一种促进微波辐射条件下的化学反应的方法技术

本发明专利技术涉及一种促进微波辐射条件下的化学反应的方法，其特征在于：向微波辐射条件下的反应体系中加入高效微波吸收剂。本发明专利技术的方法操作简单且成本低，高效微波吸收剂用量少，价廉易得，稳定性好，能很方便地分离且能回收重复使用，反应速率快，具有极大的工业应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种促进微波辐射条件下的化学反应的方法。
技术介绍
1986年，加拿大Lauventian大学的化学家R.Gedye及其同事比较了在微波炉内封管中与在常规加热条件下进行的酯化、水解、氧化和亲核取代的结果，发现在微波辐射下，可以大大加快反应速率，降低反应时间，产率也有不同程度的提高，其中在微波辐射下，4-氰基苯氧离子与氯苄的SN2亲核取代反应速率比在常规加热下提高了1240倍。此后，微波在几十类的有机合成中取得了极大的成功，逐渐成为一种有用的合成方法。微波辐射下的化学反应具有以下特点：(1)反应灵敏；开机即可正常运转，调整微波输出功率，加热情况无惰性的改变，关机后加热无滞后效应。(2)加热速度快，加热均匀；属于内加热方式，整个反应物全部在微波环境下同时加热，因此反应物无较大温度梯度存在，热效率高，从而在一定程度上抑制了反应副产物的产生。(3)反应速度快。目前已经发现对大部分的有机合成反应，微波均能提高反应速率。由于这些优越特性，微波辐射促进有机化学反应的研究已成为有机化学领域中的一个热点。但许多非极性或极性较小的有机物吸收微波能力很弱(如CCl4，甲苯等)，当整个反应体系吸收微波能力很弱时，微波无法对体系加热，反应就会很慢甚至不反应。到目前为止，文献报道解决这个问题的方法为在体系中加入离子液体或改用极性溶剂，离子液体价贵且其-->废料难以处理，而改用极性溶剂会使反应体系改变，如造成反应物溶解度下降，反应无法达到最佳状态，甚至改变反应路径。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有微波反应技术中部分反应体系吸收辐射能力弱的问题，提供一种操作简便、成本低且效果显著的促进微波辐射条件下的化学反应的方法。本专利技术的上述目的是通过下列技术方案来实现的：向微波辐射条件下的反应体系中加入高效微波吸收剂。本专利技术中，所述的高效微波吸收剂可为固体粉末颗粒的氧化物、碳或活性碳。其中，所述的氧化物可为SnO2或Fe3O4。所述的固体粉末颗粒的粒径较佳的为50μm～50nm。所述的高效微波吸收剂的加入量较佳的为反应体系的0.01～0.04g/mL。本专利技术中，所述的高效微波吸收剂作为一种能量传输媒介，被添加到反应体系中，在微波辐射下，它们的温度将迅速升高，同时将热量传递给周围的物质，达到加热有机物的作用，同时在它们的表面区域将形成热点，这些热点的温度将比周围温度高，使得在热点附近的反应更容易进行。这样，尽管在反应器内的物料不会被微波直接加热，却可以使物料温度升高，促使反应进行并提高反应的速率。本专利技术中，所述的高效微波吸收剂的固体粉末颗粒的性状使得其可通过过滤或柱层析很容易与产物分离。本专利技术中，所述的反应体系可为中等极性至非极性。对于低极性和非极性反应体系，本专利技术方法可以使原本在微波辐射下不反应的反应在短时间内完成。对于中等极性反应体系，虽然反应体系本身能吸收微波，反应能够进行，但加入微波吸收剂后，可以使反应速率更快，反应时间更短。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术操作简易，不需要改变其他-->反应条件。本专利技术中，采用的高效微波吸收剂反应活性高(加热30mL的反应物，一般只需要0.3g左右便能达到最佳值)，除去方便(只需在反应结束后过滤或柱层析便能除去)，对产物的纯度没有影响，价廉易得，稳定性好，成本低且能回收重复利用。本专利技术方法对低极性及非极性反应体系的微波反应促进效果尤其明显，有极大的应用价值。本专利技术方法很好的解决了弱微波辐射吸收性的反应体系反应速率低甚至不反应的难题，大大增加了微波反应的优越性和适用范围。其效果将通过实施例中的对比实验进一步说明。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。实施例1促进微波辐射下苯甲酸乙酯水解反应高效微波吸收剂：SnO2(平均粒径50μm)，加入量：0.04g/mL。