微波在有机合成中的应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微波促进有机合成反应,主要内容：,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.微波及其特性,1.1 微波的定义,微波（MW）是频率大约在300MHz300GHz，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/mm,L,波段,1-2,300.00-150.00,S,波段,2-4,150.00-75.00,C,波段,4-8,75.00-37.50,X,波段,8-12,37.50-25.00,Ku,波段,12-18,25.00-16.67,K,波段,18-27,16.67-11.11,Ka,波段,27-40,11.11-7.50,Q,波段,30-50,10.00-6.00,U,波段,40-60,7.50-5.00,V,波段,50-75,6.00-4.00,E,波段,60-90,5.00-3.33,W,波段,75-110,4.00-2.73,F,波段90-140,3.33-2.14,D,波段,110-170,2.73-1.76,L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.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CH,4,与 H,2,为原料，在钼与硅基上沉积出厚度为 1-2 m 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 SN,2,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-Induced Organic Reaction Enhancement Chemistry)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、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。,3.微波加速有机反应的原理,3.1 微波加热的特点：,a),快速加热。,微波能以光速(310,9,m/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。,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)可使,反应速率大大加快,可以提高几倍、几十倍甚至上千倍。,b)由于微波为强电磁波,产生的微波等离子体中常可存在热力学方法得不到的高能态原子、分子和离子,因而,可使一些热力学上不可能发生的反应得以发生,。,a)“内加热”,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”。,3.,2,微波加热的原理,有不少人支持“热效应”说，他们认为：,微波引起速率加快是由于微波加热,引起溶剂过热以及由高温而产生的压力,引起的，也可能是由于在某些物质(如催化剂)上形成比周围温度更高的,“热点”,造成速率加快。从本质上解释是微波能量只有约几个Jmol,-1,因此不能引起分子能级的跃迁,所以微波只会使物质内能增加,并不会造成反应动力学的不同。,“非热效应”,微波加速有机反应的原理，传统的观点认为是对极性有机物的选择性加热，是微波的致热效应。极性分子由于分子内电荷分布不平衡，在微波场中能迅速吸收电磁波的能量，通过分子偶极作用以每秒4.910,9,次的超高速振动，提高了分子的平均能量，使反应温度与速度急剧提高。,但是在非极性溶剂(如甲苯、正己烷、乙醚、四氯化碳等)中吸收MW能量后，,通过分子碰撞而转移到非极性分子上,，使加热速率大为降低，所以微波不能使这类反应的温度得以显著提高。,“非热效应”说认为：,微波对有机化学反应的作用是非常复杂的，除其热效应外，它还能,改变反应的动力学性质，降低反应的活化能,，也即微波的,非热效应,。微波是电磁波，具有电磁影响，也具有微波的特性影响；微波可引起（激发）分子的转动，就可对化学键的断裂做出贡献。,反应动力学认为：,分子一旦获得能量而跃迁，就会成为一种,亚稳态状态,，此时分子状态极为活跃，分子间的,碰撞频率和有效碰撞频率,大大增加，从而促进了反应的进行。因此可以认为,微波对分子具有活化作用,；分子的振动、转动在能量上是量子化的，那么微波化学应该具有光化学的某些特性。,a)微波的存在会活化反应物分子,使反应的诱导期缩短。