微波技術(shù)在中藥生產(chǎn)中的應用

微波技術(shù)自問(wèn)世以來(lái),在60年代最早用于軍事及木柴干燥等方面。70年代在醫學(xué)、生物領(lǐng)域的滅菌、診斷、組織固定、免疫化學(xué)等方面得到應用。自1970年Harwll實(shí)驗室用微波爐成功處理了核廢料以來(lái),微波輻射技術(shù)擴展到化學(xué)領(lǐng)域。在無(wú)機、分析、高分子材料化學(xué)等方面得到研究應用:如微波技術(shù)進(jìn)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(zhì)水解等形成了新的一門(mén)交叉學(xué)科——微波化學(xué)。

微波技術(shù)在有機化學(xué)方面的應用更為廣泛,眾所周知,有機化合物有500萬(wàn)種以上,占現在已知化合物的90%,其應用領(lǐng)域極為廣闊。因此,微波有機反應的研究開(kāi)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(xué)工作者的高度重視。在此舉例說(shuō)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(shù),簡(jiǎn)化了處理步驟,排除了庚醛縮合和苯甲醛Canizzar副反應,其產(chǎn)率可達82%,而時(shí)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(shí),一般需在85℃反應5h,產(chǎn)率為93%和87%。用微波加熱,則只需2min和4min,產(chǎn)率87%和82%。

又如:河北大學(xué)化學(xué)系與中國樂(lè )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(chǎn)物單一、副反應少、產(chǎn)率很好,避免了舊法用有毒的高價(jià)氧化劑,取得了廠(chǎng)校掛鉤科研項目的良好效果。

以上僅舉幾例,說(shuō)明微波有機反應的良好效果。由于微波有機化學(xué)的快速、高產(chǎn)率及反應選擇性高等特點(diǎn),克服了傳統有機反應的時(shí)間長(cháng)、副反應多、產(chǎn)率低的特點(diǎn),其研究得到了國外化學(xué)界的相當重視,被稱(chēng)為“21世紀的有機化學(xué)”。

目前,在德、英、法、美、日等國微波有機化學(xué)的研究進(jìn)展迅速,我國的一些科研單位和院校也有一定的工作開(kāi)展。據報道現已在相當多類(lèi)型的有機反應中進(jìn)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(jì)。

微波有機反應的機理也在探討之中。微波有機化學(xué)反應技術(shù)屬于物理催化,通過(guò)控制反應條件,可使反應速率提高,避免了化學(xué)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(jìn)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(chǎng)中能迅速吸收電磁波能量,通過(guò)分子偶極作用,以每秒數十億次的高速旋轉產(chǎn)生熱效應,其加熱是由分子自身運動(dòng)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(jìn)行反應,降低了副反應進(jìn)行的程度,產(chǎn)率提高。與傳統的熱傳導和熱對流進(jìn)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(chǎng)中不能產(chǎn)生高速運動(dòng),反應作用很小甚至無(wú)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(zhì)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(zhì),微波輸出影響,加壓影響,反應物極性對微波能量吸收等問(wèn)題都在探討和研究中。

微波有機化學(xué)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(jìn)行實(shí)驗。甚至國外一些院校已經(jīng)在學(xué)生的有機實(shí)驗課中開(kāi)設了微波有機實(shí)驗。希望我國廣大的化學(xué)工作者,能對微波有機化學(xué)的發(fā)展有足夠的認識和注重。