微波合成中的熱效應與非熱-效應

微波輻射是一種頻率范圍為0.3-300 GHz的電磁輻射， 相應的波長為1 cm-1 （見圖2.1）。所有家用“廚房”微波爐和所有化學合成使用的商業專用微波反應器，其工作頻率均為2.45GHz（對應的波長為12.25cm）。

偶極極化：極性分子在交變電場中發生震蕩時，產生熱量。

離子傳導：樣品中溶解的帶電粒子（通常為離子）在微波場的影響下前后震蕩， 與其臨近的分子或原子碰撞。產生熱量。

通過計算得知，微波輻射的能力遠不足以斷開分子中的共價鍵。所以顯而易見，微波不能夠通過電磁波能的直接吸收來“誘發”化學反應。切斷分子鍵，從而引起化學反應，只能由更高能量的輻射（比如紫外和可見光=>光化學）所引發。

即化學反應速度的提升，需要依靠單純的熱/ 動力學，通過在微波場內進行極性物質的照射， 能夠迅速地提升反應溫度， 為各項化學反應的進行提供便利的條件， 縮短化學反應的時間。也就是阿侖尼烏斯公式中溫度的變化！

例如：苯并咪唑類化合物的合成，這個在室溫下需要近9周的反應，在270℃下僅需要1s即可完成反應。但并不是所有的反應都可以無限制升溫的，升溫的同時需要保障沒有更多副產物的產生。

由于物料分布，加熱的選擇性，加熱特點等所造成的溫度分布差異，引起的化學反應的特殊情況。其本質上，仍然是溫度變化引起的，但是這個溫度變化很難被監測到。其形成主要有以下幾點：

2.1   常壓下溶劑的過熱，即常壓下溶劑過熱；

2.2   選擇性加熱，例如，強微波吸收在低極性反應介質中的多相催化劑或試劑(以及雙相或多相液體/液體系統的差異/選擇性加熱所產生的影響)；

例如：金屬催化劑存在的反應。

在微波中的產率明顯高于油浴，并隨著微波功率的增加，產率進一步增加。被認為微波中存在某種特殊的效應。但是實際上確是由于微波使金屬顆粒放電導致局部溫度高，從而使反應速度加快。如果無限制增加功率將會導致溶液碳化，而得不到任何的產物。

2.3通過微波能量與均勻溶液中特定試劑的直接耦合形成“分子輻射體”(微觀熱點)；

2.4消除了倒置溫度引起的壁效應

例如：有離子液參與的反應，離子液具有極強的微波吸收性能，因此可以快速吸收微波，從而形成倒置的溫度梯度。然而微波合成儀器使用較多的溫度控制方式則是紅外控制，無法檢測內部快讀的溫度變化，因此內部反應的實際溫度要比設備控制的溫度高的多。從而引起儀器測量不準導致的回收率增加。

因此需要使用插入時溫度計來控制快速的溫度變化

即不能夠通過單純的反應溫度來解釋微波對化學轉化率的提高，而是由于電場與反應物質的直接作用引起的。我們已經解釋過，微波輻射的能力由于太弱，并不能夠直接切斷分子鍵。因此可以肯定，微波并不能夠被試劑直接吸收，而所謂的非熱微波效應也不大可能出現。

盡管如此，仍然有許多的文章發表非熱微波效應的觀點。主要有兩大類。

宏觀上，例如微波場是電磁場，那么就有可能改變某些磁性反應物，如納米四氧化三鐵，在溶液中的狀態；微波雖然不能加熱高分子，但是卻可以使某些高分子的嵌段在磁場中發生震蕩。從而改變反應的動力學結果。

微觀上，微波雖然不能夠斷開一個完整的化學鍵，但是它可以在舊鍵斷裂、新鍵生成的過程中起作用。因此，在化學鍵形成過程中，有些化學鍵可以被大大的削弱，他們有可能在微波作用下斷裂。

但是目前許多文章中的觀點經不起推敲， 其中絕大多數是由于不準確的溫度監控所引起的。時至今日，在科學共同體中，對于非熱微波效應對于化學反應的影響的爭論仍然在繼續。