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Synthèse assistée par micro-ondes

“Les micro-ondes ont le potentiel de devenir les brûleurs Bunsen du 21e siècle”, C. Oliver Kappe, Université de Graz, Autriche

Le chauffage est essentiel à la synthèse chimique car elle favorise les réactions chimiques. Parfois, les synthèses ne fonctionnent pas sans introduction de chaleur ou, si elles fonctionnent, cela peut prendre des jours, voire des semaines à température ambiante, comparativement à des heures ou des minutes à des températures élevées. Dans la synthèse chimique, il existe deux manières typiques d'appliquer de la chaleur : le chauffage par reflux conventionnel utilisant une plaque chauffante et le chauffage par micro-ondes.

Par rapport à la synthèse conventionnelle à reflux, la synthèse assistée par micro-ondes dans les réacteurs micro-ondes modernes permet d'augmenter les rendements tout en réduisant de manière significative les temps de réaction à quelques minutes seulement. En outre, la facilité de manipulation et les caractéristiques de sécurité des réacteurs micro-ondes modernes sont d'autres raisons pour lesquelles de plus en plus de chimistes utilisent le chauffage par micro-ondes dans leurs activités quotidiennes de laboratoire.

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Histoire de la chimie des micro-ondes

Robert Bunsen a inventé son célèbre brûleur en 1855, qui permettait d'appliquer l'énergie de cette source de chaleur à un récipient de réaction de manière ciblée. Le brûleur Bunsen a ensuite été remplacé par des bains d'huile et des plaques chauffantes. Au 21ème siècle, les réactions par énergie micro-ondes sont devenues un sujet de plus en plus populaire dans la communauté scientifique.^[1-4]

L'énergie micro-ondes était à l'origine utilisée pour chauffer les aliments. Percy Spencer l'a utilisé pour la première fois dans les années 1940, et ce n'est qu'au milieu des années 1980 que les premiers rapports sur l'utilisation du chauffage par micro-ondes pour accélérer la synthèse chimique ont été publiés.^[5-6] À cette époque, les expériences étaient généralement réalisées dans des récipients scellés en teflon ou en verre dans un four à micro-ondes domestique sans aucune mesure de température ou de pression. En raison du chauffage rapide incontrôlé des solvants organiques dans des conditions de récipient fermé, cela entraînait souvent des explosions violentes. Néanmoins, au cours des 15 premières années de la synthèse par micro-ondes, les fours à micro-ondes domestiques ont été de plus en plus utilisés pour la synthèse chimique.

Figure 1 : Nombre de publications sur la synthèse organique assistée par micro-ondes (1986-2013).[7] Barres grises : Nombre d'articles impliquant la synthèse organique assistée par micro-ondes (recherche par mots-clés).[8] Les barres noires représentent le nombre de publications (2001-2008) rapportant des expériences de synthèse par micro-ondes réalisées dans des réacteurs scientifiques avec un contrôle de processus adéquat (recherche dans le texte complet).[9] Courtoisie de C. O. Kappe, Université de Graz.

La figure 1 montre deux graphiques différents. Le premier (barres grises) révèle que le nombre de publications utilisant "microwave" comme mot-clé a considérablement augmenté au cours des 20 premières années de la chimie des micro-ondes. Le deuxième graphique (barres noires) montre le résultat d'une recherche de texte intégral pour des publications dans lesquelles des réacteurs dédiés (= réacteurs qui ont été exclusivement développés pour un usage scientifique) ont été utilisés pour la synthèse chimique.^[8]
Évidemment, comme l'exprime la croissance exponentielle du nombre de publications, il y a eu une augmentation dramatique de l'intérêt pour la chimie des micro-ondes depuis que des réacteurs dédiés ont été introduits sur le marché. C'était pour des raisons évidentes : le manque de sécurité et la mesure insuffisamment précise des paramètres de réaction dans les micro-ondes domestiques et le fait que la plupart des revues scientifiques respectées (par exemple, les revues de l'American Chemical Society) ne considéreraient plus les manuscrits décrivant l'utilisation des micro-ondes de cuisine.^[8]
En conséquence, le nombre d'utilisateurs de réacteurs à micro-ondes dédiés continue de croître. Pendant ce temps, la plupart des laboratoires chimiques sont équipés d'instruments de synthèse assistée par micro-ondes appropriés.^[7] Une indication claire de cela est la chute significative des publications mentionnant "micro-ondes" comme mot-clé depuis 2008 (Figure 1, barres grises), tandis qu'une recherche en texte intégral révèle une augmentation annuelle de 1000 à 1200 publications.^[9]
Par conséquent, le chauffage par micro-ondes n'est plus considéré comme une simple curiosité à mentionner, mais comme une méthode standard complètement établie pour chauffer des mélanges de réaction, tout comme d'autres équipements de laboratoire habituels tels que des plaques chauffantes ou des évaporateurs rotatifs.^[7]

De reflux à chauffage au micro-ondes

Le chauffage classique dans les laboratoires chimiques est souvent réalisé par reflux d'un mélange réactionnel en utilisant un bain d'huile chaude comme source de chaleur, où la température de réaction est généralement déterminée par le point d'ébullition du solvant utilisé. Tout d’abord, l’énergie thermique est transférée du bain d’huile chaude à la surface du récipient de réaction, puis la surface chaude chauffe le contenu du récipient de réaction (voir Figure 2, entrée a). Le surchauffage à des températures plus élevées n'est pas possible car il s'agit d'un système ouvert qui ne peut pas être pressurisé.

