對微波合成的認識——微波輔助的有機合成（MAOS） 歷史簡介

合成化學現在已經很少使用明火了，但是直到1855年，Robert Bunsen 發明了煤氣本生燈，才使這種明火熱源的能量可以集中作用于反應容器。后來本生燈被恒溫槽、油浴或者電熱板等加熱化學反應的方法所取代。在過去的幾年里，通過微波能量來加熱和驅動化學反應（微波合成）已成為科學界越來越流行的主題。

    在20世紀40年代，微波能量zui早由Percy Spencer 用來加熱食品，從50年代開始，微波在化學及相關工業領域已經有了多種多樣的技術應用，尤其在食品處理、干燥和高分子工業上。其他的應用范圍則從分析化學（微波消化，灰化和提?。┑缴锘瘜W（蛋白水解，殺菌）、病理學（組織處理，組織固定）和醫學治療 （透熱療法）都有。有些奇怪的是，直到20世紀80年代中期，微波加熱法才被用于有機合成。利用微波加熱來加速有機化學轉化（MAOS）的*報道發表于1986年，由Richard Gedye的研究組（如下圖）和Raymond.J.Giguere/George Majetich完成。在早期階段，此類實驗的典型操作是采用封閉的聚四氟乙烯或玻璃容器，在家用微波爐中加熱，也沒有任何溫度或壓力測量裝置。這種密閉的反應條件無法控制有機溶劑迅速受熱升溫，從而經常引起激烈的爆炸。到了20世紀90年代，一些研究組開始進行無溶劑微波化學實驗研究（所謂干介質反應），這就消除了發生爆炸的危險。在這種方法中，試劑被預吸附在微波透過的（如二氧化硅，氧化鋁或黏土）或是強吸收的（如石墨）無機載體上，載體可能已經另外摻入了催化劑或試劑。尤其在早期的MAOS中，無溶劑法非常流行，因為這一方法保證了家用微波爐和開放容器技術的安全使用。盡管已經發表了大量利用這種“干介質”反應進行的有趣轉化的文獻，但微波合成這一方法仍然存在未解決的技術難點，如加熱不均勻，混合不均勻和反應溫度難以測定，尤其是當反應規模擴大成為需要解決的要點時。

 
苯甲酰胺的水解
*發表的微波輔助有機合成的實例（1986）
注：MW指微波
    
   

    微波輔助合成（微波合成）也可以使用常規的有機溶劑在開放容器中進行。開放容器中，在大氣壓下，如果溶劑因微波照射而受熱，則該溶劑的沸點通常會限制反應所能達到的溫度。因而，為了獲得高反應速率，開放容器的微波合成經常采用高沸點的微波吸收溶劑。但是，這些溶劑的應用也帶來了嚴重的不便:如產物的分離和溶劑的循環利用。隨著近來可在線監視溫度和壓力的現代微波反應器的出現，密閉容器中利用常規溶劑的MAOS又重新受到關注，Christopher R.Strauss在20世紀90年代中期研究了這一技術。調查受控微波輔助合成（MAOS）領域自2001年起發表的文獻顯示，這一趨勢是很明顯的。在將來，密閉容器〔高壓釜）和微波快速加熱相結合的技術很有可能成為進行實臉室規模MAOS一個可行的選擇。重要的是，隨著微波反應器的生產技術的不斷創新，已經能夠在密閉容器中進行受控的平行和自動連續反應，并且為了擴大規模而使用連續流或停流反應器。

    從微波合成的早期開始，人們就在微波反應中觀測到反應速率的提高，并且有時微波反應得到的產物組成與油浴實驗條件下所得的產物組成不同。研究人員開始考慮是否存在所謂“特殊的”或“非熱的”微波效應。過去當在相同表觀溫度下，在微波條件下進行的合成反應（微波合成）所得結果不同于傳統加熱條件下的結果時，就宣稱存在著“微波效應”。細讀現今的文獻，大部分科學家贊同下述觀點：在大多數情況下，觀測到的反應速率提高的原因純粹是一種熱力學/動力學效應，例如，在微波場內照射極性底物時可以迅速達到很高反應溫度的結果，盡管很明顯也需要考慮由*的微波介電加熱機理所引起的效應（“特殊微波效應”）。雖然對于工業界的藥物化學家來說，這種爭論看起來可能無關緊要，但在學術界，關于“微波效應”的爭論無疑將會持續很多年。不管觀測到的反應速率提高的本質是什么（關于微波效應的更多細節，見下表），現在微波合成的確已經成熟了，并且已經從20世紀80年代末的實驗室興趣發展為有機合成中的一項確定技術，在學術界和工業界得到了廣泛應用。

    微波合成這項技術在20世紀80年代末和90年代期間之所以發展緩慢，是因為微波合成缺乏可控性和重現性，同時人們對微波絕緣加熱的基礎普遍缺乏了解。主要的限制在于以下危險因索：①微波場內易燃的有機溶劑;②缺少能夠控制溫度和壓力的微波反應器?，F在重要的儀器創新發明已經實現了對微波反應時間、溫度和壓力的精細調控，為重現性操作步驟的發展、擴大規模、實驗室之間和科學家之間的傳播鋪平了道路。今天，微波化學和在它之前的庫存龐大的那些合成方法一樣可靠。因此，自2001年起，與MAOS相關的文獻數量出現急劇增長（如下圖），從這個勢頭來看，我們可以設想幾年后，大多數化學家都可能利用微波能量來加熱實驗室規模的化學反應。不僅是因為直接微波加熱可以顯著地縮短反應時間，而且也因為能夠減少副反應、提高產率、改善反應的重現性。所以，許多學術界和工業界的研究組己經采用MAOS作為快速優化反應條件的一項技術，用于新化學實體的合成，或是探索和發現新的化學反應性。

 
    微波輔助有機合成（微波合成）出版物情況（1986~2004年）
“灰色“代表了發表在7種合成有機化學雜志上的與MAOS有關的文章數。
“黑色“代表在適當過程控制的反應器中進行的MAOS實驗報道發表的文章數（2001~2004年）

美國 CEM 環形聚焦單模微波合成系統