时光倒回到二十年前，微波化学已经开始在学术界和工业界中崭露头角，这是因为微波加热法在加快反应速率的同时反应条件温和，有可能改变选择性和提高产率，很多人相信并希望微波化学能够发挥更大的作用。不过，彼时的微波化学也还笼罩着一层神秘的面纱。研究人员发现，实验室中微波反应的确更快、更清洁、更有效，但也会观察到一些与传统物理有机化学理论不一致的现象。争论自然而然地发生了，微波化学是否存在非热效应或者说神奇的“微波效应”？
事实上，最开始关于微波加热能加速有机化学反应的论文可以追溯到1986年 [1-2]。此后直至本世纪初，研究人员通常在实验室中使用家用微波炉，方便是方便，但安全性和可重复性方面却存在重大问题，因此迫切需要寻求更可靠的替代品。有需求就有市场，各种类型的微波反应器开始在市场上出现，以满足不同实验室的需要。
家用微波炉进行化学反应的安全性问题
经过缓慢的起步后，本世纪初微波化学领域呈现出爆炸式增长，这是因为化学家们意识到微波辅助合成可大幅缩短反应时间，在某些情况下甚至可以从几天或几小时缩短至几分钟甚至几秒，具有显著的优势。随着参与微波化学的研究小组越来越多，发表论文的数量也在增加。2001年-2010年，也被认为是微波化学的“黄金时代”。2002年，英国剑桥大学Steven V. Ley等人在印楝素骨架合成过程中应用了微波诱导的Claisen重排反应 [3]，并发现该反应在15次微波加热1 min时反应效果最好，而不是1次微波加热15 min。
Steven Ley在合成中用到微波促进Claisen重排反应。图片来源： Org. Lett. [3]
2003年，美国康涅狄格大学的合成化学家Nicholas Leadbeater（当时还在伦敦国王学院）等人发现了一种与Suzuki偶联类似的反应却无需过渡金属参与 [4]，并且将成功归因于微波技术。“那时期，论文在发表，工作在进行，微波反应器制造商也在开发新技术，”Leadbeater回忆道。“我们可以更容易地在微波反应器中进行已知的反应，更令人兴奋的是，它使我们能够发现新的化学反应。甚至我们课题组的座右铭都是‘get a life，get a microwave’！”[5,6]
无需过渡金属的Suzuki偶联类似反应。图片来源： Angew. Chem. Int. Ed . [4]
化学家对微波化学的确切机制进行了大量猜测，其中一些人认为存在非热效应或者说“神奇”微波效应。美国西弗吉尼亚大学化学系主任Gregory Dudley说：“微波化学最终的核心是加热，但微波化学的不同之处在于它的加热方式与对流加热不同。有一些独特的动态温度分布，无法通过对流加热合理地再现。”关于“神奇”微波效应的探索持续了好几年，争论最终在2012年达到了高潮，彼时Dudley等人观察到微波驱动的Friedel-Crafts苄基化反应过程中发生的微波效应 [7]，同时他们的论文表明这种影响并不完全归因于反应混合物的快速、有效加热。
Dudley报道的微波促进的傅克反应。图片来源： Chem. Sci . [7]
然而，Dudley发表的论文遭到了奥地利化学家Oliver Kappe等人的公开反驳，他们在 Angew. Chem. Int. Ed. 上发表过一篇观点文章 [8]，认为在微波化学转化中观察到的效应可以用与快速加热到高温有关的纯粹体热现象来解释，所谓的非热或特定微波效应的存在非常值得怀疑。
Kappe反驳“微波效应”的文章。图片来源： Angew. Chem. Int. Ed . [8]
现如今，大多数化学家都认为：在大多数情况下，观察到的微波反应速率提高的原因是纯粹的热动力学效应。“现在我们只使用微波炉来加热东西——就这么简单，”Leadbeater说，“随着该领域的成熟，我们开始涉足规模化反应，这可能是微波加热面临的一个大问题。你可以进行小规模反应，但当它开始产生数克、千克甚至超过这个范围时，它开始变得越来越具有挑战性。” [6] 这些挑战并非无法克服，日本的Microwave Chemical Co. Ltd.已经建立了世界上首个支持微波化学工艺的工业化反应器。
世界首个工业化的微波化学工艺反应器。图片来源：Microwave Chemical Co. Ltd. [6]
微波化学中是否存在神奇的“微波效应”，至今仍然没有100%的定论，需要更多的科学研究和证据支持，但毋庸置疑的是，微波加热有时确实会产生与常规油浴水浴加热截然不同的结果。今天，很多实验室中已经配备了微波反应器，当你的常规加热反应没结果的时候，记得试试微波反应，“微”一下，或许有意想不到的新发现。
参考资料：
[1] The use of microwave ovens for rapid organic synthesis. Tetrahedron Lett ., 1986 , 27 , 279. DOI: 10.1016/S0040-4039(00)83996-9
[2] Application of commercial microwave ovens to organic synthesis. Tetrahedron Lett. , 1986 , 27 , 4945. DOI: 10.1016/S0040-4039(00)85103-5
[3] Highly Selective Entry to the Azadirachtin Skeleton via a Claisen Rearrangement/Radical Cyclization Sequence. Org. Lett. , 2002 , 4 , 3847-3850. DOI: 10.1021/ol0201557
[4] Transition-Metal-Free Suzuki-Type Coupling Reactions. Angew. Chem. Int. Ed ., 2003 , 42 , 1407-1409, DOI: 10.1002/anie.200390362
[5] Making microwaves
https://www.chemistryworld.com/features/making-microwaves/3004677.article
[6] Riding the microwave: three chemists share their stories
https://www.chemistryworld.com/research/riding-the-microwave-three-chemists-share-their-stories/4018792.article
[7] On the rational design of microwave-actuated organic reactions. Chem. Sci. , 2012 , 3 , 1240-1244. DOI: 10.1039/C2SC01003H
[8] Microwave Effects in Organic Synthesis: Myth or Reality? Angew. Chem. Int. Ed ., 2012 , 52 , 1088-1094. DOI: 10.1002/anie.201204103