,c)微波加速有机反应与其对催化剂的作用有很大关系。催化剂在微波场中被加热速度比周围介质更快,造成温度更高,在表面形成,“,热点,”,从而得到活化,造成反应速率和选择性的提高。,总结起来大概有以下几点:,b)微波场的存在会对分子运动造成取向效应,使反应物分子在连心线上分运动相对加强,造成有效碰撞频率增加,反应速率加快。微波量子物理学告诉我们,微波可引起分子转动进入亚稳态,从而活化分子,使反应更容易进行,d)黄卡玛等认为常规加热能很好地符合Arrhenius公式,但在微波条件下,明显为非线性关系,即此时已不再符合Arrhenius公式了,这一结果有力地证明了,“,非热效应,”,的存在。,由于微波加热的直接性和高效率，往往会产生过热现象。,例如：在0.1MPa压力下，绝大多数溶剂可以过热1030，而在较高压力下甚至可以过热100。因此微波加热必须考虑过热问题，防止暴沸和液体溢出。,3.3 微波对于不同物质的作用,不同物质具有不同的微波特性，通常来说：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溶剂通常可分为极性溶剂和非极性溶剂。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。非极性分子就不会出现这种情况。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。从这里我们也就可以理解不同极性的溶剂吸收微波的能力也是不一致。,离子溶液在微波场的环境中，阴阳离子也会发生来回迁移，并使得离子发生碰撞，提高反应体系能量。,4.微波有机合成技术,微波有机合成反应是使反应物在微波的辐射作用下进行反应,它需要特殊的反应技术,这与常规的有机合成反应是不一样的。微波反应技术大致可以分为3 种:,微波密闭合成技术,、,微波常压合成技术,和,微波连续合成技术,。,4.1,微波密闭合成技术,1986年,Richard Gedye,等人首次将微波引入有机合成方面的研究采用的就是密闭合成技术,即将反应物放入密封的反应器中进行微波反应的一种合成技术。因为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。,1991年D.Michael P.Mingos 等人设计了可以调节反应釜内压力的密封罐式反应器;它可以有效控制反应体系的压力,从而达到控制温度的目的,但它只能粗略的控温。,1992年Kevin D.Raner 等人成功地运用计算机技术实现了对微波反应温度的监测;,1995年Kevin D.Raner等人发展了密闭体系下的微波间歇反应器(MRR),该装置容量可达200 m,L,操作温度可达到260,压力可达到10MPa,微波输出功率为1.2 KW,具有快速加热能力。,该装置实现了对微波功率的无极调控,吸收和反射微波能的测量,负载匹配设计达到了最大的热效率,可直接测量反应体系的温度和压力,；,4.2,微波常压合成反应,1991年Bose等对微波常压技术进行了尝试,他们成功地在微波炉内用锥形瓶进行了阿斯匹林中间产物的合成。因为是,敞开的反应体系,反应物和溶剂易挥发到微波炉体内,一碰着火星就会着火甚至爆炸.。,为使微波常压有机合成反应在安全可靠的条件下进行,D.Michael P.Mingos等人在家用微波炉壁上打孔,使反应用,烧瓶与冷凝器相接,在微波快速加热时,溶液能在这种装置中安全回流。利用该装置成功地合成了RuCl,2,(PPh),3,等一系列金属有机化合物。,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。,4.3,微波连续合成反应技术,随着微波有机合成技术的不断改进,一种新的设想逐步形成。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。,早在1990年台湾大学Chen等人就开展了微波连续合成技术的研究；,1994年Cablenski等人研制出了一套新的微波连续技术的反应装置,该系统的总体积约为50mL,盘管长约3m,加工速率约1L/h,停留时间为1 2min(流速约为15mL/min)能在200 和1400KPa时满意地运转.,利用此装置已经成功进行了用丙酮制备丙三醇、PhCOOMe 的水解等反应,反应速率都比常规反应得到了很大的提高。,作为一种连续技术,特别适用于加工一定量的原料及用于优化反应,并有利于组合化学的进一步应用,但对于含固体或高粘度的液体的反应、需要在低温条件下进行的反应及原料或反应物与微波能量不相容的反应(含金属或反应物主要为非极性有机物)。,5.