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有機合成関連装置
マイクロウエーブ反応装置 Wave Magic |
MWO-1000S型 |
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マイクロウェーブ反応例
■反応時間が短縮できます
通常オイルバスで72時間かかっている反応が、マイクロ波では25分で終わっている。
反応時間が短縮された。
金属錯体の合成 トリス(2，2´-ビピリジン)ルテニウム(Ⅱ)塩化物六水和物の合成
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Time |
Cat. |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
EtOH |
78 |
78 |
72h |
|
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| 2 |
マイクロ波 |
エチグリ |
197 |
197 |
25m |
塩酸 |
95.80% |
データ提供：東京大学 理学部化学科 無機化学研究室 西原寛研究室 邨次 智様
■反応時間が短縮できます
時間は大幅に短縮されたが、収率が良くなかった。（文献では収率75％）
金属錯体の合成 fac-トリス(2-フェニル-kC2-ピリジン-kN)イリジウム(III)の合成
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Time |
Cat. |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
グリセリン ※1 |
290 |
150〜160 |
15h |
|
85% |
| 2 |
マイクロ波 |
エチグリ ※2 |
197 |
197 |
1m |
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68.90% |
※1 グリセリン10mL、塩化イリジウム（III）三水和物120mg、フェニルピリジン78mg
※2 エチレングリコール5mL、塩化イリジウム（III）三水和物1.1mg、2-フェニルピリジン0.026g
データ提供：東京大学 理学部化学科 無機化学研究室 西原寛研究室 邨次 智様
■反応時間が短縮します。合成収率がアップします
実質のマイクロ波照射時間はおよそ10秒前後。オイルバスで温度をかけると副生成物が多く生成するが、マイクロ波では副生成物がほとんど生成しなかった。
脱保護は酵素反応用基質の最終調製段階で、一般的（オイルバス）な方法では収率が低い。
イソプロピリデン（Isopropylidene）基の脱保護反応
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Power |
Time |
Cat. |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
THF/H2O |
66℃/100℃ |
室温 |
− |
16h |
HCI |
32.3% |
| 2 |
マイクロ波 |
THF/H2O |
66℃/100℃ |
30℃ |
250W |
5m |
HCI |
79.5% |
データ提供：兵庫県立大学 工学部 環境・生物工学研究グループ 加藤 太一郎様
研究室HP：http://www.eng.u-hyogo.ac.jp/msc/msc3/top.html
■反応時間が短縮できます
温度優先制御で運転。アルゴンでガス置換。
パラジウム触媒を使用してホウ酸化する場合、反応速度は著しく遅いことが知られている。
通常9時間かかる反応が、1時間で収率58.7％合成できた。
パラジウム触媒を用いたブロモナフタレンのホウ酸化
1-Naphthaleneboronic acid pinacol esterの合成
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Power |
Time |
Cat. |
Yield |
| 1 |
マイクロ波 |
DMSO |
189℃ |
80℃ |
200W |
1h |
KOAc、PdCl2 |
58.70% |
データ提供：株式会社ナード研究所 有機合成7グループ 郷田 慎様
研究所HP：http://www.nard.co.jp/
■粒径・形状の制御ができます
ゾル-ゲル反応を利用した、コロイダルシリカの合成
■実験操作
ジグライム(40mL)にテトラメトキシシラン(1.0mL)と0.1M塩酸水溶液(0.5mL)を加え、33〜36℃で1時間反応後、温度優先制御で140℃、500W、10分マイクロ波を照射した。得られた懸濁液を遠心分離により回収後、テトラヒドロフランで洗浄し、60℃で減圧乾燥させた。
■結果
Chem.Lett,33,1504(2004).の報告に近い球状コロイダルシリカ（収量40.7g）が得られた。オイルバスで140℃、5時間反応させた場合と異なる形状のコロイダルシリカが合成できた。粒径347.3nm（標準偏差 63.2）であった。
マイクロ波(MWO-1000S型) 140℃、500W、10min
×5000 スケールバー：2μm
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×10000 スケールバー：1μm
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オイルバス 140℃、5h
×5000 スケールバー：2μm
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×10000 スケールバー：1μm
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参考文献： Chem.Lett,33,1504(2004).
