微波辅助合成ppt课件

微波在电磁波谱中的位置微波在电磁波谱中的位置 微波通常是指波长为微波通常是指波长为0.1mm 1000mm范围内的电磁范围内的电磁 波，其相应的频率范围是波，其相应的频率范围是300MHz 3000GHz。2.4 微波辅助合成微波辅助合成微波在电磁波谱中的位置 微波通常是指波长为0.1mm n微波位于红外辐射和无线电波之间，但其产生的原理、微波位于红外辐射和无线电波之间，但其产生的原理、传输和应用的方式和后两者明显不同。传输和应用的方式和后两者明显不同。n在微波中，在微波中，10 250mm波长范围用于雷达，其他的波长波长范围用于雷达，其他的波长范围用于无线电通讯。范围用于无线电通讯。n国际无线电通讯协会国际无线电通讯协会(CCIP)规定：家用微波炉使用频率规定：家用微波炉使用频率为为2450 MHz(波长波长122mm)，工业用加热微波炉的使用频，工业用加热微波炉的使用频率为率为915 MHz(波长波长328mm)。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理微波位于红外辐射和无线电波之间，但其产生的原理、传输和应用的 目前人们在许多化学领域目前人们在许多化学领域(如无机、有机、高分子、金如无机、有机、高分子、金属有机、材料化学等属有机、材料化学等)运用微波技术进行了很多的研究，运用微波技术进行了很多的研究，取得了显著的效果。微波作为一种能源，正以比人们取得了显著的效果。微波作为一种能源，正以比人们预料要快得多的速度步入化工、新材料及其它高科技预料要快得多的速度步入化工、新材料及其它高科技领域，如超导材料的合成，沸石分子筛的合成与离子领域，如超导材料的合成，沸石分子筛的合成与离子交换，稀土发光材料的制备，超细粉制备，分子筛上交换，稀土发光材料的制备，超细粉制备，分子筛上金属盐的高度分散型催化剂制备，分析样品的消解与金属盐的高度分散型催化剂制备，分析样品的消解与熔解，蛋白质水解，各种类型的有机合成及聚合物合熔解，蛋白质水解，各种类型的有机合成及聚合物合成，金刚石薄膜等成，金刚石薄膜等.1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理 目前人们在许多化学领域(如无机、有机、高分子、金属有机、(1)实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而 非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。非极性分子溶剂几乎不吸收微波能，升温很小。如水、如水、醇类、羧酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅速加热，醇类、羧酸类等极性溶剂都在微波作用下被迅速加热，有些已达至沸腾，而非极性溶剂有些已达至沸腾，而非极性溶剂(正己烷，正庚烷和正己烷，正庚烷和CCl4)几乎不升温。几乎不升温。(2)有些固体物质有些固体物质(如如CoO3)，NiO，CuO，Fe3O4，PbO2，V2O5，WO3，碳黑等，碳黑等)能强烈吸收微波能而迅速被加热能强烈吸收微波能而迅速被加热升温，而有些物质升温，而有些物质(如如CaO，CeO2，Fe2O3，La2O3，TiO2等等)几乎不吸收微波能，升温幅度很小。几乎不吸收微波能，升温幅度很小。(3)微波加热大体上可认为是介电加热效应。微波加热大体上可认为是介电加热效应。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理(1)实验表明极性分子溶剂吸收微波能而被快速加热，而 非极1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理1.微波加热及加速反应机理20 世世纪 30 年代，年代，发明明产生微波的生微波的电子管。开始微波技子管。开始微波技术仅用于用于军事雷达；事雷达；1947 年，美国年，美国发明了第一台加明了第一台加热食品的机器食品的机器微波炉；微波炉；1952 年，微波等离子体用于光年，微波等离子体用于光谱分析；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、石膜、氮化硼膜等）和氮化硼膜等）和纳米粉体材料的合成；米粉体材料的合成；1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理20 世纪 30 年代，发明产生微波的电子管。开始微波技术1 1988年，牛津大学的年，牛津大学的Baghurst和和Mingos等人首次用微波等人首次用微波法进行了一些无机化合物及超导陶瓷材料的合成物，随法进行了一些无机化合物及超导陶瓷材料的合成物，随后又用于金属有机化合物、配合物和嵌入化合物引的合后又用于金属有机化合物、配合物和嵌入化合物引的合成。