微波反应的影响因素,微波合成中哪些反应条件的改变可以提高创造出新的化合物的机会呢？,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质的比例等。,从辅助条件看：,搅拌强度，是否预搅拌，气体保护，气体添加等。,从微波反应看：,反应的温度，反应的时间，微波的利用率。,为了安全，有些反应不能做,一般意义上在微波场作用下容易发生爆管的反应是不能做的。（比如：反应是连锁反应；反应物/溶剂带有CN或者N基团；反应物/溶剂闪点低于40度。）有些反应要特别小心（比如：反应是放热反应；反应产生气体5.1 不同溶剂如何选择合适的微波功率,微波吸收水平,10ml反应所需微波功率,溶剂,高,20w-50w,DMSO；EtOH；MeOH；Propanols;,Nitrobenzene;Formic acid;Ethylene Glycol,中,50w-100w,Water;DMF;NMP:Butanols;Acetonitrile;HMPA；,Methyl Ethyl ketone；Acetone；and other ketones；,Nitromethane；o-Dichlorobenzene；1,2-Dichloroethane;2-Methoxyethanol;Acetic AcidTrifluoroacetic Acid,低,100w-150w,Chloroform;Dichloromethane;Carbon Tetrachloride;1,4-Dioxane,THF,Glyme,and orhter ethers;Ethyl Acetate;Pyridine;Triethylamine;Toluene;Benzene;Chlorobenzene;Xylenes;Pentane;Hexane;and other hydrocarbons.,5.2 反应温度,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时候，反应温度常设定在沸点+10、沸点+25，沸点+50。,但通常只做到溶剂沸点+50以内,，以防止由于温度过高造成反应体系压力过大，造成危险。,我们也必须留意，某些溶剂在微波场的作用下会产生分解的情况。比如在微波作用下，DMSO在120保持30min就可能出现分解，DMF在150保持30min就可能出现分解。,当然，在各个条件安全的情况下，比如溶剂不会分解，如果反应体系压力并不高（小于150psi）的情况下，我们还是可以适当提高反应温度的。,5.3 反应时间,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,保持时间在5min,30min,。但这里我们还是要强调的是，不是所有反应延长时间后就能达到更高的转化率。,反应时间延长也可能会造成副反应增加，也可能造成反应体系吸收微波能量过度出现分解的情况。,5.4 反应功率,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技术，微波利用率是非常高的。所以通常10mL反应中，微波功率都控制在150w以内。如果微波功率很大，但是体系的温度却升高很慢，原因可能是你反应体系都是非极性的，在这种情况下，微波在反应腔内的聚集造成能量的累积，能量累积过大，最后可能会造成反应体系中某些物质的分解，造成爆管。,5.5 微波功率最大化POWERMAX,在微波合成中，微波场能量越强，分子就越活跃了。一方面反应体系的能量提高了，另一方面反应物分子间碰撞的机会也增加了。但是由于某些极性反应体系吸收微波的特性太强，用很少的微波就提高了反应体系的温度。为了进一步提高微波能量，提高分子间碰撞的机会。我们采用了同步冷却的方式，一边加微波，一边将反应产生的热量带走，这样就以实现微波功率的最大化。（另外一种降低反应体系极性的措施是加入某些非极性溶剂。）,6.微波反应装置,6.1 微波密闭合成反应装置：,1986 年 Gedye等人首次将微波引入有机合成方面的研究采用的就是密闭合成技术。,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，D.Michael P.Mingos,等设计了可以调节反应釜内压力的密封罐式反应器，它可以有效控制反应体系的压力，从而达到控制温度的目的，但它只能粗略的控温。,密封釜式反应装置,6.2 微波常压合成反应装置：,这套装置既有回流系统,又有搅拌和滴加系统，是微波有机合成较为完备的反应装置。