微波技术在中药生产中的应用

微波技术自问世以来,在60年代最早用于军事及木柴干燥等方面。70年代在医学、生物领域的灭菌、诊断、组织固定、免疫化学等方面得到应用。自1970年Harwll实验室用微波炉成功处理了核废料以来,微波辐射技术扩展到化学领域。在无机、分析、高分子材料化学等方面得到研究应用:如微波技术进行沸石分子筛与水滑石合成。微波等离子制备金刚石膜、蛋白质水解等形成了新的一门交叉学科——微波化学。

    微波技术在有机化学方面的应用更为广泛,众所周知,有机化合物有500万种以上,占现在已知化合物的90%,其应用领域极为广阔。因此,微波有机反应的研究开展迅速,效果惊人。自1986年Gedye和Giguere等人利用微波辐射有效地加速了有机反应,这种新的有机合成方法引起了有机化学工作者的高度重视。在此举例说明其效果:

 (1)    茉莉醛是人工香料,由苯甲醛和庚醛缩合反应制得。用微波技术,简化了处理步骤,排除了庚醛缩合和苯甲醛Canizzar副反应,其产率可达82%,而时间可由72h缩短到1min。

 (2)    皂化反应:有位阻的酯水解较困难,如:当R为苯环、R’为Me或ｎ-C18H17时,一般需在85℃反应5h,产率为93%和87%。用微波加热,则只需2min和4min,产率87%和82%。

又如:河北大学化学系与中国乐凯胶片公司研究所采用干法微波辐射苯偶姻氧化,以空气为氧化剂,结果产物单一、副反应少、产率很好,避免了旧法用有毒的高价氧化剂,取得了厂校挂钩科研项目的良好效果。

以上仅举几例,说明微波有机反应的良好效果。由于微波有机化学的快速、高产率及反应选择性高等特点,克服了传统有机反应的时间长、副反应多、产率低的特点,其研究得到了国外化学界的相当重视,被称为“21世纪的有机化学”。

目前,在德、英、法、美、日等国微波有机化学的研究进展迅速,我国的一些科研单位和院校也有一定的工作开展。据报道现已在相当多类型的有机反应中进行了研究,酯化、烷基化、Diels-Alder反应、Claisen反应、Ene反应、氧化、重排、缩合、Tipson-Cohen反应、皂化、Knoevenegel反应、Reformafsky反应、醛合成腈、Krapcho反应、成环反应、碳烯制备、酯交换反应、环合反应、卟啉合成等方面取得了相当的研究成绩。

微波有机反应的机理也在探讨之中。微波有机化学反应技术属于物理催化,通过控制反应条件,可使反应速率提高,避免了化学催化剂的高成本和复杂反应的后处理。微波是1m～1mm之间的超高频振荡波,对于有机物碳链结构能进行整体的穿透,能量迅速达到反应物的各官能团上。极性分子由于分子内电荷分布不平衡,在微波场中能迅速吸收电磁波能量,通过分子偶极作用,以每秒数十亿次的高速旋转产生热效应,其加热是由分子自身运动引起的,因此受热体系温度均匀。分子偶极矩越大,则加热越快,反应加速。由于是“内加热&rdquo, 作为反应主导趋势的主反应官能团,都能迅速达到活化能量进行反应,降低了副反应进行的程度,产率提高。与传统的热传导和热对流进行的反应相比,其反应机理和结果是大不相同的。

对于非极性分子,由于其在微波场中不能产生高速运动,反应作用很小甚至无作用,对于极性分子在非极性溶剂中和非极性物在极性介质中,加热速率则大为降低。目前,对微波反应中的加热速率,溶剂性质,微波输出影响,加压影响,反应物极性对微波能量吸收等问题都在探讨和研究中。

微波有机化学的反应装置在国外也得到相应的研制,如1995年发表的CSIRO连续微波反应器(CMR)和CSIRO微波间歇反应器(MBR)。而我国的研究者则大部分使用家用型微波炉和烧杯进行实验。甚至国外一些院校已经在学生的有机实验课中开设了微波有机实验。希望我国广大的化学工作者,能对微波有机化学的发展有足够的认识和注重。