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1、微波促进有机合成反应微波促进有机合成反应为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益主要内容：主要内容：1. 微波及其特性微波及其特性2. 研究背景研究背景3. 微波加速有机反应的原理微波加速有机反应的原理4. 微波有机合成技术微波有机合成技术5. 微波反应的影响因素微波反应的影响因素6. 微波反应装置微波反应装置7. 微波反应的注意事项微波反应的注意事项8. 微波有机合成单元反应实例微波有机合成单元反应实例9. 前景展望前景展望10. 课后习题课后习题为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位
2、工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1. 微波及其特性微波及其特性1.1 微波的定义微波的定义 微波（微波（MW）是频率大约在）是频率大约在300MHz300GHz，即波长在，即波长在100cm至至1mm范围内的电磁波。它位于电磁波谱的红外辐射（光波）和无线电范围内的电磁波。它位于电磁波谱的红外辐射（光波）和无线电波之间。波之间。医学及家用等民用医学及家用等民用微波频率一般为微波频率一般为 900( 15) MHz 和和 2450( 50) MHz。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益微波部分波段范围微波
3、部分波段范围L波段常用主频率为波段常用主频率为915MHz,S波段常用主频率为波段常用主频率为2450MHz。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益1.2 微波的特性微波的特性a) 似光性似光性。微波波长非常小，当微波照射到某微波波长非常小，当微波照射到某些物体上时，将产生显著的反射和折射，就些物体上时，将产生显著的反射和折射，就和光线的反、折射一样和光线的反、折射一样;b) 穿透穿透性。性。微波照射于介质物体时，能够深入微波照射于介质物体时，能够深入该物体内部的特性称为穿透性该物体内部的特性称为穿透性;c) 信息性
4、信息性。微波波段的信息容量非常巨大，即微波波段的信息容量非常巨大，即使是很小的相对带宽，其可用的频带也是很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宽的，可达数百甚至上千兆赫;d) 非电离性非电离性。微波的量子能量不够大，因而不微波的量子能量不够大，因而不会改变物质分子的内部结构或破坏其分子的会改变物质分子的内部结构或破坏其分子的化学键，所以微波和物体之间的作用是非电化学键，所以微波和物体之间的作用是非电离的。离的。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益2. 研究背景研究背景20 世纪世纪 30
5、 年代，发明产生微波的电子管。开始年代，发明产生微波的电子管。开始微波技术仅用于军事雷达；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年，美国发明了第一台加热食品的机器微波炉；微波炉；1952 年，微波等离子体用于光谱分析；年，微波等离子体用于光谱分析；60 年代后，用于无机材料的合成，如表面膜（金年代后，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；刚石膜、氮化硼膜等）和纳米粉体材料的合成；1975 年，年， Mosian 等发明了一种表面波器件；等发明了一种表面波器件；为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位
6、工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 1976 年，年， Beenakker提出了提出了Tmoio谐谐振腔并获得了常压氦微波等离子体；振腔并获得了常压氦微波等离子体； 1981 年，嘉茂睦等用微波等离子体增强年，嘉茂睦等用微波等离子体增强化学气相沉积法，以化学气相沉积法，以CH4 与与 H2 为原料，在钼为原料，在钼与硅基上沉积出厚度为与硅基上沉积出厚度为 12 m 的金刚石膜，的金刚石膜，此方法现已用于微波电子材料的刻蚀、净化，此方法现已用于微波电子材料的刻蚀、净化，高分子材料的表面改性与光刻胶的剥蚀等加高分子材料的表面改性与光刻胶的剥蚀等加工过程，并已形成一定产业；工过程，并已形
7、成一定产业； 直到直到 1986 年起，加拿大化学家年起，加拿大化学家 Gedye 等等发现微波辐射下的发现微波辐射下的 4氰基苯氧离子与氯苄的氰基苯氧离子与氯苄的 SN2 亲核取代反应可以使反应速率提高亲核取代反应可以使反应速率提高1240 倍，并且产率也有不同程度的提高。从此微倍，并且产率也有不同程度的提高。从此微波有机合成逐渐变得流行起来。波有机合成逐渐变得流行起来。（标志着标志着微微波有机合成化学开始波有机合成化学开始）为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 至今至今, 微波促进有机合成反应已经越来越被微波促
8、进有机合成反应已经越来越被化学界人士所看好化学界人士所看好, 而且形成了一门倍受关注的而且形成了一门倍受关注的领域领域MORE 化学化学(MicrowaveInduced Organic Reaction Enhancement Chemistry) 即即微波促进有微波促进有机化学机化学, 也可叫做也可叫做微波诱导催化有机反应化学微波诱导催化有机反应化学。 将微波用于有机合成的研究涉及酯化、将微波用于有机合成的研究涉及酯化、DielsAlder、重排、重排、Knoevenagel Perkin、Witting、Reformat sky 、Dveckman、羧醛缩合、羧醛缩合、开环、烷基化、水解
