微波促进有机合成专题课件.doc
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1.微波及其特性2.研究背景3.微波加速有机反应的原理4.微波有机合成技术5.微波反应的影响因素6.微波反应装置7.微波反应的注意事项8.微波有机合成单元反应实例9.前景展望10.课后习题1.1.1微波的定义微波(MW)是频率大约在300MHz~300GHz,即波长在100cm至1mm范围内的电磁波。它位于电磁波谱的红外辐射(光波)和无线电波之间。医学及家用等民用微波频率一般为900(±15)MHz和2450(±50)MHz。微波部分波段范围波段名称频率范围/GHz波长范围/mmL波段1-2300.00-150.00S波段2-4150.00-75.00C波段4-875.00-37.50X波段8-1237.50-25.00Ku波段12-1825.00-16.67K波段18-2716.67-11.11Ka波段27-4011.11-7.50Q波段30-5010.00-6.00U波段40-607.50-5.00V波段50-756.00-4.00E波段60-905.00-3.33W波段75-1104.00-2.73F波段90-1403.33-2.14D波段110-1702.73-1.76L波段常用主频率为915MHz,S波段常用主频率为2450MHz。1.2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。2.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、氮化硼膜等)和纳米粉体材料的合成;1975年,Mosian等发明了一种表面波器件;1976年,Beenakker提出了Tmoio谐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1-2m的金刚石膜,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工过程,并已形成一定产业;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)至今,微波促进有机合成反应已经越来越被化学界人士所看好,而且形成了一门倍受关注的领域—MORE化学(Microwave-InducedOrganicReactionEnhancementChemistry)即微波促进有机化学,也可叫做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、Diels-Alder、重排、KnoevenagelPerkin、Witting、Reformatsky、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。3.3.1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