微波化學原理簡述：為化學反應“有序”地賦能

微波化學的發展為化學合成提供了一種高效、快速、選擇性高且環境友好的方法，正在逐漸改變傳統化學合成的面貌。隨著技術的進步和應用的拓展，微波化學有望在未來的化學研究和工業生產中發揮更大的作用。微波輔助不僅是一種加熱手段，更是一種能夠讓分子有序運動、提高分子動能的革命性方法。

與此同時，微波化學對于綠色化學具有重要的意義，它通過提供一種高效、節能且環境友好的加熱方式，大程度的提高原子經濟性，即反應物的原子被更有效地轉化為目標產物，減少了原料的浪費。有助于實現化學反應的綠色化，是實現化學工業可持續發展的重要途徑之一。

微波化學創始人也是CEM創始人-Michael J. Collins博士和Brittany L. Hayes博士在2002年出版的《Microwave Synthesis》一書，對微波合成行業產生了深遠的影響。這本書不僅為微波化學領域提供了一個全面的概述，還詳細介紹了微波輻射在有機合成中的應用，推動了微波合成技術的發展和普及。Michael J. Collins博士提出：幾乎所有類型的熱驅動化學反應都可以通過微波加速：加成反應、環加成反應、取代反應、消除反應、裂解反應等。這為微波化學帶來了廣闊的應用范圍，正在重塑整個合成化學領域。

圖1.分子運動受不同外部電場頻率作用示意圖

微波化學利用微波能量來加速化學反應。微波加熱的核心原理在于：通過偶極極化與離子傳導，使得極性分子（如溶劑、試劑）在交變電場中進行有序的高頻旋轉并摩擦產熱。在300到約300,000兆赫(MHz)的頻率范圍內，微波光子中的能量（0.037千卡/摩爾）相對于斷裂分子鍵所需的典型能量（80-120千卡/摩爾）非常低，因此在上述頻率范圍下，只有分子的旋轉收到影響，微波不會影響有機分子的結構。

阿倫尼烏斯方程是由瑞典化學家斯萬特·奧古斯特·阿倫尼烏斯（Svante August Arrhenius）在1889年提出的。這一方程定量表示了反應速率常數與溫度的關系，是化學動力學中非常重要的理論基礎。

圖2.阿倫尼烏斯方程簡介

微波加熱同時優化阿倫尼烏斯方程中的A（有序碰撞）和T（均一加熱）這兩大參數，這對于化學反應來說是革命性的，因為傳統常規加熱方式僅能粗放提升T（且無法保障高加熱效率以及能量密度和熱量傳輸的均一性）。因此通常情況下需要1-2個小時的由熱力學驅動的化學反應在微波加熱的作用下往往只需要幾分鐘，為合成化學提效的同時帶來了更多可能。

CEM Discover 2.0微波合成儀，其適用于化學合成、催化 反應、合成化學、樣品提取等多種科研實驗應用，包括但不限于復雜有機合成反應、藥物合 成、材料合成、綠色化學研究等。這款微波合成儀以其高效、多功能、用戶友好的設計，為合成化學家提供了強大的工具，提高科研能力和生產力。

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