微波辅助有机合成中_非热效应_的研究方法
微波辅助萃取柠檬烯的原理
微波辅助萃取柠檬烯的原理微波辅助萃取是指在萃取过程中加入微波能量，以提高萃取效果的一种方法。
该方法主要是利用微波在物质中产生的热效应和非热效应，来促进柠檬烯的萃取。
微波辅助萃取柠檬烯的原理主要包括以下几个方面：1. 热效应：微波辐射能量主要通过吸收介质中分子的振动和旋转来转化为热能。
在微波场中，分子内部的振动、转动和摩擦将导致分子内部能量增加，进而导致介质温度升高。
在柠檬烯的萃取过程中，可以利用微波辐射产生的热效应来加快柠檬烯溶剂中的溶解度，促进柠檬烯从固体基质中溶解到溶剂中，提高柠檬烯的萃取效果。
2. 非热效应：微波辐射还会产生一些非热效应，如离子迁移、分子运动加快和可控脱溶等。
这些非热效应对柠檬烯的萃取效果也起到一定的促进作用。
例如，微波辐射可以通过产生高能电子，导致电子在分子中迁移，从而改变分子结构。
这些改变可能使柠檬烯的分子结构发生变化，从而影响其溶解度和活性。
3. 提高传质速率：微波辐射可以通过产生剧烈的介质运动和局部振动，加快相界面上的传质速率。
这一过程被称为“外化学效应”。
在柠檬烯的微波辅助萃取中，微波辐射可以增加溶剂与固相物质的接触表面积，从而提高柠檬烯的传质速率和提取效率。
4. 优化萃取工艺：微波辅助萃取柠檬烯还可以通过调整微波能量、萃取温度、溶剂种类和萃取时间等参数，优化柠檬烯的萃取工艺。
例如，合理选择微波辐射功率和时间可以提高柠檬烯的提取率，减少萃取时间和溶剂的使用量，降低生产成本。
此外，微波辅助萃取柠檬烯还具有以下优点：1. 显著缩短萃取时间：相较于传统的萃取方法，微波辅助萃取具有快速、高效的优势，可以大幅缩短柠檬烯的提取时间。
2. 提高萃取效果：微波辅助萃取能够有效提高柠檬烯的溶解度，加速柠檬烯从固相物质中释放出来，从而提高柠檬烯的提取效果。
3. 节约能源和溶剂：微波辅助萃取过程中对能源和溶剂的需求相对较低，可以有效节约生产成本和资源消耗。
综上所述，微波辅助萃取利用微波辐射的热效应和非热效应，通过加快传质速率和优化工艺参数，有效提高了柠檬烯的萃取效果。
微波技术在有机化合物合成实验中的应用
微波技术在有机化合物合成实验中的应用微波是指电磁波谱中位于远红外与无线电波之间的电磁辐射（波长为10-3 m～10-1 m)，微波能量对材料有很强的穿透力，能对被照射物质产生深层加热作用。
对微波加热促进有机反应的机理，目前较为普遍的看法是极性有机分子接受微波辐射的能量后会发生每秒几十亿次的偶极振动，产生热效应，使分子间的相互碰撞及能量交换次数增加，因而使有机反应速度加快。
另外，电磁场对反应分子间行为的直接作用而引起的所谓“非热效应”，也是促进有机反应的重要原因。
目前微波辐射己迅速发展成为一项新兴的合成技术。
和传统方法相比，新型实验具有反应时间短、产率高和物耗低及污染少等特点，体现了新兴技术的运用和化学实验绿色化的改革目标。
1 微波辐射合成和水解乙酰水杨酸1.1 实验原理乙酰水杨酸是人们熟悉的解热镇痛、抗风湿类药物，可由水杨酸和乙酸酐合成得到。
乙酰水杨酸的合成涉及水杨酸酚羟基的乙酰化和产品重结晶等操作，通常采用酸催化合成法，它存在着相对反应时间长、乙酸酐用量大和副产物多等缺点。
本实验参考有关文献将微波辐射技术用于合成和水解乙酰水杨酸并加以回收利用。
合成反应的原理表示如下：1.2 实验目的学习微波合成及有关反应原理和操作技术。
1.3 试剂及仪器1.3.1 试剂水杨酸（A．R)、乙酸酐（A．R)、碳酸钠（C．P)、盐酸（C．P)、氢氧化钠（C．P)、95%乙醇（C．P)、2% FeCl 3水溶液、活性炭。
1.3.2 仪器WP750格兰仕微波炉、电子天平、圆底烧瓶（100 mL)、烧瓶（250 mL)、锥形瓶（100 mL)、移液管（5 mL)、减压抽滤装置、红外光谱仪。
