微波合成反应
微波合成反应
前景展望：未来， 微波合成反应有望 在更广泛的领域得 到应用，如新能源、 生物医药等，为人 类社会的可持续发 展提供更多可能性。
未来挑战：尽管微 波合成反应具有许 多优点，但仍面临 一些挑战，如反应 条件的优化、安全 性等问题，需要进 一步研究和探索。
研究方向：为了更 好地发挥微波合成 反应的优势，未来 的研究应关注如何 提高合成效率、降 低成本、拓展应用
● 实验设备：微波炉、反应容器、搅拌器、温度计等
● 操作步骤： a. 准备原料和设备，确保干净无水 b. 将原料放入反应容器中，搅拌均匀 c. 将反应容器放入微波炉中，设置 合适的时间和功率 d. 取出反应容器，冷却后取出产物
● a. 准备原料和设备，确保干净无水 ● b. 将原料放入反应容器中，搅拌均匀 ● c. 将反应容器放入微波炉中，设置合适的时间和功率 ● d. 取出反应容器，冷却后取出产物
动力学模型：描述反应速率和 反应进程的数学模型，有助于 理解反应过程和优化反应条件
影响因素：反应物浓度、温度、 压力、微波功率等对反应速率 和产物的影响
应用领域：材料科学、医药、 环保等领域
PART FOUR
组成：微波反应器、磁力搅拌器、温度控制器、微波源等
工作原理：微波反应器中的微波场能够加速反应物分子的运动，提高反应速率；磁力搅拌 器能够保证反应物充分混合；温度控制器能够精确控制反应温度；微波源产生微波能量， 通过微波反应器传递给反应物分子。
原理：微波的电 磁场使反应物分 子产生快速旋转 和振动，从而提 高反应速率。
过程：将反应物 置于微波反应器 中，通过调节微 波的功率和辐射 时间，控制反应 条件，实现高效、 环保的合成。
应用领域：广泛 应用于材料科学、 医药、环保等领 域。
材料化学--微波合成
表1 不同材料的tg (3000MHz)
5
微波用于化学合成中有以下优点： （1）条件温和、能耗低、反应速度快； （2）微波能可以直接穿透一定深度的样品，里外同 时加热，不需传热过程，瞬时可达一定温度； （3）通过调节微波的输出功率，可使样品的加热情 况立即无惰性的改变，便于进行自动控制和连续 操作； （4）热能利用率高（50%~70%），可大大节约能 量。
3
微波加热和加速反应机理
微波对化学反应的作用是非常复杂的，一方面是 反应物分子吸收了微波能量，提高了分子运动速 度，致使分子运动杂乱无章，导致熵增加；另一 方面微波对极性分子的作用，迫使其按照电磁场 作用方式运动，每秒变化 2.45×109 次，导致了熵 的减小，因此微波对化学反应的机理是不能仅用 微波致热效应描述的。微波除了具有热效应外， 还存在一种不是由温度引起的非热效应。微波作 用下的化学反应，改变了反应动力学，降低了反 应活化能。认为微波存在非热效应，并在反应中 起作用。
微波固相合成
迅速均匀，易于控制 气相产物逸出方向与燃烧波传播方 向一致，气体被驱赶出来可以获得 致密度较好的产品 动力学因素影响较大 产品的纯度高，粒度小，均一性好
9
I. Ganesh et al., Ceramics International, 31 (2005) 67
微波固相合成的注意事项
添加剂
粒子运动
核内重排
内层电子跃迁
真空紫外 紫外 可见 红外 远红外
微波 无线电波
外层电子跃迁
分子振动
分子转动
偶极子转向极化 界面极化 离子跳跃弛豫
2
微波加热和加速反应机理
在微波加热过程中，处于微波电磁场中的陶瓷制品加热难 易与材料对微波吸收能力大小有关，其吸收功率与微波频 率和介质损耗角正切成正比。 物质的介电损耗因子： tg =2/1 式中 2 为电磁辐射转变为热量的效率的量度， 1 为该物质 的介电常数。
微波合成乙酰水杨酸及其反应动力学分析
微波合成乙酰水杨酸及其反应动力学分析安从俊;徐帅;刘东【摘要】采用微波辐射法合成了乙酰水杨酸，考察了反应时间、辐射功率、pH 值、反应底物比（水杨酸与乙酸类衍生物的物质的量比）等因素对反应的影响，并研究了反应动力学。
确定最佳反应条件为：反应时间70 s、辐射功率450 W、pH 值5.4、反应底物比1∶2，推算了宏观动力学方程并计算得到表观反应活化能为75.60 kJ·mol－1。
