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7.1微波化学 组员：黄许洋,谢黎兴 目录 7.1.1微波作用机理 7.1.2微波在化学中的应用 7.1.2.1 微波在有机化学中的应用 7.1.2.2 微波在无机化学中的应用 微波是频率范围在300MHz到300GHz的超高频电磁波，其真空中波长从1m到0.1mm。它位于电磁波谱的红外辐射（光波）和无线电波之间。 什么是微波 ？ 医用及家用等民用微波频率一般为900（+/-15）MHz和2450 （+/-50）MHz 7.1.1 微波作用机理 微波不同于其他波段的重要特点 a）似光性。微波波长非常小，当微波照射到某些物体上时，将产生显著地反射和折射，就和光线的反、折射一样 b）穿透性。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； c）信息性。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宽的，可达数百甚至上千兆赫； d）非电离性。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化学键，所以微波和物体之间的作用是非电离的。 研究背景 早在1969年，美国科学家 Vanderhoff就利用家用微波炉加热进行了丙烯酸酯、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。 1986年加拿大Gedye教授发表了第一篇微波催化化学合成的论文。 1992年9月在荷兰召开了第一次世界微波化学会议，正式采用“微波化学”这个术语。 研究微波与化学反应系统的相互作用的微波化学，近年来发展很快。 微波化学在相关产业中的应用可以降低能源消耗、减少污染、改良产物特性，因此被誉为“绿色化学”，有着巨大的应用前景。 1947年，世界上第一台家用微波炉研制成功 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，瞬间(约10-9秒以内)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，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。 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。 微波加热与传统加热的比较 传统的加热：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。 微波加热：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，温度升高快，并且里外温度相同。 与传统加热相比, 微波加热的优点： a)微波能量可远距离输入，而不用能量源与化学品相接触； b) 能量的输入可快速地开始或停止； c) 加热速率高于传统加热方式 微波改变化学反应的作用机理 两种不同观点： 一种认为微波诱导有机合成反应速率或产率的提高在于微波的致热作用和过热作用，即微波热效应； 另一种观点则认为在微波作用下存在着其独特的非致热效应----微波非热效应。 7.1.2 微波在化学中的应用 由于微波作用下有机反应的速率可比传统加热方法快几倍至几千倍,且具有操作方便、产率高、产品易纯化等特点,所以微波有机合成发展非常迅速。至今研究过的有机合成反应有酯化、Diels2Alder、重排、Knoevenagel、Perkin、苯偶姻缩合、Reformatsky、Deckman、缩醛 (酮)、Witting、羟醛缩合、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、酯胺化、催化氢化、脱羧、糖类化合物、有机金属、放射性药剂等反应。 7.1.2.1 微波在有机化学中的应用 （1）纯反应物的反应 在无溶液条件下，通过微波照射，纯反应物的酰胺化反应可以进行，可以有效解决溶剂的挥发、易燃易爆、污染环境等问题。 （2）相转移催化反应 固液相无溶剂相转移催化反应是一种特殊的阴离子反应。有机物的有些烷基化相转移反应甚至可以在干态下进行，反应速率可提高约 200倍。 丁子香酚的异构化 烷基化 （3）“干媒介”反应 干媒介反应是有机反应物被吸收在酸性或碱性支撑物（氧化铝，硅土，蒙脱土，沸石等）上，进行微波辐射。 （4）高温水相反应 因为水的介电常数较小，在高温下的行为有些