1.4 操作步骤1.4.1 微波辐射碱催化合成乙酰水杨酸实验在100 mL干燥的圆底烧瓶中加入2.0 g（0.014 mol)水杨酸和约0.1 g碳酸钠，再用移液管加入2.8 mL（3.0 g， 0.029 mol)乙酸酐，振荡，放入微波炉中，在微波辐射输出功率495 W（中档)下，微波辐射20~40 s。
微波辅助反应技术在化学合成中的应用探讨
微波辅助反应技术在化学合成中的应用探讨化学合成是一项重要的工业生产和科研技术，其中的反应过程往往十分复杂，需要耗费大量的时间和能量。
在这个领域里，微波辅助反应技术的出现为研究人员和生产企业带来了新的科技突破和更高的产出效率。
本文将从微波辅助反应技术的原理、应用效果和发展前景等方面进行深入探讨。
一、微波辅助反应技术的原理微波是一种在微波频段内的电磁波，其在物质中能够产生比常规热源更快、更均匀的加热效果，从而加快了化学反应的速率和提高了反应的产率。
这个原理被广泛应用于化学合成中。
在微波辅助反应中，微波会使物质分子的振荡频率加快，从而增加了和其它分子发生相互作用的机会，促进化学反应的进行。
同时，微波加热所产生的热量也可以提高反应体系的溶解度。
这样，物质在反应中的扩散速度变慢，有助于反应进行到更深的程度，并且可以减少产生副反应的可能性。
二、微波辅助反应技术的应用效果微波辅助反应技术在化学合成中的应用领域非常广泛。
比如，它可以用于含氮、含硫、含氟等特殊官能团的化学反应，可以加快合成各种有机物，提高化学反应效率。
同时，微波辅助方法还可以应用于无机材料制备和提取中，例如陶瓷材料、纳米材料和金属粉末等的制备。
例如，在有机合成中常用的反应条件是高温、高压或长时间反应，花费的时间和能量都相对较高。
但是使用微波辅助技术后，不仅反应时间可以缩短，而且能够减少花费，提高了反应产品的产量和纯度。
以合成有机药物为例，使用微波辅助技术进行合成，反应时间和反应温度都可以大大降低，从而使得药物合成的产量和纯度都得到了显著提高。
三、微波辅助反应技术的发展前景随着科学技术的不断发展，基于微波辅助反应技术的化学合成方法将会越来越多样化和普及化。
未来，在特殊官能结果化学反应、高效能源化学等领域，微波辅助反应技术将会变得越来越重要。
同时，在微波辅助反应方面的研究中，还有一些未开发的前景。
例如，未来的微波辅助反应技术可能会应用于可再生能源的制备，这将会为可再生能源技术的普及带来新的发展机遇。
微波辅助合成方法在有机合成中的应用概述
微波辅助合成方法在有机合成中的应用概述引言：有机合成是有机化学领域中的一项重要研究内容。
传统的有机合成方法通常需要长时间反应，使用大量试剂以及高温、高压等条件。
然而，随着科学技术的发展，微波辅助合成方法逐渐引起了有机合成领域的关注。
微波辅助合成已经在提高反应速率、增加产率、改善反应条件等方面取得了显著的成果。
本文将就微波辅助合成方法在有机合成中的应用进行概述。
一、微波辅助合成原理及特点微波辅助合成是利用微波辐射对反应物中分子的极性分子间作用力进行改变，促进反应速率的提高。
相较于传统的加热方法，微波辅助合成具有快速、高效的特点。
微波辐射能够迅速加热反应物，提高反应物分子之间的碰撞频率和能量，从而加速反应速率。
与传统的加热方法相比，微波辅助合成可以在较低的温度条件下完成反应，减少了副反应的发生。
二、微波辅助合成在有机合成中的应用1. 快速合成复杂化合物微波辅助合成能够显著缩短反应时间，并提高产率。
针对较复杂的有机合成反应，传统的合成方法可能需要数小时甚至几天的反应时间。
而通过微波辐射加热，可以将反应时间缩短到几分钟甚至几秒钟。
这种快速合成的方法尤其适用于制备药物分子、天然产物等复杂有机化合物。
2. 有效控制反应条件微波辐射能够实现对反应中的温度和压力进行精确控制。
因此，微波辅助合成可用于实现一些传统方法无法完成的反应。