Figure 2 : Illustration graphique de l'introduction de chaleur et de la distribution de température dans un mélange réactionnel pour (a) le chauffage conventionnel et (b) le chauffage au micro-ondes. Alors que conventionnellement la chaleur provient de l'extérieur et pénètre dans le mélange réactionnel par des courants de convection (ce qui entraîne un mur de récipient très chaud), les micro-ondes traversent le mur de récipient presque transparent aux micro-ondes et chauffent directement le mélange réactionnel sur une base moléculaire.

De plus, la surface chaude peut entraîner un surchauffe localisée et une décomposition de matériaux sensibles. Plus important encore, les réactions chimiques classiques prennent souvent beaucoup de temps et sont énergétiquement inefficaces (par exemple, plusieurs heures pour la synthèse chimique n'est pas rare). Cela peut prendre une nuit ou un week-end jusqu'à ce qu'une réaction soit terminée, et que tout le matériau de départ ait été converti.

La clé pour accélérer ces processus est la loi d'Arrhenius : Augmenter la température de 10 °C double la vitesse d'un processus de réaction afin que la réaction puisse être terminée beaucoup plus rapidement (par exemple, une augmentation de température de seulement 20 °C réduit le temps de réaction à un quart du temps original).

Exemple:
Une réaction qui est effectuée dans de l'éthanol bouillant (environ 80 °C) en huit heures peut être effectuée à 160 °C en environ deux minutes (voir Tableau 1).

Température de réaction	80 °C	90 °C	100 °C	110 °C	120 °C	130 °C	140 °C	150 °C	160 °C
Temps de réaction	8h	4h	2h	1h	30 min	15 min	8 min	4 min	2 min

Tableau 1 : Économie de temps approximative selon la loi d'Arrhenius. Lorsque la température de réaction augmente de 10 °C, le temps de réaction est réduit de moitié.

Ce principe est utilisé dans tous les réacteurs de synthèse assistée par micro-ondes disponibles sur le marché et les réacteurs de préparation d'échantillons assistée par micro-ondes:

Les récipients de réaction sont fermés et scellés, puis chauffés à des températures dépassant le point d'ébullition du mélange réactionnel. En revanche, l'irradiation par micro-ondes entraîne un chauffage interne économe en énergie par couplage direct de l'énergie micro-ondes avec des dipôles et/ou des ions présents dans le mélange réactionnel. Les micro-ondes traversent le mur du récipient (presque) transparent aux micro-ondes et chauffent le mélange réactionnel sur une base moléculaire – par interaction directe avec les molécules (solvants, réactifs, catalyseurs, etc). En raison de ce chauffage direct « dans le noyau » (pas de chauffage initial de la surface du récipient), l'irradiation micro-ondes entraîne des gradients de température inversés par rapport à un système chauffé de manière conventionnelle (Figure 2, entrée b).

Puisque des températures extrêmement élevées peuvent être utilisées, l'irradiation par micro-ondes réduit le temps de réaction et génère des produits de réaction en quelques minutes par rapport à des heures, voire des jours. En raison du chauffage rapide à la température cible, la formation de sous-produits est supprimée.

Principes du chauffage par micro-ondes

Le spectre électromagnétique

Figure 3 : Le spectre des ondes électromagnétiques.

L'irradiation micro-ondes est une irradiation électromagnétique dans la plage de fréquence de 0,3 GHz à 300 GHz, ce qui correspond à des longueurs d'onde entre 1 mm et 1 m (voir Figure 3). Tous les fours à micro-ondes de « cuisine » et les réacteurs à micro-ondes dédiés disponibles dans le commerce pour la synthèse chimique fonctionnent à une fréquence de 2,45 GHz (ce qui correspond à une longueur d'onde de 12,25 cm).

Puisque l'énergie de l'irradiation micro-ondes est trop faible pour rompre les liaisons moléculaires^[11], il est clair que les micro-ondes ne peuvent pas "induire" des réactions chimiques par absorption directe de la puissance micro-ondes. Cependant, l'irradiation par micro-ondes fournit des effets thermiques uniques, qui sont très bénéfiques pour la synthèse chimique. La rupture des liaisons moléculaires et donc l'induction de réactions chimiques n'est possible qu'en utilisant une irradiation à énergie plus élevée (par exemple, UV ou lumière visible, qui est utilisée pour la photochimie).