成。Vartull等人引和等人引和Mingos等人报导了用微波辐射进行等人报导了用微波辐射进行某些沸石分子筛的晶化方法。某些沸石分子筛的晶化方法。1992年，年，Komarneni等人报导了等人报导了ABO3型复合氧化物的微型复合氧化物的微波水热合成方法。还有合成沸石分子筛与沸石分子筛的波水热合成方法。还有合成沸石分子筛与沸石分子筛的离子交换，无机固相合成，发光材料的制备，在微孔材离子交换，无机固相合成，发光材料的制备，在微孔材料上的某些盐的高度分散。料上的某些盐的高度分散。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理 1988年，牛津大学的Baghurst和Mingos3.1 微波加微波加热的特点：的特点：a)快速加快速加热。微波能以光速。微波能以光速(3109m/s)在物体中在物体中传播，瞬播，瞬间(约109秒以内秒以内)就能把微波能就能把微波能转换为物物质的的热能，并将能，并将热能渗透到被加能渗透到被加热物物质中，无需中，无需热传导过程。程。b)快速响快速响应能力。能快速启能力。能快速启动、停止及、停止及调整整输出功率，操出功率，操作作简单。c)加加热均匀。里外同均匀。里外同时加加热。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理3.1 微波加热的特点：1.微波加热及加速反应机理d)选择性加热。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦然。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，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。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。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管中工作，所以微波泄漏极少，没有放射线危害及有害气体，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，也不污染环排放，不产生余热和粉尘污染，既不污染食物，也不污染环境。境。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理d)选择性加热。介质损耗大的，加热后温度高，反之亦然。1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导时加热。能量利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。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。里外温度相同。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理传统的加热：1.微波加热及加速反应机理从从电介质电介质电介质电介质的角度来说，分子可分为两类：一类是无极分子，其分于的的角度来说，分子可分为两类：一类是无极分子，其分于的正负电荷中心重合，如正负电荷中心重合，如H H2 2，O O2 2等；另一类是有极分子，其分子的正负等；另一类是有极分子，其分子的正负电荷中心不重合，如电荷中心不重合，如H H2 2O O，H H2 2S S等。等。若将极性分子置于外电场中，极性分子在电场作用下总是趋向电场方若将极性分子置于外电场中，极性分子在电场作用下总是趋向电场方向排列，这时我们称这些分子被极化。向排列，这时我们称这些分子被极化。没有电场作用没有电场作用在有电场作用在有电场作用E1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理从电介质的角度来说，分子可分为两类：一类是无极分子，其分于的EE交变电场作用交变电场作用 由于微波是一种每秒振荡上百亿次的电磁场，放在这样的电磁场中，由于微波是一种每秒振荡上百亿次的电磁场，放在这样的电磁场中，分子的排列方向就要每秒钟随之改变上百亿次，这样，大量分子吸收了分子的排列方向就要每秒钟随之改变上百亿次，这样，大量分子吸收了微波的能量而高频率的剧烈的转动，便产生了大量的内能，使物体的温微波的能量而高频率的剧烈的转动，便产生了大量的内能，使物体的温度升高。度升高。