例如，通过微波辅助合成方法，在无需高压操作下，可以实现一些高压反应，提高了反应条件的可控性。
3. 选择性合成微波辅助合成在有机合成中还可以实现选择性合成。
通过合理选择反应溶剂和反应条件，可以实现对不同官能团或基团的选择性官能团转化，产生所需的目标产物。
这为有机合成领域中的选择性官能团转化提供了新的方法和思路。
4. 其他应用除了在有机合成中的应用外，微波辅助合成还广泛应用于其他领域。
例如，在材料科学中，微波辅助合成可用于制备纳米材料和功能性材料。
在环境领域中，微波辅助合成可用于废水处理和污染物降解。
微波化学在有机合成中的应用
微波化学在有机合成中的应用在有机合成领域中，微波化学已成为一种先进的技术手段，它可以大大提高反应速率和产率，减少反应过程中的环境污染，同时也可以实现一些传统方法无法达到的化学反应。
本文将对微波化学在有机合成中的应用进行讨论。
一、微波化学的基本原理微波是指电磁波的一种，其波长范围在1mm至1m之间。
微波能够在化学反应中产生热效应，因为它们是一种特殊的能量形式，既不是传统的传热方式，如对流、传导、辐射，也不是它们的简单叠加效应。
微波在有机合成中的应用就是利用这种热效应，加速化学反应的进行。
二、微波化学在合成中的应用1.缩合反应在缩合反应中，微波可以替代传统加热方法，这样可以提高缩合反应产率和选择性。
例如，在ß-内酰胺缩合反应中，微波可以改善产物的质量和产率，同时缩短反应时间。
2.加成反应微波辐射可以促进加成反应，提高产率和选择性。
例如，芳香烃的亲核取代反应中，使用微波可以有效地提高产物的收率和反应的速率。
3.酯化反应微波可以显著地改善酯化反应的产率和选择性，降低反应温度和反应时间。
例如，使用微波加热可以减少反应时间，提高酯化反应的收率和质量。
4.脱水反应微波可以促进脱水反应，提高反应产率和质量。
例如，在脱水合成纳米级二氧化钛的过程中，微波反应时间缩短了15倍，产品的质量也得到了明显的提高。
5.环化反应在环化反应中，微波可以加速反应速率，提高产率和选择性。
例如，使用微波加热可以在短时间内实现亚甲基环丙戊二酮的环化，而传统方法需要长时间的反应过程。
三、微波化学的优点1.加速反应速率：因为微波能够产生热效应，所以可以使反应速率加快，常常可以缩短反应时间。
2.提高产率和选择性：微波加速反应过程，可以提高产率和选择性，特别是在复杂反应中。
3.减少化学废物：微波反应过程中产生的化学废物通常比传统方法少。
4.质量优于传统反应：微波反应产物的质量往往比传统方法产物更好。
5.可重复性更好：由于微波反应比传统反应更容易控制温度和反应时间等因素，因此反应可重复性更高。
功能性食品成分提取方法实证研究
功能性食品成分提取方法实证研究近年来，随着人们对健康意识的提高，功能性食品成为了消费者追求健康生活的首选。
功能性食品作为一种具有特定功效的食品，其中所含的活性成分是起到功效的关键。
为了有效提取功能性食品中的成分，许多研究者进行了各种实证研究。
1. 溶剂提取法溶剂提取法是最常用的提取功能性食品成分的方法之一。
该方法将食品加入合适的溶剂中，在特定的温度和时间条件下，通过溶剂与成分的相互作用，使活性成分溶解于溶剂中。
常用的溶剂包括醇类、酮类、酯类、酸类等。
根据不同的功能性食品和目标成分，选择适当的溶剂对样品进行提取，可以获得较好的提取效果。
2. 超声波辅助提取法超声波辅助提取法是一种通过超声波的机械振动作用，提高样品溶剂界面传质速率的方法。
通过超声波的作用，可以有效地破坏细胞壁，促进溶剂与样品之间的接触，增加提取效率。
同时，超声波还能提高溶剂的渗透性能，加快成分的溶解速率和扩散速率。
因此，超声波辅助提取法被广泛应用于功能性食品成分的提取。
3. 高压萃取法高压萃取法是一种利用高压力和高温度条件下的溶剂进行提取的方法。
相比传统的溶剂提取法，高压萃取法在提取效果和速度上具有明显优势。
