微波技术在化学药物合成中的应用

摘 要：随着当前全球科学技术的不断发展、创新与应用，微波技术开始广泛应用到化学药物合成当中，与传统化学药物合成阶段的加热方法相比较，微波技术的效率等优势更为明显，因此在现阶段以及未来化学药物合成领域，微波技术必将展现出无穷的潜能。在化学制药阶段应用微波技术具备操作便捷、提升研發成分、降低化学药物合成成本以及降低污染等优势，所以微波技术具备极高的应用价值。

关键词：微波技术；化学制药；药物合成

微波是微波技术的核心，所谓微波就是指频率为300～3000Hz的电磁波，通常情况下微波具备反射、穿透与吸收三大特征，同时包括热效应、非热效应以及特殊效应三种类型，技术人员通过对于微波不同特性与效应类型的应用，能够生产制造不同类型的微波设备，且除了能够应用到化学药物合成领域之外，微波技术的特征还表明其能够在化工生产、食品制造以及生态环保等领域作出贡献，而本文结合微波技术反射等特性，以及热效应等三大效应类型，分析该技术在化学药物合成中的应用，并探究其作用与潜在价值。

1 微波技术的原理与实际应用领域

1.1 微波技术原理

微波技术的本质为电磁波，而微波的原理则是较为常见的电磁场原理，因此微波技术与电磁波之间就存在密切联系。微波通过直线的方式进行传输，由于其在传播过程中的频率相对较大，所以微波的放射效应极为明显。电磁波会以两倍于光的速度向其他方向传播，并且它有能力直接穿越任何外界物体，这使得其放射的速度和光线的外部传播的放射速度相同。

一些学者认为微波技术微波加热实质上就是能源转化的过程，这是由于在加热过程中被加热物质的介质参数出现变化，其最终的本质则是电荷极化。

1.2 微波技术的应用领域

自“微波化学”提出以后便开始将“微波技术”与“化学技术”紧密地绑定在一起。微波化学首先涉足于工业生产制造，其中化学技术主要围绕一系列化学变化展开，且物质在经过化学反应之后便能够产生具备不同特征的产品，这便是人们所熟知的“化学产品”，但是通过微波技术引发的“反应”建立在电磁波这一媒介之上，且在电磁波的作用下，很多物质的原分子也会出现变化。所以，在一定程度上可以将“微波化学”视作微波与化学的交叉。为推进微波技术与化学技术的不断融合，1992年，在荷兰布鲁克伦地区召开全球首届微波化学大会，此次大会一方面就微波化学技术的应用领域展开探究，另一方面还在大会中展示了众多微波化学技术成果，如关于微波化学学科的研究进展，或者通过该方法在加热环节温度调控管理办法等，这些成果使得微波技术的应用范围不断扩大，且与化学制药合成领域不断融合。近些年来，国内持续深化研究微波技术在化学药剂合成中的应用，这不仅为化学制药提供了全新的技术手段支持，同时还使得化学药剂合成的精确性与可控能力不断提升。但是现阶段在化学药剂合成中应用微波技术仍然存在许多需要注意的问题，首先应当注意微波技术与化学反应之间出现的干扰情况，同时注重避免各类反应对药剂成分含量以及质量的影响，并注意降低有效成分损耗。其次，在技术应用过程中需要通过微波技术控制化学药剂合成中的成本，在兼顾生产成本与药剂质量的基础上，推动目前化学制药领域的快速发展。

1.3 在化学药物合成中的反应

现阶段微波技术已经能够成熟应用到国内化学药剂合成领域，但是受到合成药剂化学性质差异的影响，微波技术下药剂出现的反应状态也会存在明显差距。整体而言在受控条件下通过微波技术所起到的加热效果可以为现阶段化学药物的合成与生产提供诸多便利，同时在微波技术的支持下能够使得化学药剂合成中药剂的反应时间大幅缩减，如此便能起到提升制药效率、增加制药经济效益的目的，在药剂反应阶段，通过微波辅助加热甚至能够将原有反应时间缩减至几秒钟，由此便可以实现药剂有关参数的短时间测定，所以现阶段在化学制药、生物制药以及工业等领域均开始大面积推行微波辅助加热合成技术，同时在反应条件优化以及合成制药质量提升等方面体现出明显的价值。