Chauffage diélectrique assisté par micro-ondes

La chimie des micro-ondes est basée sur le chauffage efficace des matériaux (dans la plupart des cas des solvants) par les effets de chauffage diélectrique. Le chauffage diélectrique fonctionne par deux mécanismes principaux :

Polarisation dipolaire (voir Figure 3)
Pour qu'une substance puisse générer de la chaleur lorsqu'elle est irradiée par des micro-ondes, elle doit être un dipôle, ce qui signifie que sa structure moléculaire doit être partiellement chargée négativement et partiellement chargée positivement. Puisque le champ micro-ondes est oscillant, les dipôles dans le champ s'alignent sur le champ oscillant. Cet alignement provoque une rotation, ce qui entraîne des frottements et finalement de l'énergie thermique.
Conduction ionique (voir Figure 3)
Lors de la conduction ionique, des particules chargées (généralement des ions) dissoutes (complètement) oscillent d'avant en arrière sous l'influence de l'irradiation micro-ondes. Cette oscillation provoque des collisions des particules chargées avec des molécules ou des atomes voisins, qui sont finalement responsables de la création d'énergie thermique. Par exemple : Si des quantités égales d'eau distillée et d'eau du robinet sont chauffées par irradiation micro-ondes, un chauffage plus rapide se produira pour l'eau du robinet en raison de son contenu ionique en plus de la rotation dipolaire des molécules d'eau.

Figure 4 : Illustration schématique des deux principaux mécanismes de chauffage diélectrique : polarisation dipolaire (les dipôles s'alignent dans le champ micro-ondes) et conduction ionique (les ions se déplacent dans le champ micro-ondes).

Chauffage au micro-ondes des gaz et des solides…

…est à peine possible. Les gaz ne peuvent pas être chauffés sous irradiation micro-ondes car la distance entre les molécules en rotation est trop grande. De même, les matériaux solides comme la glace sont (presque) transparents aux micro-ondes puisque les dipôles d'eau sont liés dans le réseau cristallin et ne peuvent pas se déplacer aussi librement que dans l'état liquide. Cependant, certains matériaux solides conducteurs, comme le carbure de silicium, où les électrons peuvent se déplacer librement, sont d'excellents absorbeurs de micro-ondes et chauffent donc très rapidement.

Propriétés diélectriques

Figure 5 : Définition du facteur de perte tan δ et des composants qui déterminent ce facteur (perte diélectrique et constante diélectrique).

Comme le terme "chauffage diélectrique" le suggère, un matériau doit posséder certaines propriétés diélectriques pour être chauffé efficacement dans le champ micro-ondes. Les caractéristiques de chauffage d'un matériau particulier (par exemple, un solvant) sous des conditions d'irradiation micro-ondes dépendent de la capacité d'une substance spécifique à convertir l'énergie électromagnétique en chaleur. Cette capacité est déterminée par le soi-disant angle de perte, tan δ (Figure 5).

Les valeurs de tan δ pour certains solvants organiques couramment utilisés sont résumées dans le Tableau 2. Ce tableau montre la classification des solvants en absorbants micro-ondes élevés (tan δ >0,5), moyens (tan δ 0,1 à 0,5) et faibles (tan δ <0,1). Les solvants sans moment dipolaire, tels que le benzène et le dioxane, sont plus ou moins transparents aux micro-ondes (tan δ <0,01).

Un solvant avec un tan δ élevé (voir Tableau 2) est requis pour un chauffage rapide dans le domaine des micro-ondes. Cependant, cela ne signifie pas que les solvants avec de faibles valeurs de tan δ ne peuvent pas être utilisés pour la synthèse assistée par micro-ondes. Puisque soit les substrats soit les réactifs/catalyseurs sont susceptibles d'être polaires, les propriétés diélectriques globales d'un mélange réactionnel permettront, dans la plupart des cas, un chauffage suffisant par micro-ondes, même avec des solvants non polaires. Si, cependant, le mélange est non polaire, des éléments chauffants passifs peuvent être ajoutés pour aider le processus de chauffage.

Élevé (> 0,5)		Moyen (0,1 - 0,5)		Faible (< 0,1)
Solvant	tan δ	Solvant	tan δ	Solvant	tan δ
Ethylène glycol	1,350	2-Butanol	0,447	Chloroforme	0,091
Éthanol	0,941	Dichlorobenzène	0,280	Acétonitrile	0,062
DMSO	0,825	NMP	0,275	Acétate d'éthyle	0,059
2-propanol	0,799	Acide acétique	0,174	Acétone	0,054
Acide formique	0,722	DMF	0,161	THF	0,047
Méthanol	0,659	Dichloroéthane	0,127	Dichlorométhane	0,042
Nitrobenzène	0,589	Eau	0,123	Toluène	0,040
1-butanol	0,571	Chlorobenzène	0,101	Hexane	0,020

Tableau 2 : Solvants organiques couramment utilisés classés selon leur efficacité de chauffage (tan δ) dans le champ micro-ondes.^[7]

En général, trois processus différents caractérisent l'interaction de l'irradiation micro-ondes avec la matière : absorption, transmission et réflexion (Figure 6). Alors que les matériaux hautement diélectriques, comme les solvants organiques polaires, entraînent une forte absorption des micro-ondes et, par conséquent, un chauffage rapide du milieu, les matériaux non polaires (transparents aux micro-ondes) ne montrent que de faibles interactions avec les micro-ondes (transmission). Les micro-ondes traversent de tels matériaux. Cela les rend adaptés en tant que matériaux de construction pour des récipients de réaction. Si les radiations micro-ondes sont réfléchies par la surface du matériau, il n'y a presque aucune introduction d'énergie dans le système.

