微波技術在化學藥物合成中的應用

摘?要：隨著當前全球科學技術的不斷發(fā)展、創(chuàng)新與應用，微波技術開始廣泛應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，微波技術的效率等優(yōu)勢更為明顯，因此在現階段以及未來化學藥物合成領域，微波技術必將展現出無窮的潛能。在化學制藥階段應用微波技術具備操作便捷、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，所以微波技術具備極高的應用價值。

關鍵詞：微波技術；化學制藥；藥物合成

微波是微波技術的核心，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、非熱效應以及特殊效應三種類型，技術人員通過對于微波不同特性與效應類型的應用，能夠生產制造不同類型的微波設備，且除了能夠應用到化學藥物合成領域之外，微波技術的特征還表明其能夠在化工生產、食品制造以及生態(tài)環(huán)保等領域作出貢獻，而本文結合微波技術反射等特性，以及熱效應等三大效應類型，分析該技術在化學藥物合成中的應用，并探究其作用與潛在價值。

1?微波技術的原理與實際應用領域

1.1?微波技術原理

微波技術的本質為電磁波，而微波的原理則是較為常見的電磁場原理，因此微波技術與電磁波之間就存在密切聯系。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微波加熱實質上就是能源轉化的過程，這是由于在加熱過程中被加熱物質的介質參數出現變化，其最終的本質則是電荷極化。

1.2?微波技術的應用領域

自“微波化學”提出以后便開始將“微波技術”與“化學技術”緊密地綁定在一起。微波化學首先涉足于工業(yè)生產制造，其中化學技術主要圍繞一系列化學變化展開，且物質在經過化學反應之后便能夠產生具備不同特征的產品，這便是人們所熟知的“化學產品”，但是通過微波技術引發(fā)的“反應”建立在電磁波這一媒介之上，且在電磁波的作用下，很多物質的原分子也會出現變化。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。為推進微波技術與化學技術的不斷融合，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的應用領域展開探究，另一方面還在大會中展示了眾多微波化學技術成果，如關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)溫度調控管理辦法等，這些成果使得微波技術的應用范圍不斷擴大，且與化學制藥合成領域不斷融合。近些年來，國內持續(xù)深化研究微波技術在化學藥劑合成中的應用，這不僅為化學制藥提供了全新的技術手段支持，同時還使得化學藥劑合成的精確性與可控能力不斷提升。但是現階段在化學藥劑合成中應用微波技術仍然存在許多需要注意的問題，首先應當注意微波技術與化學反應之間出現的干擾情況，同時注重避免各類反應對藥劑成分含量以及質量的影響，并注意降低有效成分損耗。其次，在技術應用過程中需要通過微波技術控制化學藥劑合成中的成本，在兼顧生產成本與藥劑質量的基礎上，推動目前化學制藥領域的快速發(fā)展。

1.3?在化學藥物合成中的反應

現階段微波技術已經能夠成熟應用到國內化學藥劑合成領域，但是受到合成藥劑化學性質差異的影響，微波技術下藥劑出現的反應狀態(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所起到的加熱效果可以為現階段化學藥物的合成與生產提供諸多便利，同時在微波技術的支持下能夠使得化學藥劑合成中藥劑的反應時間大幅縮減，如此便能起到提升制藥效率、增加制藥經濟效益的目的，在藥劑反應階段，通過微波輔助加熱甚至能夠將原有反應時間縮減至幾秒鐘，由此便可以實現藥劑有關參數的短時間測定，所以現階段在化學制藥、生物制藥以及工業(yè)等領域均開始大面積推行微波輔助加熱合成技術，同時在反應條件優(yōu)化以及合成制藥質量提升等方面體現出明顯的價值。

2?微波技術在化學藥劑合成中的應用

在化學藥劑合成中，技術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在有機合成中的應用造成一定影響。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部，并以此滿足藥劑合成的熱平衡需求，但是該方法在應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，微波技術反應靈活性更高，同時在加熱環(huán)節(jié)技術人員僅需要調整設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可以擺脫對于反應溶劑的依賴，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，在微波技術應用中很少產生污染物，由此可見微波技術對持續(xù)推進生態(tài)綠色理念也有一定意義。

3?微波技術在化學藥物有機合成中的反應機理

在化學藥劑合成中，微波技術一方面能夠起到加熱物質的作用，同時通過該技術還能夠使得物質的微觀機構發(fā)生變化，以此提升物質的反應速度，但是微波技術的反應作用較為復雜，其反應機理主要分為以下幾個方面。

