第七章绿色化学技术.ppt

本章内容 一、微波有机化学 二、超声化学 三、电化学 第一节 微波有机合成化学 医学及家用等民用微波频率一般为 900( ±15) MHz 和 2450( ±50) MHz。 我国手机常用的频段主要有900/1800/1900MHZ 频段；3G占用的900/1800/1900/2100MHz频段。 微波的特性 a) 似光性。微波波长非常小，当微波照射到某些物体上时，将产生显著的反射和折射，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。 在生物医学方面的应用 诊断：（磁共振） 热效应：微波理疗、组织固定。 治疗 非热效应：免疫组织化学和免疫细胞化学研究。 微波有机合成化学 将微波用于有机合成的研究涉及酯化、Diels-Alder、重排、Knoevenagel Perkin、Witting、Reformat sky 、Dveckman、羧醛缩合、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、脱羧等反应及糖类化合物、有机金属、放射性药剂等的合成反应。 研究背景 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，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（金刚石膜、氮化硼膜）和纳米粉体材料的合成； 1981 年，嘉茂睦等用微波等离子体增强化学气相沉积法，以CH4 与 H2 为原料，在钼与硅基上沉积出厚度为 1-2 m 的金刚石膜。 直到 1986 年起，加拿大化学家 Gedye 等发现微波辐射下的 4-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1240 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。（标志着微波有机合成化学开始） 微波介电加热 微波加热的原理 微波靠介质的偶极子转向极化和界面极化在微波场中的介电耗损而引起的体内加热。通俗地说, 是极性介质在微波场作用下随其高速旋转而产生相当于“分子搅拌”的运动, 从而被均匀快速地加热, 此即“内加热”。 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。 微波对于不同物质的作用 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。 极性溶剂因为在分子结构上处于非平衡状态具有偶极距，在微波场的作用下产生来回旋转，分子和分子就容易发生碰撞，分子间的碰撞提高了反应体系的能量。 所以极性溶剂通常能很容易吸收微波，非极性溶剂却不容易吸收微波。 微波有机合成技术 1992年刘福安等人对微波炉进行了改造,改造后的反应装置既有回流系统,又有搅拌和滴加系统，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。 微波连续合成反应技术 如果能控制反应液体的流量及流速,连续不断的通过炉体进行反应, 这样效率将会得到很大提高, 并可用于工业生产中。 1994年Cablenski等人研制出了一套新的微波连续技术的反应装置, 该系统的总