微波化學(xué)市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、 7.1微波化學(xué)組員：黃許洋,謝黎興第1頁目錄7.1.1微波作用機理7.1.2微波在化學(xué)中應(yīng)用7.1.2.1 微波在有機化學(xué)中應(yīng)用7.1.2.2 微波在無機化學(xué)中應(yīng)用第2頁 微波是頻率范圍在300MHz到300GHz超高頻電磁波，其真空中波長從1m到0.1mm。它位于電磁波譜紅外輻射（光波）和無線電波之間。什么是微波 ？醫(yī)用及家用等民用微波頻率普通為900（+/-15）MHz和2450（+/-50）MHz7.1.1 微波作用機理第3頁第4頁微波不一樣于其它波段主要特點a）似光性。微波波長非常小，當(dāng)微波照射到一些物體上時，將產(chǎn)生顯著地反射和折射，就和光線反、折射一樣b）穿透性。微波照射于介質(zhì)物體

2、時，能夠深入該物體內(nèi)部特征稱為穿透性；c）信息性。微波波段信息容量非常巨大，即使是很小相對帶寬，其可用頻帶也是很寬，可達數(shù)百甚至上千兆赫；d）非電離性。微波量子能量不夠大，因而不會改變物質(zhì)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞其分子化學(xué)鍵，所以微波和物體之間作用是非電離。第5頁研究背景 早在1969年，美國科學(xué)家 Vanderhoff就利用家用微波爐加熱進行了丙烯酸酯、丙烯酸和 -甲基丙烯酸乳液聚合，意外地發(fā)覺與常規(guī)加熱相比，微波加熱會使聚合速度顯著加緊。 1986年加拿大Gedye教授發(fā)表了第一篇微波催化化學(xué)合成論文。 1992年9月在荷蘭召開了第一次世界微波化學(xué)會議，正式采取“微波化學(xué)”這個術(shù)語。 研究微波與

3、化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)相互作用微波化學(xué)，近年來發(fā)展很快。微波化學(xué)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用能夠降低能源消耗、降低污染、改良產(chǎn)物特征，所以被譽為“綠色化學(xué)”，有著巨大應(yīng)用前景。第6頁1947年，世界上第一臺家用微波爐研制成功第7頁微波加熱特點a) 快速加熱。微波能以光速(3109m/s)在物體中傳輸，瞬間(約109秒以內(nèi))就能把微波能轉(zhuǎn)換為物質(zhì)熱能，并將熱能滲透到被加熱物質(zhì)中，無需熱傳導(dǎo)過程。b) 快速響應(yīng)能力。能快速開啟、停頓及調(diào)整輸出功率，操作簡單。c) 加熱均勻。里外同時加熱。d) 選擇性加熱。介質(zhì)損耗大，加熱后溫度高，反之亦然。e) 加熱效率高。因為被加熱物本身發(fā)燒，加熱沒有熱傳導(dǎo)過程，所以周圍空氣及加熱箱

4、沒有熱損耗。f) 加熱滲透力強。透熱深度和波優(yōu)點于同一數(shù)量級，可達幾厘米到十幾厘米，而傳統(tǒng)加熱為表面加熱，滲透深度僅為微米數(shù)量級。g) 安全無害。因為微波能是控制在金屬制成加熱室內(nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波泄漏極少，沒有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染，既不污染食物，也不污染環(huán)境。第8頁微波加熱與傳統(tǒng)加熱比較傳統(tǒng)加熱：由外部熱源經(jīng)過熱輻射由表及里傳導(dǎo)時加熱。能量利用率低，溫度分布不均勻。微波加熱：經(jīng)過電介質(zhì)分子將吸收電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤粋€加熱方式，屬于體加熱方式，溫度升高快，而且里外溫度相同。與傳統(tǒng)加熱相比, 微波加熱優(yōu)點： a)微波能量可遠距離輸入，而不用能量源與化學(xué)品相接觸； b