1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理EE交变电场作用 由于微波是一种每秒振荡上百亿次的电磁 物质的介电性物质的介电性绝缘材料绝缘材料金属材料金属材料介质材料介质材料透过微波透过微波反射微波反射微波吸收微波吸收微波低耗介质低耗介质电导体电导体损耗介质损耗介质吸收的吸收的微波能微波能为零为零1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理 物质的介电性绝缘材料金属材料介质材料透过微波反射微波吸1 1）微波干燥）微波干燥(微波真空冷冻干燥微波真空冷冻干燥)2 2）微波杀虫灭菌）微波杀虫灭菌 微波膨化微波膨化3 3）微波诊断和治疗）微波诊断和治疗4 4）微波合成）微波合成 微波固相合成微波固相合成 微波水热合成微波水热合成 微波等离子体化学气相沉积微波等离子体化学气相沉积 微波烧结（微波烧结（多数陶瓷类材料的室温介电损耗较小多数陶瓷类材料的室温介电损耗较小）微波加热的应用微波加热的应用1.微波加热及加速反应机理微波加热及加速反应机理1）微波干燥(微波真空冷冻干燥)微波加热的应用1.微波加热2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 2.微波合成材料原理及工艺 2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 2.微波合成材料原理及工艺 与与传统加加热相比相比,微波加微波加热的的优点：点：a)可使反可使反应速率大大加快速率大大加快,可以提高几倍、几十倍甚至上千倍。可以提高几倍、几十倍甚至上千倍。b)由于微波由于微波为强强电磁波磁波,产生的微波等离子体中常可存在生的微波等离子体中常可存在热力力 学方法得不到的高能学方法得不到的高能态原子、分子和离子原子、分子和离子,因而可使一些因而可使一些热 力学上不可能力学上不可能发生的反生的反应得以得以发生。生。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 与传统加热相比,微波加热的优点：2.微波合成材料原理及工 选择性加热选择性加热 物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，就介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，就弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。选择性加热的特点。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。微波的吸收能力比水小得多。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 选择性加热2.微波合成材料原理及工艺 另一些物质如另一些物质如CeO2、CaO、Fe2O3、La2O3、TiO2等几乎不吸收微波，升温幅度很小。等几乎不吸收微波，升温幅度很小。极性溶剂吸收微波能被快速加热，如水、醇类、极性溶剂吸收微波能被快速加热，如水、醇类、羧酸等；羧酸等；非极性溶剂几乎不吸收微波，升温很小。如正已非极性溶剂几乎不吸收微波，升温很小。如正已烷，正庚烷和烷，正庚烷和CCl4等；等；有些固体物质如有些固体物质如Co2O3、NiO、CuO、Fe3O4、PbO2、V2O5、WO3、焦炭等能强烈吸收微波而被迅速加热、焦炭等能强烈吸收微波而被迅速加热升温；升温；2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 另一些物质如CeO2、CaO、Fe2O3、La2O3、TiO 合成催化材料合成催化材料 在分子筛催化剂合成方面引入了微波加热方法，在其它工艺在分子筛催化剂合成方面引入了微波加热方法，在其它工艺 条件相同时，所用时间仅为传统加热方式的条件相同时，所用时间仅为传统加热方式的1/30-1/40.1/30-1/40.合成纳米材料合成纳米材料 传统纳米材料的制备都离不开加热处理，微波法则有着传统传统纳米材料的制备都离不开加热处理，微波法则有着传统 加热方法无可比拟的优势，制备样品不仅时间短，而且能够加热方法无可比拟的优势，制备样品不仅时间短，而且能够 防止晶型的转变以及晶粒间的团聚。所以易于得到晶粒细防止晶型的转变以及晶粒间的团聚。所以易于得到晶粒细 小，形状规则而且分布均匀。小，形状规则而且分布均匀。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 合成催化材料2.微波合成材料原理及工艺 制备陶瓷材料制备陶瓷材料 微波烧结具有突出的优势微波烧结具有突出的优势:节能省时无污染节能省时无污染;烧结温度低、烧结温度低、物料受热均匀物料受热均匀,致密度高致密度高,大大改了材料性能大大改了材料性能,产生具有新的产生具有新的微观结构的优良性能的材料。