%Acetylsalicylic acid was synthesized by microwave irradiation.The effect of several factors,such as reaction time,irradiation power,pH value and reactant ratio(molar ratio of salicylic acid to acetic acid deriva-tive)on reaction were investigated,and reaction kinetics was studied.The optimal conditions were obtained as follows:reaction time of 70 s,irradiation power of 450 W,pH value of 5.4,reactant ratio of 1∶2.The kinetics e-quation was obtained and Arrhenius activation energy was 75.60 kJ·mol-1 .【期刊名称】《化学与生物工程》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】4页(P45-48)【关键词】乙酰水杨酸;微波合成;动力学【作者】安从俊;徐帅;刘东【作者单位】武汉大学化学与分子科学学院，湖北武汉 430072;武汉东湖学院，湖北武汉 430212;武汉工程大学国家新型反应器与绿色化学工艺重点实验室，湖北武汉 430073【正文语种】中文【中图分类】O622.5乙酰水杨酸是解热镇痛药复方阿司匹林(APC)的主要组成成分。
微波合成应用知识
微波合成应用知识微波合成应用知识微波在合成化学上的应用代表着这个领域的一个重要突破。
它大幅度的改变了化学合成反应的执行和在科学界中人们对它的看法。
以下就微波反应的原理，和微波合成在具体实验中的注意事项进行阐述。
1．微波反应原理：在微波合成中，微波与反应混合物中的分子或离子直接偶合，通过偶极旋转或离子传导这两种方式将能量从微波传导到被加热物质，使得反应体系中能量快速增加。
一方面可以使能量更有效的作用于各种反应，使得反应速度更快，反应产率更高，反应更清洁。
另一方面微波直接将能量传递给反应物（转化为分子能），所以微波能够驱动某些在传统加热方式下不能发生的反应，为化学转换带来了全新的可能性。
2．什么是单模，多模微波单模微波：只用一种数学模型就可以表示的微波。
多模微波：需要用多种数学模型才能够表示的微波。
单模微波作为一种单一作用到反应物上的能量，可以使我们的反应更加精确，反应容易控制，有很好的反应重现性。
多模微波虽然不如单模微波可以精确的定量控制，但他具有较大微波反应腔体的特性也是非常重要的。
3．什么是环型聚焦微波CEM在DISCOVER系列的微波合成仪器中，采用了基于AFC （AUTO FOCUS COUPLING）环形聚焦自动耦合单模微波技术，一方面确保了单模微波反应得重现性特点，另一方面聚焦微波的设计使微波场能量密度达到900w/l比驻波微波场能力密度大3-4倍，比通常多模微波能量密度大了30多倍。
大能量的微波场能量提高了很多反应可能性。
在这里值得注意的是，我们在查以前参考文献的时候，一定要看清楚文献中使用的微波合成仪的类型。
然后使用适合的微波功率进行合成。
如果文献中没有提到仪器，那么我们在实验的时候就必须从较小的功率还是摸索。
（比如以20W的功率开始摸索）4．微波对于不同物质的作用不同物质具有不同的微波特性，通常来说：金属反射微波；石英、特氟隆等是吸收微波的能力非常弱，这些物质能被微波穿透；在通常的反应物中，除非极性溶剂吸收微波的能力很弱以外，其余的溶剂、底物、催化剂等都具有不同吸收微波的能力。
微波合成苯乙胺及苯乙胺的拆分
+
NH2 NH3 C OH α— 氨基 醇 — _H O 2
NH H2/Ni C
NH2 C
C 亚胺 胺
如果用甲酸做还原剂来替代H2/Ni，那么这个还 原胺化过程就被称为鲁卡特反应。
2、微波加速化学反应的机理
