微波技術(shù)在化學(xué)藥物合成中的應(yīng)用

摘?要：隨著當(dāng)前全球科學(xué)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(xué)藥物合成當(dāng)中，與傳統(tǒng)化學(xué)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(shì)更為明顯，因此在現(xiàn)階段以及未來化學(xué)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(xué)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(xué)藥物合成成本以及降低污染等優(yōu)勢(shì)，所以微波技術(shù)具備極高的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：微波技術(shù)；化學(xué)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(shí)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(duì)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(xué)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(xiàn)，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(xué)藥物合成中的應(yīng)用，并探究其作用與潛在價(jià)值。

1?微波技術(shù)的原理與實(shí)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(chǎng)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(jìn)行傳輸，由于其在傳播過程中的頻率相對(duì)較大，所以微波的放射效應(yīng)極為明顯。電磁波會(huì)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(xué)者認(rèn)為微波技術(shù)微波加熱實(shí)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(xué)”提出以后便開始將“微波技術(shù)”與“化學(xué)技術(shù)”緊密地綁定在一起。微波化學(xué)首先涉足于工業(yè)生產(chǎn)制造，其中化學(xué)技術(shù)主要圍繞一系列化學(xué)變化展開，且物質(zhì)在經(jīng)過化學(xué)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(xué)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(huì)出現(xiàn)變化。所以，在一定程度上可以將“微波化學(xué)”視作微波與化學(xué)的交叉。為推進(jìn)微波技術(shù)與化學(xué)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(xué)大會(huì)，此次大會(huì)一方面就微波化學(xué)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域展開探究，另一方面還在大會(huì)中展示了眾多微波化學(xué)技術(shù)成果，如關(guān)于微波化學(xué)學(xué)科的研究進(jìn)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(kuò)大，且與化學(xué)制藥合成領(lǐng)域不斷融合。近些年來，國(guó)內(nèi)持續(xù)深化研究微波技術(shù)在化學(xué)藥劑合成中的應(yīng)用，這不僅為化學(xué)制藥提供了全新的技術(shù)手段支持，同時(shí)還使得化學(xué)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(xué)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(dāng)注意微波技術(shù)與化學(xué)反應(yīng)之間出現(xiàn)的干擾情況，同時(shí)注重避免各類反應(yīng)對(duì)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(xué)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(dòng)目前化學(xué)制藥領(lǐng)域的快速發(fā)展。

1.3?在化學(xué)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(guó)內(nèi)化學(xué)藥劑合成領(lǐng)域，但是受到合成藥劑化學(xué)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(huì)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(xué)藥物的合成與生產(chǎn)提供諸多便利，同時(shí)在微波技術(shù)的支持下能夠使得化學(xué)藥劑合成中藥劑的反應(yīng)時(shí)間大幅縮減，如此便能起到提升制藥效率、增加制藥經(jīng)濟(jì)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(shí)間縮減至幾秒鐘，由此便可以實(shí)現(xiàn)藥劑有關(guān)參數(shù)的短時(shí)間測(cè)定，所以現(xiàn)階段在化學(xué)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(shí)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(jià)值。

2?微波技術(shù)在化學(xué)藥劑合成中的應(yīng)用

在化學(xué)藥劑合成中，技術(shù)人員需要依照合成要求選擇各類有機(jī)化合物，而不同的物質(zhì)在沸點(diǎn)以及特性等方面均存在明顯差異，化合物的這些特征將會(huì)對(duì)微波技術(shù)在有機(jī)合成中的應(yīng)用造成一定影響。傳統(tǒng)化學(xué)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(shí)間較長(zhǎng)。此外，傳統(tǒng)化學(xué)藥劑合成階段一些藥物將會(huì)對(duì)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(duì)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(shí)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(dá)到加熱溫度需求。此外，在化學(xué)藥劑合成中利用微波技術(shù)可以擺脫對(duì)于反應(yīng)溶劑的依賴，而某些化學(xué)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(duì)持續(xù)推進(jìn)生態(tài)綠色理念也有一定意義。

3?微波技術(shù)在化學(xué)藥物有機(jī)合成中的反應(yīng)機(jī)理

在化學(xué)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(shí)通過該技術(shù)還能夠使得物質(zhì)的微觀機(jī)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(fù)雜，其反應(yīng)機(jī)理主要分為以下幾個(gè)方面。

3.1?加熱反應(yīng)

通過微波技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)化學(xué)藥劑合成物質(zhì)的均勻性、高效率加熱，且對(duì)于強(qiáng)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(jiǎn)單，即通過將電磁能轉(zhuǎn)化為熱能實(shí)現(xiàn)加熱，同時(shí)在轉(zhuǎn)化階段與粒子的運(yùn)動(dòng)密切相連。受到電磁場(chǎng)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(dòng)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(xué)反應(yīng)，本質(zhì)就在于其穿透能力較強(qiáng)，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(huì)隨之上升，所以在溫度提升的同時(shí)可以提升反應(yīng)速度。

3.2?誘導(dǎo)催化反應(yīng)