データ提供：静岡県立大学 反応化学研究室 岩村 武様（共同研究中）
研究室HP：http://chemrec.u-shizuoka-ken.ac.jp/
■反応時間が短縮できます。合成収率がアップします
半日かかる反応がマイクロ波中では90分で終わっている。収率の向上もみられる。
糖鎖の反応
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Time |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
AcCI |
|
reflux |
12h |
20% |
| 2 |
マイクロ波 |
AcCI |
|
reflux |
90min |
70% |
データ提供：北陸先端科学技術大学院 マテリアルサイエンス研究所 三浦 佳子様
研究所HP：http://www.jaist.ac.jp/ms/labs/miura/
■反応時間が短縮できます
オイルバス加熱の1/30の時間でポリ（β-アラニン）が得られた。
生成ポリマーはアセトンに再沈殿することにより単離した。
得られたポリマーの構造解析の結果、水素移動を伴った重合が進行していることが明らかになった。
ポリ（β-アラニン）の合成
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Power |
Time |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
DMF |
153℃ |
130℃ |
− |
1.5h |
96% |
| 2 |
マイクロ波 |
DMF |
153℃ |
130℃ |
100W |
3m |
96% |
データ提供静岡県立大学 反応化学研究室 岩村 武様（共同研究中）
研究室HP：http://chemrec.u-shizuoka-ken.ac.jp/
■反応時間が短縮できます
出力優先制御で反応。
通常、オイルバスでは時間がかかる反応が5分で行なうことが合成できた。
イミダゾロン誘導体の合成（縮合反応）
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Power |
Time |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
THF |
68℃ |
100W |
5m |
59% |
データ提供：青山学院大学 理工学部 化学・生命科学科 木本 篤志様、阿部 二朗様
■反応時間が短縮できます。合成収率がアップします
出力優先制御で反応。
反応開始10分後、さらにN,N’-カルボニルジイミダゾールを0.06g追加し、再度反応。
通常オイルバスでは3日間かかる反応が、25分で合成することができ、収率の向上も見られた。
イミダゾロン誘導体の合成（縮合反応）
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Power |
Time |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
THF |
40℃ |
− |
3day |
80% |
| 2 |
マイクロ波 |
THF |
− |
100W |
25m |
88% |
データ提供：青山学院大学 理工学部 化学・生命科学科 木本 篤志様、阿部 二朗様
■分解時間の短縮・分解収率アップ
マイクロ波を利用することで、オイルバスを利用した場合と比較し、加水分解の効率が高くなった。
マイクロ波の熱由来ではない効果（非熱効果）の可能性が示唆された。
ポリ（β-アラニン）の加水分解
参考文献HP：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma900769e
データ提供：静岡県立大学 反応化学研究室 岩村 武様（共同研究中）
研究室HP：http://chemrec.u-shizuoka-ken.ac.jp/
■分解時間の短縮・分解収率アップ
マイクロ波を利用することで、オイルバスを利用した場合と比較し、加水分解の効率が
高くなった。 マイクロ波の熱由来ではない効果（非熱効果）の可能性が示唆された。
N-メチルプロピオンアミドの加水分解
参考文献HP：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma900769e
データ提供：静岡県立大学 反応化学研究室 岩村 武様（共同研究中）
研究室HP：http://chemrec.u-shizuoka-ken.ac.jp/
■収率アップ
マイクロ波無溶媒合成を用いた界面活性剤合成の問題点改善
カチオン界面活性剤であるMonoglycerylcetyldimethylammoniumchloride (MGCA) のマイクロ波合成を行なった。通常の合成ではプロパノール溶媒を用いるが誘電損失の観点からマイクロ波を用い合成では無溶媒合成が最適であることが分かった。
無溶媒合成によるMGCAの収率(反応時間：30分)