,常压反应装置,6.3 微波干法合成反应技术,南京理工大学化工学院罗军与南京三乐微波技术发展公司技术人员共同设计出了有机合成专用微波反应器-连续全波整流微波反应器，主要技术参数为:输入电源电压220 V5%(50 Hz)，全波整流电压：3000 V 5%：微波频率2450 5 MHz，微波输出功率800 W，反应温度上限：350，定时器工作范围：1 s100 h。反应装置下图。,7.微波反应注意事项,a)反应瓶的安装注意事项：,在10mL反应瓶中，我们最佳的加入量是2ml-5ml，在特殊情况下，比如反应温度和压力都不高的时候，反应量最少不能低于0.2ml，最多不能超过7mL。,在35mL反应瓶中，最佳加入量是10mL-20mL，在特殊情况下，比如反应温度和压力都不高的时候，反应量最少不能低于2mL，最多不能超过25mL。,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,。,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。,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盖的时候，一定不要太鲁莽。关闭瓶 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，将瓶盖放置在手心轻轻打开。,冷却,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。一般来说，可以把降温时间从20min缩短到2min。这样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冷却。,c),使用,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,3.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，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。,5.请勿将金属物品放入炉腔，避免金属打火。,6.请勿使用腐蚀性，挥发性的化学溶剂擦拭炉身，以免炉身损伤。,7.做微量或半微量实验时，因载体不能完全吸收所有的微波。因而会造成微波反馈入激励腔损伤磁控管。所以请在炉腔内放置其它吸波物质用于吸收微波。比如：一定量的甘油。,8.在微波反应器工作工，如发现显示温度异常波动。以及其他异常情况请勿再次使用，应与厂方联系。,8,微波有机合成单元反应实例,微波作用下的有机反应的速度较传统的加热方法快数倍甚至上前倍，具有操作方便、产率高及产品易纯化等特点。因此微波有机合成反应发展迅速，以涉及到有机化学方方面面。成功应用于多种有机反应，并展示了广泛的应用前景。,8,.1 酯化反应,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。1986年，Gydye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，并于传统的加热方法进行对比，结果列于下表:,1）全部反应均在300mL的Brghof反应瓶中进行，醇用量为10mL，除特别指,出的630W外，其余均在560W；C表示传统加热；M表示微波加热。,醇,反应近似温度（）,反应时间,平均产率%,M/C,甲醇,65,8h(C),74,96,134,5min(W),76,1-丙醇,97,4h(C),78,40,135,6min(W),79,1-丁醇,117,1h(C),82,8,135,7.5min(W),79,1-戊醇,137,10min(C),83,1.3,137,5min(W),79,1-戊醇（630W）,162,5min(W),77,6.1,Gedye（格迪）发现微波时酯化反应有明显加速作用，反应在几分钟内完成，并注意到随着甲醇到戊醇沸点的不断升高，微波酯化反应与传统加热酯化有着不同规律，微波酯化对沸点较低的甲醇相当成功，比传统的加热法提高反应速率96倍。,李耀先等报道了微波常压下L-噻唑烷-4-甲酸与甲醇的酯化反应。在微波辐射下，反应10min产率可达90以上，比传统的加热方法快了近20倍。,微波作用下二元羧酸的酯化反应也获得成功。刘福安等研究了反式丁烯二,酸与甲醇的双酯化反应。在微波作用下回流反应50min，产率为82；若到达,相近的产率，传统加热的方法需要480min，减少反应时间约为7h。,呋喃与丁炔二酸二乙酯的Diels-Alder反应，微波辐射10min，产率达66，比传统的加热法快7倍。,1,4-环己二烯与丁炔二酸酯进行传统加热反应时，首先发生偶联，继而发生分子内的Diels-Alder反应，但产率较低（40）。