9、、烯烃加成、消除、取代、开环、烷基化、水解、烯烃加成、消除、取代、自由基、立体选择性、成环、环反转、酯交换、自由基、立体选择性、成环、环反转、酯交换、酯胺化、催化氢化、脱羧等反应及糖类化合物、酯胺化、催化氢化、脱羧等反应及糖类化合物、有机金属、放射性药剂等的合成反应。有机金属、放射性药剂等的合成反应。 为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益3. 微波加速有机反应的原理微波加速有机反应的原理3.1 微波加热的特点：微波加热的特点：a) 快速加热。快速加热。微波能以光速微波能以光速(3109m/s)在物体中传播，瞬间在物
10、体中传播，瞬间(约约109秒以秒以内内)就能把微波能转换为物质的热能，并将热能渗透到被加热物质中，就能把微波能转换为物质的热能，并将热能渗透到被加热物质中，无需热传导过程。无需热传导过程。b) 快速响应能力快速响应能力。能快速启动、停止及调整输出功率，操作简单。能快速启动、停止及调整输出功率，操作简单。c) 加热均匀。加热均匀。里外同时加热。里外同时加热。d) 选择性加热。选择性加热。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦然。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦然。e) 加热效率高。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
11、加热箱没有热损耗。围的空气及加热箱没有热损耗。f) 加热渗透力强。加热渗透力强。透热深度和波长处于同一数量级，可达几厘米到十几透热深度和波长处于同一数量级，可达几厘米到十几厘米，厘米，而传统加热为表面加热而传统加热为表面加热，渗透深度仅为微米数量级。，渗透深度仅为微米数量级。g) 安全无害。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。粉尘污染，既不污染食物，也不污染环境。
12、为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益传统的加热：传统的加热：由外部热源通过热辐射由表及里的传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。导时加热。能量利用率低，温度分布不均匀。微波加热：微波加热：通过电介质分子将吸收的电磁能转变为通过电介质分子将吸收的电磁能转变为热能的一种加热方式，属于体加热方式，温度升高热能的一种加热方式，属于体加热方式，温度升高快，并且里外温度相同。快，并且里外温度相同。与传统加热相比与传统加热相比, , 微波加热的微波加热的优点优点： a) a) 可使可使反应速率
13、大大加快反应速率大大加快, , 可以提高几倍、几十可以提高几倍、几十倍甚至上千倍。倍甚至上千倍。 b) b) 由于微波为强电磁波由于微波为强电磁波, , 产生的微波等离子体中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、分子和常可存在热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子离子, , 因而因而可使一些热力学上不可能发生的反应得可使一些热力学上不可能发生的反应得以发生以发生。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益a) “内加热内加热” 微波靠介质的微波靠介质的偶极子转向极化偶极子转向极化和和界面界面极化极化
14、在微波场中的在微波场中的介电耗损介电耗损而引起的体内而引起的体内加热。通俗地说加热。通俗地说, 是极性介质在微波场作用是极性介质在微波场作用下随其高速旋转而产生相当于下随其高速旋转而产生相当于“分子搅拌分子搅拌”的运动的运动, 从而被均匀快速地加热从而被均匀快速地加热, 此即此即“内加内加热热”。3.2 微波加热的原理微波加热的原理为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益有不少人支持有不少人支持“热效应热效应”说，他们认为：说，他们认为： 微波引起速率加快是由于微波加热微波引起速率加快是由于微波加热引起溶剂引起溶剂过热
15、以及由高温而产生的压力过热以及由高温而产生的压力引起的，也可能是引起的，也可能是由于在某些物质由于在某些物质(如催化剂如催化剂) 上形成比周围温度更上形成比周围温度更高的高的“热点热点”, 造成速率加快。从本质上解释是造成速率加快。从本质上解释是微波能量只有约几个微波能量只有约几个Jmol-1, 因此不能引起分子因此不能引起分子能级的跃迁能级的跃迁, 所以微波只会使物质内能增加所以微波只会使物质内能增加, 并并不会造成反应动力学的不同。不会造成反应动力学的不同。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益b) “非热效应非
16、热效应” 微波加速有机反应的原理，传统的观点认为是对极微波加速有机反应的原理，传统的观点认为是对极性有机物的选择性加热，是微波的致热效应。性有机物的选择性加热，是微波的致热效应。 极性分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电磁波的能量，通过分子偶极作用以每秒4.9109 次的次的超高速振动，提高了分子的平均能量，使反应温度与速超高速振动，提高了分子的平均能量，使反应温度与速度急剧提高。度急剧提高。 但是在非极性溶剂但是在非极性溶剂(如甲苯、正己烷、乙醚、四氯化如甲苯、正己烷、乙醚、四氯化碳等碳等) 中吸收中吸收MW能量后，能量后，通过分子碰撞而转移到非极通过分子碰撞而转移到非极性分子上性分子上，使加热速率大为降低，所以微波不能使这类，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。反应的温度得以显著提高。为了规范事业单位聘用关系，建立和完善适应社会主义市场经济体制的事业单位工作人员聘用制度，保障用人单位和职工的合法权益 “非热效应非热效应”说认为：说认为： 微波对有机化学
