很少化学家想成为发展研究化学家（development chemists）——大多数发展研究化学家都是由化学研究而转向化学发展研究的。例如精细化工工业已经扩散进了农业化工、制药工业、颜料化工、调味料、香料和中间体工业。所有这些领域都有要发展研究的支持。

包括研究和制造之间整个领域的化学的发展研究是联系学术有机化学规律、工业研究和化学工程学的一门新颖的、市场导向的学科。总体上说，发展研究化学家是使化学反应大规模经济应用的专家。

过去，发展研究化学的应用初期主要处于刻度量水平或低于这个水平，而且化学家也只在这个工作基础上训练。随着化学的发展研究变得越来越复杂——较长的合成路线，立体选拜性合成，较严格的专一性一一大量较多的博士已经进入了这个职业，相对于较多的过去的经验研究他们对发展研究的分析调查研究已经使许多规律渗透进了这门学科。

一旦一种对未来实验所需的大量物质（通常是100克 ~ 1000克）有利的话，发展研究化学家常常就卷入了一项工程。发展研究化学家们通过不同的过程（合成路线的发现，最佳化及其扩大）将设计实施于中间工厂制造。发展研究化学家们必须在扩大规模之前就全部了解这个过程以便经常与运往中间工厂联系，除此之外就省事了。一旦这项工程在工厂中进行，他们将会卷入可能被比做探测性工作的即将需要解决和难以解决的一些问题。

合成路线的发现

化学家能够将生产过程应用于工厂之前，他们就必须检验较大范围的合成路线来选择化合物。合成路线的发现是发展研究化学家们通常开始的一步并且是合成化学智能和学术训练被用于全过程的少数规律之一。

研究化学家也许在工程转到发展研究化学之前就制备出了100克的化合物进行评价。那么，为什么发展化学家不是很简单地扩大这条合成路线并且用于生产呢？有这样一些原因：研究化学家们对最终产物感兴趣，小规模如何制造是不重要的；合成路线可能很长（因此很昂贵）；原料和试剂不可能大量使用；合成路线研究时不可能是立体专一的并且所需均异构物最终经常用色谱法分离；反应条件可能包括一些难于在标准工厂工作的过程，如高压和极低的温度；易于处理克剂量的毒性试剂和中间体可能妨碍千克剂量的工作；在实验室能安全处理的放热反应很难在工厂中控制；在实验室容易处理的废液在发展研究过程中是一项非常严峻的问题，重金属试剂、氯化溶剂、毒性中间体等等在废液流体被安全处理之前可能不得不从过程中消除掉、这个问题在欧洲是很敏感的。需要用最便宜的生产方法生产商质量的产品，使费用低下的最好方法之一是用便宜的原料使用一个短的合成路线。

合成路线的发展改进

—旦一个短的合成路线有利且适于扩大，这个过程的每步就必须最佳化。一项重要的考虑是大量的原料是否有利于合理的价格或者他们是否需要合成。尽管研究化学家在实验室的供给条件下得到小量的产品很可能没有问题，但是大量的供给却是很困难的。常常是相当简单的化合物在大剂量的情况下是无利的（可能是由于需求的缺乏）并且可能需要在室内合成，这样对这个过程增加了进一步的步骤，可两者择一的是，它们可能与小型化学公司订下附属契约，或者可能在与一个生产具有相近关系的产物的公司的合同下制得。

改变原料供给的困难之一是杂质可以是不同的。在一个必不可少的原料中全部付给所有杂质的特征峰是一个很好的方法，因为在实际生产过程中它们中的一些必然要在中间体中转化为杂质。然而供给商们却精确地知道原料中含有什么物质并且当咨询的时候也仅仅愿意给出一些细节——可是在产品说明中并不给出这些信息，只是简单地说纯度大于99%，利用供给商们作为化学物质的来源和信息的来源是能够明白的。

至于考虑到危险化学物质，试图在初级步骤中消除潜在的问题而不是在扩大生产中冒主要问题的危险也许是较好的。如果两者择一不能被发现，那么提供给一个工程解决这个问题可能是行得通的，例如设计一个严密的方法和一个可能是发现毒性物质的系统。

发展研究化学家需要发现什么必须改变才能使得扩大生产过程较容易而安全。放热能控制吗？试剂是无与伦比的吗？化学计量应该被更改吗？如果出差错的话，工厂能应付吗？

目的最终要降低产品的成本。成本应该基于这个过程的扩大，然后通过企业开支费用价值考核原材料的价格。每一种原材料的价值可表示为总物质价值的百分率，这可帮助估价进一步的努力应该放在什么地方。在这个步骤中由于实验室过程的淋洗主要的原材料费用常常是溶剂。

