對微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的具體分析

摘 要：微波技術(shù)最早出現(xiàn)的時間是第二次世界大戰(zhàn)，距離我們現(xiàn)在的21世紀(jì)已經(jīng)是非常久遠(yuǎn)了。在當(dāng)今時代，微波技術(shù)開始應(yīng)用到我們的有機(jī)化學(xué)當(dāng)中，微波在有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的過程中是一種區(qū)別于傳統(tǒng)的能量來源，目前微波技術(shù)已經(jīng)受到越來越多的人關(guān)注。文章為了讓更多的人能夠?qū)ξ⒉ㄔ谟袡C(jī)化學(xué)中的應(yīng)用有所了解，特對微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的原理和特點做出介紹，并對近幾年微波在促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的方面做出論述。

關(guān)鍵詞：微波；有機(jī)化學(xué)反應(yīng)；設(shè)備；反應(yīng)原理

在最初的時候，德國設(shè)計發(fā)明了微波，它作為一種固定頻率的裝置用于雷達(dá)的設(shè)計。隨著時間的推移，微波技術(shù)也開始應(yīng)用到了通訊領(lǐng)域，過了一段時間又開始涉足于分析樣品的制備，甚至在食品加工方面也有所應(yīng)用。到了1986年的時候，加拿大的Gedye和與他一起合作的同事們在做實驗的時候有了新的發(fā)現(xiàn)，他們通過實驗得出微波在有機(jī)化學(xué)的發(fā)展方面起著積極地促進(jìn)作用。下面就來介紹一下微波在促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展方面的具體應(yīng)用。

1 了解促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展所用到的微波設(shè)備

總體來說在促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展時所用到的微波設(shè)備主要是由微波爐設(shè)備和反應(yīng)容器這兩個部分組成，具體介紹如下：

1.1 微波爐設(shè)備的應(yīng)用和改造

通常情況下，在實驗室里面是通過商品化了的家用微波爐來完成微波對有機(jī)化學(xué)的促進(jìn)反應(yīng)的，這種微波爐一般情況下造價非常低，體積也極小，容易搬動。有機(jī)化學(xué)家通過實驗得出了一個結(jié)論，當(dāng)微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)效果明顯的時候反應(yīng)物的顆粒通常也比較小，相反，如果反應(yīng)物的顆粒太大，微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的效果會大大降低。

如果想在微波爐里面進(jìn)行回流反應(yīng)，就必須對我們實驗室用的微波爐進(jìn)行改造。我們在商品化了的家用微波爐里面做實驗的時候，采用的反應(yīng)容器就只有兩種方法，即封口和未封口。在未封口的反應(yīng)容器中，用易燃易爆的物質(zhì)做實驗的時候就相當(dāng)危險，這就要求對我們現(xiàn)有的微波爐設(shè)備進(jìn)行改造，使其能夠完成回流操作，使實驗?zāi)軌虬踩倪M(jìn)行。像這類的實驗室用微波爐在進(jìn)行改造的時候相對來說簡單一些，為了使其能夠進(jìn)行回流反應(yīng)，我們可以將微波爐的側(cè)面或者頂部位置打上一個孔，將玻璃管通過打的孔插在微波爐上并與接上冷凝管的反應(yīng)器連接在一起，其中，在冷凝的時候我們用自來水就可以。在回流的過程中我們一定不能使微波出現(xiàn)泄漏的情況，可以通過在微波爐上打孔的地方連接金屬管子的方法來避免泄露現(xiàn)象的發(fā)生，金屬管子的直徑和長度都是嚴(yán)格按照要求選擇的。

1.2 反應(yīng)容器的制備

在選擇反應(yīng)容器的制備材料的時候，一般并沒有太嚴(yán)格的要求，一般情況下，選擇的材料只要微波能夠很容易穿過，并且不會影響微波的吸收，我們都可以接受。比如說，玻璃、聚四氯乙烯和聚苯乙烯等這些材料都可以用來制作微波的反應(yīng)容器。我們都知道微波是通過內(nèi)部加熱的方式進(jìn)行加熱的，升溫用的時間比較短，這個時候如果我們的反應(yīng)容器過于密封就會有爆炸的危險，這樣不僅會損害設(shè)備，還會傷害到實驗者。所以說，我們在制作密封性較好的微波反應(yīng)容器的時候必須按照要求將它設(shè)計成能夠耐受得住特定的壓力。至于那些對密封性要求不高，在敞口的容器中就能進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)容器的制作材料并不做嚴(yán)格的要求，通常情況下玻璃材料就能夠滿足要求。

僅僅設(shè)計出能夠耐受一定壓力的微波反應(yīng)容器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須將能夠檢測溫度的熱電偶裝置和能夠感受壓力的系統(tǒng)安裝在反應(yīng)容器中。總而言之，通過學(xué)者們的不斷研究開發(fā)，微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)實驗的設(shè)備將會變得越來越先進(jìn)。

2 微波在促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的具體反應(yīng)原理分析

微波是一種介于紅外線和無線電波之間的電磁波，它的波長在1厘米到1米的區(qū)域之間不等，在進(jìn)行微波加熱的時候我們常常采用的微波設(shè)備的波長為12.2厘米或者33.3厘米，我們用于商業(yè)用途的微波爐設(shè)備的波長通常情況下為12.2厘米?；瘜W(xué)學(xué)者們關(guān)于微波能夠促進(jìn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)方面主要存在以下兩種不同觀點：

