微波合成反应

4. 微波加速有机反应的原理
微波加速有机反应的机理, 存在着两种百度文库点。 4.1、“内加热” 认为虽然微波是一种内加热,具有加热速度快、 加热均匀无温度梯度、无滞后效应等特点,但 微波应用化学反应仅仅是一种加热方式,与传 统加热反应并无区别。
他们认为微波应用于化学反应的频率属于非电离 辐射,在与分子的化学键共振时不可能引起化学键 断裂,也不能使分子激发到更高的转动或振动能级。 微波对化学反应的加速主要归结为对极性有机物 的选择加热,既微波的致热效应。 1992 年, Kevin 等通过研究微波对2 ,4 ,6-三甲基苯 甲酸与2-丙醇的酯化反应速度的影响, 得出结果表 明最终酯化产率仅与温度因素有关,而与加热方式 无关。
来制备4-氯代苯基苄基醚。传统的方法是将反应物 在甲醇中回流12h，产率为65％;而用微波炉加热方 法，置反应物和溶剂于密闭的聚四氟乙烯容器中， 在560W时，仅35s使能得到相同产率的化合物反应 速率提高1240倍。从此微波有机合成逐渐变得流行 起来。
3. 微波加热的原理和优点
3.1微波加热的原理
由于微波的热效应，从而使微波作为一种 非通讯的电磁波广泛用于工业、农业、医 疗、科研及家庭等民用加热方面。国际上 规定各种民用微波的频段为915 MHz±50 MHz 和2450 ±50MHz。 原因是:为了防止民用微波对雷达、无线电 通讯、广播、电视的干扰
1.12微波化学的概念 微波化学(Microwave Chemistry，简称MC) 是近几 十年刚刚兴起的一门新交叉学科，经过短短几十 年的发展，微波化学已经渗透到有机合成、无机 合成、分析化学、非均相催化、采油、炼油、冶 金、环境污染治理等众多化学研究领域。随着微 波合成技术的不断提高，微波化学已成为目前化 学领域最活跃的领域之一。由于微波作用机理的 特殊性，微波化学对很多化学领域，特别是有机 合成领域带来了冲击。
微波有机合成
12应用化学
主要内容 1.微波和微波化学的概念 2.微波化学的发展 3. 微波加热的原理和优点 4. 微波加速有机反应的原理 5. 微波有机合成装置和技术 6. 微波反应的影响因素 7. 微波有机合成单元反应实例 8. 前景展望
1.微波和微波化学的概念 1.11微波
微波(Mirowave，Mw) 又称超高频电磁波， 波长：1 m～10 cm； 频率：300 MHz～300 GHz；它位于电磁波谱 的红外辐射（光波）和无线电波之间。 微波在400 MHz~10 GHz 的波段专门用于雷达， 其余部分用于电讯传输。
4.2、“非热效应” 极性分子由于分子内电荷分布不平衡，在微波场中 能迅速吸收电磁波的能量，通过分子偶极作用以每 秒4.9×109 次的超高速振动，提高了分子的平均能 量，使反应温度与速度急剧提高。 但是在非极性溶剂(如甲苯、正己烷、乙醚、 四氯化碳等) 中吸收微波能量后，通过分子碰撞而 转移到非极性分子上，使加热速率大为降低，所以 微波不能使这类反应的温度得以显著提高。
3.12微波加热的优点
传统加热是由外部热源通过热辐射由表及里的 传导时加热。能量利用率低，温度分布不均匀。
与传统加热相比, 微波加热的优点： a) 可使反应速率大大加快, 可以提高几倍、 几十倍甚至上千倍。 b) 由于微波为强电磁波, 产生的微波等离子 体中常可存在热力学方法得不到的高能态原子、 分子和离子, 因而可使一些热力学上不可能发生 的反应得以发生。
在1969 年, 美国科学家Vanderhoff就利 用家用微波炉加热进行了丙烯酸和α -甲 基丙烯酸的乳液聚合, 意外地发现与常 规加热相比, 微波加热会使聚合速度明 显加快, 这是微波用于有机合成化学的 最早记载, 但当时却没引起人们的重视。
微波有机合成化学开始的标志：1986 年，加拿
大Laurentian(劳伦森)大学的Gedye教授及 其同事研究了用微波炉来进行化学合成的 “烹饪实验” ：以4-氯代苯基氧钠和苄基氯反应
当微波辐照溶液时，溶液中的极性分子受微 波作用会吸收微波能量，同时这些吸收了能 量的极性分子在与周围其他分子的碰撞中把 能量传递给其他分子，从而是液体温度升高。 因液体中每一个极性分子都同时吸收和传递 微波能量。
3.2微波和传统加热
3.21 微波加热的特点：
a) 快速加热。微波能以光速(3×109m/s)在物体中传播， 9秒以内)就能把微波能转换为物质的热能，并 瞬间(约10将热能渗透到被加热物质中，无需热传导过程。 b) 快速响应能力。能快速启动、停止及调整输出功率， 操作简单。 c) 加热均匀。里外同时加热。 d) 选择性加热。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦 然。
2.微波化学的发展
20 世纪 30 年代，发明产生微波的电子管。开始 微波技术仅用于军事雷达； 1947 年，美国发明了第一台加热食品的机器—微 波炉； 1952 年， Broida等人采用形成微波等离子体的办 法以发射光谱法测定了氢一氘混合气休中氘同位 素的含量---微波等离子体第一次用于光谱分析； 60 年代后，用于无机材料的合成，如表面膜（金 刚石膜、氮化硼膜等）和纳米粉体材料的合成；
在电磁场的作用下，物质中微观粒子可产生4 种类 型的介电极化: (a)电子极化(原子核周围电子的重新排布)、 (b)原子极化(分子内原子的重新排布)， (c)取向极化(分子永久偶极的重新排布) , (d)空间电荷极化(自由电荷的重新排布)。 前两种极化的驰豫时间在10～12 S 至10～13 s 之 间，比微波频率快得多，后两种极化的驰豫时间 与微波的频率相近，可以产生微波加热，即可通 过微观粒子的这种极化，将微波能转化为热能。
e) 加热效率高。由于被加热物自身发热，加热没有热传导 过程，因此周围的空气及加热箱没有热损耗。 f) 加热渗透力强。透热深度和波长处于同一数量级，可达 几厘米到十几厘米，而传统加热为表面加热，渗透深度仅 为微米数量级。 g) 安全无害。由于微波能是控制在金属制成的加热室内和 波导管中工作，所以微波泄漏极少，没有放射线危害及有 害气体排放，不产生余热和粉尘污染，既不污染食物，也 不污染环境。