有两种观点：A、微波是一种内加热方式； 有加热速度快，加热均匀，无滞后效应 等特点；B、微波作用机理复杂，一方面 反应物分子吸收微波能量，提高分子运 动速度，导致熵的增加；另一方面微波 对极性分子的作用，迫使其按电磁场作 用运动（2.45X109次/S)，导致熵的减少。
将上述所获(-)-α-苯乙胺-(+)-酒石酸盐溶入 10ml水中，加入1.5ml50%氢氧化钠溶液，充 分振摇后溶液呈强碱性。用乙醚对溶液萃取三 次（3×10ml ）合并乙醚萃取液，用无水硫酸 钠干燥，过滤，热水浴蒸除乙醚，即得(-)-α-苯 乙胺粗品。 称重、测旋光度并计算产率和比旋光度，通过 与其纯样品的比旋光度比较，求出实验样品的 光学纯度。 纯(-)-α-苯乙胺mp184~1860C
3、反应方程式
O CCH3 + 2 HCOONH4 NHCHO CHCH3 + 2 H2O + CO2 + NH3
NHCHO CHCH3 + H 2O + HCl NH2 + NaOH CHCH3 α
NH3Cl CHCH3 + HCOOH
NH3Cl CHCH3
+
NaCl +
H 2O
苯乙胺
（二）仪器和试剂
(三)实验方法
1、 微波反应器使用方法 、 （1） 按电源键。 （2） 设温度：按住“模式”键至出现红色 “C 02”字符（约2S），可用增加“∨”或减 少“∧”键来设定T。其中数字的倍率可通过 “位移”键来改变，再按模式至“STOP”出现。 （3） 微波反应器顶部的孔中不得放入金属导 线（包括水银温度计），以免微波泄露。 （4） 运行：关上门；按“启动”键；此时风 扇开始工作。
微波合成应用知识
微波合成应用知识微波在合成化学上的应用代表着这个领域的一个重要突破。
它大幅度的改变了化学合成反应的执行和在科学界中人们对它的看法。
以下就微波反应的原理，和微波合成在具体实验中的注意事项进行阐述。
1．微波反应原理：在微波合成中，微波与反应混合物中的分子或离子直接偶合，通过偶极旋转或离子传导这两种方式将能量从微波传导到被加热物质，使得反应体系中能量快速增加。
一方面可以使能量更有效的作用于各种反应，使得反应速度更快，反应产率更高，反应更清洁。
另一方面微波直接将能量传递给反应物（转化为分子能），所以微波能够驱动某些在传统加热方式下不能发生的反应，为化学转换带来了全新的可能性。
2．什么是单模，多模微波单模微波：简单的说是只用一种数学模型就可以表示的微波。
多模微波：简单的说是需要用多种数学模型才能够表示的微波。
单模微波作为一种单一作用到反应物上的能量，可以使我们的反应更加精确，反应容易控制，有很好的反应重现性。
多模微波虽然不如单模微波可以精确的定量控制，但他具有较大微波反应腔体的特性也是非常重要的。
3．什么是环型聚焦微波CEM在DISCOVER系列的微波合成仪器中，采用了基于AFC（AUTO FOCUS COUPLING）环形聚焦自动耦合单模微波技术，一方面确保了单模微波反应得重现性特点，另一方面聚焦微波的设计使微波场能量密度达到900w/l比驻波微波场能力密度大3-4倍，比通常多模微波能量密度大了30多倍。
大能量的微波场能量提高了很多反应可能性。
在这里值得注意的是，我们在查以前参考文献的时候，一定要看清楚文献中使用的微波合成仪的类型。
然后使用适合的微波功率进行合成。
如果文献中没有提到仪器，那么我们在实验的时候就必须从较小的功率还是摸索。
（比如以20W的功率开始摸索）4．微波对于不同物质的作用不同物质具有不同的微波特性，通常来说：金属反射微波；石英、特氟隆等是吸收微波的能力非常弱，这些物质能被微波穿透；在通常的反应物中，除非极性溶剂吸收微波的能力很弱以外，其余的溶剂、底物、催化剂等都具有不同吸收微波的能力。
微波有机合成反应的新进展
２０ ２ ｇ ２ｑ 第 ２苍
有 机 化 学
Ｃｈ ｉ ｎ￣ Ｊ ｕ ａ １哳 ” Ｃ ｅ ｓ ｙ ｏ ｒ ｌ（ ｎ ｒ ｈ ｍｉ ａ ｔ
Ｖ
２ ２．０ ２ ∞
第 ３期 ． １ ２２～２９ １
Ｎｏ ３ ２ ２～ ２ ９ ． １ 】
领 域 — — ＭＯ Ｅ 化 学 （ ｉ ｏ ａｅ Ｉｄｃｄ Ｏ ｇｎｃ Ｒ Ｍ ｃ ｗ ｖ ｎ ｕｅ ｒ ｉ ｒ ａ Ｒ ａ－ ｎ Ｅ ｈｎｅ ｅ ｔＣ ｅ ｉ ｒ） 我 国 近 年 来 关 于 ｅ ｔ ｎ ａｅ ｎ ｎ ｈｍ ｓｙ ． ｘｉ ｏ ａ ｔ