利用微波技术，微波辐射6min，产率可达到87。,8,.2 环加成反应,环加成反应是构建环类骨架的重要反应，这类反应一般需要较严厉的反应条件（高温高压等）和较长的反应时间。Diels-Alder环加成反应是最早在微波下研究的反应之一。,8,.2.1 Diels-Alder反应,Diels-Alder反应是一种4+2的环加成反应，在微波作用下可以明显地缩短反应时间和提高产率。例如，蒽与顺丁烯二酸酯的Diels-Alder反应，在微波辐射下反应10min，可以得到87的环加成产物；而在常规反应条件下需反应72h才能得到相近的产率。,8,.3 重排反应,8,.3.1 Claisen重排,苯基丙烯基醚转化成2-烯丙基苯酚是典型的Claisen重排反应，在DMF溶剂中，微波辐射6min，收率达92，而传统的加热法在200反应6h产率仅为85。同样，2-甲氧基苯基烯丙基醚在微波辐射下，Claisen重排反应产率可到达87。,8,.3.2 Cope重排,Davies（戴维斯）等发现在传统加热和微波辐射条件下含有硅氧基的二烯均可以发生硅氧基Cope重排，高立体选择性地得到重排产物，且微波照射条件下的产率明显高于传统加热条件下的产率。这种好的立体选择性源自Cope重排的环状过渡态，通常周环反应机理有利于立体选择性的控制。,8,.3.3 频哪醇重排,Gutierrez（古特雷斯)等研究了金属离子存在下频哪醇重排成频哪酮的微波反应，发现金属离子对重排反应有促进作用，结果见下表。,M,n+,Na,+,Ca,2+,Cu,2+,La,3+,Cr,3+,Al,3+,MW,产率,%,38,23,94,94,98,99,常规产率,%,5,2,30,80,99,98,注：,微波450W辐射15min；常规加热100，反应15h.,金属离子对Pinacol反应影响,8,.3.4 Fries重排,Fries重排反应也可以在微波辐射下进行。例如，乙酸-2-萘酯重排成1-乙酰基-2-萘酚的Fries重排反应，用微波辐射2min，产率达70。,8,.4 Knoevenagel反应,2-萘甲醛与丙二酸二乙酯的缩合是典型的Knoevenagel。微波作用下5min产率达到78%以上。而传统加热方法加热24h产率仅有44%。,在氟化钾催化下把胡椒醛和-氰基甲基砜吸附在氧化铝上进行反应，只生成极少量的缩合产物；但用微波加热时，20min就以95%的产率生成缩合产物。,8,.5 Perkin 反应,苯甲醛与乙酸酐在醋酸钾作用下缩合生成肉桂酸是典型的Perkin反,应。传统加热方法反应48h产率为54%，达到相近的产率微波仅用24min,提高反应速度20倍。,8,.6 苯偶姻缩合,苯甲醛在VB-1催化下可发生苯偶姻缩合，生成二苯乙酮醇，微波功率65W，辐射5min,产率为43.3%，达到相近的产率，传统的加热方法需要90min.,8,.7 Reformatsky反应,R.Latouche 等研究了微波辐射下碱金属氧化物催化下的Reformatsky反应：,1,4-环己二酮是TCNQ的重要中间体，它是由丁二酸二乙酯在醇钠作用下经Deckman缩合生成2,5-二乙基-1,4-环己酮后，再脱酸制得。刘福安等人用微波常压技术合成该化合物选择功率110W，反应2.5h，产率达到文献值，比文献报道的反应时间缩短了近20h，并发现微波功率的选择是反应关键，功率过高，易发生碳化不易控制。,8,.8 Deckman反应,8,.9 缩醛（酮）反应,李耀先等人1996年报道了羰基化合物与二元醇之间的缩醛（酮）反应。应用微波技术，可以把传统的加热反应速度提高410倍，且产率均有相应提高,。,8,.10 羟醛缩合反应,在庚醛与苯甲醛的缩合反应中，Ayoubi等发现，用微波技术仅用1min就可得到82%的主产物和18%的自缩合副产物，且反应装置简单，后处理过程容易操作。,8,.11 亲核取代反应,8,.11.1 O-烷基化反应,酚盐、羧酸盐与卤代烷反应可以生成相应的O-烷基化产物。其中酚盐卤代烷作用生成酚醚的反应是微波技术研究最早的反应之一,。,1986年，Gedye首次成功地用微波实现了由4氰基苯酚钠与苄氯合成4-氰基苯基苄基醚，反应4min，产率达93；而用通常的热反应，反应12h产率仅为72。,在微波作用下，活泼的芳卤与醇钠也可以生成酚醚。例如，在相转移催化剂聚乙二醇-400存在下，对硝基氯苯与乙醇钠的反应。,8,.11.2 C烷基化反应,活泼亚甲基化合物与卤代烷的烃基化反应也是形成C-C键的重要方法之一，微波技术在该反应的研究中取得了满意的结果。,在微波辐射下，乙酰乙酸乙酯，苯硫基乙酸乙酯与卤化物的C-烷基化反应只需要3-4.5min，烷基化产率可达58-83。