3.1?加熱反應

通過微波技術能夠實現化學藥劑合成物質的均勻性、高效率加熱，且對于強化反應速度也有一定意義。微波技術的加熱反應原理比較簡單，即通過將電磁能轉化為熱能實現加熱，同時在轉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。微波技術之所以能夠通過加熱的方式使得藥劑合成物質發(fā)生化學反應，本質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，在微波技術應用階段很多物質反應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速度。

3.2?誘導催化反應

在化學藥劑合成中，某些有機質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，這就是誘導催化反應。與加熱反應相比，催化反應則是發(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

從本質上看，特殊微波效應為微波技術熱效應的一種特殊形式，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可能會出現分解情況，與傳統(tǒng)技術相比較，通過微波技術加熱后的物質反應轉化率要明顯優(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

通常情況下微波技術所產生的非熱效應均與電場和反應介質存在聯系，很多學者認為非熱效應是兩者相互作用后產生的結果，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等理論學說仍然存在飽受非議的內容，同時在一些極性反應當中也能夠發(fā)現與之接近的情況，這是由于在極性反應階段，當基態(tài)向過渡態(tài)轉化過程中極性會顯著增強，而極性反應的效果之所以會增強，則是由于反應中的活化能衰退導致。與常規(guī)加熱方法不同的是，通過微波技術加熱還會出現明顯的選擇變化，同時眾多技術人員在通過微波技術輔助中發(fā)現，該技術可以顯著提升合成工作中的轉化效率。

4?微波技術在化學藥物合成中效應研究

4.1?微波效應討論

隨著微波技術的不斷創(chuàng)新與升級，該技術在化學藥劑合成中的重要性逐漸展現，雖然微波技術的能級要低于激光，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)方法的數倍甚至數十倍，因此微波技術所表現出的優(yōu)勢要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)技術。針對微波效應的效率問題，目前該領域內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影響包括致熱效應與非致熱效應兩種，且從理論層面來看，微波除了具備提升反應速度的作用外，在一定程度上還會對反應造成抑制，無論是對于反應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，在非致熱效應的作用下，微波化學將會更具研究內涵。

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

微波多用于提升化學藥劑合成中有機質的反應速度，且通常情況下能夠取得理想的反應效果，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效果，但是在微波反應下并沒有出現反應效果。當前對于微波技術的前沿研究結論表明，溫度與反應選擇之間并非相互獨立，而是兩者存在必然聯系，但是通過分析先前的研究結論來看，在對比研究過程中很少有學者會將溫度作為影響反應的重要條件，如通常情況下很多加熱條件反應是在室內進行的，因此當處于室內時，微波照射階段的反應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的選擇性造成制約，這時由于微波照射階段所應用的功率不同，該反應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的溫度中解決。值得注意的是，一些微波輔助的反應是在沒有溶劑的環(huán)境中進行的，另一些反應的介質包括氧化鋁等物質，在這樣的環(huán)境中，反應的條件發(fā)生了改變，所以最后的結果也可能呈現出不一樣的選擇性。

4.2?微波合成與藥物化學的關系

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，據不完全統(tǒng)計，當前生物靶標的數量已經突破萬個，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的快速合成與篩選展開研究，以此確保能夠實現對功能化合物的發(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，且已經成為帶動化合物庫設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)化等領域的影響。

在受控的基礎上，微波輔助加熱已經成為化學藥物合成中必不可少的技術之一，通常情況下借助微波技術能夠有效控制藥劑合成反應階段的時間，且縮減的反應時間多為數小時甚至數天，因此在藥劑合成階段，技術人員可以在短時間內連續(xù)測定多項反應參數，這將會對優(yōu)化目標化學反應產生積極意義。此外，通過微波技術還能夠拓寬反應途徑，并進一步擴大化學藥劑合成領域的空間。整體而言，微波技術對化學藥劑合成的影響至少表現在先導化合物的形成、發(fā)現以及優(yōu)化三個階段，但是現階段藥物化學所要解決的主要是基礎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。

結語

綜上所述，將微波技術應用到化學藥物合成工作中，不僅能夠提升藥物合成質量，同時還能夠壓縮成本，并使得合成產品在市場中更具有競爭力。無論是在我國還是國際上，對于微波技術已經有很長的研究時間了，同時化學藥劑合成又是微波合成領域的重要組成部分，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)對微波技術展開更為深入的研究分析，以此才能夠體現出微波技術的應用價值。

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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。