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熱源 |
反応温度 |
収率 |
| 1 |
マイクロ波 |
130℃ |
62% |
| 2 |
オイルバス |
130℃ |
47% |
マイクロ波無溶媒合成を行なうことで、同じ温度条件でも高い収率が得られた。
無溶媒合成の問題点は界面活性の生成に伴い、サンプルの粘度が上昇するため相分離してしまい合成が進行しなかった。オプションの上撹拌ユニット(撹拌棒)を使用と撹拌子を併用することで、撹拌子だけの合成に比べ30％の収率向上が確認された。一方、オイルバス加熱では部分的な焦げが確認された。
データ提供：東京理科大学 総合研究機構 堀越 智様(共同研究中)（共同研究中）
研究室HP：http://www.rs.noda.tus.ac.jp/horikosi/index.htm
■水素発生率アップ・省エネ効果
Pt/活性炭触媒を用いた無極性溶媒からの水素発生
不均一プラチナ／活性炭触媒を用いてデカリンやテトラリンから水素発生を検討した。
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異なる加熱メカニズム
マイクロ波は無極性溶媒に吸収されることなく活性炭を選択、加熱し、プラチナ触媒反応を促進させる。そのため少ない加熱エネルギーで触媒表面（反応場）を迅速に高温加熱できる。通常加熱では容器や溶媒の熱伝導や対流により触媒が加熱される。 |
同じ反応温度においても高い水素発生率が確認された。
マイクロ波法は省エネであることも示された。
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熱源 |
消費電力 |
収率 |
| 1 |
マイクロ波 |
320W |
53% |
| 2 |
オイルバス |
400W |
32% |
データ提供：東京理科大学 総合研究機構 堀越 智様（共同研究中）
研究室HP：http://www.rs.noda.tus.ac.jp/horikosi/index.htm
■分解促進
マイクロ波励起無電極ランプ(MDEL)を用いた塩素系農薬の分解
※MDEL：Microwave Discharged Electrodeless Lamp
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マイクロ波を紫外線に変換できるマイクロ波励起無電極ランプ（MDEL）を用いて塩素系農薬の光分解を行なった。マイクロ波照射後、約20分で水溶液中の農薬は完全分解された。 |
このランプの特徴
（1）無電極であるためランプのサイズや形状は容器に合せて作ることができる。
（2）エネルギーはワイヤレス（マイクロ波）で送電できるため電気配線は不要。
（3）無電極であるためランプの寿命が著しく長い。
データ提供：東京理科大学 総合研究機構 堀越 智様（共同研究中）
研究室HP：http://www.rs.noda.tus.ac.jp/horikosi/index.htm
■反応時間が短縮できます
通常オイルバスで7時間かかっている反応が、マイクロ波では30分で終わっている。
反応時間が短縮された。ただし、反応温度が低かったためか収率が良くなかった。
金属錯体の合成 ルテニウム（II）ポルフィリンの合成
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reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Time |
Yield |
| 1 |
オイルバス |
デカリン (80 mL) |
189-191℃ |
reflux |
7h |
80% |
| 2 |
マイクロ波 |
2-(2-メトキシエトキシ)エタノール (15 mL) |
194℃ |
160℃ |
30m |
35% |
データ提供：北里大学 理学部化学科 分子構築学講座 弓削 秀隆様
研究室HP：http://www.kitasato-u.ac.jp/sci/resea/kagaku/HP_kochiku/index.html
■反応時間が短縮できます
通常、ウォーターバスだと4時間かかる反応を、マイクロ波の利用で8分で合成が行なえた。
アクリルアミドゲルの重合反応
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Reaction |
Solvent |
B.P. |
Temp. |
Power |
Time |
Statement |
| 1 |
ウォーターバス |
H2O |
100℃ |
60℃ |
300W |
4h |
空気界面重合不足 |
| 2 |
マイクロ波 |
H2O |
100℃ |
60℃ |
300W |
8m |
ほぼ均一に重合 |
データ提供：X重合製品会社 技術開発部
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