綠色化學(xué)中的微波有機(jī)合成

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1、.學(xué)校代碼：11059學(xué)號(hào)：1303023020HefeiUniversity課程論文課題名稱(chēng)：綠色化學(xué)中的微波有機(jī)合成年級(jí)專(zhuān)業(yè)：作者姓名：導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：2016年5月4日..綠色化學(xué)中的微波有機(jī)合成摘要：眾所周知，有機(jī)化學(xué)特別是有機(jī)合成化學(xué)是一門(mén)發(fā)展得比較完備的學(xué)科。在人類(lèi)文明史上，它對(duì)提高人類(lèi)的生活質(zhì)量作出了巨大的貢獻(xiàn)．然而，不可否認(rèn)，“傳統(tǒng)”的合成化學(xué)方法以及依其建立起來(lái)的“傳統(tǒng)”合成化學(xué)工業(yè)，對(duì)整個(gè)人類(lèi)賴(lài)以生存的生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染和破壞。以往解決問(wèn)題的主要手段是治理、停產(chǎn)、甚至關(guān)閉，人們?yōu)橹卫憝h(huán)境污染花費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力。20世紀(jì)90年代初，化學(xué)家

2、提出了與傳統(tǒng)的“治理污染”不同的“綠色化學(xué)”的概念，即如何從源頭上減少、甚至消除污染的產(chǎn)生。通過(guò)研究和改進(jìn)化學(xué)化工過(guò)程及相應(yīng)的工藝技術(shù)，從根本上降低、以至消除副產(chǎn)品或廢棄物的生成，從而達(dá)到保護(hù)和改善環(huán)境的目的．“綠色化學(xué)”的目標(biāo)要求任何一個(gè)化學(xué)的活動(dòng)，包括使用的化學(xué)原料、化學(xué)和化工過(guò)程、以及最終的產(chǎn)晶，對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境都應(yīng)該是好的。本文僅以微波輻射有機(jī)合成為例，向讀者展示有機(jī)合成綠色化學(xué)。關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；環(huán)境保護(hù)；微波輻射；可持續(xù)發(fā)展自1970年英國(guó)Harwell實(shí)驗(yàn)室使用微波爐裝置成功地處理了核廢料以來(lái),微波輻射技術(shù)得到了迅速發(fā)展。1986年Gedye和Giguere等

3、首次報(bào)道了微波輻射技術(shù)用于有機(jī)合成以來(lái),無(wú)論從理論方面,還是應(yīng)用技術(shù)方面,均取較大新進(jìn)展,正向傳統(tǒng)的化學(xué)方法提出挑戰(zhàn)。近年,在有機(jī)合成中應(yīng)用微波輻射技術(shù),不僅有效地提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性,而且體現(xiàn)出節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn),受到有機(jī)化學(xué)工作者的廣泛關(guān)注。本文擬對(duì)微波輻射作用機(jī)理、特點(diǎn)及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。一、微波輻射簡(jiǎn)介微波的頻率大致在300MHz-300GHz,即波長(zhǎng)在100cm至1mm(100cm-0.1cm)范圍內(nèi)的電磁波。它位于電磁波譜的紅外輻射（光波）和無(wú)線(xiàn)電波之間。因而只能激發(fā)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷。微波作用下的反應(yīng)速度比傳統(tǒng)的加熱方法快數(shù)倍甚至上千倍，具有

4、操作方便、產(chǎn)率高及產(chǎn)品易純化等優(yōu)點(diǎn)，因此微波有機(jī)合成幾乎涉及所有類(lèi)型的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。..目前，微波有機(jī)合成化學(xué)的研究主要集中在三方面：第一，微波有機(jī)合成反應(yīng)技術(shù)的進(jìn)一步完善和新技術(shù)的建立；第二，微波在有機(jī)合成中的應(yīng)用及反應(yīng)規(guī)律；第三，微波化學(xué)理論的系統(tǒng)研究。一、微波輻射在有機(jī)合成中的應(yīng)用1.微波的特性（1）似光性。微波波長(zhǎng)非常小，當(dāng)微波照射到某些物體上時(shí)，將產(chǎn)生顯著的反射和折射，就和光線(xiàn)的反、折射一樣;（2）穿透性。微波照射于介質(zhì)物體時(shí)，能夠深入該物體內(nèi)部的特性稱(chēng)為穿透性;（3）信息性。微波波段的信息容量非常巨大，即使是很小的相對(duì)帶寬，其可用的頻帶也是很寬的，可達(dá)數(shù)百甚至上千

5、兆赫;（4）非電離性。微波的量子能量不夠大，因而不會(huì)改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞其分子的化學(xué)鍵，所以微波和物體之間的作用是非電離的。2.微波對(duì)不同物質(zhì)的作用不同物質(zhì)具有不同的微波特性，通常來(lái)說(shuō)：金屬反射微波；石英、特氟隆等是吸收微波的能力非常弱，這些物質(zhì)能被微波穿透；在通常的反應(yīng)物中，除非極性溶劑吸收微波的能力很弱以外，其余的溶劑、底物、催化劑等都具有不同吸收微波的能力。溶劑通?？煞譃闃O性溶劑和非極性溶劑。極性溶劑因?yàn)樵诜肿咏Y(jié)構(gòu)上處于非平衡狀態(tài)具有偶極距，在微波場(chǎng)的作用下產(chǎn)生來(lái)回旋轉(zhuǎn)，分子和分子就容易發(fā)生碰撞，分子間的碰撞提高了反應(yīng)體系的能量。非極性分子就不會(huì)出現(xiàn)這種情況。所

6、以極性溶劑通常能很容易吸收微波，非極性溶劑卻不容易吸收微波。從這里我們也就可以理解不同極性的溶劑吸收微波的能力也是不一致。離子溶液在微波場(chǎng)的環(huán)境中，陰陽(yáng)離子也會(huì)發(fā)生來(lái)回遷移，并使得離子發(fā)生碰撞，提高反應(yīng)體系能量。..1.微波輻射有機(jī)合成部分單元反應(yīng)（1）酯化反應(yīng)羧酸和醇作用生成羧酸酯的反應(yīng)是最早應(yīng)用微波的有機(jī)反應(yīng)。1986年，Gydye將密封的反應(yīng)容器置于微波爐中首先研究了苯甲酸和醇的酯化反應(yīng)，并于傳統(tǒng)的加熱方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果列于下表:（2）環(huán)加成反應(yīng)Diels-Alder反應(yīng)是一種[4+2]的環(huán)加成反應(yīng)，在微波作用下可以明顯地縮短反應(yīng)時(shí)間和提高產(chǎn)率。例如，蒽與順丁烯二酸酯的

7、Diels-Alder反應(yīng)，在微波輻射下反應(yīng)10min，可以得到87％的環(huán)加成產(chǎn)物；而在常規(guī)反應(yīng)條件下需反應(yīng)72h才能得到相近的產(chǎn)率。（3）Knoevenagel反應(yīng)2-萘甲醛與丙二酸二乙酯的縮合是典型的Knoevenagel。微波作用下5min產(chǎn)率達(dá)到78%以上。而傳統(tǒng)加熱方法加熱24h產(chǎn)率僅有44%。..（4）Deckman反應(yīng)1,4-環(huán)己二酮是TCNQ的重要中間體，它是由丁二酸二乙酯在醇鈉作用下經(jīng)Deckman縮合生成2,5-二乙基-1,4-環(huán)己酮后，再脫酸制得。劉福安等人用微波常壓技術(shù)合成該化合