主题：【资料】－微波有机合成反应的新进展

2. 1 　微波密闭合成反应
    1986 年 Gedye等人首次将微波引入有机合成方面的研究采用的就是密闭合成技术，即将反应物放入密封的反应器中进行微波反应的一种合成技术。因为密闭体系在反应瞬间即可获得高温、高压，易使反应器变形或发生爆裂，于是化学家们不断地对反应装置进行改进。 1991 年 Mingos等人设计了可以调节反应釜内压力的密封罐式反应器；1992 年Raner等人成功地运用计算机技术实现了对微波反应温度的监测；1995 年 Raner等人发明了密闭体系下的微波间歇反应器，该装置有微波功率的无极调控，负载匹配设计达到最大的热效率，可直接测量反应温度和压力，反应器容量可达 200 mL，并且样品在加热期间可方便地加入和取出。 由于密闭技术的高温、高压等特点，使有些有机合成不能用微波进行，这样就导致了微波常压合成技术的产生。

2. 2 　微波常压合成反应
    1991 年 Bose等首先对微波常压技术进行了尝试，他们成功地在微波炉内用锥形瓶进行了阿斯匹林中间产物的合成。 因为是敞开的反应体系，反应物和溶剂易挥发到微波炉体内，一碰着火星就会着火甚至爆炸。 为使微波常压有机合成反应在安全可靠的条件下进行，Mingos等人在家用微波炉壁上打孔，使反应用烧瓶与冷凝器相接，在微波快速加热时，溶液能在这种装置中安全回流。 1992 年刘福安等人对微波炉进行了改造，使反应装置与一般有机合成反应装置更接近、更有实用性。与密闭技术相比，常压技术所用的装置简单、方便、安全，适用于大多数微波有机合成反应。

2. 3 　微波连续合成反应技术
    随着微波有机合成技术的不断改进，一种新的设想逐步形成。 如果能控制反应液体的流量及流速，连续不断的通过炉体进行反应，这样效率将会得到很大提高，并可用于工业生产中。 早在 1990 年台湾大学 Chen等人就开展了微波连续合成技术的研究；1994 年 Cablenski等人研制出了一套新的微波连续技术的反应装置，该系统的总体积约为 50 mL，盘管长约 3 m，加工速率约 1 L/ h，停留时间为 1～2min(流速约为 15 mL/ min) 能在 200 ℃和 1400 kPa 时满意地运转。作为一种连续技术，特别适用于加工一定量的原料及用于优化反应，并有利于组合化学的进一步应用，但它不利于固体和高粘度液体的应用。

3 　微波在有机合成中的应用
    在微波辐射作用(Microwave irradiation， MWI)下的有机反应速率比传统的加热方法快数倍甚至上千倍，且具有操作简单、收率高、后处理简单等特点，因此微波在有机合成中得到广泛应用并迅速发展。

3。 1 　微波湿法反应
    微波有机湿法反应就是在有溶剂存在下进行的微波反应。湿法反应中选择合适的溶剂作为反应介质是反应成功与否的关键因素之一，所选用的有机溶剂的沸点应比反应温度高 20～30 ℃，目的是在反应达到所需的温度条件时，溶剂不会因温度过高而挥发。DMF、甲酰胺、低碳醇类、水等都是常用的溶剂，有的反应物本身就是一种良好的溶剂。

3. 1. 1 　重排反应
Claisen 重排反应是重要的周环反应之一，微波辐射可以有效地促进这类反应的发生。 Srikrishna 与Nagaraju 研究发现，环已烷基烯醇在敞开的容器中，经微波辐射 10 min 可得收率为 87 %的产物。 而在常规条件下，在密闭的试管内反应 48 h 才能得到与之相近的产物。

2-甲氧苯基烯丙基醚在 N2甲基甲酰胺中，经微波辐射 1。5 min 即可得收率为 87 %的重排产物，而在通常条件下加热(265 ℃)反应45 min，只生成产率为 71 %的重排产物。

3. 1.2 　Diels2Alder 反应
    Diels-Alder 反应是一种 4 n + 2 的环加成反应，经微波辐射反应时间显著缩短且产率有所提高。 例如，蒽与反丁烯二酸酯在微波辐射下，10 min (325～361 ℃) 能得到产率为 87 %的环加成产物。 而在传统的热分解条件下 4 h (138 ℃) 只能得到 67 %的产率。