微观结构的优良性能的材料。制备碳材料制备碳材料 樊希安等以棉秆为原料樊希安等以棉秆为原料,微波辐射氯化锌法制备活性炭微波辐射氯化锌法制备活性炭,活活化时间化时间6min(6min(为传统方法的为传统方法的1/36),1/36),产品吸附性能超过国家产品吸附性能超过国家一级标准。一级标准。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 制备陶瓷材料2.微波合成材料原理及工艺 微波辅助合成装置微波辅助合成装置2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 微波辅助合成装置2.微波合成材料原理及工艺 微波反应器微波反应器制微波反应器的材料需是对微波无吸收、微波可以穿透制微波反应器的材料需是对微波无吸收、微波可以穿透的材料。如：玻璃、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等。的材料。如：玻璃、聚四氟乙烯、聚苯乙烯等。密密闭仪器要求其能器要求其能够承受特定的承受特定的压力。耐力。耐压反反应器器较多，如：多，如：Dagharst和和Mingos设计的的Pyrex反反应器，美国器，美国的的Parr仪器公司及器公司及CEM公司公司为矿石、生物等石、生物等样品的酸品的酸消化而消化而设计的微波的微波间歇式反歇式反应器（器（microwave batch reactor)，可以在，可以在260，1101107Pa状状态下下进行反行反应。非封闭体系的仪器一般采用玻璃材料反应器。如：烧杯、非封闭体系的仪器一般采用玻璃材料反应器。如：烧杯、烧瓶、锥形瓶的等。烧瓶、锥形瓶的等。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 微波反应器制微波反应器的材料需是对微波无吸收、微波可以穿透的1.微波密微波密闭合成反合成反应装置：装置：1986 年年 Gedye 等人首次将微波引入有机合成方面的研究等人首次将微波引入有机合成方面的研究采用的就是密采用的就是密闭合成技合成技术密闭体系在反应瞬间即可获得高温、高压，易使反应器变形密闭体系在反应瞬间即可获得高温、高压，易使反应器变形或发生爆裂，于是化学家们不断地对反应装置进行改进：或发生爆裂，于是化学家们不断地对反应装置进行改进：1991 年，年，D.Michael P.Mingos 等等设计了可以了可以调节反反应釜釜内内压力的密封罐式反力的密封罐式反应器，它可以有效控制反器，它可以有效控制反应体系的体系的压力，从而达到控制温度的目的，但它只能粗略的控温。力，从而达到控制温度的目的，但它只能粗略的控温。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 1.微波密闭合成反应装置：1986 年 Gedye 等人密封釜式反应装置密封釜式反应装置2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 密封釜式反应装置2.微波合成材料原理及工艺 1992年，年，Kevin D.Raner 等将等将计算机算机应用在反用在反应温度的温度的监测上。上。1995 年，年，Kevin D.Raner 等又等又发展了密展了密闭体系下的微体系下的微波波间歇反歇反应器器(MBR)，该装置容量可达装置容量可达200 ml，操作，操作温度可达到温度可达到260，压力可达到力可达到10MPa，微波，微波输出功率出功率为1.2 KW，具有快速加，具有快速加热能力。能力。实现了了对微波功率的微波功率的无极无极调控，吸收和反射微波能的控，吸收和反射微波能的测量，量，负载匹配匹配设计达到了最大的达到了最大的热效率，可直接效率，可直接测量反量反应体系的温度和体系的温度和压力。力。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 1992年，Kevin D.Raner 等将计算机应用在反由于密闭技术的高温、高压等特点，使有些有机合由于密闭技术的高温、高压等特点，使有些有机合成不能用微波进行，这样就导致了微波常压合成技成不能用微波进行，这样就导致了微波常压合成技术的产生。术的产生。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 由于密闭技术的高温、高压等特点，使有些有机合成不能用微波进行 1991年年Bose等首先等首先对微波常微波常压技技术进行了行了尝试，成功，成功地在微波炉内用地在微波炉内用锥形瓶形瓶进行了阿斯匹林中行了阿斯匹林中间产物的合成。物的合成。