨著微波技術(shù)的不斷創(chuàng)新與升級，該技術(shù)在化學藥劑合成中的重要性逐漸展現(xiàn)，雖然微波技術(shù)的能級要低于激光，但是當溫度處于同一水平或者溫度較低的情況下，藥物合成效率能夠超過傳統(tǒng)方法的數(shù)倍甚至數(shù)十倍，因此微波技術(shù)所表現(xiàn)出的優(yōu)勢要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)。針對微波效應(yīng)的效率問題，目前該領(lǐng)域內(nèi)的觀點仍然沒有達成一致，同時也并不存在一個明確、嚴謹且具體的成果對微波反應(yīng)機理展開說明，顯然這將會對微波化學的進步造成一定影響。微波對化學藥物合成中的反應(yīng)影響包括致熱效應(yīng)與非致熱效應(yīng)兩種，且從理論層面來看，微波除了具備提升反應(yīng)速度的作用外，在一定程度上還會對反應(yīng)造成抑制，無論是對于反應(yīng)的加快還是抑制均是一個非常復雜且煩瑣的過程，因此從這一角度來看，在非致熱效應(yīng)的作用下，微波化學將會更具研究內(nèi)涵。

在現(xiàn)階段，微波合成可以根據(jù)各種操作技術(shù)進行，同時也可以選擇使用各種微波反應(yīng)器，初步的研究主要集中于無溶劑反應(yīng)在敞口容器條件下的情況，但是現(xiàn)階段在微波技術(shù)的輔助下多通過封閉的容器，以及應(yīng)用有機溶劑的方式完成反應(yīng)。無溶劑反應(yīng)過程比較簡單，技術(shù)人員準備無雜質(zhì)的反應(yīng)物進行充分混合，而后通過微波輻射便能夠滿足反應(yīng)需求，但是值得注意的是，純凈干燥的固體有機物是不吸收微波的，因此在反應(yīng)過程中固體有機物幾乎不會出現(xiàn)任何熱量，為了確保這些物質(zhì)在微波輻射下能夠產(chǎn)熱，技術(shù)人員需要在化合物中加入一定量極性溶劑。但是由于現(xiàn)階段無溶劑反應(yīng)與非均勻加熱等問題仍然懸而未決，所以在這種情況下，以溶劑反應(yīng)替代無溶劑反應(yīng)便勢在必行。通常情況下可以將溶劑反應(yīng)分為密閉與非密閉之分，且一些物質(zhì)在反應(yīng)過程中還需要適當提升或者降低反應(yīng)壓力，此外，在反應(yīng)過程中若要應(yīng)用有機溶劑，那么通過非密閉型的反應(yīng)則存在一定危險。傳統(tǒng)有機合成化學當中，技術(shù)人員若要轉(zhuǎn)變化學反應(yīng)的選擇性，則需要使得反應(yīng)的溫度、催化劑種類等發(fā)生變化，但是在微波技術(shù)開始應(yīng)用到化學領(lǐng)域中后，學者們開始探究微波對反應(yīng)化學選擇性的影響。

微波多用于提升化學藥劑合成中有機質(zhì)的反應(yīng)速度，且通常情況下能夠取得理想的反應(yīng)效果，但是這種情況也存在例外，即通過傳統(tǒng)加熱方式能夠取得反應(yīng)效果，但是在微波反應(yīng)下并沒有出現(xiàn)反應(yīng)效果。當前對于微波技術(shù)的前沿研究結(jié)論表明，溫度與反應(yīng)選擇之間并非相互獨立，而是兩者存在必然聯(lián)系，但是通過分析先前的研究結(jié)論來看，在對比研究過程中很少有學者會將溫度作為影響反應(yīng)的重要條件，如通常情況下很多加熱條件反應(yīng)是在室內(nèi)進行的，因此當處于室內(nèi)時，微波照射階段的反應(yīng)溫度必定會處于上升趨勢，此外，功率之間的差異也會對反應(yīng)的選擇性造成制約，這時由于微波照射階段所應(yīng)用的功率不同，該反應(yīng)的溫度可能存在較大的差別，這使得選擇性的問題難以從反應(yīng)的溫度中解決。值得注意的是，一些微波輔助的反應(yīng)是在沒有溶劑的環(huán)境中進行的，另一些反應(yīng)的介質(zhì)包括氧化鋁等物質(zhì)，在這樣的環(huán)境中，反應(yīng)的條件發(fā)生了改變，所以最后的結(jié)果也可能呈現(xiàn)出不一樣的選擇性。

