微波与有机化学反应的选择性

茹立军 李文友

摘 要：文章对用于有机化学反应的微波设备类型及原理进行简要介绍，就“有机化学反应+微波”及“有机化学反应+传统加热条件”两种不同条件下有机化学反应选择性之间的区别进行对比，讨论微波对于有机化学反应在其选择性方面产生什么样的影响。希望文章能为同行在微波产生的效应情况以及微波在有机反应中体现出加速效应情况及其本质方面的理解，起到一定的辅助性作用，并对今后的实际工作提供些许借鉴，以期共同在工作中取得更大的进步。

关键词：微波 有机化学反应 选择性

中图分类号：O621.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）06（b）-0195-02

文章主要介绍微波与有机化学反应的选择性相关知识，对其进行探讨和研究，希望对同行有所借鉴。

1 促进有机化学反应的微波设备及反应原理

该微波设备包括两个部分：微波炉设备和反应容器。

1.1 微波炉设备主要应用和改造

通常，在实验室是用家用微波炉来促进有机化学反应。其特点是：造价低，体积小，易移动。实验结论表明，在微波用于有机化学反应明，反应物颗粒大小与反应效果成反比，即：颗粒越小，反应效果越好。通常以家用微波炉进行回流反应实验前，应对其进行改造。其反应器分为封口和未封口两种形式。前者情况，如以易燃易爆性质的物质进行实验，其危险性很大，必须进行改造方可进行。一般采取在微波炉某位置（侧面或顶部）打一个孔，以玻璃管插在微波炉上，并将其与反应器连接（须接上冷凝管）。要注意的是，冷凝可用自来水，回流过程中要避免微波泄漏（可在打孔位置，选取合适直径与长度的金属管连接）。

1.2 如何制备反应容器

在对其制备材料进行选择时，一般要求微波易穿过并不影响微波吸收即可。如玻璃。但应注意由于微波加热方式是内部方式，升浊时间短，如反应容器密封或会发生爆炸，造成设备人员伤害事故，因此，对密封性要求严格的，必须考虑到耐压问题。如在密封性方面无高要求，可敞口状态进行反应，则材料选择不很严格，玻璃即可。此外，还应考虑在反应容器中安装温度检测热电偶及压力检测装置。目前，实验装置已经越来越先进，不断出新。

1.3 反应原理分析

微波实质是一种电磁波，其波长为1cm～1m范围。其中，微波加热所用设备波长为12.2/33.3cm。商业用设备其波长一般是12.2cm。对于微波可促进有机化学反应并具备选择性，其观点主要有二种。

观点1：微波加热，其加热形式也很普通，与传统加热无明显差异。加热过程中，只是单纯增加被加热物质内能，化学反应其关键性动力学性质并无本质性变化。微波可促进有机化学反应，其根本原因在于微波的致热效应。

观点2：微波对有机化学反应的促进，其过程繁杂，既包括简单加热，也从本质上改变了反应的动力学性质，为非致热效应（与致热效应对立）。此观点认为，微波是电磁波的一种，固然有其微波特性和影响范围，可加快分子转动，结果是加快化学键断裂，从而实现加快有机化学反应。

2 微波与化学反应的选择性

有机化学反应需要在适合的温度环境下来进行，微波技术能够将反应的温度控制在合理范围内，并通过对反应环境的调节控制来实现更高效的有机化学反应。温度控制可以利用微波技术来实现，在微波作用下能够使反应物质的温度升高，达到最有利于反应进行的温度。传统的化学反应加热方法中，需要人工控制反应温度，不但效率低精准度也很难保障。随着生产环节中对有机化学反应的需求逐渐增大，微波技术也有了更广阔的发展空间，通过对有机化学反应过程的调控，发现通过改变反应过程中的温度照射，化学反应物质的活性有明显的增加。化学选择性中具有优先选择的特征，通过环境来选择适应的物质进行反应，节省时间的同时也能避免出现反应物质浪费的现象。

3 微波与区域选择性

3.1 微波与取代反应二者间的区域选择性

在反应期间，有机化合物的主要影响因素是温度及时间两个要素。在溴化反应进行期间，以生成的物质进行检验，可以作为准确判断整体反应情况的依据。这种依据，使得即使反应不充分，也能够做到及时发现其异常并投入使用。

3.2 微波与开环反应二者间的区域选择性

环破裂的作用是，可以起到断开化学反应过程中，其化合物的分子之间的连接。在需要一些衍生物参与到其中这种形式的化合反应中，该形式常会被涉及到。对区域选择来说，它的原则性主要体现在必须按反应的先后顺序来进行。环破裂这一种反应，其主要选择特征是“专一”，并需要有一个确定的范围才可以进行反应。由于这种反应是需要一定的过程的，可能会出现物质成分不稳定的情况，对于该情况，可以延长反应时间或是减缓反应原速率，以达到减少物质的剩余量的目的。从当前看，在化合物反应所进行的选择性研究方面，已经很成熟了，以以理论优化方式，实现促进反应的高效性和合理性，以创造更加有利的现场反应条件。

4 微波与顺反选择性

4.1 “微波”与“卡宾和烯烃加成形成环丙烷”的顺反选择性

在这方面，西方研究者在20世纪就开始进行了深入研究。他们以“合成炔基环丙烷”的反应作为示例，以不同温度为条件对反应的速度进行探讨。从其结果显示可知，在用传统方法来加热时，它的现场反应速度会有一定的降低。如果温度升高，虽然会加快反应速率的，但从效果来说，距离使用实际需求其差距还是很大的。微波对于在物质内部形成微振会起到一定作用，造成温度会均匀出现升高的同时，也会影响到其成分上的变化。针对该研究结果可知，在机化学反应的时间里，实现“传统方法+微波辅助”方式，可以从“反应时间”和“化合物反应稳定性”两个方面实现优化。

4.2 “微波”与“烯酮和亚胺加成形成β2内酰胺”的顺反选择性

烯酮与亚胺共同发生反应期间，其所构成的结构链在温度不适合的情况下，会导致其结构链未形成合理组成形式，其反应并不充分，甚至还可能造成反应生成物质无法使用。这种反应完成后，其生成的“β2內酰胺”受到微波作用后，会具备更高的选择性，可以在很短时间内，造成所需要的反应环境，避免在后续反应中，难以达到预期的反应效果。在“β2内酰胺”研究上，其起步较早，始于1996年。从国内来说，对该物质的研究起始时段，主要从国外经验中汲取了经验和教训，取得了一定的成果。

4.3 微波与其他环化反应顺反选择性

在对其他反应选择性进行探讨时，要将能否为应用微波技术创造有利条件来作为观察的重点。此外，还应观察这些反应原料具备什么样的化学性质。如果发现什么影响反应，应及时采取措施进行调控并加以解决。要以对比方式进行确定，以使实验更加贴近真实情况。

5 结语

文章中，对有机化学反应的选择性，对微波辅助进行反应的相关问题进行了探讨。虽然从目前来看，微波应用于化合物反应，其形式已经十分成熟，但仍需要不断对其进行完善。这方面，需要从事化学专业的每一位研究学者，坚持做到不懈努力，不断创新，不断以新思路和新方法，加快化合物反应更加高效地进行了，以达到节约反应时间和节约化合物原料的双重目的，推动化学工业事业向更好的方向发展。

参考文献

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