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。
- 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