在一个在一个长颈锥形瓶内放置反形瓶内放置反应的化合物及溶的化合物及溶剂，在，在锥形形瓶的上端盖一个表面皿，将反瓶的上端盖一个表面皿，将反应体系放入微波炉内，开体系放入微波炉内，开启微波，控制微波启微波，控制微波辐射能量的大小，使反射能量的大小，使反应体系的温度体系的温度缓慢上升。因慢上升。因为是敞开的反是敞开的反应体系，反体系，反应物和溶物和溶剂易易挥发到微波炉体内，一碰着火星就会着火甚至爆炸。到微波炉体内，一碰着火星就会着火甚至爆炸。2.2.微波常压合成反应装置微波常压合成反应装置2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 1991年Bose等首先对微波常压技术进行了尝试，成1990 年，年，D.Michael P.Mingos 等人等人对家用微波炉家用微波炉进行改造，在炉壁上开一个小孔，通行改造，在炉壁上开一个小孔，通过小孔使微波炉小孔使微波炉内反内反应器与炉外的冷凝回流系器与炉外的冷凝回流系统相接，微波快速加相接，微波快速加热时，溶液在，溶液在这种反种反应装置中能装置中能够安全回流。利用安全回流。利用该装置成功地合成了装置成功地合成了RuCl2(PPh)3 等一系列金属有等一系列金属有机化合物。机化合物。1992 年，国内研究者年，国内研究者对常常压系系统进行了改行了改进，使反使反应装置与一般有机合成反装置与一般有机合成反应装置更接近、更有装置更接近、更有实用性。用性。与密与密闭技技术相比，常相比，常压技技术所用的装置所用的装置简单、方便、方便、安全，适用于大多数微波有机合成反安全，适用于大多数微波有机合成反应。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 1990 年，D.Michael P.Mingos 等人对常常压压反反应应装装置置2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 常压反应装置2.微波合成材料原理及工艺 3.微波微波连续合成反合成反应装置装置早在早在 1990 年台湾大学年台湾大学 Chen 等人就开展了微波等人就开展了微波连续合合成技成技术的研究；的研究；设计出了微波出了微波连续反反应装置，利用装置，利用该装置完成了装置完成了对羟基苯甲酸与正丁醇、甲醇的基苯甲酸与正丁醇、甲醇的酯化和蔗化和蔗糖的酸性水解等反糖的酸性水解等反应，但，但该装置有很明装置有很明显的缺点，如的缺点，如反反应体体现的温度无法的温度无法测量等。量等。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 3.微波连续合成反应装置早在 1990 年台湾大学 Che1994 年年，Teresa Cablewsdi 等等人人研研制制出出了了一一套套新新的的微微波波连续反反应装装置置(CMR)，这套套反反应系系统的的总体体积为50ml，加加工工速速率率约为1 L/h，能能在在 200 和和1400kPa 下下正正常常运运行行。利利用用此此装装置置已已经成成功功进行行了了用用丙丙酮制制备丙丙三三醇醇、PhCOOMe 的的水水解解等等反反应，反反应速速率率都都比比常常规反反应得得到到了了很很大大的的提提高高。但但对于于含含固固体体或或高高粘粘度度的的液液体体的的反反应、需需要要在在低低温温条条件件下下进行行的的反反应及及原原料料或或反反应物物与与微微波波能能量量不不相相容容的的反反应(含含金金属属或或反反应物物主主要要为非非极极性性有有 机机 物物)，此此 套套 微微 波波连 续反反应装装 置置 就就 无无 法法进行行。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 1994 年，Teresa Cablewsdi 等人研制出了现有有资料料显示，目前大多数微波有机合成示，目前大多数微波有机合成实验都是都是对家家用微波炉用微波炉进行改造后行改造后进行的。行的。家用微波炉家用微波炉进入入实验室已室已经取得了不少成果取得了不少成果,但它具有但它具有许多缺点，用家用微波炉所得的多缺点，用家用微波炉所得的实验结果，无果，无法法为中中试设备的的设计提供确切的数据，而且有些被家用提供确切的数据，而且有些被家用微波炉所否微波炉所否认的的实验，很可能在，很可能在专用微波炉内用微波炉内获得成功。得成功。