微波化学

微波化学正迅速变成了实验室多肽合成领域最有价值的方法。微波技术所带来的便利远比加热外卖要大得多。在化学领域，研究者们正在应用微波的独特功能做药物初期的研发，尤其是在多肽合成领域。比较有代表性的，研究者使用微波仪器在实验室里进行少量化合物的合成，例如一项多肽研究，旨在生成一种更加有机的治疗癌症或其他疾病的新药。剑桥生物药剂研究（CRB）的运营经理劳伦.卡朗说，“相比于传统的方法，它使你的研究速度大大提高。”剑桥生物药剂研究（CRB）是一家服务于药物初期研发，制造研究级别原料的多肽和抗体制造商。卡朗说，“研究已经有了进展，已经有了生产更复杂更精细的多肽的试剂。”他补充道，“微波很适合这类研发，因为它能加速更复杂多肽合成。这意味着一夜间可以合成中等长度的多肽。”尽管它的优势很明显，一些实验室会由于不了解这项科学或者担心一些合成过程中加热一些多肽而发生的无用反应，如外消旋作用，而没选择微波化学。 “这个过程会将一些自然氨基酸转换成他们的对映异构体”，卡朗说，“这会形成一些相当多的杂质，其中可能有或多或少的生物活性。”但是，可以通过降低温度、在关键阶段减小微波功率，简单地克服了这个问题。他说，“当引入一些氨基酸时，供应商已经在他们机器上预设了一些周期或程序来降低温度。”一位微波合成和药物化学的专家——CEM公司生命科学部门的产品经理迈克尔.卡尔尼，说：“总的来说，采用微波化学的最大障碍是文化。”他说：“这是由对多肽合成和高温反应根深蒂固的观念所引起的。” “多肽化学家非常精通常温化学，目前这已经是经过多年验证的标准了。”但是他争论道与其掌握新技术，化学家只需要整合一下身边简单的工作就可以阻止那些无用反应，他们会意识到微波化学对效率极大的提升。卡尼尔说：“在实验室，一个化学博士在体力工作上花费数个小时不算什么，所以这项技术可以真正提高实验室的整体效率。”微波化学将使他们快速制造出长肽或结构多样的肽，微波化学也可以应用到模拟肽上。模拟肽的结构和多肽相似，但实际上并不是由氨基酸合成的。据卡尼尔说，多肽药物上涨的商业利益是微波多肽合成市场最大的驱动力。他说：“目前多肽药物的有效监管和市场成功，有助于引导制药焦点从小分子药物转移到生物制剂上。”卡尼尔说，“微波化学面临最大的挑战和机遇是能否将它扩大到复杂肽的中间体研究或者前期生产。”他说：“对于多肽合成来说，当你开始扩大生产，微波并不是最好的解决方法。第一代仪器不能满足普通工业应用所需要的生产能力。但我们现在马上就可以完成临床前期所需多肽量的合成。”为了实现这一目标，CEM公司于18个月之前发布了LibertyBlue自动微波多肽合成仪。卡尼尔说：“我们开发了这款产品，今年早些时候我们还在同行期刊上发布了高效固相多肽合成方法。”他补充道：“这颠覆了传统的微波技术，使用新方法极大地提高了原本就相当有效的微波方法的效率。”今年早些时候CRB使用LibertyBlue做实验，卡尼尔说：“它可以将以前需要一整晚上的程序缩短到几个小时内完成。”卡尼尔说：“CEM下一步要将它的经验应用到多肽前期生产中，采用一个半自动微波多肽合成仪，不仅能够快速完成周期，化学合成量高达400mmol，并且获得与Liberty Blue合成纯度的一样高的多肽。”这款产品Liberty XL 将会在2015年晚些时候发布。他说：“我们认为这将彻底改变多肽合成的生产规模，正如Liberty Blue彻底改变了多肽合成的研究规模一样。”更多详情请联系培安公司：北京：010-65528800 上海：021-51086600 成都：028-85127107 广州：020-89609288 Email: sales@pynnco.com 网站：www.pynnco.com