反应体系极性：中等。在100mL反应瓶中加入3.0g(20mmol)苯甲酸乙酯，30mL 10％的氢氧化钠溶液及1.20g SnO2，700w微波(家用脉冲式，20％占空比)照射42分钟，冷却至室温后将SnO2用砂芯漏斗滤出，用二氯甲烷淋洗后，分别用石油醚和碳酸钠溶液淋洗，将滤液放入分液漏斗中静置，分出水相，水相用盐酸酸化，用二氯甲烷萃取出其中的苯甲酸，用无水硫酸镁干燥，过滤，抽除溶剂，得白色固体产物2.20g，产率90.16％，熔点：122-125℃。-->实施例2促进微波辐射下苯甲酸乙酯水解反应高效微波吸收剂：Fe3O4(平均粒径1μm)，加入量：0.03g/mL。反应体系极性：中等。在100mL反应瓶中加入3.0g(20mmol)苯甲酸乙酯，30mL 10％的氢氧化钠溶液及0.9g Fe3O4，700w微波(家用脉冲式，20％占空比)照射40分钟，冷却至室温后将Fe3O4用砂芯漏斗滤出，用二氯甲烷淋洗后，分别用石油醚和碳酸钠溶液淋洗，将滤液放入分液漏斗中静置，分出水相，水相用盐酸酸化，用二氯甲烷萃取出其中的苯甲酸，用无水硫酸镁干燥，过滤，抽除溶剂，得白色固体产物1.99g，产率81.56％，熔点：122-125℃。实施例3促进微波辐射下蒽与顺丁烯二酸二乙酯Diels-Alder反应高效微波吸收剂：活性碳(平均粒径30μm)，加入量：0.02g/mL。反应体系极性：低。取10.5g(61mmol)顺丁烯二酸二乙酯，1.09g(6.1mmol)蒽，0.4g活性碳，20mL二甲苯置于100mL烧瓶中，稍稍摇均后，500W微波炉连续照射76min。自然冷却至室温后加入30mL二氯甲烷溶解，将活性碳用砂芯漏斗滤出，并用二氯甲烷淋洗，溶液取样作NMR分析，转化率为89.8％。实施例4促进微波辐射下蒽与反丁烯二酸二丁酯Diels-Alder反应-->高效微波吸收剂：活性碳(平均粒径30μm)，加入量：0.02g/mL。反应体系极性：非极性。取13.9g(61mmol)反丁烯二酸二丁酯，1.09g(6.1mmol)蒽，0.4g活性碳，20mL对二甲苯置于100mL烧瓶中，稍稍摇匀后，将其放入微波炉中，在400W下连续照射80min。自然冷却至室温后加入30mL二氯甲烷溶解，将活性碳用砂芯漏斗滤出，并用二氯甲烷淋洗，溶液取样作NMR分析，转化率为85.6％。实施例5微波吸收剂重复使用对微波辐射下苯甲酸乙酯水解反应产率的影响高效微波吸收剂：纳米碳(平均粒径96.3nm)、活性碳(平均粒径30μm)，加入量每次反应均为：0.01g/mL。反应体系极性：中等。在100mL反应瓶中加入3.0g(20mmol)苯甲酸乙酯，30mL 10％的氢氧化钠溶液及0.30g纳米碳，400w微波照射40分钟，冷却至室温后将纳米碳用砂芯漏斗滤出，用二氯甲烷淋洗后，分别用石油醚和碳酸钠溶液淋洗，将滤液放入分液漏斗中静置，分出水相，水相用盐酸酸化，用二氯甲烷萃取出其中的苯甲酸，用无水硫酸镁干燥，过滤，抽除溶剂，得白色固体产物，熔点：122-125℃。将使用过的纳-->米碳重复上面的实验。采用活性碳作为高效微波吸收剂，重复上面的实验，并将使用过的活性碳再次重复上面的实验。实验结果如表1所示，可见本专利技术的高效微波吸收剂具有很好的重复使用性。表1微波吸收剂重复使用对微波辐射下苯甲酸乙酯水解反应产率的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种促进微波辐射条件下的化学反应的方法，其特征在于：向微波辐射条件下的反应体系中加入高效微波吸收剂。

【技术特征摘要】
1.一种促进微波辐射条件下的化学反应的方法，其特征在于：向微波辐射条件下的反应体系中加入高效微波吸收剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的高效微波吸收剂为固体粉末颗粒的氧化物、碳和/或活性碳。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的氧化物为SnO2或Fe3O4。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈冬，李志斌，陈建华，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]