进一步要问的问题包括：如果产物和中间体的量没有损失生产率如何提高；原材料和试剂的用量如何减少——如果可能尽量避免大量过量的试剂；这个过程能够在浓溶液中进行以减少溶剂的用量吗（尽管这样增加了可能的放热危害）；能用便宜的试剂或溶剂吗？能设计一个以便能回收溶剂的过程吗（例如避免后处理的水淬）；后处理能够简单化而增加产品的分离或减少产品的损失吗；产品在何时损失且这些损失能够被减少吗，副产物是什么，他们是如何形成的呢？

调查研究

使用调查研究可以使一个过程最佳化，可以产生关于反应机理，副产物、副反应的有价值的信息，并且可导致理解这个过程的工作原理和条件的变化可能有什么影响。统计研究可允许这个最佳化的过程尽快完成，但是对每个反应的更深的理解也许没有达到。

调查研究很大程度上依赖于分析化学，高压液相色谱（IIPLC）应用使得分析化学更加有用。理想地需要最佳化中间体或产物的产率和定量分析化验。重要的副产物和反应中间体应该在这个过程的每个阶段分离且特征化。一旦这个信息得到了，努力和来源必须放在什么地方就较清楚了，例如当反应产率很高，后处理过程中产物损失时，或是溶解或是溶剂化，或是水解或是转化为副产物，功夫应该直接下在后处理上。

如果反应产率在后处理前较低，那么这个反应可能没有进行完全，例如需要较长的反应时间或者由于第二步过程已经消耗了反应物而停止了反应。也可能是过量的试剂使产物转化成了副产物，在这个过程里可以调节化学计量。更经常的是低产率是导致副产物产生的竞争反应的结果。可是，如果知道了副产物的结构，设计一种降低或减少副反应的方法就容易得多了。它可以是一种简单的溶剂改变，温度的较好控制或者偶然反应试制加入顺序的改变的问题。

当然，后处理前得到一种溶液产率常常也是可能的，此时涉及到了高效反应系列——得到数据常常仅仅的方法是取一个代表性的样品（如果反应混合物是不同种类的就比较困难了）做一个“微控淬炼”和分离。

调查研究的价值是它建立起了一个也许随后对化学家和化学工程师在进一步扩大和过程控制中有用的信息数据基础。初级动力学数据利用高压液相色谱得到然后用于计算最佳化反应条件。副反应和副产物的知识对产品化学家也是极其重要的——这些副产物当偶然从产物分离出来时将有用于未来。

如果①进行最佳化有个好的理由②最佳化改变的影响能被分析探测，那么最佳化改变应该进行，同一时间不改变更多的参数是极其重要的。至少，最佳化研究应该注重于原材料、试剂或适当量的中间体，评价原材料质量的分析方法应该是严格的。一批批原材料质量的不同是一个持久的问题。

统计研究

多年来，利用统计研究已经使得许多工业过程最佳化，可是成功的秘诀仍然是一致的——选择异样实验。统计研究允许同时改变大量的异样而不允许独立改变每个参数的耗时研究，这样在小数量的实验里得到了最佳化。因为许多参数互相依赖，所以统计方法像单纯型设计和因子设计常常给出一些传统方法所不能给出的结果。

这些方法已被利用的例子之一是芳酮转化为芳基乙酸的Willgerodt反应的条件最佳化。这个反应以变化无常而著名，敏感于起始酮的结构，溶剂、温度和两种反应物的化学计量并且会引起许多副反应。这个反应经常产生无所不至的黑色焦油！由于没有完全了解反应机理，所以统计研究很可能优于调查研究。最佳化条件导致了每种溶剂中好的产率，可是化学计量、反应温度和时间细有相当的变化且常常是非难的。既然试剂的价格、溶剂、工厂占据时间和工业废水的价格对每一种溶剂来说是不同的，那么决定扩大规模条件时就会有重要的后果。可是掌握的这个详细的信息却保证了考虑好的决定能够实施并且能精确地预测结果，最近的研究进展允许溶剂的预测依赖于反应并且这样也会允许一种溶剂的优化条件的预测。这很可能就是对未来非常感兴趣的领域。

[Chemistry in Britain，1989年12月]