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 现有资料显示，目前大多数微波有机合成实验都是对家用微波炉进行家用微波炉主要有以下几个缺点：家用微波炉主要有以下几个缺点：(1)功率密度比功率密度比较低，低，对于一些于一些场强强要求要求较高的高的实验无法在无法在 家用微波炉内家用微波炉内实现，而且家用微波炉无法，而且家用微波炉无法测定反定反应体系体系 的温度，无法知道反的温度，无法知道反应的具体状的具体状态;(2)家用微波炉的微波加家用微波炉的微波加热主要集中在炉腔的底部的托主要集中在炉腔的底部的托盘 上，而有机合成大多需要上，而有机合成大多需要搅拌、回流和滴加系拌、回流和滴加系统，反，反应 的中心一般在炉内的中部，因而的中心一般在炉内的中部，因而对物料的加物料的加热不均匀，不均匀，导致更多的副反致更多的副反应;(3)家用微波炉是家用微波炉是间歇式加歇式加热，而且微波炉内的有效功率，而且微波炉内的有效功率 受到受到电网网电压的波的波动影响影响较大。大。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 家用微波炉主要有以下几个缺点：2.微波合成材料原理及工艺 微波反应的影响因素微波反应的影响因素从反应物体系看：从反应物体系看：我们通常可以改变的是溶剂，底物，催化剂，以及反应体系中各种物我们通常可以改变的是溶剂，底物，催化剂，以及反应体系中各种物质的比例等。质的比例等。从辅助条件看：从辅助条件看：搅拌强度，是否预搅拌，气体保护，气体添加等。搅拌强度，是否预搅拌，气体保护，气体添加等。从微波反应看：从微波反应看：反应的温度，反应的时间，微波的利用率。反应的温度，反应的时间，微波的利用率。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 微波反应的影响因素从反应物体系看：2.微波合成材料原理及工 为了安全，有些反了安全，有些反应不能做不能做,一般意一般意义上在微波上在微波场作用作用下容易下容易发生爆管的反生爆管的反应是不能做的。（比如：反是不能做的。（比如：反应是是连锁反反应；反；反应物物/溶溶剂带有有CN或者或者N基基团；反；反应物物/溶溶剂闪点低于点低于40度。）有些反度。）有些反应要特要特别小心（比如：小心（比如：反反应是放是放热反反应；反；反应产生气体）生气体）2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 为了安全，有些反应不能做,一般意义上在微波场作用下容不同溶剂如何选择合适的微波功率不同溶剂如何选择合适的微波功率 微波吸微波吸收水平收水平10ml10ml反应所反应所需微波功率需微波功率溶剂溶剂高高20w-50w20w-50wDMSODMSO；EtOHEtOH；MeOHMeOH；Propanols;Propanols;Nitrobenzene;Formic acid;Ethylene GlycolNitrobenzene;Formic acid;Ethylene Glycol中中50w-100w50w-100wWater;DMF;NMP:Butanols;Acetonitrile;HMPAWater;DMF;NMP:Butanols;Acetonitrile;HMPA；Methyl Ethyl ketoneMethyl Ethyl ketone；AcetoneAcetone；and other ketonesand other ketones；NitromethaneNitromethane；o-Dichlorobenzeneo-Dichlorobenzene；1,2-Dichloroethane;1,2-Dichloroethane;2-Methoxyethanol;Acetic Acid;Trifluoroacetic Acid2-Methoxyethanol;Acetic Acid;Trifluoroacetic Acid低低100w-150w100w-150wChloroform;Dichloromethane;Carbon Tetrachloride;Chloroform;Dichloromethane;Carbon Tetrachloride;1,4-Dioxane,THF,Glyme,and orhter ethers;Ethyl 1,4-Dioxane,THF,Glyme,and orhter ethers;Ethyl Acetate;Pyridine;Triethylamine;Toluene;Benzene;Acetate;Pyridine;Triethylamine;Toluene;Benzene;Chlorobenzene;Xylenes;Pentane;Hexane;and other Chlorobenzene;Xylenes;Pentane;Hexane;and other hydrocarbons.hydrocarbons.不同溶剂如何选择合适的微波功率 微波吸收水平10ml反应所需37在在仪器上我器上我们最高可以最高可以设置的温度是置的温度是300。但在。