5、) 能量輸入可快速地開始或停頓； c) 加熱速率高于傳統(tǒng)加熱方式第9頁微波改改變學(xué)反應(yīng)作用機理兩種不一樣觀點： 一個認為微波誘導(dǎo)有機合成反應(yīng)速率或產(chǎn)率提升在于微波致熱作用和過熱作用，即微波熱效應(yīng)； 另一個觀點則認為在微波作用下存在著其獨特非致熱效應(yīng)-微波非熱效應(yīng)。第10頁7.1.2 微波在化學(xué)中應(yīng)用 因為微波作用下有機反應(yīng)速率可比傳統(tǒng)加熱方法快幾倍至幾千倍,且含有操作方便、產(chǎn)率高、產(chǎn)品易純化等特點,所以微波有機合成發(fā)展非?？焖佟Ｖ两裱芯窟^有機合成反應(yīng)有酯化、Diels2Alder、重排、Knoevenagel、Perkin、苯偶姻縮合、Reformatsky、Deckman、縮醛 (酮)、Wi

6、tting、羥醛縮合、開環(huán)、烷基化、水解、烯烴加成、消除、取代、自由基、立體選擇性、成環(huán)、環(huán)反轉(zhuǎn)、酯交換、酯胺化、催化氫化、脫羧、糖類化合物、有機金屬、放射性藥劑等反應(yīng)。7.1.2.1 微波在有機化學(xué)中應(yīng)用第11頁（1）純反應(yīng)物反應(yīng) 在無溶液條件下，經(jīng)過微波照射，純反應(yīng)物酰胺化反應(yīng)能夠進行，能夠有效處理溶劑揮發(fā)、易燃易爆、污染環(huán)境等問題。第12頁（2）相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng) 固液相無溶劑相轉(zhuǎn)移催化反應(yīng)是一個特殊陰離子反應(yīng)。有機物有些烷基化相轉(zhuǎn)移反應(yīng)甚至能夠在干態(tài)下進行，反應(yīng)速率可提升約 200倍。丁子香酚異構(gòu)化烷基化第13頁（3）“干媒介”反應(yīng) 干媒介反應(yīng)是有機反應(yīng)物被吸收在酸性或堿性支撐物（氧化鋁，

7、硅土，蒙脫土，沸石等）上，進行微波輻射。第14頁（4）高溫水相反應(yīng) 因為水介電常數(shù)較小，在高溫下行為有些像有機溶劑，能夠溶解有機化合物，不過在環(huán)境溫度下只能極少溶解，利用這一特征，采取微波可進行一些高溫合成反應(yīng)。第15頁（5）在酸堿水溶液中反應(yīng) 用微波爐進行酯化反應(yīng)，與傳統(tǒng)回流方法相比，速率普通可提升1.3180倍，而且反應(yīng)速率提升與所用溶劑沸點相關(guān)。醇沸點越高，則提升倍數(shù)越小。第16頁7.1.2.2 微波在無機化學(xué)中應(yīng)用 在無機合成方面，微波主要用于燒結(jié)、燃燒合成和水熱合成。微波燒結(jié)或微波燃燒合成是指用微波輻照固體原料，原料吸收微波能而快速升溫，到達一定溫度后，引發(fā)燃燒合成反應(yīng)或完成燒結(jié)過程。微波燒結(jié)有加熱均勻，升溫速率快，燃燒波傳輸可控制等優(yōu)點，這一方法主要用于合成陶瓷，其中包含陶瓷氧化物，金屬硼化物，Si3N4，金屬碳化物，壓電陶瓷。 微波水熱合成可用于制備氧化物粉體，氮化物粉體，沸石分子篩等。第17頁（1）超導(dǎo)陶瓷合成 超導(dǎo)材料YBa2Cu3O7-x用常規(guī)加熱合成方法制備需要24h.若采取微波合成，CuO、Y2O3和Ba2（NO）3按一定化學(xué)計量比混合，置入經(jīng)過改裝微波爐內(nèi)，500W輻射5min，放出NO氣體。物料經(jīng)重新研磨，130500W微波輻射15min，再研磨，輻射25min。（2）沸石合成 微波合成選擇性優(yōu)于常規(guī)方式，采取微波加熱誘導(dǎo)期極短，甚至沒有誘導(dǎo)期，從