微波诱发有机反应

微波诱发有机反应

不知你对微波炉加热食品的原理是否熟悉，这件家庭生活中常见的家用电器包含着非常有趣的科学原理：当分子（主要是极性分子）接受了微波辐射的能量后，会在极短的时间内从相对静态突然转化为动态，通过分子偶极高速旋转，速度高达每秒数十亿次！这会产生很强的热效应。这种加热方式被称为“内加热”，与传统的加热方式，即所谓的“外加热”相区别。

与传统的“外加热”相比，“内加热”的优点十分明显：它加热速率快，体系受热均匀。“内加热”的这些优点对于有机化学反应来说都是非常有利的，于是化学家们设想，能否利用微波辐射来诱发有机化学反应。化学家们对此产生浓厚的兴趣是很自然的，因为加速化学反应，提高产率始终是化学研究的重点之一。

其实，对微波技术感兴趣的不仅是有机化学家，微波技术的应用范围早已扩展到科学的各个领域，许多学科都已把微波技术作为一种有力的实验手段。一些比较著名的例子是：在物理学领域，哈威实验室1970年曾成功地利用微波技术处理了核废料；在生物学领域，微波技术已广泛应用于组织固定，电镜制样技术和免疫细胞化学；在无机化学和材料科学领域，微波技术为新功能材料的合成提供了快速方便的途径。那么，微波技术在有机化学领域的应用情况又如何呢？

1986年，化学家基都埃和基古埃尔率先报道了微波辐射对许多有机化学反应有明显的加速效应，显示了将微波技术应用于有机合成具有广阔的前景。在此之后的短短四五年内，微波辐射有机合成技术取得了飞速的发展，现在已经成为有机化学领域中一门新颖迷人的全新分支——微波引发有机反应促进化学。

化学家们首先研究的是微波辐射对于经典的液相反应的加速效应。由于微波加热的速率相当快，溶剂往往来不及通过热对流将过热的液体传到液体表面，并通过蒸发带走多余的热量，因此溶剂的实际温度常常超过该溶剂的沸点。这种“过热效应”使很多有机反应的速率明显加快。如果采用封闭的反应体系，溶剂在高温下汽化，使体系出现高压，会导致更加有趣的现象。某些经典方法72小时才能完成的反应，采用微波辐射15分钟就可以反应完毕。

然而这种封闭体系内的液相反应也有明显的不足之处，高温、高压的反应条件存在着不安全的因素，在某些极端情况下甚至有爆炸的危险。有机化学家们采取的对策是：有机干反应。这种方法的精髓是将反应物吸附在多孔性的无机固体材料表面，然后进行微波辐射，完全不使用任何溶剂。由于无机固体材料不吸收微波，因此不会成为传导微波能量的障碍，而在这些充机固体材料表面的有机分子却强烈地吸收微波，从而被“激活”，进而参加各种反应。这种形式的反应速率快、产率高、安全可靠、无污染，后处理也十分方便。这些优点使得微波诱发的有机干反应迅速成为现代有机化学的热点之一，化学家们在这个领域内已经取得了优异的成果。例如，法国化学家韦来芒把芳香醛吸附于无机载体上，然后与各类含活泼亚甲基的化合物进行反应，只需要几分钟就可以得到很高的产率，而采用经典方法产率往往只有3%～20%。有人对此的评价是“惊人的奇迹”！

微波诱发的有机反应的另一主要应用是放射性药物的合成。放射性药物在医学上无论在诊断还是在治疗方面都非常有用。由于放射性药物很容易快速衰变，因此反应时间在这类药物的合成中非常关键。在这种情况下，如果采用微波辐射来诱发相应的化学反应，则可以使化学反应的速率大大加快，从而使最终产物的得率极大地提高。事实上，微波诱发化学反应的好处不仅限于此，它还能够有效地减少副产物的生成，从而降低分离副产物的困难。这是何等诱人的前景！在这方面的研究现在也已取得了很大的进展，其中比较著名的例子是：几位美国化学家利用微波辐射，大大加速了131I－碘化物与活性及非活性卤代芳烃的同位素置换反应。

有人将微波辐射称为有机合成中的“高能技术”，在有机化学内开辟了一块崭新的领域。作为有机化学的一个全新的分支，它的发展空间无疑是十分广阔的，其发展前景不可限量。