Figure 5 : Interaction de différents matériaux avec les micro-ondes : conducteurs électriques (par ex. métaux), matériaux absorbants (par ex. solvants) et matériaux isolants (par ex. Teflon, verre, quartz).

Fours à micro-ondes domestiques vs instrumentation dédiée

Dans les premiers jours de la synthèse assistée par micro-ondes, les fours à micro-ondes domestiques étaient largement utilisés dans les laboratoires chimiques. Bien que des instruments dédiés soient disponibles aujourd'hui, il y a encore des chimistes qui utilisent des fours à micro-ondes de cuisine à des fins scientifiques. Cependant, étant donné qu'il existe des raisons scientifiques sérieuses et aussi pratiques pour lesquelles des instruments dédiés devraient être utilisés, la plupart des grandes revues scientifiques n'acceptent plus les manuscrits dans lesquels les fours domestiques sont décrits comme une source de chaleur.^[10]

Sécurité

Les micro-ondes domestiques ont été développés exclusivement pour des usages domestiques. Par conséquent, de tels fours ne fournissent aucune caractéristique de sécurité active pour la synthèse chimique. Si ceux-ci sont utilisés pour des réactions chimiques, les fours ménagers ne protégeront pas le chimiste en cas de comportement réactionnel inattendu.

Puisque les fabricants d'instruments souhaitent et doivent fournir la plus grande sécurité pour les utilisateurs, l'instrumentation dédiée à la synthèse assistée par micro-ondes possède de nombreuses caractéristiques de sécurité afin de permettre un traitement sûr, même dans des conditions de température et de pression extrêmes. À 300 °C et 80 bar, un traitement sécuritaire est toujours garanti.

Possibilité de surchauffe

La surchauffe des solvants dans des récipients scellés est le principal avantage de la synthèse assistée par micro-ondes, car, en raison de la loi d'Arrhenius, les temps de réaction peuvent être considérablement réduits.

Dans les systèmes à récipients ouverts, le potentiel d'économie de temps est limité. Par conséquent, la synthèse assistée par micro-ondes dans des récipients scellés permet d'accéder à une gamme beaucoup plus large, en appliquant des températures bien au-dessus du point d'ébullition des solvant(s) utilisé(s). Des réacteurs micro-ondes dédiés permettent aux vaisseaux de réaction de rester complètement scellés tout au long du processus expérimental et agissent donc comme des autoclaves très pratiques, qui peuvent chauffer rapidement et efficacement des mélanges de réaction jusqu'à 300 °C et 80 bar.

Excellent contrôle des paramètres

Les micro-ondes domestiques ne permettent pas le contrôle des paramètres de réaction car cela n'est pas nécessaire pour chauffer les aliments à des températures comestibles. Un four à micro-ondes de cuisine ne permet donc pas de mesurer la température du mélange de réaction. Cependant, la température est le paramètre clé pour la synthèse chimique.

Contrairement aux fours à micro-ondes domestiques, les réacteurs dédiés à la synthèse assistée par micro-ondes sont généralement équipés de capteurs IR pour le contrôle de la température de réaction, de capteurs de pression pour surveiller la pression de réaction dans les récipients fermés, et d'un agitateur magnétique pour permettre une agitation appropriée. Souvent, des sondes de température immergées optionnelles pour une mesure interne plus précise de la température de réaction sont disponibles. La figure 7 montre un exemple de profil de chauffage d'une expérience typique au micro-ondes dans laquelle les paramètres sont mesurés et enregistrés avec précision tout au long du processus de l'expérience.

Profil de chauffage d'un mélange réactionnel chauffé à 300 °C durant 10 minutes. Durant l'expérience complète, l'instrument enregistre la température, la pression et la puissance. Un processus d'expérience typique se compose de trois étapes : (a) chauffer à une certaine température, (b) maintenir la température pendant un certain temps et (c) refroidir.

Automatisation et la synthèse parallèle

Puisque le temps c'est de l'argent, les outils pour améliorer l'efficacité économique sont toujours très appréciés. En plus des grands avantages résultant du chauffage au micro-ondes, l'instrumentation disponible pour l'extraction assistée par micro-ondes permet d'améliorer l'efficacité supplémentaire. Comment ? Contrairement aux fours à micro-ondes domestiques, ils vous permettent d'adapter deux approches précieuses pour votre flux de travail en laboratoire :

Traitement séquentiel automatisé, où les réactions sont traitées sans surveillance une par une pendant la nuit avec une unité d'échantillonneur automatique compatible avec le réacteur à micro-ondes.
Réalisation de réactions en parallèle, où jusqu'à presque 100 réactions peuvent être effectuées dans une seule expérience au micro-ondes.