但在进行微行微波合成的波合成的时候，反候，反应温度常温度常设定在沸点定在沸点+10、沸点、沸点+25，沸点，沸点+50。但通常只做到溶但通常只做到溶剂沸点沸点+50以内以内，以防止由于温度以防止由于温度过高造成反高造成反应体系体系压力力过大，造成危大，造成危险。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 在仪器上我们最高可以设置的温度是300。但在进行微波合成的某些溶某些溶剂在微波在微波场的作用下会的作用下会产生分解的情况。比如生分解的情况。比如在微波作用下，在微波作用下，DMSO在在120保持保持30min就可能出就可能出现分解，分解，DMF在在150保持保持30min就可能出就可能出现分解。分解。当然，在各个条件安全的情况下，比如溶当然，在各个条件安全的情况下，比如溶剂不会分解，不会分解，如果反如果反应体系体系压力并不高（小于力并不高（小于150psi）的情况下，我）的情况下，我们还是可以适当提高反是可以适当提高反应温度的。温度的。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 某些溶剂在微波场的作用下会产生分解的情况。比如2.微波合成反反应时间是另一个非常重要可以是另一个非常重要可以调节的合成条件。通常微的合成条件。通常微波反波反应的的保持保持时间在在5min30min。但。但这里我里我们还是要是要强强调的是，不是所有反的是，不是所有反应延延长时间后就能达到更高的后就能达到更高的转化率。化率。反反应时间延延长也可能会造成副反也可能会造成副反应增加，也可能造成反增加，也可能造成反应体系吸收微波能量体系吸收微波能量过度出度出现分解的情况。分解的情况。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 反应时间是另一个非常重要可以调节的合成条件。通常微波反应的保仪器可以器可以设置的最高功率是置的最高功率是300W，但由于使用的是，但由于使用的是环形形聚焦微波技聚焦微波技术，微波利用率是非常高的。所以通常，微波利用率是非常高的。所以通常10mL反反应中，微波功率都控制在中，微波功率都控制在150w以内。如果微波功率很以内。如果微波功率很大，但是体系的温度却升高很慢，原因可能是你反大，但是体系的温度却升高很慢，原因可能是你反应体体系都是非极性的，在系都是非极性的，在这种情况下，微波在反种情况下，微波在反应腔内的聚腔内的聚集造成能量的累集造成能量的累积，能量累，能量累积过大，最后可能会造成反大，最后可能会造成反应体系中某些物体系中某些物质的分解，造成爆管。的分解，造成爆管。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 仪器可以设置的最高功率是300W，但由于使用的是环形聚焦微波微波功率最大化微波功率最大化POWERMAX 在微波合成中，微波在微波合成中，微波场能量越能量越强强，分子就越活，分子就越活跃了。一方面了。一方面反反应体系的能量提高了，另一方面反体系的能量提高了，另一方面反应物分子物分子间碰撞的机会碰撞的机会也增加了。但是由于某些极性反也增加了。但是由于某些极性反应体系吸收微波的特性太体系吸收微波的特性太强强，用很少的微波就提高了反用很少的微波就提高了反应体系的温度。体系的温度。为了了进一步提高微一步提高微波能量，提高分子波能量，提高分子间碰撞的机会。我碰撞的机会。我们采用了同步冷却的方采用了同步冷却的方式，一式，一边加微波，一加微波，一边将反将反应产生的生的热量量带走，走，这样就以就以实现微波功率的最大化。微波功率的最大化。(另外一种降低反另外一种降低反应体系极性的措施体系极性的措施是加入某些非极性溶是加入某些非极性溶剂)2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 微波功率最大化POWERMAX 在微波合成中，微波场能量越微波反应注意事项微波反应注意事项a)反应瓶的安装注意事项：反应瓶的安装注意事项：在在10mL反应瓶中，我们最佳的加入量是反应瓶中，我们最佳的加入量是2ml5ml，在，在特殊情况下，比如反应温度和压力都不高的时候，反应量特殊情况下，比如反应温度和压力都不高的时候，反应量最少不能低于最少不能低于0.2ml，最多不能超过，最多不能超过7mL。在在35mL反应瓶中，最佳加入量是反应瓶中，最佳加入量是10mL20mL，在特，在特殊情况下，比如反应温度和压力都不高的时候，反应量最殊情况下，比如反应温度和压力都不高的时候，反应量最少不能低于少不能低于2mL，最多不能超过，最多不能超过25mL。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 微波反应注意事项a)反应瓶的安装注意事项：2.