Микроволновое излучение применяется в органическом синтезе с 1980-х годов, микроволновая активация позволяет сократить время синтеза и увеличить выход целевых продуктов, однако что является причиной этому? Длительное время исследователи полагали, что эффект микроволновой активации сводится к простому нагреву реакционной смеси, однако результаты нового исследования позволяют утверждать, что волны могут непосредственно взаимодействовать с участниками реакции.

Грегори Дадли (Gregory Dudley) из Университета Флориды обнаружили эффект микроволнового излучения, проявившийся при бензилировании по Фриделю-Крафтсу в условиях активации микроволновым излучением. Поглощавший микроволновое излучение полярный реагент – пиридин, реагировал с неполярным, незначительно поглощающим микроволны растворителем – толуолом. Ранее к немолярной или малополярной реакционной смеси добавляли ионные жидкости, способствовавшие преобразованию микроволнового излучения в тепло, поскольку полярные молекулы более эффективно взаимодействуют с микроволнами. Дадли поясняет, что исследователи пытались разработать систему, в которой энергия падающего излучения поглощалась бы только одним из компонентов.

Исследователи обнаружили, что микроволновое излучение позволяет осуществлять реакции с такой эффективностью, которой нельзя достичь с помощью обычного нагревания.

Дадли отмечает, что исследователи решили идентифицировать эффект микроволнового излучения и понять, чем отличается активация реакции с помощью простого нагревания и микроволнового излучения.

Рис. 1. Результаты нового исследования
позволяют говорить о том, что эффект
микроволновой активации реакции сводится
не только к нагреву. (Рисунок из Chem. Sci.,
2012, DOI: 10.1039/c2sc01003h).

Исследователи из группы Дадли опирались на результаты предыдущих экспериментов. Так, Оливер Каппе (Oliver Kappe) из Лаборатории Микроволновой Химии им. Кристиана Допплера в Граце с коллегами многократно проводил реакции в колбе из карбида кремния, который поглощает микроволновое излучение и не позволяет ему достигать реакционной смеси. Скрининг результатов 18 реакций, проведенных в таких условиях, показал, что

при экранировании реакционной смеси от микроволн синтетический результат реакции сравним с результатом, полученным при обычном нагревании.

Дадли отмечает, что после изучения работы Каппе основная проблема заключалась в дизайне эксперимента, позволяющем разделить эффекты проникновения микроволнового излучения и эффекты нагревания. В отличие от работы Каппе, исследователи из группы Дадли решили поставить эксперимент с максимальным поглощением микроволн, избегая при этом быстрого нагрева реакционной смеси.

Николас Лидбитер (Nicholas Leadbeater) отмечает, что результаты, полученные Дадли, весьма интересны. Если ранее пресловутый «микроволновый эффект», наблюдавшийся в некоторых гетерогенных системах, можно было объяснить нагревом металлосодержащих катализаторов, система же Дадли является полностью гомогенной, и ее синтетические результаты не могут быть объяснены исключительно фактором нагрева вследствие микроволновой активации системы.