微波反應(yīng)儀在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

古險(xiǎn)峰 李咪咪 陳紀(jì)安

【摘要】本實(shí)驗(yàn)以研究生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為背景，并以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為目的，結(jié)合有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)利用微波反應(yīng)儀脫除甲酸酯的反應(yīng)。以3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯原料，在強(qiáng)堿條件下，經(jīng)微波加熱反應(yīng)合成目標(biāo)產(chǎn)物。其最佳合成條件為：3-乙?；?2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯與氫氧化鉀當(dāng)量比為1：1.5，反應(yīng)溫度為160°C，反應(yīng)時(shí)間為0.5 h。產(chǎn)率90%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用微波加熱進(jìn)行反應(yīng)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加熱進(jìn)行反應(yīng)的效率， 因此，微波反應(yīng)儀是有機(jī)化學(xué)相關(guān)專業(yè)研究生在從事科研實(shí)驗(yàn)過程中必不可少的有利研究工具。

【關(guān)鍵詞】微波反應(yīng) 有機(jī)合成 高溫反應(yīng)

【中圖分類號(hào)】TP391.9 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）11-0191-01

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.1了解微波反應(yīng)的基本原理。

1.2了解微波反應(yīng)與傳統(tǒng)反應(yīng)的差異。

1.3熟悉和掌握微波反應(yīng)儀的操作方法。

2.實(shí)驗(yàn)原理

微波是指頻率為300MHz～300KMHz的電磁波（波長在1m～1mm之間的電磁波）。物質(zhì)分子偶極振動(dòng)同微波振動(dòng)具有相似的頻率，在快速振動(dòng)的微波磁場中，分子偶極的振動(dòng)會(huì)盡力同磁場的振動(dòng)相匹配，而分子偶極的振動(dòng)又滯后于磁場，因此物質(zhì)分子吸收電磁能以每秒數(shù)十億次的高速振動(dòng)而產(chǎn)生熱能。有機(jī)物多為極性和非極性化合物，極性分子會(huì)有偶極作用，當(dāng)微波遇到極性分子時(shí)會(huì)引起分子的劇烈振蕩而產(chǎn)生分子熱；而非極性分子由于極性介質(zhì)分子的存在而產(chǎn)生誘導(dǎo)和色散偶極，也會(huì)在微波這種高頻交變的電場作用下，產(chǎn)生振動(dòng)而產(chǎn)生分子熱。

傳統(tǒng)的加熱方式是通過輻射， 傳導(dǎo)對流等方式由表及里對物質(zhì)進(jìn)行加熱， 加熱過程相對比較緩慢。而微波加熱是通過物質(zhì)分子的振動(dòng)而產(chǎn)生分子熱，不僅加熱效率高，而且體系受熱均勻。因此是目前有機(jī)合成中理想的加熱方式。

在有機(jī)合成中，脫甲酸酯的反應(yīng)是重要的減碳反應(yīng)， 但通常該類反應(yīng)在強(qiáng)堿的作用下高溫加熱數(shù)天才能發(fā)生， 而往往最終產(chǎn)率也不是很理想。采用微波技術(shù)來進(jìn)行該類反應(yīng)， 不僅可以大大縮短反應(yīng)時(shí)間， 而且可以大大提高反應(yīng)產(chǎn)率。本實(shí)驗(yàn)是以3-乙?；?2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯和氫氧化鉀為原料， 加熱160°C進(jìn)行反應(yīng)， 反應(yīng)方程式如下圖所示：

3.實(shí)驗(yàn)部分

3.1儀器與試劑

儀器： Brucker 400M型核磁共振儀（CDCl3 為氘代試劑，TMS 為內(nèi)標(biāo)）；微波反應(yīng)儀。

試劑： 3-乙?；?2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯， 氫氧化鉀，乙二醇

3.2化合物合成

3.2.1傳統(tǒng)加熱反應(yīng)步驟：

將3-乙?；?2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯和氫氧化鉀置于25mL圓底燒瓶中，加入10mL乙二醇邊攪拌邊加熱至160°C反應(yīng)， TLC監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程。待反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，將反應(yīng)物溶于二氯甲烷中并加飽和食鹽水洗三次，有機(jī)相用無水硫酸鈉干燥后過濾，濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑得粗產(chǎn)品。

3.2.2微波加熱反應(yīng)步驟：

將轉(zhuǎn)子， 3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯和氫氧化鉀置于微波管中，加入少量乙二醇（沒過固體即可），封好微波管，在160°C下進(jìn)行微波反應(yīng)0.5小時(shí)。停止反應(yīng)，冷卻至室溫，將反應(yīng)物溶于二氯甲烷中并加飽和食鹽水洗三次，有機(jī)相用無水硫酸鈉干燥后過濾，旋干溶劑得粗產(chǎn)品。

4.結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)分兩次進(jìn)行， 一次采用傳統(tǒng)加熱反應(yīng)步驟， 反應(yīng)4小時(shí)， 用TLC監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程， 并與原料和產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行對照， 發(fā)現(xiàn)反應(yīng)基本沒有產(chǎn)物生成， 反應(yīng)體系內(nèi)主要為原料。另一次采用微波加熱反應(yīng)步驟， 反應(yīng)0.5小時(shí)， 用TLC監(jiān)測反應(yīng)進(jìn)程，并與原料和產(chǎn)物的標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行對照， 發(fā)現(xiàn)反應(yīng)體系內(nèi)原料幾乎全部轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。通過對比實(shí)驗(yàn)， 同學(xué)們可以深切體會(huì)到微波加熱反應(yīng)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加熱反應(yīng)。

5.結(jié)語

通過兩次對比實(shí)驗(yàn)， 一次采用傳統(tǒng)加熱方法， 另一次采用微波反應(yīng)儀進(jìn)行加熱， 對3-乙酰基-2，4-二甲基-5-乙氧羰基吡咯進(jìn)行甲酸酯的脫除， 實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示， 采用微波加熱方法進(jìn)行反應(yīng)的效率和產(chǎn)率明顯高于傳統(tǒng)加熱方法。通過該實(shí)驗(yàn)， 同學(xué)們體會(huì)到微波技術(shù)的高效便捷，同時(shí)能夠熟悉和掌握微波反應(yīng)儀的操作方法， 以便用于今后的課題研究當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]郭煥芳，侯嶺，謝藍(lán).微波促進(jìn)下邪蒿素及其衍生物的合成，化學(xué)通報(bào)，2009（01）： 65

[3]黃志真，吳露玲，黃憲.微波作用下乙-烴基-4-喹啉酮的簡便合成法，有機(jī)化學(xué)， 2000 （01）：88

作者簡介：

古險(xiǎn)峰，復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)教研室，副教授。