微波反应仪在实验教学中的应用

古险峰 李咪咪 陈纪安

【摘要】本实验以研究生创新实验为背景，并以培养学生创新能力为目的，结合有机化学实验的特点，设计利用微波反应仪脱除甲酸酯的反应。以3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯原料，在强碱条件下，经微波加热反应合成目标产物。其最佳合成条件为：3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯与氢氧化钾当量比为1：1.5，反应温度为160°C，反应时间为0.5 h。产率90%以上。实验结果表明，采用微波加热进行反应的效率远远高于传统加热进行反应的效率， 因此，微波反应仪是有机化学相關专业研究生在从事科研实验过程中必不可少的有利研究工具。

【关键词】微波反应 有机合成 高温反应

【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）11-0191-01

1.实验目的

1.1了解微波反应的基本原理。

1.2了解微波反应与传统反应的差异。

1.3熟悉和掌握微波反应仪的操作方法。

2.实验原理

微波是指频率为300MHz～300KMHz的电磁波（波长在1m～1mm之间的电磁波）。物质分子偶极振动同微波振动具有相似的频率，在快速振动的微波磁场中，分子偶极的振动会尽力同磁场的振动相匹配，而分子偶极的振动又滞后于磁场，因此物质分子吸收电磁能以每秒数十亿次的高速振动而产生热能。有机物多为极性和非极性化合物，极性分子会有偶极作用，当微波遇到极性分子时会引起分子的剧烈振荡而产生分子热；而非极性分子由于极性介质分子的存在而产生诱导和色散偶极，也会在微波这种高频交变的电场作用下，产生振动而产生分子热。

传统的加热方式是通过辐射， 传导对流等方式由表及里对物质进行加热， 加热过程相对比较缓慢。而微波加热是通过物质分子的振动而产生分子热，不仅加热效率高，而且体系受热均匀。因此是目前有机合成中理想的加热方式。

在有机合成中，脱甲酸酯的反应是重要的减碳反应， 但通常该类反应在强碱的作用下高温加热数天才能发生， 而往往最终产率也不是很理想。采用微波技术来进行该类反应， 不仅可以大大缩短反应时间， 而且可以大大提高反应产率。本实验是以3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯和氢氧化钾为原料， 加热160°C进行反应， 反应方程式如下图所示：

3.实验部分

3.1仪器与试剂

仪器： Brucker 400M型核磁共振仪（CDCl3 为氘代试剂，TMS 为内标）；微波反应仪。

试剂： 3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯， 氢氧化钾，乙二醇

3.2化合物合成

3.2.1传统加热反应步骤：

将3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯和氢氧化钾置于25mL圆底烧瓶中，加入10mL乙二醇边搅拌边加热至160°C反应， TLC监测反应进程。待反应结束，冷却至室温，将反应物溶于二氯甲烷中并加饱和食盐水洗三次，有机相用无水硫酸钠干燥后过滤，滤液用旋转蒸发仪除去溶剂得粗产品。

3.2.2微波加热反应步骤：

将转子， 3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯和氢氧化钾置于微波管中，加入少量乙二醇（没过固体即可），封好微波管，在160°C下进行微波反应0.5小时。停止反应，冷却至室温，将反应物溶于二氯甲烷中并加饱和食盐水洗三次，有机相用无水硫酸钠干燥后过滤，旋干溶剂得粗产品。

4.结果与讨论

实验分两次进行， 一次采用传统加热反应步骤， 反应4小时， 用TLC监测反应进程， 并与原料和产物的标准品进行对照， 发现反应基本没有产物生成， 反应体系内主要为原料。另一次采用微波加热反应步骤， 反应0.5小时， 用TLC监测反应进程，并与原料和产物的标准品进行对照， 发现反应体系内原料几乎全部转化为产物。通过对比实验， 同学们可以深切体会到微波加热反应的效率远远高于传统加热反应。

5.结语

通过两次对比实验， 一次采用传统加热方法， 另一次采用微波反应仪进行加热， 对3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯进行甲酸酯的脱除， 实验结果显示， 采用微波加热方法进行反应的效率和产率明显高于传统加热方法。通过该实验， 同学们体会到微波技术的高效便捷，同时能够熟悉和掌握微波反应仪的操作方法， 以便用于今后的课题研究当中。

参考文献：

[1]Gedye， R； Smith，F；Westaway，K. Tetrahedron Lett.1986 27（3）.279.

[2]郭焕芳，侯岭，谢蓝.微波促进下邪蒿素及其衍生物的合成，化学通报，2009（01）： 65

[3]黄志真，吴露玲，黄宪.微波作用下乙-烃基-4-喹啉酮的简便合成法，有机化学， 2000 （01）：88

作者简介：

古险峰，复旦大学药学院药物化学教研室，副教授。