高压下，溶剂的密度和溶解能力都会增加，从而加快成分被提取的速度。
此外，高压还能影响溶剂和成分之间的物理和化学平衡，提高提取率。
因此，高压萃取法在功能性食品成分的提取研究中有着重要的应用价值。
4. 超临界流体萃取法超临界流体萃取法是指在超临界状态下使用超临界流体作为溶剂进行提取。
超临界流体是介于气体和液体之间的物质，在超临界条件下具有较高的溶解力和较低的粘度。
超临界流体萃取法不仅可以高效提取功能性食品成分，还具有环保、高效、无毒、无残留等优点。
因此，超临界流体萃取法被广泛应用于功能性食品成分的提取研究。
5. 微波辅助提取法微波辅助提取法利用微波的非热效应，通过辐射热量和非热效应的作用，提高溶剂对样品成分的渗透性和活性成分的溶解速率。
微波辅助合成有机化合物的研究
微波辅助合成有机化合物的研究在有机合成领域中，精确控制反应条件和反应物之间的相互作用是至关重要的。
微波辅助合成是一种新兴的方法，其在有机合成领域中已逐渐得到了广泛应用。
微波辅助合成利用微波辐射能量对反应物进行加热，并快速转化为化学能量。
这种方法具有反应速度快、产品纯度高、化学产率高、反应条件控制精确等优点。
微波辅助合成碳-碳键和碳-氧键偶合反应在有机合成中，碳-碳键和碳-氧键偶合反应是最常见的类型之一。
微波灭菌技术可以用于加速快速排除反应物之间的电荷和极性作用力，从而提高反应速率和产率。
研究表明，微波辅助合成有机化合物的碳-碳键和碳-氧键偶合反应可以实现反应速度的提高和选择性的提高。
微波辅助合成有机杂环有机杂环是具有广泛生物活性的重要化合物类别，因此是热门有机合成研究领域。
微波辅助合成在有机杂环合成中也发挥了其优越性能。
近年来，研究者已经成功地通过微波辅助反应合成了大量的范围广泛的有机杂环化合物，例如吡咯、吡唑、咔唑等。
微波辅助合成有机杂环的典型例子是Imidazole的合成。
微波辅助合成蛋白质蛋白质是生物体中最为关键的分子之一，因为它们在各种生物过程中发挥着重要作用。
由于其复杂的结构，蛋白质的合成具有高度的挑战性。
微波辅助合成蛋白质已成为一种重要的工具。
研究人员已经成功地使用微波加热技术制备了各种型号的蛋白质，例如MutT，保护其他DNA漏洞的DNA代谢酶，以及能调节免疫系统中非常规T细胞活化的多肽分子，等等。
结论微波辅助合成是一种有前途的方法，其具有反应速度快、选择性和产率高、控制精确、环境友好等优点。
此外，该技术可以用于生物大分子和有机化合物的合成，以及其他许多应用领域，如材料合成、药物合成等。
虽然这项技术仍面临一些挑战，但它无疑将成为有机合成的重要部分，为人们带来更多便利和福利。
多孔MOFs材料的合成及性能研究
多孔MOFs材料的合成及性能研究一、本文概述金属有机框架（MOFs）材料作为一种新型多孔材料，因其独特的结构和性能，近年来在材料科学领域引起了广泛关注。
MOFs材料由金属离子或金属团簇与有机配体通过配位键连接而成，具有高度可定制性、高比表面积和良好的孔道结构。
这些特性使得MOFs材料在气体存储与分离、催化、传感、药物输送等领域展现出巨大的应用潜力。
本文旨在探讨多孔MOFs材料的合成方法、性能表征以及潜在应用，以期为MOFs材料的研究与应用提供有益的参考。
在合成方面，本文详细介绍了多种制备多孔MOFs材料的方法，包括溶剂热法、微波辅助法、机械化学法等。
这些方法各有特点，可根据具体需求选择合适的合成策略。
本文还重点讨论了合成条件对MOFs材料结构和性能的影响，为优化合成工艺提供了指导。
在性能研究方面，本文系统地评价了多孔MOFs材料的物理和化学性质，如比表面积、孔径分布、热稳定性、化学稳定性等。
通过气体吸附实验、催化实验等手段，深入探讨了MOFs材料在气体存储与分离、催化反应中的应用性能。
这些实验结果不仅有助于理解MOFs材料的性能特点，也为后续的应用研究提供了有力支持。