用于 雷达 和 电 子通 讯 中 ． 为避 免相 互干 扰 ， 国际 规 定工 业 、 学 研究 、 科 医学及 家用等 民用微 波频率 一 般 为 ９０ ±１ ）Ｍ ｚ和 ２５ （± ０ ｏ（ ５ Ｈ ４ ０ ５ ）ＭＨ ｌ ｚ４ 波 加 速 微 有机反 应 的原理 ， 统 的 观 点 认 为是 对极 性 有 机 物 传 的选 择性 加热 ， 是微 波 的毁 热效应 ’． 性分子 由于 极 分 子内 电荷 分布 不 平 衡 ， 微 波场 中能迅 速 吸 收 电 在
机 合 战反 应 中 的 直用
Ｒｅ ｅ ｖ ｌｐ ｅ ｔｏ ｉｒ ｗａ ｅ Ｉ ｄ ｃ ｄ Ｏｒ ａ ｃ Ｒｅ ｃｉｎ ｃ ｎｔＤｅ ｅｏ ｍ ｎ ｆＭ ｃ ｏ ｖ ｎ ｕ ｅ ｇ ｎｉ ａ ｔｏ
ＷＡＮ Ｇ，Ｊｎ ｉｇ
Ｊ Ｉ Ｇ．Ｆ ｎ — ｈ ｏ ＡＮ ｅ ｇ Ｃ ａ
・
学术动态 ・
微 波 有 机 合成反 应 的新 进 展
王 静 姜凤超
武 汉 ４ ０３ ） ３００
（ 中科 技 大 学 同济 医 学 院 药 学 院 华
微波催化有机合成化学反应
Journal of Microwave Chemistry 微波化学, 2018, 2(3), 70-78Published Online September 2018 in Hans. /journal/mchttps:///10.12677/mc.2018.23011Organic Synthesis Reactions Catalysed with Microwave IrradiationMing Liu1, Wenxiang Hu2*1College of Life Sciences, Capital Normal University, Beijing2Jingdong Xianghu Microwave Chemistry Union Laboratory, Beijing Excalibur Space Military Academy ofMedical Sciences, BeijingReceived: Oct. 11th, 2018; accepted: Oct. 30th, 2018; published: Nov. 6th, 2018AbstractThe recent developments of application of microwave heating method in organic reactions were reviewed. They are widely used in esterification reaction, synthetic ether reaction, nucleophilic displacements reaction, saponification reaction, condensation reaction, asymmetric ring reaction, ring-opening reaction, coupling reaction, and synthetic heterocyclic compound reaction, etc.KeywordsMicrowave Irradiation, Organic Synthesis, Microwave Synthesis微波催化有机合成化学反应刘明1，胡文祥2*1首都师范大学，生命科学学院，北京2北京神剑天军医学科学院，京东祥鹄微波化学联合实验室，北京收稿日期：2018年10月11日；录用日期：2018年10月30日；发布日期：2018年11月6日摘要微波有机合成化学是一门颇具特色的有机化学分支，具有反应迅速、产率高、选择性好等优点。
目前已发现利用微波辐射加热进行的有机合成反应主要有Diels
微波技术在化学领域中的应用
２在金属有机化学反应中的应用 利用微波炉加热进行金属有机化学反应也有明显的效果。一些金属