Aujourd'hui, les techniques parallèles, du criblage de réactions à haut débit à l'échelle parallèle et aux unités d'échantillonnage automatisées, sont des méthodes bien établies. Les fours domestiques ne peuvent pas fournir ces techniques de manière pratique et efficace.

Agitation

Contrairement aux fours domestiques, les réacteurs à micro-ondes dédiés disposent d'un agitateur magnétique intégré, ce qui est important car sans agitation appropriée, la distribution de la température dans le mélange de réaction ne sera pas uniforme, et la température mesurée dépendra de la position du capteur de température (comme indiqué dans la Figure 8).

Figure 8 : (a) Flacon de réaction scellé rempli de 5 mL de NMP et avec trois thermomètres à fibre optique immergés à différentes hauteurs. (b) Profils de température (trois sondes à fibre optique internes et un capteur IR externe) lors de l'irradiation de l'installation (a) à une puissance de sortie constante de 50 W du magnétron. L'agitation magnétique réduit les différences de température entre les sondes à fibre optique individuelles de max 36 °C à moins de 6 °C (adapté de la Réf. [12]).

En conséquence, même les solutions complètement homogènes doivent être remuées lors de l'utilisation du chauffage par micro-ondes, car sinon une agitation efficace ne peut être assurée et des gradients de température peuvent se développer. Dans le cas, par exemple, de réactions sans solvant ou à milieu sec, et pour des mélanges de réaction très visqueux ou biphasiques où le mélange magnétique standard n'est pas efficace, une extrême prudence doit être exercée pour déterminer la température de réaction appropriée, car un mélange adéquat ne peut être assuré.

Production d'énergie continue

Les micro-ondes domestiques offrent généralement un mode d'irradiation pulsée pour le chauffage. Cela signifie qu'un réglage de, par exemple, 500 W entraînera des pics de puissance pulsée de 1000 W, de sorte qu'une moyenne de 500 W est appliquée (Figure 9a). Cette méthode de chauffage est suffisante pour les applications domestiques. Cependant, cela peut être très dangereux lorsqu'il est utilisé pour la synthèse chimique, car de tels pics de puissance forcent la formation de points chauds et le risque de réactions exothermiques spontanées non contrôlables.

Afin de réduire l'occurrence des points chauds ainsi que de minimiser le risque de défaillances thermiques, des réacteurs dédiés fournissent une puissance de sortie continue (Figure 9b). Cela vous permet d'appliquer exactement la quantité de puissance micro-ondes nécessaire pour atteindre ou maintenir la température de réaction définie.

Figure 9 : Profil de puissance micro-ondes appliquée pour une expérience à 500 W (a) dans une application en mode pulsé (four à micro-ondes domestique), et (b) dans un réacteur offrant la possibilité d'une sortie de puissance continue.

Commande logicielle

En plus des avantages scientifiques et économiques importants, les instruments dédiés offrent également des avantages en termes de manipulation et de programmation. Ils sont généralement équipés d'une interface utilisateur intuitive qui est utilisée via un écran tactile, où le logiciel prend en charge la surveillance et l'édition à l'écran des expériences en cours, l'enregistrement automatique des données et la gestion des données sur l'instrument ou sur un PC.

Application d'industries de synthèse assistée par micro-ondes

Le goulot d'étranglement de la synthèse conventionnelle est généralement l'étape d'optimisation, en d'autres mots, trouver les conditions optimales pour une réaction spécifique afin d'obtenir les produits souhaités avec de bons rendements et niveaux de puretés. Comme de nombreuses réactions de synthèse nécessitent une ou plusieurs étapes de chauffage pendant de longues périodes, ces optimisations sont souvent difficiles et chronophages. Le chauffage assisté par micro-ondes dans des conditions contrôlées a montré qu'il s'agissait d'une technologie précieuse pour toute application nécessitant le chauffage d'un mélange réactionnel, car il réduit souvent de manière significative les temps de réaction – typiquement de jours ou d'heures à des minutes, voire des secondes. Les composés peuvent donc être rapidement synthétisés de manière parallèle ou (automatisée) séquentielle en utilisant cette technologie prometteuse.

La vitesse à laquelle plusieurs variations des conditions de réaction peuvent être effectuées transforme une discussion matinale de « Que devrions-nous essayer ? » en une discussion après le déjeuner de « Quels ont été les résultats ? ». En conséquence – sans surprise – la plupart des entreprises pharmaceutiques, agrochimiques, de biotechnologie et de science des matériaux utilisent déjà massivement la synthèse assistée par micro-ondes comme technique majeure dans leurs laboratoires chimiques. Ils ont vu de leurs propres yeux la capacité de la technologie des micro-ondes à accélérer les réactions chimiques, ce qui accélère tout leur processus de production.^[7]

Voici une liste d' applications synthétiques où les micro-ondes ont déjà prouvé être bénéfiques.