本文旨在全面介绍多孔MOFs材料的合成方法、性能表征及潜在应用，以期推动MOFs材料在各个领域的研究与发展。
通过不断优化合成工艺和提高材料性能，我们有望将MOFs材料应用于更多领域，为人类社会的发展做出贡献。
二、多孔MOFs材料的合成方法多孔金属有机框架（MOFs）材料的合成是一个复杂且精细的过程，它涉及到对金属离子或团簇与有机配体之间相互作用的精确控制。
MOFs 的合成方法多种多样，常见的包括溶液法、扩散法、微波法、机械化学法等。
溶液法：溶液法是最常用的MOFs合成方法，它通过在溶剂中混合金属盐和有机配体，然后调节pH值、温度和反应时间等因素，使金属离子与有机配体在溶液中自组装形成MOFs。
这种方法简单易行，适用于大规模制备MOFs。
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进展评述微波辅助有机合成中“非热效应”的研究方法陈新秀 徐 盼 夏之宁3(重庆大学化学化工学院 重庆 400030)摘 要 微波作为一种新颖的加热方式,极大地提高了有机合成的效率。
对于微波促进有机合成反应机理,人们提出了它具有“非热效应”。
本文从微波对分子的影响、微波光量子对化学键的影响以及微波对化学反应的影响3个方面,对“非热效应”存在的理论依据进行了阐述;从理论、实验以及两者相结合的角度,对“非热效应”的研究方法与技术进行了综述。
关键词 微波 有机合成 非热效应Methods for N on2therm al Microw ave E ffects in Microw ave Assisted Organic synthesisChen X inxiu,Xu Pan,X ia Zhining3(C ollege of Chemistry and Chemical Engineering,Chongqing University,Chongqing400030)Abstract As a new heating technology,the microwave extraordinarily im proves the efficiency in organic synthesis.The investigations on the mechanism of microwave2accelerated organic synthesis were supposed to be a“non2thermaleffects”.The theoretical foundation of non2thermal effects was studied on the basis of the im pact of microwave on m olecules,chemical bonds and the chemical reactions.The studying methods and the especial technologies for evidencing the non2thermal effects in microwave assisted organic synthesis were reviewed.K eyw ords M icrowave,Organic synthesis,N on2thermal effects微波作为一种新型的加热方式已被广泛应用于有机合成等领域。
在过去30年,微波辅助合成方法已被应用到几乎所有类型的有机反应。
与传统加热方式相比,微波辐射可提高反应的产率或大大缩短反应时间[1,2],有时还表现出和常规加热不同的选择性[3,4]。
尽管已有大量有关微波合成的研究报道,但是相比于常规加热方式,微波加速或改变化学反应的原因并不十分清楚。