配合物的合成，传统方法需数小时完成，而在微波条件下仅需数十分 钟即可完成。Mingos[7]利用微波炉通过氢键和配位键的结合制备了 有机金属配合物，成功实现了有机金属配合物的。 由组装，给金属有 机化学反应注入了新的活力。Baghurst等人采用微波常压合成技术 合成了铑和铱的二烯烃化合物和“三明治”型的阳离子化合物，并由 此改进了微波常压反应系统，使之与有机合成反应装置更接近且具有 实用性，可以使大多数常规化学反应在微波条件下进行
有似光性。这样利用微波就可以获得方向性好、体积小的天线设备，用于接收地面上或宇宙空间中各种
物体反射回来的微弱信号，从而确定该物体的方位和距离，这就是雷达导航技术的基础。
•
二是穿透性。微波照射于介质物体时，能深入该物体内部的特性称为穿透性。例如微波是射频波谱
中惟一能穿透电离层的电磁波（光波除外）。因而成为人类外层空间的“宇宙窗口”；微波术在化学领域中的应用
１在有机合成中的应用
由于极性有机化合物分子受微波作用后可以通过偶极旋转被加热，所以 许多有机反应在微波辐射下可以高效率地完成。目前，催化有机合成反应的 方法有三种：（1）物理催化（2）化学催化（3）生物催化。利用微波技术， 通过控制反应条件，可以使许多有机反应的速度提高数倍，一些反应甚至比 传统加热方法快上千倍。
体，成为医学透热疗法的重要手段；毫米波还能穿透等离子体，是远程导弹和航天器重返大气层时实现
通信和末端制导的重要手段。
•
三是信息性。微波波段的信息容量是非常巨大的，即使是很小的相对带宽，其可用的频带也是很宽
的，可达数百甚至上千兆赫。所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外地都是工作在微
微波合成技术及其应用
微波合成技术及其应用随着科技的进步和工业化的发展，我们的生活变得越来越方便。
众所周知，原材料的提取和化学合成是化工工业最基本的生产过程。
然而，传统的化学合成方法往往需要高温高压下进行，这不仅对环境造成了不良影响，也对人体健康带来了潜在危害。
为了解决这些问题，科学家们开始研究新型的化学合成方法，并且微波合成技术应运而生。
微波合成技术是一种利用微波辐射加热反应体系进行化学反应的方法。
相比传统的化学合成方法，微波合成技术具有许多优点。
首先，微波加热是所谓的“选择性加热”，这意味着只有反应物被加热，而反应溶剂则不会被加热。
这种“选择性加热”可以大大减少反应所需的时间和溶剂的用量。
其次，微波加热可以使反应体系在较低的温度下完成，这对于那些需要高温高压进行的反应来说，可以大大减少能量的消耗和对环境的负面影响。
最后，微波合成技术还可以提高反应的产率和选择性，因为微波辐射可以促进反应体系中的分子运动和转化。
微波合成技术的应用范围非常广泛。
我们可以把它应用于有机合成、无机合成、高分子合成等领域。
在有机合成中，微波合成技术可以用来合成槽菜素、异噁唑等一系列的药物分子。
在无机合成中，微波合成技术可以用来合成金属氧化物纳米颗粒、金属有机骨架材料等材料。
在高分子合成中，微波合成技术可以用来制备聚合物和共聚物。
所有这些应用都受益于微波合成技术的高效和可行性。
除了以上的应用之外，微波合成技术也可以在生物领域中起到重要的作用。
例如，微波合成技术可以用来制备DNA探针和核酸荧光探针。
微波辐射可以促进DNA合成方案的耦合反应，从而使DNA探针和核酸荧光探针得到更高的效率和更高的产率。
另一方面，微波合成技术也可以用于制备微纳米器件，例如微晶振、微波滤波器、微波天线等传感器。
尽管微波合成技术存在一些潜在的限制，例如反应器的选择、选择性加热的问题、微波的局部渗透等等，但是随着这项技术的不断发展和完善，微波合成技术还是日益成为一种重要的化学合成手段。
《微波合成反应》课件
目录
• 引言 • 微波合成反应的基本原理 • 微波合成反应的类型 • 微波合成反应的实验设备与操作 • 微波合成反应的应用实例 • 微波合成反应的前景与展望
01
引言
什么是微波合成反应
01
微波合成反应是一种利用微波能 量来加速化学反应的方法。
02
它利用了微波的特性，使反应物 分子在微波场中快速、均匀地吸 收能量，从而提高了反应速率和 效率。
04
微波合成反应的实验设备与操 作
微波合成反应仪的介绍
微波合成反应仪是一种利用微波 能量来加速化学反应的实验设备