4.2?微波合成與藥物化學的關(guān)系

受到化學藥劑專利期限的影響，當前一些藥品開始面臨專利到期的影響，據(jù)不完全統(tǒng)計，當前生物靶標的數(shù)量已經(jīng)突破萬個，為了拓寬靶點藥物的空間，一些化學藥劑合成企業(yè)開始加大基因組學等方面的投資力度，但是從效果來看，無論是藥物化學還是先導化合物優(yōu)化，其均是制約藥物研究階段所面臨的主要制約問題。所以在未來，制藥企業(yè)需要拿出更多的時間對化學物質(zhì)的快速合成與篩選展開研究，以此確保能夠?qū)崿F(xiàn)對功能化合物的發(fā)掘。除此之外，組合化學等方面的發(fā)展水平同樣會對藥物化學的發(fā)展速度造成影響，且已經(jīng)成為帶動化合物庫設(shè)計與合成等方面的有力途徑，最后還會引發(fā)對先導化合物的鑒定與優(yōu)化等領(lǐng)域的影響。

在受控的基礎(chǔ)上，微波輔助加熱已經(jīng)成為化學藥物合成中必不可少的技術(shù)之一，通常情況下借助微波技術(shù)能夠有效控制藥劑合成反應(yīng)階段的時間，且縮減的反應(yīng)時間多為數(shù)小時甚至數(shù)天，因此在藥劑合成階段，技術(shù)人員可以在短時間內(nèi)連續(xù)測定多項反應(yīng)參數(shù)，這將會對優(yōu)化目標化學反應(yīng)產(chǎn)生積極意義。此外，通過微波技術(shù)還能夠拓寬反應(yīng)途徑，并進一步擴大化學藥劑合成領(lǐng)域的空間。整體而言，微波技術(shù)對化學藥劑合成的影響至少表現(xiàn)在先導化合物的形成、發(fā)現(xiàn)以及優(yōu)化三個階段，但是現(xiàn)階段藥物化學所要解決的主要是基礎(chǔ)生物學以及臨床問題，在這種情況下，一些制藥企業(yè)就會在其負責的化學項目中將微波技術(shù)作為主流方法，這一方面有助于化合物庫的合成，另一方面還能夠起到對先導化合物的優(yōu)化效果。

結(jié)語

綜上所述，將微波技術(shù)應(yīng)用到化學藥物合成工作中，不僅能夠提升藥物合成質(zhì)量，同時還能夠壓縮成本，并使得合成產(chǎn)品在市場中更具有競爭力。無論是在我國還是國際上，對于微波技術(shù)已經(jīng)有很長的研究時間了，同時化學藥劑合成又是微波合成領(lǐng)域的重要組成部分，因此為了繼續(xù)提升合成效率、縮短合成周期，有必要繼續(xù)對微波技術(shù)展開更為深入的研究分析，以此才能夠體現(xiàn)出微波技術(shù)的應(yīng)用價值。

參考文獻：

［1］莫立格.微波技術(shù)在化學藥物有機合成中的應(yīng)用［J］.化學工程與裝備，2023（06）：221223.

［2］張鳴.微波技術(shù)在化學藥物有機合成中的應(yīng)用［J］.化工管理，2021（35）：169170.

［3］張?zhí)m芳.微波技術(shù)在化學藥物合成中的應(yīng)用［J］.科技視界，2019（30）：217218.

［4］王巍.微波技術(shù)在化學藥物合成中的應(yīng)用［J］.云南化工，2019（08）：166167.

［5］郭維圖.微波技術(shù)在化學藥物合成中的應(yīng)用［J］.機電信息，2017（35）：17.

［6］馮寅寅.微波技術(shù)在化學合成中的應(yīng)用研究［J］.浙江水利水電學院學報，2020（03）：8589.

［7］牛亞慧，石磊，曾雪，等.淺談我國微波技術(shù)在制藥工業(yè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.科學咨詢（科技·管理），2020（05）：124.

［8］孟祥國，徐晨欽，田佩川，等.藥物研發(fā)中的微波輔助有機合成技術(shù)［J］.化學研究與應(yīng)用，2019（09）：15781592.

［9］祁強，李萍，張起凱，等.微波技術(shù)的最新應(yīng)用進展［J］.化工科技，2009（01）：6065.

［10］李麗，王昭，陳小兵，等.微波技術(shù)在合成TiO2光催化劑中的應(yīng)用進展［J］.遼寧石油化工大學學報，2006（04）：1112+17.

作者簡介：吳楊全（1983—?），男，漢族，江蘇連云港人，碩士研究生，工程師，研究方向：藥學。