目前认为微波存在3种可能的效应:微波热效应,特殊的微波效应,微波非热效应。
微波热效应及其特殊效应,已得到大家的认可[5];而微波“非热效应”的存在与否,至今依然是微波化学领域争论的一个焦点。
微波非热效应是指不能用单纯的热Π动力学效应或者特殊微波效应解释的微波场对化学反应的影响,还有,微波作用使一个处于相同温度等反应条件下的合成产生了不同的效果,也被列为“非热效应”之类。
对于一个有机反应微波能否产生“非热效应”,目前尚有较大的分歧[6～12],有的文献用实验证明有“非热效应”;而另外又有文献证明没有“非热效应”。
后者认为微波辅助有机合成产生不一样效果的原因是温度控制不准的结果。
对此争议采用证明的方法多种,但却不能令众人信服。
鉴于对“非热效应”研究方法的归纳总结以及综合评价尚未见报道,本文根据“非热效应”的理论依据,从理论、实验以及两者相结合的角度,对合成领域中“非热效应”的研究方法与技术进行综述。
1 微波“非热效应”的理论依据111 微波对分子存在影响科技部国际合作项目(2006DFA43520)和国家自然科学基金项目(20775096)资助2009201221收稿,2009203209接受在无微波场作用时,反应体系中分子的整体平均偶极矩为零;但在微波场存在的情况下,不管是极性分子还是非极性分子,它们的平均偶极矩都不等于零,即微波可引起分子的极化现象。
这种情况下,微波加热是有别于常规加热的,因为常规加热条件下,没有这种场致偶极矩的变化。
112 微波光量子对化学键存在影响微波的频率在300MH z～300G H z之间,能够激发分子的转动能级跃迁。
微波光量子的能量(10-5 eV,2145G H z)太小,除了加热就不可能破坏任何化学键(共价键能量约5eV,氢键0104～0144eV)[13]。
K alhori等[14]在对微波场下小分子的S N2反应的量子化学模型研究发现,溶剂化的分子中存在着受阻旋转形式的振动运动,并认为是微波光量子激励了这种振动模式。
微波可引起分子的转动与振动就可能对化学键的断裂作出贡献,影响化学反应的发生。
113 微波对化学反应存在影响分子之间的化学反应须经过有效碰撞才能发生。
有效碰撞的条件一是反应物分子有足够的能量,二是反应物分子有合适的取向。
微波对化学反应的影响一方面表现在对分子能量的影响,微波能不仅可以以振动能的形式存储于分子中[15],还会转化为分子间势能[16],引起分子能量的提高。
另一方面微,微波场下偶极分子定向排列,促进反应分子相对于其共同质心的运动。
微波对分子能量及分子取向的影响,大大提高了有效碰撞频率,从而加快反应速度。
此外,微波还会影响化学反应体系的平衡状态。
对典型的Schlǒgl形式的自催化复杂化学反应(达到稳态)进行的研究表明,没有微波辐射作用时,体系将长期处于稳态,而1mWΠcm2的弱微波辐射就可改变系统的状态[17,18],即弱微波作用可以对化学反应系统的平衡产生影响。
2 “非热效应”研究的仪器装置 早期的微波辅助有机合成反应是在家用微波炉中进行的,存在反应温度、微波功率不可控等缺点,因而在家用微波炉上进行“非热效应”研究缺乏足够的说服力。
20世纪90年代中期,微波辅助有机合成的日益增长促进了专用微波合成仪的发展。
专用微波合成仪具有温度测量装置、功率控制单元和内置的磁力或机械搅拌装置等,实现了实时温度控制、功率控制以及对反应混合物有效的搅拌等,促进了微波“非热效应”的研究。
绝大多数的“非热效应”研究都是在固定微波频率(2145G H z)下进行的,因而忽略了微波频率对反应的影响。
分子的转动、振动都能在微波波段发生,不同频率的微波辐射对分子能量的影响是不同的,那么是否存在一个引起分子达到最佳能量状态的频率呢?从微波频率角度来考察“非热效应”是一种很好的方法,然而受到民用微波频率的限制,目前的研究还较少。