。
它通常由微波源、反应容器、温 度控制系统和辅助设备（如磁力
搅拌器）组成。
微波合成反应仪具有快速、高效 、节能和环保等优点，因此在科 研和工业生产中得到广泛应用。
实验操作步骤与注意事项
化学工业
用于合成高分子材料、精细化 学品等。
农业
用于合成农药、植物生长调节 剂等。
环境科学
用于处理环境污染、废物资源 化利用等。
02
微波合成反应的基本原理
微波与物质的相互作用
微波与物质分子相互作用，使分子振 动幅度增大，相互碰撞频率增加，从 而产生热量。
微波对极性分子和非极性分子的作用 不同，极性分子在微波场中产生偶极 转动，而非极性分子则产生位移。
实验操作步骤与注意事项
01
注意事项
02 1. 在进行实验前，应仔细阅读仪器说明书和实验 指导书，确保正确使用设备。
03 2. 确保所使用的试剂和材料符合实验要求，并注 意其存放和使用期限。
实验操作步骤与注意事项
3. 在实验过程中，应密切关注反应进 程，避免因温度过高或压力过大而引 起意外。
微波合成mof
微波合成mof随着人们对于能源、环境保护等问题日益关注，新型材料科学技术的发展变得越来越重要。
其中，金属有机框架材料（MOF）是一类性质独特的新型材料，具有良好的气体吸附、分离、储存等性质。
然而，传统MOF制备工艺存在反应时间长、质量难以控制等问题，不利于其应用和开发。
为了克服这些问题，近年来发展了一种新的MOF制备方法——微波合成。
下面将对微波合成MOF的原理、方法、应用等进行介绍。
一、微波合成MOF原理传统合成方法中常常会遇到反应时间长、化学副产物生成、反应物转化率低等问题。
与此相比，微波合成具有快速、高效、绿色等优点，尤其是对于具有高反应活性的MOF制备，微波合成方法更能快速有效地实现。
微波合成MOF的原理是利用微波辐射能量的作用，使得反应物中的分子热运动增强，因而反应物分子之间的碰撞频率增加，反应速率加快，产物的晶化速度更快，生成时间间隔更短。
微波合成MOF的方法可以分为直接和间接两种方法。
直接方法是将金属离子与有机分子在微波加热的条件下进行反应，而间接方法是在微波辐射下激发热能、电子等等因素，诱导金属离子与有机分子进行反应。
下面将具体介绍这两种方法。
1.直接方法直接方法中，金属离子可以通过水解、溶剂热等方法制备得到，有机分子则可以通过加热反应得到。
以Zn(II)为例，通过水解反应可以得到Zn(OH)2，而在微波辐射下，Zn(OH)2可以快速转化为ZnO，如下所示：Zn(OH)2→ZnO+H2O有机分子通常为含有功能基团的有机化合物。
例如，苯甲酸可以和2-羟基吡啶在微波辐射下反应，产生MOF-5。
间接方法中，通过微波合成条件下产生的激发因素——电子、热能等等，诱导金属离子与有机分子发生反应。
其中，热能是间接方法中主要的激发因素。
通过微波加热，可以快速升温，以致于有机分子和金属离子分子之间的热运动增强，分子间的碰撞频率增加，反应速率加快，所以，微波辐射下的反应速度往往比传统合成方法要快得多。
微波合成反应
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。
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。
早在 1990 年台湾大学 Chen 等人就开展了微 波连续合成技术的研究；设计出了微波连续反应装 置，利用该装置完成了对羟基苯甲酸与正丁醇、甲 醇的酯化和蔗糖的酸性水解等反应，但该装置有很 明显的缺点，如反应体现的温度无法测量等。
5.4、微波干法合成反应技术
微波干法：以无机固体为载体的无溶剂有机反应:
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。
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。
微波有机合成反应是使反应物在微波的辐射作 用下进行反应, 它需要特殊的反应技术, 这与常 规的有机合成反应是不一样的。微波反应技术 大致可以分为4 种: 微波密闭合成技术、微波常 压合成技术、微波连续合成技术和微波干法合 成反应技术。