11月9日至11日，由中国电子学会微波分会和中国仪器仪表学会分析仪器分会联合主办的第九届全国微波化学暨第四届样品制备学术会议在昆明理工大学召开。中国电子学会微波分会微波化学专业委员会主任委员金钦汉教授等专家出席会议。 本次会议以 &ldquo 绿色制备与创新技术应用&rdquo 为主题，旨在相互交流微波化学研究学术心得与成果，积极推广高效、节能、环保的微波应用技术，为促进我国微波化学、样品制备的发展贡献力量。有来自国际、国内的相关领域专家，军工研究机构和20多家著名企业相关负责人共计200余名代表参加了本次会议。作为全国微波化学专业委员会和样品制备专业委员会委员单位--上海新仪微波化学科技有限公司以优良的产品性能，前瞻性的设计及应用被多位专家在报告中推荐。在会议期间新仪公司向与会专家阐述了新仪微波样品前处理解决方案的成功案例，同时介绍了新仪产品的特点及前沿创新。 会议同时通过了产学研相结合的学会发展方针，新仪将继续结合微波化学的发展方向及前沿性应用，开发出更丰富及优质的产品线。

最早在20世纪40年代微波就已经用于加热食品，从50年代开始微波在化学和相关工业领域已经有了多种多样的技术应用，尤其是食品处理、微波干燥、高分子工业、分析化学、生物化学、医学治疗等领域。但直到20世纪80年代中期微波才被用于有机合成。 和所有学科一样，化学包含了无止境的反复假设和实验。合成反应的特点是多样性的应用和要求精确控制反应条件，因此你等待反应完成所花的时间越少，用于思考和创造的时间就越多。微波合成法缩短了反应时间，方便了快速跟踪和优化反应，加快了“假设-实验-结果”这一过程，从而加快了研发过程的效率和能力。研究人员使用微波技术时失败可能消耗了几分钟，而一旦成功则赢得很多时间。一、第一代微波化学技术 在20世纪80年代中期，微波有机合成只能在传统的多模家用微波炉中进行。这些家用电器的主要缺点是缺少控制系统，不可能以精确的方式控制反应温度，并缺少压力控制和缺少对反应体系的搅拌系统。此外家用微波炉的多模微波场均一性差可能会使重复性出现问题。这些仪器经过改进后仍然存在一些安全隐患，例如没有防爆装置、看不见的微波泄漏。 多模微波等同于家用微波炉技术，优点是微波功率大，腔体大50-60L，缺点是控制精度低±15-25W，能量分布模式不确定性，因能量密度不均匀25-900W/L，需要不停的转动。造成多模反应边界条件，一致性和重复性较差，因此大功率多模微波普遍只用于消解反应。 为何多模微波不用于小样品药物合成？在多模微波系统中进行小样品量有机合成的结果通常是微波功率密度低、重复性差，经常可以看到的现象是一些反应器内没有发生反应，一些反应器内因为微波场不均匀而出现烧焦的现象。因此多模反应文献其科学性常受到学术质疑，也影响了学术界对微波化学的认识。 早期的微波有机合成是在家用微波炉中进行的，而当今的潮流毫无疑问是用专用的仪器进行化学合成，尤其是进行小样量药物筛选合成，目前普遍使用单模微波平台。 目前市场上，有多模仪器冒充单模的现象，有宣称同一台仪器同时实现多模和单模两种模式（实际不可能），请注意辨别。 二、第二代微波化学技术 在20世纪90年代中期，对于微波辅助有机合成的需求日益增长，刺激了对更加复杂的微波仪器的要求。因此具有驻波单模技术的单模微波仪器应运而生。单模仪器产生单一的、高均匀性高功率密度的驻波能量场，使这些体系与小样品量能够有效耦合，通常将最大输出功率限制在300W。驻波单模技术特点是单通道单向高密度耦合(图二，驻波标准波模)。驻波单模为单向发射，受制于微波的波长和反射角限制，其谐振腔硬件体积只能做成30mL，不可改变和扩展。单模能量截面直径为2.5cm，腔体积30mL只能放入10-15mL容器，大于20mL易失去微波场平衡导致耦合位置排斥，影响单模耦合的一致性。另外，单模精度±3－9W，控制精度随功率提高迅速降低，因高密度小体积会产生瞬间过强量热耦合，易损坏反应物造成研究失败。总之，单模小腔体限制反应扩大、加气反应、机械搅拌、循环回流、连续流动和低温反应能力。 图二 驻波单模仪器示意图 三、第三代微波化学技术 2003年美国CEM公司(www.pynnco.com)推出Auto-Tuning 大型环形聚焦单模微波合成系统―Discover，使单模谐振腔体积从30mL扩展到300mL，Auto-Tuning自动调节11通道耦合的专利技术，环向进行聚焦辐射，形成能势阱效应，使能量耦合均匀性，不受反应物体积尺寸和极性变化的影响。