2 微波技术在化学药剂合成中的应用

在化学药剂合成中，技术人员需要依照合成要求选择各类有机化合物，而不同的物质在沸点以及特性等方面均存在明显差异，化合物的这些特征将会对微波技术在有机合成中的应用造成一定影响。传统化学药剂合成过程中的加热多是将热量从外部传输至内部，并以此满足药剂合成的热平衡需求，但是该方法在应用过程中存在热量传输消耗过大的问题，且加热的时间较长。此外，传统化学药剂合成阶段一些药物将会对技术人员的健康造成影响，以及存在危害生态系统的情况，但是相对于传统药剂合成方式而言，微波技术反应灵活性更高，同时在加热环节技术人员仅需要调整设备的功率便可以达到加热温度需求。此外，在化学药剂合成中利用微波技术可以摆脱对于反应溶剂的依赖，而某些化学药剂的合成甚至不需要借助溶剂，因此与传统合成方式相比，在微波技术应用中很少产生污染物，由此可见微波技术对持续推进生态绿色理念也有一定意义。

3 微波技术在化学药物有机合成中的反应机理

在化学药剂合成中，微波技术一方面能够起到加热物质的作用，同时通过该技术还能够使得物质的微观机构发生变化，以此提升物质的反应速度，但是微波技术的反应作用较为复杂，其反应机理主要分为以下几个方面。

3.1 加热反应

通过微波技术能够实现化学药剂合成物质的均匀性、高效率加热，且对于强化反应速度也有一定意义。微波技术的加热反应原理比较简单，即通过将电磁能转化为热能实现加热，同时在转化阶段与粒子的运动密切相连。受到电磁场的影响，微观粒子可以分成不同的极化形态，在极化的推动下便能够起到加热目的。微波技术之所以能够通过加热的方式使得药剂合成物质发生化学反应，本质就在于其穿透能力较强，此外由于能够确保受热的均匀性，因此可以降低故障的发生概率。最后，在微波技术应用阶段很多物质反应容器的压力会随之上升，所以在温度提升的同时可以提升反应速度。

3.2 诱导催化反应

在化学药剂合成中，某些有机质在加热时无法直接接收微波，而是在敏化剂的作用下才能够传递微波。选择敏化剂作为载体，能在微波的作用下形成反应，这就是诱导催化反应。与加热反应相比，催化反应则是发挥敏化剂媒介的诱导作用，在实际操作阶段则是将高强度短脉冲微波集聚到敏化剂当中，并以媒介为主导达到诱导催化的目的。

3.3 特殊微波效应

从本质上看，特殊微波效应为微波技术热效应的一种特殊形式，溶剂受到微波照射后很多因素均会对其温度造成影响。在加热阶段，由于被加热的液体内部均带有能量，且由于没有将容器壁加热，所以壁层表面的温度会低于液体温度，在传统药剂合成加热阶段，在温度的影响下催化剂等物质可能会出现分解情况，与传统技术相比较，通过微波技术加热后的物质反应转化率要明显优于传统，且能够有效确保加热均匀性与加热速率。

3.4 非热微波效应

通常情况下微波技术所产生的非热效应均与电场和反应介质存在联系，很多学者认为非热效应是两者相互作用后产生的结果，但是目前针对在电场作用下引发的偶极分子的定效效应等理论学说仍然存在饱受非议的内容，同时在一些极性反应当中也能够发现与之接近的情况，这是由于在极性反应阶段，当基态向过渡态转化过程中极性会显著增强，而极性反应的效果之所以会增强，则是由于反应中的活化能衰退导致。与常规加热方法不同的是，通过微波技术加热还会出现明显的选择变化，同时众多技术人员在通过微波技术辅助中发现，该技术可以显著提升合成工作中的转化效率。

4 微波技术在化学药物合成中效应研究

4.1 微波效应讨论

随着微波技术的不断创新与升级，该技术在化学药剂合成中的重要性逐渐展现，虽然微波技术的能级要低于激光，但是当温度处于同一水平或者温度较低的情况下，药物合成效率能够超过传统方法的数倍甚至数十倍，因此微波技术所表现出的优势要明显优于传统技术。针对微波效应的效率问題，目前该领域内的观点仍然没有达成一致，同时也并不存在一个明确、严谨且具体的成果对微波反应机理展开说明，显然这将会对微波化学的进步造成一定影响。微波对化学药物合成中的反应影响包括致热效应与非致热效应两种，且从理论层面来看，微波除了具备提升反应速度的作用外，在一定程度上还会对反应造成抑制，无论是对于反应的加快还是抑制均是一个非常复杂且烦琐的过程，因此从这一角度来看，在非致热效应的作用下，微波化学将会更具研究内涵。