5.1 微波密闭合成技术
1986年 Gedye 等人首次将微波引入有机合 成方面的研究采用的就是密闭合成技术, 即将反 应物放入密封的反应器中进行微波反应的一种合 成技术。因为密闭体系在反应瞬间即可获得高温、 高压,易使反应器变形或发生爆裂, 于是化学家们 不断地对反应装置进行改进。
微波合成反应器
微波合成反应器1. 简介微波合成反应器是一种利用微波辐射加热的化学反应设备。
与传统的加热方式相比，微波加热具有快速、均匀、高效的特点，因此在有机合成、催化反应等领域得到广泛应用。
2. 原理微波加热是利用电磁波在物质中的相互作用产生热能。
微波辐射能够穿透反应物并在其内部产生热效应，从而促进反应速率。
微波辐射主要与反应物中的极性分子相互作用，导致分子内部的运动加剧，从而增加了反应速率。
微波合成反应器通常由微波发生器、反应腔和温度控制系统组成。
微波发生器产生微波辐射，通过波导管输送到反应腔中。
反应腔一般由金属或陶瓷材料制成，具有良好的微波透射性能和耐高温性。
温度控制系统可以实时监测和调控反应温度，以确保反应的准确性和稳定性。
3. 优势微波合成反应器相比传统的加热方式具有以下优势：3.1 快速加热微波加热可以在很短的时间内将反应物加热到所需温度，大大缩短了反应时间。
传统的加热方式往往需要较长的预热时间才能达到反应温度，而微波加热可以快速达到所需温度，提高了反应效率。
3.2 均匀加热微波辐射能够均匀地加热反应物，避免了传统加热方式中存在的局部过热或不均匀加热的问题。
这有利于提高反应的选择性和产率。
3.3 高效能利用微波加热的能量主要集中在反应物内部，减少了能量的损失。
相比传统加热方式，微波加热更加高效能，节省能源。
3.4 可控性强微波加热可以通过调节微波功率和加热时间来控制反应的温度和速率。
这种可控性强的特点使得微波合成反应器在有机合成和催化反应等领域得到广泛应用。
4. 应用微波合成反应器在化学合成、医药研发、材料科学等领域具有广泛的应用前景。
4.1 化学合成微波合成反应器可以用于有机合成中的各种反应，如酯化、氢化、醚化、烷基化等。
微波加热的快速性和均匀性可以提高反应的选择性和产率，加快反应速率，减少副反应的发生。
4.2 医药研发微波合成反应器在药物合成和药物分析中具有重要的应用价值。
微波加热可以加速药物合成反应的进行，提高合成效率和纯度。
微波辅助反应在化学工程合成中的催化机制研究
微波辅助反应在化学工程合成中的催化机制研究近年来，微波辅助反应在化学工程合成中的催化机制研究引起了广泛关注。
微波辅助反应是利用微波辐射产生的电磁波能量，通过对反应底物施加相对较高的温度和压力，加速反应速率和提高产物收率的一种化学合成技术。
本文将介绍微波辅助反应在化学工程合成中的催化机制研究的重要性和应用前景。
首先，微波辅助反应在化学工程合成中具有许多显著的优势。
相比传统的热搅拌反应，微波辅助反应能更均匀地加热反应体系，从而提高反应的速率和产物收率。
此外，微波辅助反应还能减少反应的时间和能源消耗，提高反应过程的效率。
因此，微波辅助反应在化学工程合成中有着巨大的应用潜力。
其次，催化机制研究是微波辅助反应在化学工程合成中的关键环节。
催化剂在化学反应中起到加速反应速率和改善产物选择性的作用。
在微波辅助反应中，催化剂可以通过吸收微波辐射产生的热能，使反应体系温度升高，从而加速反应速率。
同时，催化剂的表面活性位点也可以与底物发生反应，提供反应路径中的转化能垒，促进反应的进行。
在微波辅助反应的催化机制研究中，首先需要选择合适的催化剂。
催化剂的选择应考虑催化活性、稳定性和可回收性等因素。
同时，催化剂的结构和组成也会影响催化性能和反应机理。
因此，对催化剂的性质和结构进行深入研究非常重要。
其次，需要理解微波辐射对催化机制的影响。
微波辐射能量可以使催化剂达到活化能，从而加速反应速率。
此外，微波辐射还可以影响催化剂表面的化学环境，如改变催化剂的电子结构和表面活性位点的形态。
因此，对微波辐射在催化反应中的作用机制进行研究，有助于揭示微波辅助反应的催化机制。
最后，需要研究微波辅助反应与化学工程合成中其他因素的相互作用。