微波合成材 在反应瓶的装配上，我们特别要注意，不要让我们的在反应瓶的装配上，我们特别要注意，不要让我们的底物和催化剂挂在瓶壁底物和催化剂挂在瓶壁。如果有样品挂在瓶壁，要用如果有样品挂在瓶壁，要用吸管吸取溶剂将样品冲下去。样品挂在瓶上一方面会吸管吸取溶剂将样品冲下去。样品挂在瓶上一方面会使反应效果减小，另一方面会使局部吸收微波产生热使反应效果减小，另一方面会使局部吸收微波产生热量，使反应瓶局部受热造成损坏。量，使反应瓶局部受热造成损坏。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 在反应瓶的装配上，我们特别要注意，不要让我们的底物和反应瓶上的记号标注，我们应该用细的记号笔将标注写反应瓶上的记号标注，我们应该用细的记号笔将标注写在反应瓶的上部侧面，不要把记号写得太花太大，不要在反应瓶的上部侧面，不要把记号写得太花太大，不要将记号写在盖子的顶部。将记号写在盖子的顶部。为了提高反应瓶盖的利用率，我们在关闭和打开反应瓶为了提高反应瓶盖的利用率，我们在关闭和打开反应瓶盖的时候，一定不要太鲁莽。关闭瓶盖的时候，一定不要太鲁莽。关闭瓶 盖的时候，轻轻盖的时候，轻轻地从侧面斜盖下去。打开瓶盖是最好使用专用开瓶器，地从侧面斜盖下去。打开瓶盖是最好使用专用开瓶器，将瓶盖放置在手心轻轻打开。将瓶盖放置在手心轻轻打开。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 反应瓶上的记号标注，我们应该用细的记号笔将标注写2.微波合b)冷却冷却 在微波合成实验中，我们通常需要配备低噪音的空压在微波合成实验中，我们通常需要配备低噪音的空压机。这样在微波反应结束后，可以进行快速降温。一机。这样在微波反应结束后，可以进行快速降温。一般来说，可以把降温时间从般来说，可以把降温时间从20min缩短到缩短到2min。这样。这样可以减少由于降温过慢而造成的一些副产物的产生。可以减少由于降温过慢而造成的一些副产物的产生。当然在没有条件的情况下，我们也可以使用气瓶进行当然在没有条件的情况下，我们也可以使用气瓶进行冷却。冷却。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 冷却2.微波合成材料原理及工艺 使用使用注意事项注意事项：1.请关闭好反应器炉门，在未关闭好炉门的情况下，炉内灯请关闭好反应器炉门，在未关闭好炉门的情况下，炉内灯不会亮起，磁控管不会工作，也无微波输出。不会亮起，磁控管不会工作，也无微波输出。2.严禁在炉腔内无负载的情况下开启微波。以免损伤磁控管严禁在炉腔内无负载的情况下开启微波。以免损伤磁控管3.在微波反应过程中打开微波炉门。程序将停止运行，磁控在微波反应过程中打开微波炉门。程序将停止运行，磁控管停止发射微波。当你关上炉门后需要重新输入反应参数，管停止发射微波。当你关上炉门后需要重新输入反应参数，或再次确定设定参数。重新开启。或再次确定设定参数。重新开启。4.微波反应器应水平放置。避免磁力搅拌不能正常工作。微波反应器应水平放置。避免磁力搅拌不能正常工作。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 使用注意事项：1.请关闭好反应器炉门，在未关闭好炉门的(5)请勿将金属物品放入炉腔，避免金属打火。勿将金属物品放入炉腔，避免金属打火。(6)请勿使用腐勿使用腐蚀性，性，挥发性的化学溶性的化学溶剂擦拭炉身，以免炉擦拭炉身，以免炉 身身损伤。(7)做微量或半微量做微量或半微量实验时，因，因载体不能完全吸收所有的体不能完全吸收所有的 微波。因而会造成微波反微波。因而会造成微波反馈入激励腔入激励腔损伤磁控管。所以磁控管。所以 请在炉腔内放置其它吸波物在炉腔内放置其它吸波物质用于吸收微波。比如：一用于吸收微波。比如：一 定量的甘油。定量的甘油。(8)在微波反在微波反应器工作工，如器工作工，如发现显示温度异常波示温度异常波动。以及。以及其他异常情况其他异常情况请勿再次使用，勿再次使用，应与厂方与厂方联系。系。2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺(5)请勿将金属物品放入炉腔，避免金属打火。2.微波合成 羧酸和醇作用生成羧酸酯的反应是最早应用微波的有机羧酸和醇作用生成羧酸酯的反应是最早应用微波的有机反应。反应。1986年，年，Gydye将密封的反应容器置于微波炉中将密封的反应容器置于微波炉中首先研究了苯甲酸和醇的酯化反应，并于传统的加热方首先研究了苯甲酸和醇的酯化反应，并于传统的加热方法进行对比，结果列于下表法进行对比，结果列于下表:2.微波合成材料原理及工艺微波合成材料原理及工艺 羧酸和醇作用生成羧酸酯的反应是最早应用微波的有机反