Réactions de formation de liaisons catalysées par un métal
Synthèse d'hétérocycles N-
Synthèse d'hétérocycles O- et S-
Carbocycles et réarrangements
Fonctionnalisation de structures moléculaires
Synthèse de catalyseurs, de ligands et de complexes
Oxydations
Nanomatériaux
- Graphènes et nanoparticules de carbone
- Nanomatériaux pour la recherche sur les piles
- Dioxyde de titane, zinc, fer et divers oxydes métalliques
- Chalcogénures
- Métaux et alliages
- Zéolithes et tamis moléculaires
- Points quantiques
- Structures organométalliques
Chimie des polymères
Synthèse de et avec des liquides ioniques
Réactions dans l'eau, l'eau proche du point critique et les fluides supercritiques
Applications liées au biodiesel et à la biomasse
Démulsifications et réactions liées au pétrole brut
Comparaison des micro-ondes et de la chimie en flux
Examen des effets des micro-ondes

Références

Leadbeater, N. (2004). Chemistry World, 1, 38
Adam, D. (2003). Nature, 421, 571
Marx, V. (2004). Chem. & Eng. News, 82, 14;
Yarnell, A. (2007). Chem. & Eng. News, 85, 32;
Gedye R. et al. (1986). Tetrahedron Lett., 27, 279;
Giguere, R. J. et al. (1986). Tetrahedron Lett., 27, 4945;
Kappe, C. O., Stadler, A., Dallinger, D. (2012). Micro-ondes en chimie organique et médicinale, 2ème édition. Wiley-VCH, Weinheim.
Recherche SciFinder scholar (recherche par mot-clé : "micro-ondes") pour sept revues sélectionnées de chimie organique synthétique : J. Org. Chem., Org. Lett., Tétraèdre, Tétraèdre Lett., Synth. Commun., Synthèse, Synlett.
Recherche SciFinder scholar (recherche en texte intégral : "micro-ondes") pour environ 50 journaux. Les données des années récentes ne sont pas disponibles mais sont estimées à être bien plus élevées que pour 2008 (dans une fourchette d'environ 1000 à 1200 publications par an).
J. Org. Chem. 2015, Directives aux auteurs.
Neas, E., Collins, M. (1988). Introduction à la préparation d'échantillons par micro-ondes : Théorie et pratique (Eds. : Kingston, H. M., Jassie, L. B.), American Chemical Society, Washington, DC.
Herrero, M. A., Kremsner, J. M., Kappe, C. O. (2008). J. Org. Chem., 73, 36.

Lectures complémentaires

Publications de synthèse assistée par micro-ondes

Voici une liste de publications scientifiques sur la synthèse par micro-ondes de la dernière décennie.

Réactions catalysées par un métal assistées par micro-ondes

P. K. Singh et al. 2018. « Un inhibiteur d'agrégation de la classe des aminopyrimidines bloque efficacement l'interaction Aβ-fibrinogène et l'activation du système de contact induite par Aβ », Biochimie, 57 : 1399.
Nanoparticules d'alliage Pd-Ni à base de tensioactifs métalliques comme catalyseur performant dans la réaction de couplage Mizoroki Heck, N. Kaur et al., Green Chem. 2018, 20, 1506.
Polycycles complexes à partir d'alcools propargyliques simples par des réactions en cascade catalysées par le ruthénium et des procédures en une seule étape, E. Jäckel et al., Synthesis 2018, 50, 742.
Synthèse divergente de 1,2-benzo[e]thiazine et d'analogues de benzo[d]thiazole contenant un groupe S-trifluorométhyl sulfoximine. Préparation et nouvelles propriétés du réactif Adachi, A.-L. Barthelemy et al., J. Org. Chem. 2019, 84, 4086.

Synthèse assistée par micro-ondes de N-hétérocycles

Synthèse en une seule étape assistée par micro-ondes de nouvelles tétrahydrodibenzoacridinones fusionnées au phénanthrène comme agents cytotoxiques potentiels et inducteurs d'apoptose, N. P. Kumar et al., Eur. J. Med. Chem. 2018, 151, 173.
Complexes de cuivre portant des ligands C-scorpionate : Synthèse, caractérisation et activité catalytique pour la cycloaddition azide-alkyne en milieu aqueux, A. G. Mahmoud et al., Inorg. Chim. Acta 2018, 483, 371.
Réaction aza-Michael organocatalytique vers les 3-vinyl-1,2,4-triazines comme une plateforme bifonctionnelle précieuse,
F. Buttard et al., J. Org. Chem. 2019, 84, 3702.
Synthèse télescopée des arylamidines (E) fonctionnalisées en C3 utilisant les réarrangements Ugi–Mumm et quinazolinone régiospécifiques, V. A. Jaffett et al., Org. Biomol. Chem. 2019, 17, 3118.
Aziridination et réactions aza-Wharton de la lévoglucosénone, E. T. Ledingham et al., Aust. J. Chem. 2019, 72, 362.

