国立产业技术综合研究所[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）电子与光子技术研究部[Masahiko Mori，研究总监] 分子集成器件组，Yasuo Noriwa，研究组组长，Emiko Koyama，首席研究员，纳米材料研究部[研究部部长佐佐木刚]纳米粒子结构设计组杉山淳一首席研究员为赛田FDS株式会社[代表董事赛田久人]（以下简称“赛田”）Joshua Barham国际研究合作社日本信托访问研究员，根田纪之经理与经理合作，双方共同开发了一段时间的流动型微波加热改进生产甲苯、二甲苯等设备低极性溶剂我们还开发了一种能够在高温下加热的连续合成装置。
近年来，流动合成（即使溶液流过管道等通道时发生连续化学反应）引起了人们的关注。此外，微波加热可以选择性地快速加热特定物质，作为有机合成的新技术而受到关注。然而，迄今为止，很难用微波均匀地照射流路并有效地利用微波能量，因此这仅限于小规模反应，例如在小反应容器中搅拌和加热反应溶液的间歇反应。
本次开发的流动式微波合成装置，能够控制受照射的反应液，随温度变化介电性能等条件适当控制。和温度，从而实现高效的连续合成。举个例子，有机半导体称为材料富勒烯衍生物的连续合成，并且能够使用传统富勒烯衍生物合成中无法使用的非卤代溶剂在一小时的操作中连续生产074g。其生产率比之前报道的微波加热间歇反应（004 g/h）高18倍，比加热器加热流动反应（007 g/h）高10倍，预计将有助于降低成本。
这项技术的详细内容可以参见美国化学会2018年4月11日（东部夏令时间）出版的学术期刊有机化学杂志
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| 新研制的流动式微波合成装置及富勒烯衍生物连续合成示意图 |
在小容器中进行间歇反应的传统有机合成中，当扩大生产规模时，需要重新审查实验室中找到的最佳条件，导致开发时间和成本的浪费。另一方面，在管等中连续进行反应的流动反应中，无需改变实验室中的反应条件，通过延长操作时间可以容易地扩大生产量。因此，在需要以多种规模生产多种产品的医药和功能材料领域尤其令人期待。
另一方面，微波加热具有由于快速加热而缩短反应时间、提高产率和降低反应温度等优点。然而，迄今为止，很难根据反应溶液的状态适当地照射微波，因此主要用于使用小型反应容器的间歇反应。
AIST 和 Cyda 开发了一种使用微波加热的流动式反应器，Cyda 正在销售该设备。但加热对象仅限于水、乙腈等部分极性溶剂，反应案例较少，因此需要改进设备，使其能够处理各种有机合成反应，提高可靠性，并进行反复论证试验。这项研究和开发是静冈县“先进企业发展项目”的支持下制作
这次，我们对设备进行了改进，使其可以处理各种有机合成反应，提高了其可靠性，并进行了多项合成演示测试。两家公司联合开发的流动式微波合成仪具有以下主要特点： 1）反应通道采用玻璃蛇形反应管，通道长度长，允许更多的微波照射时间。 2）该反应通道通过谐振腔微波辐射炉（腔体）内的强电场附近，可实现微波均匀加热。 3）也用作手机地面站等的微波振荡器半导体功率器件被使用。 4)由于反应可以使用背压阀在高压(最高25MPa)下进行，因此可以在沸点以上的高温下进行反应。
然而，在使用上述装置在各种条件下进行有机合成的示范实验时，需要解决以下问题。可用于微波加热的频率 (ISM 频段）有规定，245GHz频段（245GHz±50MHz）主要在日本使用。在此频段中，甲苯等低极性溶剂的能量吸收率较低，因此难以加热，而水等极极性溶剂在加热时会显着改变微波吸收量，导致温度上升达到稳定水平。
因此，为了解决这个问题，我们主要通过以下设备改进来扩大适用溶剂的范围。 1) 由于加热引起的内部变化共振频率并利用反馈来调制振荡频率，以有效地照射微波。 2) 引入了一种机制，可以轻松调整腔体的尺寸和形状，以匹配所用溶剂的介电性能，而无需更换腔体。 3) 引入了通过在腔体内安装电介质来调节谐振频率的机制。因此，可以加热传统有机合成中广泛使用的低极性溶剂，例如甲苯和二甲苯，同时将共振频率保持在ISM频带内。
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| 图1腔体内部（左）、反应管（中）、微波加热示意图（右） |
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| 图2 富勒烯衍生物的合成方案 |
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| 图3 先前报道的富勒烯衍生物的例子和目前的结果 |
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| 图4 使用条件②合成的其他富勒烯衍生物 |
富勒烯衍生物广泛作为有机半导体材料的模型反应ICMA（图2）。当一分子茚与富勒烯结合时，就是ICMA，当两个分子结合时，ICBA图3显示了传统方法和本方法的结果比较。在以往关于加热器加热的间歇反应、微波加热的间歇反应和加热器加热的流动反应的报道中，含有过量茚的ICBA是主要产物。此外，由于该反应使用卤素基溶剂如1,2-二氯苯(o-DCB)和1,2,4-三氯苯，因此考虑到环境影响，期望使用无卤素溶剂。
因此，当使用非卤化溶剂甲苯在该装置中进行反应时，在190℃的温度和58分钟的腔内停留时间（流速09mL/min）下，获得了ICMA和ICBA，收率分别为57%和19%（图3，条件1）。当溶剂改为对富勒烯（60 个碳原子）具有更高溶解度的邻二甲苯时，生产率提高，同时保持产率（图 3，条件 2）。此外，当流量增加时，与甲苯相比，生产率提高了70倍以上，达到074 g/h（图3，条件3）。这是因为即使增加流量也能够实现充分的加热。
当我们在图3表格中的条件②下尝试其他反应时，我们确认了图4所示的两类化合物的形成。流动式微波合成装置还可以应用于其他富勒烯衍生物的合成。
未来我们将继续改进流动式微波合成设备，延长停留时间，提高产量。我们还将利用该设备开发其他有机材料的高效合成方法。此外，我们还将致力于使用传统加热器难以加热的有机合成反应，为寻找新材料和低成本生产做出贡献。