为此,出现了设计可变微波频率的微波化学反应器的报道,其核心部件为产生特殊频率的微波发生器,此外还配备了微波功率调节器、红外或光纤测温传感器等。
采用可变频率的微波发生装置(微波激光治疗仪)[19],张志斌等[20]考察了434MH z、1G H z微波对二苯硫脲反应的影响,结果表明微波频率不同对反应影响较大,即反应对微波频率具有一定的选择性。
在其它条件相同的情况下,H orikoshi等[21]对比了518G H z、2145G H z以及常规油浴下离子液体[bmin]BF4的合成,产率分别为87%、28%、21%,进一步表明,微波频率会对反应产生影响。
至于频率对化学反应的影响机制有待进一步深入研究。
另一类特殊的反应装置是具有同步冷却功能的微波化学反应器。
现阶段常见的具有同步冷却功能的微波反应装置是美国CE M公司推出的Discover Benchmate和Discover C oolmate。
前者配备了可供选择的红外测温及光纤温度传感器,保证反应温度的快速、准确测定,它以压缩空气为冷却介质,通过进气阀调整气体流量,有效地控制反应温度;后者带有原位光纤温控探头,能方便、准确地测定体系的温度,它还装备了带夹套的低温反应容器,化学反应在夹套内层进行,夹套外层循环着不吸收微波的冷却介质,不断循环的冷却介质维持反应器整体处于低温状态,最低可达-80℃。
同步冷却装置的发展为“非热效应”的研究提供了有力的手段。
首先,它在改变微波辐射功率的同时可以保持相同的反应温度,为考察微波功率对反应的影响提供了途径。
目前的文献报道[11,22]表明,只要温度相同,微波辐射功率不会对反应结果产生影响。
其次,它还将微波条件下的反应温度降至室温以下,实现了低温条件下的反应,更好地减小了微波热效应的影响,详细的例子见本文413节。
3 基于物理化学方法的“非热效应”研究 由Arrhenius定律k=A exp(-EaΠR T),反应的速率常数k和指前因子A、活化能E a以及反应的温度T有直接的关系。
微波加速了反应,也就是对温度、指前因子和活化能3者中的一个或多个有影响。
微波辐射提高反应温度是热效应的体现,对指前因子和活化能的影响应是“非热效应”。
因此,去除温度的影响或保证微波与常规反应下有相同的温度,通过比较微波条件下和常规条件下反应的动力学,可以获得微波对指前因子和活化能的影响,从而证明“非热效应”的存在。
311 微波对指前因子的影响指前因子A的物理意义为单位时间、单位体积内一对分子发生碰撞的次数,决定于反应界面上原子的振动频率。
微波对指前因子的影响多体现在无机材料的合成上,如Cross[23]发现对于碳化钡的合成,其指前因子增加了313倍。
312 微波对活化能的影响根据现代反应速率理论和T olman对活化能的解释,活化能为过渡态的平均摩尔能量与反应物全部分子平均摩尔能量之差。
如果微波的存在会稳定过渡态,降低反应活化能,微波就具有了“非热效应”。
Sivalingam[24]对在微波辐射下ε2己内酯的聚合反应的历程研究发现,在反应过程中,反应温度随着反应时间变化,因此建立了与温度、时间相关的速率常数模型,算得热聚合、热辅助催化聚合、微波辅助催化聚合反应的活化能分别为2413、1314、517kcalΠm ol,表明微波通过降低活化能促进了聚合反应的进行。
微波可同时改变反应的活化能与指前因子[25]。
在C O2与环氧化物反应制备环状碳酸酯的反应中, C O2大大过量,可视其浓度为一定值,将该反应体系视为准一级反应。
从实验数据绘得的动力学曲线看,准一级假设是很合理的。
在微波条件下,E=4612k JΠm ol,A=2175×10-3s-1;而常规条件下,则是aE a=6312k JΠm ol,A=5143×10-3s-1。
显然,微波同时降低了反应的活化能和指前因子,而且微波对活化能的降低作用大于对指前因子的作用,从而导致了反应速率的提高。