Discover实现了单模技术平台量和质的飞跃，不仅实现了合成反应边界条件的定量性和重复性，确保了反应条件和结果的重复性和再现性不受体积变化，使其突破并扩展到更多样性的合成化学的要求。Discover实现了从低温到高温，从小样品到大样品，全系列各种功能的自由扩展，实现从小分子合成直至中药萃取的各种应用，帮助化学家们进行前沿性R&D研究。这是世界上其他同类单模微波合成产品都无法比拟的。 Discover的多通道能量耦合使控制精度提高10-40倍，自动调控密度0-900W/L。实现了单模技术量和质的突破，使CEM单模的平台扩展到更适合多样性的合成化学，远胜于驻波形单通道单模微波。2003年7月经ACS推荐，荣获美国R&D100技术创新大奖。 Discover的环形聚焦单模微波反应系统，符合合成化学多样化要求和精确性要求的微波辅助有机合成技术，通过实验证明其能增加产率和缩短反应时间。 灵活多样化容器： 同时支持高压密闭10mL,35mL,80mL(500psi,35bar)和循环回流125mL反应。高精度可调微波： 300-600W可选，Auto-Tuning环形定量单模耦合精度±0.27W。 300mL大单模腔体： 可直接放置各种0.1mL-125mL的自动耦合反应容器，电磁和机械搅拌。 光纤和红外两种测温方式。 PowerMax和Coolmate技术： 低温下高微波能量功能，－80℃~300℃提高产出率10-100%，稳定目标反应物。 自由扩展平台： 自动进样系统，气体辅助反应系统，放大反应规模系统，连续流动可升级kg级合成系统。 在世界著名的大学、研究机构如哈佛大学、MIT和医药公司中，包括:Pfizer,GlaxoSmithKline,Merck&Co,Bristol-Myers,Squibb,AstraZeneca,J&J,Pharmacia,Lilly,AHP,Plough等已得到广泛的应用，多样化平台，节约时间，增进产出，降低成本，带给市场安全有效的合成技术。 图三 DISCOVER系列产品 四、几种微波技术的对比 几种微波技术的对比 微波类型 微波功率 体积 波导通道 调节精度 调节率％ 多模 1500-2500W 50-60L 单腔 ±15-25W ±1％ 驻波单模 300-900W 30mL 单通道 ±3-9W ±1％ 环形单模 300-600W 300mL 11通道 ±0.3-0.6W ±1％ 五、CEM公司简介 美国CEM公司成立于1971年，是全球最大的和历史最久的微波化学仪器制造商，C E M在北卡建有全球最大的微波化学研发中心，已获得11次国际R & D100应用科学大奖，成果显赫，被称为微波技术创始者和领导者。 世界上最高端的微波技术，如多模连续微波、可变通道单模微波和目前最新的聚焦单模微波，均由C E M首创，市场上其他大多是模仿或使用CEM淘汰的技术。CEM技术领先同行20年，领导主流微波化学技术而代表市场发展方向。 CEM拥有世界微波化学研发领域90%的专利技术（300余项）,在同类产品中技术含量最高，是其他竞争对手难以超越的目标，C E M市场占有率远远高于其他产品,目前在全球已拥有近六万家用户，销售总额约占世界同类市场8 0%（A IReport）。 CEM一直提高和制定微波化学的应用标准，以及仪器电磁和高压安全标准，最先开发了几乎所有微波化学新应用如：微波消解、微波萃取、微波合成、微波多肽合成、超低温化学、微波灰化、微波水分/脂肪/蛋白质快速测试等技术，并最先推荐给全球的化学家们使用。 更多大型环形聚焦单模微波合成系统―Discover详情，请联系培安公司： 电话：北京：010-65528800 上海：021-51086600 成都：028-85127107 广州：020-89609288 Email: sales@pynnco.com 网站：www.pynnco.com