Synthèse d'hétérocycles O- et S- assistée par micro-ondes

Synthèse assistée par micro-ondes de nouveaux dérivés bis(N-(het)arylthiazol-2-amine) à base de benzodifurane et de leurs activités antibactériennes et antimycobactériennes, N. H. K. Baba et al., Chem. Heterocycl. Comp. 2018, 54, 658.
Relation structure-activité du potentiel anticancéreux de la 4-hydroxycoumarine et de ses dérivés :
Une étude comparative, S. M. Banday et al., Asian J. Pharm. Pharmacol. 2019, 5, 470.

Réarrangements assistés par micro-ondes

Étude synthétique et mécaniste sur le réarrangement de Fries assisté par micro-ondes de 1-méthylidène-3,4-dihydroisoquinoline-2(1H)-yl-méthanones, F. Haraszti et al., Curr. Org. Chem. 2018, 22, 912.
Montmorillonite K10-Catalyzed Conversion sans solvant de Furfural en Cyclopentenones, S. Bonacci et al., Catalysts 2019, 9, 301.

« Scaffold decoration » assistée par micro-ondes

Fonctionnalisation régiosélective contrôlée par base des quinolines substituées par chlore, V. E. Murie et al., J. Org. Chem. 2018, 83, 871.
Les pyrrolomycines en tant qu'agents antimicrobiens. Synthèse organique assistée par micro-ondes et aperçus sur leur mécanisme d'action antimicrobien, M. V. Raimondi et al., Bioorg. Med. Chem. 2019, 27, 721.
Sur la synthèse, études optiques et computationnelles de nouveaux colorants fluorescents à base de phosphoramidate BODIPY, L. A. Machado et al., J. Fluorine Chem. 2019, 220, 9.

Catalyseurs, ligands et complexes assistés par micro-ondes

Cyclopentadiène multifonctionnel comme échafaudage pour les bioorganométalliques combinatoires dans
[(η5‐C5H2R1R2R3)M(CO)3] (M = Re, 99mTc) complexes de type tabouret de piano, A. Frei et al., Chem. Eur. J. 2018, 24, 10153.
Synthèses Micro-ondes Complètes de Pyridylpyrazole et de Complexes Luminescents de Pyridylpyrazole de Re et Ru, B. Merillas et al., Inorg. Chim. Acta 2019, 484, 1.
Ajustement des propriétés luminescentes des complexes de ruthénium(II) amino‐1,10‐phénanthroline en variant la position du groupe amino sur l'hétérocycle, A. S. Abel et al., ChemPlusChem 2019, 84, 498.

Oxydations assistées par micro-ondes

Les complexes de cuivre(II) avec un arylhydrazone de l'acétate de 2-cyano-méthyle comme catalyseurs efficaces dans l'oxydation assistée par micro-ondes du cyclohexane, R. Jlassi et al., Inorg. Chim. Acta 2018, 471, 658.
Action catalytique synergique des composites vanadia-titane pour l'oxydation du benzoin assistée par micro-ondes, F. Ferretti et al., Dalton Trans. 2019, 48, 3198.

Transformations organiques diverses assistées par micro-ondes

Réactions de métathèse carbonyle-oléfine promues par le tropylium, U. P. N. Tran et al., Chem. Sci. 2018, 9, 5145.
Formation de Kétimine Assistée par Liaison Hydrogène des Dérivés de Benzophénone, M.-S. Seo et al., J. Org. Chem. 2018, 83, 14300.
Semi-synthèse efficace de δ-(R)-tocotriénols naturels à partir d'une source végétale renouvelable, A. Ville et al., J. Nat. Prod. 2019, 82, 51.
Une nouvelle synthèse alternative de la salicylaldazine par méthode d'irradiation micro-ondes, K. et al., J. Chem. 2019, 9546373.