在化學(xué)藥劑合成中，某些有機(jī)質(zhì)在加熱時(shí)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(dǎo)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(dǎo)作用，在實(shí)際操作階段則是將高強(qiáng)度短脈沖微波集聚到敏化劑當(dāng)中，并以媒介為主導(dǎo)達(dá)到誘導(dǎo)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(huì)對(duì)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(huì)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(huì)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(chǎng)和反應(yīng)介質(zhì)存在聯(lián)系，很多學(xué)者認(rèn)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(duì)在電場(chǎng)作用下引發(fā)的偶極分子的定效效應(yīng)等理論學(xué)說仍然存在飽受非議的內(nèi)容，同時(shí)在一些極性反應(yīng)當(dāng)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(dāng)基態(tài)向過渡態(tài)轉(zhuǎn)化過程中極性會(huì)顯著增強(qiáng)，而極性反應(yīng)的效果之所以會(huì)增強(qiáng)，則是由于反應(yīng)中的活化能衰退導(dǎo)致。與常規(guī)加熱方法不同的是，通過微波技術(shù)加熱還會(huì)出現(xiàn)明顯的選擇變化，同時(shí)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(xué)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(jí)，該技術(shù)在化學(xué)藥劑合成中的重要性逐漸展現(xiàn)，雖然微波技術(shù)的能級(jí)要低于激光，但是當(dāng)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(shì)要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)技術(shù)。針對(duì)微波效應(yīng)的效率問題，目前該領(lǐng)域內(nèi)的觀點(diǎn)仍然沒有達(dá)成一致，同時(shí)也并不存在一個(gè)明確、嚴(yán)謹(jǐn)且具體的成果對(duì)微波反應(yīng)機(jī)理展開說明，顯然這將會(huì)對(duì)微波化學(xué)的進(jìn)步造成一定影響。微波對(duì)化學(xué)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(huì)對(duì)反應(yīng)造成抑制，無論是對(duì)于反應(yīng)的加快還是抑制均是一個(gè)非常復(fù)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(xué)將會(huì)更具研究?jī)?nèi)涵。

在現(xiàn)階段，微波合成可以根據(jù)各種操作技術(shù)進(jìn)行，同時(shí)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(jī)溶劑的方式完成反應(yīng)。無溶劑反應(yīng)過程比較簡(jiǎn)單，技術(shù)人員準(zhǔn)備無雜質(zhì)的反應(yīng)物進(jìn)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(jī)物是不吸收微波的，因此在反應(yīng)過程中固體有機(jī)物幾乎不會(huì)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(shì)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(dāng)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(jī)溶劑，那么通過非密閉型的反應(yīng)則存在一定危險(xiǎn)。傳統(tǒng)有機(jī)合成化學(xué)當(dāng)中，技術(shù)人員若要轉(zhuǎn)變化學(xué)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(xué)領(lǐng)域中后，學(xué)者們開始探究微波對(duì)反應(yīng)化學(xué)選擇性的影響。

微波多用于提升化學(xué)藥劑合成中有機(jī)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(dāng)前對(duì)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(dú)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(duì)比研究過程中很少有學(xué)者會(huì)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(jìn)行的，因此當(dāng)處于室內(nèi)時(shí)，微波照射階段的反應(yīng)溫度必定會(huì)處于上升趨勢(shì)，此外，功率之間的差異也會(huì)對(duì)反應(yīng)的選擇性造成制約，這時(shí)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(jìn)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(xué)的關(guān)系

受到化學(xué)藥劑專利期限的影響，當(dāng)前一些藥品開始面臨專利到期的影響，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前生物靶標(biāo)的數(shù)量已經(jīng)突破萬個(gè)，為了拓寬靶點(diǎn)藥物的空間，一些化學(xué)藥劑合成企業(yè)開始加大基因組學(xué)等方面的投資力度，但是從效果來看，無論是藥物化學(xué)還是先導(dǎo)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(shí)間對(duì)化學(xué)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(duì)功能化合物的發(fā)掘。除此之外，組合化學(xué)等方面的發(fā)展水平同樣會(huì)對(duì)藥物化學(xué)的發(fā)展速度造成影響，且已經(jīng)成為帶動(dòng)化合物庫設(shè)計(jì)與合成等方面的有力途徑，最后還會(huì)引發(fā)對(duì)先導(dǎo)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(xué)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(shí)間，且縮減的反應(yīng)時(shí)間多為數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天，因此在藥劑合成階段，技術(shù)人員可以在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)測(cè)定多項(xiàng)反應(yīng)參數(shù)，這將會(huì)對(duì)優(yōu)化目標(biāo)化學(xué)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(jìn)一步擴(kuò)大化學(xué)藥劑合成領(lǐng)域的空間。整體而言，微波技術(shù)對(duì)化學(xué)藥劑合成的影響至少表現(xiàn)在先導(dǎo)化合物的形成、發(fā)現(xiàn)以及優(yōu)化三個(gè)階段，但是現(xiàn)階段藥物化學(xué)所要解決的主要是基礎(chǔ)生物學(xué)以及臨床問題，在這種情況下，一些制藥企業(yè)就會(huì)在其負(fù)責(zé)的化學(xué)項(xiàng)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(duì)先導(dǎo)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(xué)藥物合成工作中，不僅能夠提升藥物合成質(zhì)量，同時(shí)還能夠壓縮成本，并使得合成產(chǎn)品在市場(chǎng)中更具有競(jìng)爭(zhēng)力。無論是在我國(guó)還是國(guó)際上，對(duì)于微波技術(shù)已經(jīng)有很長(zhǎng)的研究時(shí)間了，同時(shí)化學(xué)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(duì)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(jià)值。

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作者簡(jiǎn)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(xué)。