微波合成指在微波的条件下，利用其加热快速、均质与选择性等优点，应用于现代有机/无机合成研究中的技术。
简介
1986年Lauventian 大学化学教授Gedye 及其同事发现 在微波中进行的4- 氰基酚盐与苯甲基氯的反应比传统加热回流要快240倍,这一发现引起人们对微波加速有机反应这一问题的广泛注意。自1986年之后短短20年里，微波促进有机反应中的研究已成为
有机化学领域中的一个热点。大量的实验研究表明,借助微波技术进行有机反应,反应速度较传统的加热方法快数十倍甚至上千倍，且具有操作简便、产率高及产品易纯化、安全卫生等特点,因此,微波有机反应发展迅速。
微波加热原理
微波辐射是一种频率范围为0.3-300GHz的
电磁辐射， 相应的波长为1cm-1 m，见图片。所有家用“厨房”微波炉和所有化学合成使用的商业专用
微波反应器，其工作
频率均为2.45GHz（对应的波长为12.25cm）。
直流电源提供微波发生器的
磁控管所需的直流功率, 微波发生器产生交变电场,该电场作用在处于微波场的物体上,由于电荷分布不平衡的小分子迅速吸收电磁波而使极性分子产生25 亿次/s 以上的转动和碰撞,从而极性分子随外电场变化而摆动并产生热效应; 又因为分子本身的热运动和相邻分子之间的相互作用, 使分子随电场变化而摆动的规则受到了阻碍, 这样就产生了类似于摩擦的效应,一部分能量转化为分子热能,造成分子运动的加剧, 分子的高速旋转和振动使分子处于亚稳态, 这有利于分子进一步电离或处于反应的准备状态, 因此被加热物质的温度在很短的时间内得以迅速升高。但是其具体的加热原理可以分为两类。
偶极极化 能够在微波辐射下产生热的物质必须具有
偶极矩，例如它的分子必须是部分
阴极和部分
阳极。当微波场发生震荡时，偶极分子在交变电场中进行
重排。重排可引起旋转，其可导致
分子间的摩擦，
能量以热的形式被消耗。
离子传导 在离子传导过程中，样品中溶解的带电粒子（通常为
离子）在微波场的影响下前后震荡， 与其临近的分子或
原子碰撞。碰撞产生热。例如：如果两个样品分别含有等量的
蒸馏水和
自来水在固定的辐射功率下进行加热，自来水样品中的离子与
极性水分子被加热的更快。
一种特定材料（如
溶剂）在微波场下的加热能力取决于该物质将电磁能转化为热能的能力。这种能力就是所谓的的
损耗角正切tan δ(见图片)。
其它没有固定偶极矩的溶剂，如
四氯化碳、
苯和二氧杂环则或多或少是微波透明的(tanδ小于0.01)。虽然，高
损耗角正切的溶剂是快速微波加热所必须的，但是并不意味着低损耗角正切的溶剂不能够用于微波合成。由于
反应物底物或者某些
试剂/
催化剂可能是极性的， 反应介质的总体
介电性就足以使其在微波下充分加热。此外还可以向弱吸收的反应混合物中加入极性的组分， 来提高微波吸收率。
特点介绍
(a)加热速度快。由于微波能够深入物质的内部，而不是依靠物质本身的热传导，因此只需要常规方法十分之一到百分之一的时间就可完成整个加热过程。
(b)热能利用率高，节省能源，有利于改善劳动条件。
(c)反应灵敏。常规的加热方法不论是电热、蒸汽、热空气等，要达到一定的温度都需要一段时间，而利用微波加热，调整微波输出功率，物质加热情况立即无惰性地随着改变，这样便于
自动化控制。
(d)产品质量高。微波加热温度均匀，表里一致，对于外形复杂的物体，其加热均匀性也比其它加热方法好。对于有的物质还可以产生一些有利的物理或化学作用。
“Microwaves do have the potential to become the Bunsen burners of the 21st century.”-Prof. C. Oliver Kappe, University of Graz
仪器的设计
市面上的微波合成仪器根据其微波腔体的设计原理可以分为三种，多模微波合成仪器、单模微波合成仪器、定向多模合成仪器。
多模仪器
多模仪器经过了很长时间的发展，其技术主要来自于微波炉。这种设备最早出现于 1980s 末，用于样品制备。在1990s 经过改进并用于微波合成。多模微波仪的微波场是以杂乱的方式分布。微波通过空腔的墙壁反射，因此以一种无序方式与样品相互作用。在大体积腔体中（通常大于40L）微波场密度（每升中的功率）非常低，因此微波功率必须非常的高，以实现较高的加热速率。这类仪器通常都能够使用不同的转子，因此可以实现平行合成达 1L 的大批量合成。在这种情况下，一个温度/时间可以同时应用于许多反应管，最多可达96个。底物比例、催化剂用量等不同的反应参数可以在一次实验中筛选。