在现阶段，微波合成可以根据各种操作技术进行，同时也可以选择使用各种微波反应器，初步的研究主要集中于无溶剂反应在敞口容器条件下的情况，但是现阶段在微波技术的辅助下多通过封闭的容器，以及应用有机溶剂的方式完成反应。无溶剂反应过程比较简单，技术人员准备无杂质的反应物进行充分混合，而后通过微波辐射便能够满足反应需求，但是值得注意的是，纯净干燥的固体有机物是不吸收微波的，因此在反应过程中固体有机物几乎不会出现任何热量，为了确保这些物质在微波辐射下能够产热，技术人员需要在化合物中加入一定量极性溶剂。但是由于现阶段无溶剂反应与非均匀加热等问题仍然悬而未决，所以在这种情况下，以溶剂反应替代无溶剂反应便势在必行。通常情况下可以将溶剂反应分为密闭与非密闭之分，且一些物质在反应过程中还需要适当提升或者降低反应压力，此外，在反应过程中若要应用有机溶剂，那么通过非密闭型的反应则存在一定危险。传统有机合成化学当中，技术人员若要转变化学反应的选择性，则需要使得反应的温度、催化剂种类等发生变化，但是在微波技术开始应用到化学领域中后，学者们开始探究微波对反应化学选择性的影响。

微波多用于提升化学药剂合成中有机质的反应速度，且通常情况下能够取得理想的反应效果，但是这种情况也存在例外，即通过传统加热方式能够取得反应效果，但是在微波反应下并没有出现反应效果。当前对于微波技术的前沿研究结论表明，温度与反应选择之间并非相互独立，而是两者存在必然联系，但是通过分析先前的研究结论来看，在对比研究过程中很少有学者会将温度作为影响反应的重要条件，如通常情况下很多加热条件反应是在室内进行的，因此当处于室内时，微波照射阶段的反应温度必定会处于上升趋势，此外，功率之间的差异也会对反应的选择性造成制约，这时由于微波照射阶段所应用的功率不同，该反应的温度可能存在较大的差别，这使得选择性的问题难以从反应的温度中解决。值得注意的是，一些微波辅助的反应是在没有溶剂的环境中进行的，另一些反应的介质包括氧化铝等物质，在这样的环境中，反应的条件发生了改变，所以最后的结果也可能呈现出不一样的选择性。

4.2 微波合成与药物化学的关系

受到化学药剂专利期限的影响，当前一些药品开始面临专利到期的影响，据不完全统计，当前生物靶标的数量已经突破万个，为了拓宽靶点药物的空间，一些化学药剂合成企业开始加大基因组学等方面的投资力度，但是从效果来看，无论是药物化学还是先导化合物优化，其均是制约药物研究阶段所面临的主要制约问题。所以在未来，制药企业需要拿出更多的时间对化学物质的快速合成与筛选展开研究，以此确保能够实现对功能化合物的发掘。除此之外，组合化学等方面的发展水平同样会对药物化学的发展速度造成影响，且已经成为带动化合物库设计与合成等方面的有力途径，最后还会引发对先导化合物的鉴定与优化等领域的影响。

在受控的基础上，微波辅助加热已经成为化学药物合成中必不可少的技术之一，通常情况下借助微波技术能够有效控制药剂合成反应阶段的时间，且缩减的反应时间多为数小时甚至数天，因此在药剂合成阶段，技术人员可以在短时间内连续测定多项反应参数，这将会对优化目标化学反应产生积极意义。此外，通过微波技术还能够拓宽反应途径，并进一步扩大化学药剂合成领域的空间。整体而言，微波技术对化学药剂合成的影响至少表现在先导化合物的形成、发现以及优化三个阶段，但是现阶段药物化学所要解决的主要是基础生物学以及临床问题，在这种情况下，一些制药企业就会在其负责的化学项目中将微波技术作为主流方法，这一方面有助于化合物库的合成，另一方面还能够起到对先导化合物的优化效果。

结语

综上所述，将微波技术应用到化学药物合成工作中，不仅能够提升药物合成质量，同时还能够压缩成本，并使得合成产品在市场中更具有竞争力。无论是在我国还是国际上，对于微波技术已经有很长的研究时间了，同时化学药剂合成又是微波合成领域的重要组成部分，因此为了继续提升合成效率、缩短合成周期，有必要继续对微波技术展开更为深入的研究分析，以此才能够体现出微波技术的应用价值。

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作者简介：吴杨全（1983— ），男，汉族，江苏连云港人，硕士研究生，工程师，研究方向：药学。