第一類觀點，微波在加熱的過程中是通過內(nèi)部加熱的方式進(jìn)行的，這種加熱方式通常在短時間內(nèi)就可以完成，并且受熱均勻?qū)囟鹊囊蠼y(tǒng)一，更不會發(fā)生一部分加熱完成另一部分還沒開始加熱的現(xiàn)象。但這些化學(xué)學(xué)者們認(rèn)為，微波加熱也僅僅是一種普普通通的加熱形式，它和傳統(tǒng)意義上的加熱并沒有太明顯的差異。微波在加熱的過程中只能單純地使加熱物質(zhì)的內(nèi)能增加，但是化學(xué)反應(yīng)的動力學(xué)性質(zhì)并沒有發(fā)生本質(zhì)的變化。微波之所以能夠?qū)τ袡C(jī)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行促進(jìn)，主要的原因還是微波能夠選擇極性物質(zhì)來進(jìn)行加熱，也就是我們常說的微波具有致熱的效應(yīng)。

第二類觀點，微波促進(jìn)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)是一個非常繁雜的過程，它不僅是通過簡單的加熱來完成的，最主要的還是因為微波能夠?qū)⒎磻?yīng)的動力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行本質(zhì)上的改變，也就是與微波的致熱效應(yīng)相對立的非致熱效應(yīng)。他們認(rèn)為微波作為一種電磁波，理所當(dāng)然就應(yīng)該具備電磁的影響力，更重要的是微波的特性也會具有一定的影響范圍。微波可以促進(jìn)分子的轉(zhuǎn)動速度，最終使化學(xué)鍵能夠極快地發(fā)生斷裂，由此加速了有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的進(jìn)行。

3 微波在有機(jī)化學(xué)發(fā)展過程中的具體應(yīng)用分析

3.1 微波在酯化反應(yīng)中的具體應(yīng)用

在日用化學(xué)品工業(yè)和食品工業(yè)的生產(chǎn)過程中，乙二酸二乙酯是一種非常常用的無色的油狀液體，它的主要作用就是在有機(jī)合成反應(yīng)的過程中做溶劑或者中間體。在我們傳統(tǒng)的乙二酸二乙酯的制備過程中用的是硫酸催化法，雜多酸催化法以及對甲苯磺酸催化法，這樣傳統(tǒng)的制備方法比較耗費(fèi)時間。在酯化反應(yīng)的過程中如果采用微波催化的方法，則可以大大縮短反應(yīng)時間。

3.2 微波在縮醛反應(yīng)的具體應(yīng)用

縮醛的制備方式并不是單一的，比如說，它可以由相對應(yīng)的醛與醇類化合物在質(zhì)子酸的作用下經(jīng)過縮合反應(yīng)制備出來。但是無論是哪一種傳統(tǒng)的縮醛制備方法，都存在著不少的缺點，例如，這些方法對環(huán)境的污染相當(dāng)嚴(yán)重，很容易對設(shè)備造成腐蝕，反應(yīng)過程中的催化劑價格也非常的高，通過這些方法生產(chǎn)出來的縮醛純度也不夠高，并且得到率很低。為了解決這些傳統(tǒng)的制備方法帶來的弊端，化學(xué)學(xué)者們將微波應(yīng)用于縮醛的制備，整個反應(yīng)過程中苯乙醛和乙二醇在NaHSO4·H2O的催化作用下在沒有有機(jī)溶劑且以無機(jī)為載體的條件下反應(yīng)得到苯乙醛乙二醇縮醛。微波制備縮醛的方法不僅操作起來非常的簡便，反應(yīng)完成后的處理工作也非常簡單容易操作，并且催化劑NaHSO4·H2O也非常廉價易得，最重要的是縮醛的得率與傳統(tǒng)的制備方法相比明顯地要高許多，并且排放物也不會對環(huán)境造成污染。

3.3 微波在金屬有機(jī)化學(xué)反應(yīng)方面的具體應(yīng)用

隨著微波技術(shù)開始在各個方面進(jìn)行普及，金屬有機(jī)化學(xué)反應(yīng)也開始將微波加熱應(yīng)用于其中，在我們的傳統(tǒng)金屬有機(jī)化學(xué)反應(yīng)過程中要想合成一些金屬的配合物往往需要非常長的時間，有一些合成反應(yīng)甚至需要幾百個小時才能完成，這在人力物力上都造成了極大地浪費(fèi)。為了縮短反應(yīng)時間，化學(xué)學(xué)者們將微波技術(shù)應(yīng)用于金屬配合物的制備，通常耗費(fèi)幾分鐘就可以完成，大大提高了工作效率以及金屬配合物的提取率。

4 結(jié)束語

根據(jù)文章所講的內(nèi)容可以看出，微波在促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的空間是極大的，它促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的方式是普通的加熱技術(shù)無法相比的。有機(jī)化學(xué)反應(yīng)有了微波技術(shù)的促進(jìn)，生產(chǎn)效率大大提高，操作也變得越來越簡單。總而言之，只要我們認(rèn)認(rèn)真真地去研究微波技術(shù)在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用，微波技術(shù)將會變得越來越成熟。

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