单模合成仪器
单模合成仪可以被看做是研发专用微波合成仪。这种紧凑型的仪器在1990s后期被制造出来，并仅用作微波合成。单模反应器的微波场可以被看做是驻波（仅仅有一种模式的微波和反应物作用，见图片）。在小腔体中（通常150mL-300mL）微波密度非常高，最多可达3600W/L，因此仅需较低的微波功率就可以使反应物充分加热。这种仪器非常适合于在方法开发过程中的小批量（0.5-20mL）合成。连续的单管合成（
自动进样器）保证每个反应中参数设置的最高自由度。
定向多模腔体
定向多模腔体可以看作是一种对于单模设计的妥协。既可以在较小的微波腔体内实现更多的反应管。此类反应器优点是体积较大，可用于放大反应。但是加热效率介于单模合多模之间，如果加热甲苯、醚类溶剂时会出现温度达不到的情况。因此一般用于使用强极性试剂的
微波消解仪。
微波化学机理
微波在化学合成中主要有三个主要的作用，
热效应，特殊热效应，非热微波效应。
热效应
化学反应速度的提升，需要依靠单纯的热/ 动力学，通过在微波场内进行极性物质的照射， 能够迅速地提升反应温度， 为各项化学反应的进行提供便利的条件， 缩短化学反应的时间。就是
阿仑尼乌斯公式中温度的提高带来的反应速度提升。
特殊热效应
由于物料分布，加热的选择性，加热特点等所造成的温度分布差异，引起的化学反应的特殊情况。其本质上，仍然是温度变化引起的，但是这个温度变化很难被监测到。主要分为以下几类：
1，常压下溶剂的过热
2，选择性加热，例如，强微波吸收在低极性反应介质中的
多相催化剂或试剂(以及双相或多相液体/液体系统的差异/选择性加热所产生的影响)，
3，通过微波能量与均匀溶液中特定试剂的直接耦合形成“分子辐射体”(微观热点)，
4，消除了倒置温度引起的壁效应
非热微波效应
反应速率不受温度变化的影响。即在微波作用下反应路径发生了变化，指前因子A和活化能Ea发生了变化。但是由于微波能量过低，并不可能直接破坏分子键，发生“
光化学反应”但是仍许多文章认为可以改变过渡态、分子的区域分布来影响反应。所以关于微波化学机理仍然是一个具有争议的话题。
应用
在微波合成的最初阶段，它仅仅代表微波辅助有机合成（MAOS，microwave-assisted organic synthesis），这是因为当初引进这项技术完全是由于有机化学的学术研究需求。随着时间迁移和技术的进步，更多的化学学科和更多的化工企业加入了这个团体，成功的应用了这种便捷的加热技术，尤其是在方法开发和优化过程中。然而，除了材料科学中的一些合成应用，如
金属氧化物和沸石类材料，大多数适用的合成反应仍然可以被看做有机化学。
通过设计殊的
微波吸收材料与微波场的分布，可以达成特定区域的材料加工效果，如粉体表面改性、高致密性成膜、异质材料间的结合等。微波对
化学反应过程的催化效果，可以使反应物有更高的反应速率，产物在微波作用下有更好的结晶性。微波的高穿透性与特定材料作用性，使原不易制作的材料，如良好结晶与分散性的纳米粉体粒子可经由材料合成设计与微波场作用来获得，微波能量的作用提供了纳米材料新结构的合成方法。
采用微波辐射在溶液中制得表面包覆改性的纳米粉体，具有高结晶性与分散性的优点，且产物的产率很高。在薄膜制备领域，在有机基板上制成厚数微米的膜层，在微波能量作用下，膜层具有高度致密性，特性与直接使用粉体烧结的块材相当，对有机基板上制作高介电性、压电性、磁性、导电性膜，微波的纳米粉体成膜技术提供了新的方法。
微波在材料处理领域也应用广泛，微波场的高穿透性提供了材料均质加热的可行性，具有对特定区域瞬间加温的作用，增加材料热处理的自由度，瞬间高温作用同时提供传统加温制程无法制作的材料特性，使微波场在材料改性与加工技术产生新的应用。材料的纳米化会使材料具有很多特殊的功能，微波的引入为材料特殊功能的实现提供了一种新的思路。虽然材料在纳米尺度的微波场行为仍待研究，但微波场作用的强化效果，为纳米材料的合成提供了新的技术。