  Stambouli 等研究发现，含杂原子 Diels2Alder 反应亦可在微波辐射下顺利进行。例如，在密闭反应器中，2-甲基-1，3-茂二烯与二甲氧基乙醛在苯中，经微波加热5 min，产率高达82 %。而在常规条件下，同样的反应条件，几乎不发生反应。

3. 1. 3 　成环反应
    Bogdal 利用微波技术使邻羟基苯甲醛衍生物与羧酸酯的缩合环化得以迅速进行。例如，邻羟基苯甲醛与乙酰乙酸乙酯经微波辐射 1 min，即可得到收率为 94 %的苯并吡喃衍生物。

  微波技术使 Paal-knorr 环化顺利进行，2，5-己二酮与苯胺在微波辐射下反应 1 min 即能得到收率为90 %的产物。 而常规条件至少 12 h 才能达到相似产率(Eq.6) 。

3.1.4 　取代反应
    利用微波技术可使在三氯化铝催化下，苯和四氯化锗的 Fridel2Grafts 反应时间由常规回流 24 h 缩短为 2 h，产率由 20 %提高到 25 %(Eq.7) 。

对甲基酚与氯甲基磺酸钠在碱性条件下经微波辐射 40 s，即可得到 95 %的产率。 传统的合成方法是在 200～220 ℃反应 4 h，仅收得 77 %的产率。

具有强效杀菌作用的头孢菌素类抗生素，一般在相应的有机溶媒中反应几个小时，只能得到 58 %～73 %的产率。 而改用微波辐射，在氨水中只需反应6～8 min，就可收得超过 80 %的产率，既缩短时间提高了产率，又解决了环境污染问题。

3.1.5 　催化氢化反应
      Gordon 等在苯甲醛催化氢化生成苯甲醇的过程中，应用微波技术，仅用7min就完成了传统回流方法需要3 h 的反应 (Eq。 10) 。 而 Bose 及合作者对β-内酰胺在 Pd/ C 或 Raney 镍催化下的氢化取代反应中使用微波技术，使反应快速完成，且产率在80 %～90 %之间(Eq. 11) 。

3.1. 6 　加成反应
      在微波辐射下苯乙烯与 CXCl3 均相催化加成，反应速率比普通加成法快 3～21 倍。

  Bhat 及其合作者研究报道，在微波辐射下于密闭体系中，苯甲醛与巴豆酸甲酯迅速发生 Baylis-Hilman 反应，10 min 产率达 34 %，而常规条件下，2天产率仅为 25 %。

3.1.7 　糖类化合物的某些反应
    微波对糖类化合物合成的研究近年来发展也较迅速。如三乙酰基葡萄糖同硝基酚在微波照射下，仅需 1 min 即可得到产率为 72 %的 2，3-位不饱和糖苷的产物，而传统的方法要达此产率需 7 h，微波催化使其速度提高了几百倍。 Straathof 等人引用微波技术由淀粉制备了 1，6-脱水葡萄糖，具有实用价值。Nakanish 等用微波催化对低聚糖进行了甲醇解，发现适当的保护可以导致产物的异构变换(Eq.14)。

3.1.8 　其它反应
    常规合成β2萘乙醚是用β2萘酚与无水乙醇回流，用 FeCl3•H2O 作催化剂，反应时间长达十几个小时，而用微波辐射 10 min 即得产率 75。 6 % ( Eq.15)。

Jones 和 Chapman 发现了一种使含α-羧基的吲哚进行脱羧反应的新方法，反应几乎是定量完成。

Bose 同合作者研究发现，利用微波技术可以很容易地将 6，6-二溴青霉烷酸转化为主产物 cis-6-溴青霉烷酸。

3. 2 　微波干法反应
    微波干法有机反应是将反应物浸渍在氧化铝、硅胶、粘土、硅藻土或高岭石等多孔无机载体上进行的微波反应。这些无机固体载体与微波只有弱偶合作用，而固体介质表面上所吸附的有机反应物能充分吸收微波能量，活化后使反应速率大大提高。 研究表明无机载体在干反应中起着很重要的作用，虽然有些反应不需载体也能得到较好的结果，但许多反应如果不用载体则收率明显降低或根本不发生。 由于干反应中不存在因溶剂挥发而形成高压的危险，可在较安全的条件下利用普通微波炉在敞口容器中进行，具有安全、高效、操作方便、产物纯化容易、装置简单等优点，避免了大量有机溶剂的使用，对解决环境污染具有现实意义。 但因反应大多是在载体上进行，限制了参加反应的反应物的用量，制约了适用的范围。