,8,.11.3 N-烷基化反应,微波辐射下，苯并,噁嗪类化合物与卤代烃在硅胶载体上能迅速生产,N,-烷,基化产物。反应速率较传统方法最大提高80倍。,苯并三氮唑与氯乙酸微波常压下发生N-烷基化反应，反应速率较传统加热方法加快15倍。8,.12 Michael加成,8,.12.1 碳原子作为亲核试剂的Michael加成,Michael加成反应在通常加热条件下进行往往需要几个小时，甚至几天时间；而利用微波反应，反应时间可以缩短到几分钟，而且副反应少，产率高。,1996年，Boruah等利用，-不饱和酮分别与硝基烷，丙二酸二乙酯，乙腈和乙酰丙酮等活性亚甲基化合物反应，在碱性Al,2,O,3,作载体、无溶剂条件下，在微波辐射下高产率地得到Michael加成产物。,Ranu等将微波技术应用于普通条件下较难进行的环烯酮的Michael加成。将反应物吸附在中性的Al,2,O,3,表面，在家用微波炉中无溶剂下辐射4-7min，就可以得到65-90的Michael加成产物。,8,.12.2 氮原子作为亲核试剂的Michael加成反应,含有-氨基酸结构的天然产物具有很多药理活性，胺与-不饱和酸酯的Michael加成反应是合成-氨基酸酯的主要方法。传统的反应需要长时间的高温回流或高压反应。Romanova等首次将微波方法引入-氨基酸酯的合成，反应在无溶剂，无催化剂、微波辐射下进行，实验中没有发现其他副产物和聚合物的生成，反应产率高于催化条件，而且反应时间大大缩短。,8,.12.3 硫原子作为亲核试剂的Michael加成反应,Yadav等研究了亲核试剂（CN-,RS-)诱导的S-(1.3-二芳基-3-羰基丙基)-二硫代磷酸二乙酯的选择性环化生产(Z)-2-烷硫基（或2-氰基）-2，4-二芳基硫杂环丁烷的反应。反应在无溶剂下经微波照射进行，产率高达77-92，非对映选择性为93-97。,8,.13 氧化和还原反应,氧化反应一般需要化学计量的氧化剂和较长的反应时间，微波辅助技术在氧化反应中也应用广泛，其中包括醇的氧化、芳香烃类的氧化、硫化合的氧化和碳-碳双键的氧化的等。,例如下图是微波辅助下不同方法将苯乙醇氧化为酮,的对比，所有这些反应中微波加热均大幅度提高反应速度并提高了反应的产率。,Oxidant,conditions,Microwave,PhI(OAc),2,alumina,1-3min,CrO,3,alumina,30s-5min,PCC,CH,2,Cl,2,2min,Clayfen,mont,clay,15s-1min,MnO,2,silicagel,20s-1min,MnO,2,Et,2,O,7min,8,.14脱保护反应,保护羰基的甲氧基苯基甲基醚(M PM)在微波照射下只需几分钟便可有效地脱掉,而在相同条件下用常规加热 12h 还反应不完全。,Gajare 及同事却从转移基团的思路进行了微波转移脱保护,常规加热回流10h 85%的产率,而微波反应10m in 就可得 90%。,8,.15成环反应,-内酰胺的合成在常规条件下反应 5h 只得65%的产率,用微波法反应 150s 其产率为 80%,而微波干法只需90s 即可得 92%。,Bougr in 等研究了 1,3-二杂环化合物的合成,应用了三种不同路线在,微波下合成了目标产物,如下面反应式所示。几种方法合成了各种取代基,衍生物,产率都在90%左右。,8,.16Mannich 反应,Mannich 反应是合成炸药、医药、农药和天然产品中间体的重要方法。Mojtahedi等对此反应进行了研究,现仅举其中一例:此反应为干反应,在微波条件下只需 90s 便可得到常规加热5h 才可得到的收率。,9,.前景展望,微波化学作为一门新兴的交叉学科,还有许多需要深入研究的问题,张华莲等利用国产SMC 微波炉对微波作用与化学反应的动力学原理进行了研究对于开拓更为广泛的应用前景及从化学角度利用微波提高反应速率、收率及解决常规方法所不能实现的反应,都具有理论价值和时间意义。前面所提到的黄卡玛等人通过实验认为微波不仅能够加快反应,在一定条件下还能减缓化学反应,因而在实际应用中寻找加快化学反应的最佳电磁波条件是必要的。,综上所述,微波具有清洁、高效、耗能低、污染少等特点,它不仅开辟了有机合成的一个新领域,同时也广泛地应用于其它化学领域中,如微波脱附、干燥,微波溶样,微波净化,微波中药提取等。随着微波技术的不断成熟,微波在有机合成方面乃至整个化学领域都将有着无法估量的前景。,10,.课后习题,1).简要叙述微波的定义及微波反应的基本原理。,2).试举两例微波技术在有机合成中的应用（与非微,波反应对比）。,谢谢,