微波技術在中藥生產中的應用

微波技術自問世以來,在60年代最早用于軍事及木柴干燥等方面。70年代在醫(yī)學、生物領域的滅菌、診斷、組織固定、免疫化學等方面得到應用。自1970年Harwll實驗室用微波爐成功處理了核廢料以來,微波輻射技術擴展到化學領域。在無機、分析、高分子材料化學等方面得到研究應用:如微波技術進行沸石分子篩與水滑石合成。微波等離子制備金剛石膜、蛋白質水解等形成了新的一門交叉學科——微波化學。

微波技術在有機化學方面的應用更為廣泛,眾所周知,有機化合物有500萬種以上,占現在已知化合物的90%,其應用領域極為廣闊。因此,微波有機反應的研究開展迅速,效果驚人。自1986年Gedye和Giguere等人利用微波輻射有效地加速了有機反應,這種新的有機合成方法引起了有機化學工作者的高度重視。在此舉例說明其效果:

(1) 茉莉醛是人工香料,由苯甲醛和庚醛縮合反應制得。用微波技術,簡化了處理步驟,排除了庚醛縮合和苯甲醛Canizzar副反應,其產率可達82%,而時間可由72h縮短到1min。

(2) 皂化反應:有位阻的酯水解較困難,如:當R為苯環(huán)、R’為Me或ｎ-C18H17時,一般需在85℃反應5h,產率為93%和87%。用微波加熱,則只需2min和4min,產率87%和82%。

又如:河北大學化學系與中國樂凱膠片公司研究所采用干法微波輻射苯偶姻氧化,以空氣為氧化劑,結果產物單一、副反應少、產率很好,避免了舊法用有毒的高價氧化劑,取得了廠校掛鉤科研項目的良好效果。

以上僅舉幾例,說明微波有機反應的良好效果。由于微波有機化學的快速、高產率及反應選擇性高等特點,克服了傳統(tǒng)有機反應的時間長、副反應多、產率低的特點,其研究得到了國外化學界的相當重視,被稱為“21世紀的有機化學”。

目前,在德、英、法、美、日等國微波有機化學的研究進展迅速,我國的一些科研單位和院校也有一定的工作開展。據報道現已在相當多類型的有機反應中進行了研究,酯化、烷基化、Diels-Alder反應、Claisen反應、Ene反應、氧化、重排、縮合、Tipson-Cohen反應、皂化、Knoevenegel反應、Reformafsky反應、醛合成腈、Krapcho反應、成環(huán)反應、碳烯制備、酯交換反應、環(huán)合反應、卟啉合成等方面取得了相當的研究成績。

微波有機反應的機理也在探討之中。微波有機化學反應技術屬于物理催化,通過控制反應條件,可使反應速率提高,避免了化學催化劑的高成本和復雜反應的后處理。微波是1m～1mm之間的超高頻振蕩波,對于有機物碳鏈結構能進行整體的穿透,能量迅速達到反應物的各官能團上。極性分子由于分子內電荷分布不平衡,在微波場中能迅速吸收電磁波能量,通過分子偶極作用,以每秒數十億次的高速旋轉產生熱效應,其加熱是由分子自身運動引起的,因此受熱體系溫度均勻。分子偶極矩越大,則加熱越快,反應加速。由于是“內加熱”, 作為反應主導趨勢的主反應官能團,都能迅速達到活化能量進行反應,降低了副反應進行的程度,產率提高。與傳統(tǒng)的熱傳導和熱對流進行的反應相比,其反應機理和結果是大不相同的。

對于非極性分子,由于其在微波場中不能產生高速運動,反應作用很小甚至無作用,對于極性分子在非極性溶劑中和非極性物在極性介質中,加熱速率則大為降低。目前,對微波反應中的加熱速率,溶劑性質,微波輸出影響,加壓影響,反應物極性對微波能量吸收等問題都在探討和研究中。

微波有機化學的反應裝置在國外也得到相應的研制,如1995年發(fā)表的CSIRO連續(xù)微波反應器(CMR)和CSIRO微波間歇反應器(MBR)。而我國的研究者則大部分使用家用型微波爐和燒杯進行實驗。甚至國外一些院校已經在學生的有機實驗課中開設了微波有機實驗。希望我國廣大的化學工作者,能對微波有機化學的發(fā)展有足夠的認識和注重。