化学反应的条件、反应体系和底物特性等因素都会与微波辅助反应的催化机制相互作用。
因此，了解微波辅助反应在不同反应条件下的催化机制变化，有助于优化化学工程合成中的反应条件和提高产物收率。
综上所述，微波辅助反应在化学工程合成中的催化机制研究具有重要的科学意义和实际应用价值。
微波促进的有机合成.ppt
22
1990 年，D.Michael P. Mingos 等人对家用微波 炉进行改造，在炉壁上开一个小孔，通过小孔使 微波炉内反应器与炉外的冷凝回流系统相接，微 波快速加热时，溶液在这种反应装置中能够安全 回流。利用该装置成功地合成了RuCl2 (PPh) 3 等一系列金属有机化合物。 1992 年，国内刘福安等对Mingos 的常压系统 进行了改进，改造后的反应装置见图2 。使反 应装置与一般有机合成反应装置更接近、更有 实用性。与密闭技术相比，常压技术所用的装 置简单、方便、安全，适用于大多数微波有机 合成反应。
频率范围／MHz 890～940 2400～2500 5725～5875 22000～22250 波段 L S C X 中心波长／ 常用主频 m 率／MHz 0.33 0.122 0.052 0.014 915 2450 5800 22125 波长 ／m 0.328 0.122 0.052 0.014
32
家用微波炉主要有以下几个缺点： ①功率密度比较低，对于一些场强要求较高的实 验无法在家用微波炉内实现，而且家用微波炉无 法测定反应体系的温度，无法知道反应的具体状 态; ②家用微波炉的微波加热主要集中在炉腔的底部 的托盘上，而有机合成大多需要搅拌、回流和滴 加系统，反应的中心一般在炉内的中部，因而对 物料的加热不均匀，导致更多的副反应; ③家用微波炉是间歇式加热，而且微波炉内的有 效功率受到电网电压的波动影响较大。
27
28
4、微波干法合成反应技术 微波辐射下的干法有机反应是将反应物浸在 氧化铝、硅胶、粘土、硅藻土或高岭土等多孔无 机载体上，干燥后放Байду номын сангаас微波炉中进行反应，反应 后附在载体上的产物用适当的溶剂萃取。由于无 机载体不吸收2450 MHz 的微波，而载体表面上 所吸附的有机反应物能充分吸收微波能量，从而 使这些分子充分激活，大大提高了反应速率。 最早研究微波干法合成反应的是英国科学家 Villemin 和Mingos。其方法是将吸附在无机载体 上的反应物置于密封的聚四氟乙烯管中在微波炉 内进行反应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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；
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。
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(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。
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
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。
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。
4. 微波加速有机反应的原理
微波加速有机反应的机理, 存在着两种观点。 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。
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。
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。
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。
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