3.2.1 　保护及脱保护反应
    在不同的反应条件下，利用微波反应既可能生成保护基也可能脱去保护基。 Varma 及其合作者研究发现，对乙酰氧基丙基苯酚乙酸酯在 Al2O3 载体中，经微波辐射发生脱乙酰反应，30 s 即可得收率为93 %的对乙酰氧基丙基苯酚，若继续反应 2.5 min 可得收率为 92 %的脱乙酰产物。

通过缩醛给半乳糖 1，4 内酯接上一个烷基链，一般的方法(DMF， 40 ℃, H2SO4/ 无水 CuSO4) 反应12～24 h 只能得到 22 %～38 %的产率，而用微波催化进行反应，10 min 即可得到收率为 60 %～66 %的产物。


3.2.2 　缩合反应
    丙二酸与羰基化合物发生 Knoevenagel 缩合，在微波辐射下能得到很高的产率，例如苯乙醛与丙二酸吸咐在硅胶上，经微波辐射 4 min 得到 92 %的产率(Eq。 20)。 丙二酸亚异丙酯与 4-甲氧基苯甲醛在缩合催化剂存在下，吸附于硅胶上经微波辐射 5min，可得收率 87 %的终产物(Eq.21)。

3.2.3 　成环反应
    在微波辐射下利用干法进行杂环合成，速率有很大提高。Lipinska 等研究报道在载有二氯化锌的蒙脱土 K-10 上，利用 Fischer 法合成吲哚，微波辐射只需反应 4 min 可得到产率为 60 %的吲哚衍生物。1，2-二苯甲酰肼在聚合物载体上经微波辐射 2 min，得到产率为 96 %的 1，3，42 二恶唑(Eq. 22) 。

苯并[α]吩恶嗪衍生物是具有生物活性的化合物，经典的合成方法是在液相中进行，反应时间长且收率不高，利用微波技术，30 s 即可达 82 %～90 %的产率，并且不用载体。

3.2.4 　重排反应
    Gutierrez 及合作者研究发现， 微波有助于Pinacol 重排。 例如在金属 Al3 存在下以蒙脱土为载体，微波辐射 15 min 可得产率 99 %，而在常规条件下加热 100 ℃,反应 15 h 才能得到相似的收率。

虽然常温下取代炔丙醇很难发生重排反应，即使加热到 170 ℃也只有少量重排产物生成，但在干反应条件下微波辐射 5 min 可得到高达 92 %～98 %的重排产物。

微波技术使 Fries 重排顺利进行，乙酸苯酯吸咐在混有 AlCl3•ZnCl2 的硅胶上，经微波辐射 7 min 可得到 95 %的 Fries 重排产物。

3.2.5 　氧化反应
    用苯偶姻氧化制得苯偶酰的方法很多，但毒性大，成本高。将苯偶姻吸附于载体上，用空气作氧化剂反应 15 min，可得到 92 %产率，并且后处理简单。

3.2. 7 　加成反应                         
    微波技术使苯并　嗪酮或苯并 噻 嗪 酮 的Micheal 反应得以顺利进行，常规条件下，反应需进行 6～8 h，而苯并　嗪酮或苯并噻嗪酮与亲电烯烃、碱及相转移催化剂负载在硅胶或氧化铝上经微波辐射 8～9 min 即可得到 85 %产率。

3. 2. 8 　其他反应
    肟是有机合成中很重要的中间体，Hajipour 等经研究报道利用微波技术可使肟快速合成。 例如羰基化合物与 NH2OH•HCl 负载在硅胶上，经微波辐射50 s (800 W) 即可得到 90 %的产率。

某些芳烃酮与硫和吗啉在无溶剂条件下经微波辐射 5～6 min 即可得到较好的硫代吗啉衍生物。 例如，对氯苯甲醛在硫和吗啉存在下反应 6 min 得到 5 %的产率。

综上所述，微波技术具有清洁、高效、耗能低、污染少等特点，它不仅开辟了有机合成的一个新领域，同时在化学的各分支领域中得到广泛应用。 最早利用微波是在化学分析领域，现已逐渐形成微波等离子体分析化学，微波溶样，微波萃取、脱附、干燥、测湿，微波预浓缩和净化等也得到较快发展。在环境化学的诸多领域(如微波除污，污油回收及放射性废料的微波陶化等)及在石油工业和冶金等部门中都得到广泛的应用。 另外，早在 1987年我国台湾大学的王光灿等就曾报道了利用微波技术进行多肽、蛋白质的快速水解方法，甚至可以控制裂解部位。由此可见微波的应用几乎遍及化学的每一个分支领域，有着无法估量的前景。