Synthèse assistée par micro-ondes de nanomatériaux

Désulfuration et dénitrogénation simultanées d'un carburant diesel modèle par du carbone activé modifié par FeMn à micro-ondes : Influence de l'habitus cristallin du fer sur la capacité d'adsorption, J. A. Arcibar-Orozco et al., J. Clean. Prod. 2019, 218, 69.
Impact structure de l'insertion de Zn dans le V2(PO4)3 monoclinique : Implications pour les batteries au Zn-ion, M. J. Park et al., J. Mater. Chem. À 2019, 7, 7159.
Électrolyte à base de Glyme pour batteries Na/Bilayered V2O5, X. Liu et al., ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 2786.
Auto-assemblage de nanotiges hybrides pour une performance volumétrique améliorée des nanoparticules dans les batteries Li-ion, M. H. Modarres et al., Nano Lett. 2019,19, 228.
Nanostructuration du chlorure de 1-butyl-4-méthylpyridinium dans des nanofluides de liquide ionique–oxyde de fer, A. Joseph et al., J. Therm. Anal. Calorim. 2019, 135, 1373.
Synthèse de nanotiges d'oxyde de fer pour une hyperthermie magnétique améliorée, A. Nikitin et al.,
J. Magn. Magn. Mater. 2019, 469, 443.
Synthèse hydrothermale par micro-ondes de microsphères de SnO avec une excellente activité photocatalytique, D. Han et al., Céramique. Int. 2019, 45, 4089.
Effet du temps de dépôt sur les propriétés optoélectroniques des films minces de PbS obtenus par dépôt chimique en bain assisté par micro-ondes, E. Barrios-Salgado et al., Adv. Cond. Matter Phys. 2019, 5960587.
Fabrication assistée par micro-ondes in situ de contre-électrodes de métal de sulfure hiérarchiquement agencées
pour améliorer la stabilité et l'efficacité des cellules solaires sensibilisées par points quantiques, J.-S. Tsai et al., Adv. Mater. Interf. 2019, 6, 1801745.
Nanocomposites d'argent encapsulés au κ-carrageenan assistés par micro-ondes pour l'éradication des biofilms bactériens,
A. Goel et al., Carbohyd. Polym. 2019, 206, 854.
Synthèse verte par micro-ondes de cristaux de taille nanométrique d'AlPO-n et de SAPO-n (n= 5 et 18) et leur assemblage en couches, E.-P.Ng et al., Micropor. Mesopor. Mater. 2019, 280, 256.
XANES, EXAFS, EPR et Modélisation des Principes Premiers sur la Structure Électronique et le Ferromagnétisme dans des Points Quantiques de SnO2 Doped Mn, D. Manikandan et al., J. Phys. Chem. C 2019, 123, 3067.
Synthèse et caractérisation de nanocomposites fluorescents Polymer/Silica/QDs avec une application potentielle en tant qu'encre d'impression, M. Ruiz-Robles et al., Mater. Res. Express 2019, 6, 25314.
Synthèse hydrothermale assistée par micro-ondes de phosphate de zirconium sphérique aggloméré pour l'élimination des ions Cs+ et Sr2+ d'un système aqueux, A. Bashir et al., Applic. Matière d'échange d'ions. Environ. 2019, 95.
Un effort coopératif par les bactéries nitrifiantes Nitrosomonas et un cadre organique métallique à base de zirconium pour éliminer le chrome hexavalent, T. Sathvika et al., Chem. Eng. J. 2019, 360, 879.

Chimie des polymères assistée par micro-ondes

Mécanismes d'exfoliation, de réduction, d'hybridation et de polymérisation dans la synthèse assistée par micro-ondes en une étape de nanocomposite nylon-6/graphène, P. González-Morones et al., Polymère 2018, 146, 73.
Synthèse, caractérisation et dégradation chimique des poly(ester-triazole)s dérivés du D-galactose, M. V. Rivas et al., RSC Adv. 2019, 9, 9860.
Étape d'estérification assistée par micro-ondes de la synthèse du poly(éthylène téréphtalate) (PET) à travers le glycol éthylène et l'acide téréphtalique, A. C. Espinosa-López et al., Polym. Bull. 2019, 76, 2931.

Synthèse de et avec des liquides ioniques

Liquides ioniques à base d'imidazolium comme réactifs efficaces pour la rupture des liaisons C-O de la lignine, M. Thierry et al., ChemSusChem 2018, 11, 439.
Nouveaux poly(liquides ioniques) basés sur des sels de poly(azométhine-pyridinium) et leur utilisation en tant que catalyseurs hétérogènes pour la conversion du CO2, E. M. Maya et al., Eur. Polym. J. 2019, 110, 107.

Applications liées au biodiesel et à la biomasse assistées au micro-ondes

Conversion de la cellulose à base de tiges de tournesol en produits précieux à l'aide de solvants eutectiques profonds à base de chlorure de choline, M. Sert et al., Renew. Énergie 2018, 118, 993.
Un effet synergique du liquide ionique et de l'irradiation micro-ondes sur la conversion directe de la cellulose en glucopyranoside de méthyle catalysée par acide, M. Saito et al., Holzforschung 2018, 72, 1025.
Production de biodiesel assistée par micro-ondes utilisant un nouveau catalyseur acide de Brønsted basé sur un biocomposite nanomagnétique, S. Chellappan et al., Fuel 2019, 246, 268.

Examen des effets des micro-ondes assisté par micro-ondes

Effet micro-ondes spécifique sur la synthèse de la zéolite Sn- et Ti-MFI, Z. Sun et al., RSC Adv. 2017, 7, 35252.
Effets des micro-ondes dans l'hydrolyse acide diluée de la cellulose en 5-hydroxyméthylfurfural, N. Sweygers,
et al., Nat. Sci. Rep. 2018, 8, 7719.
Synthèse de multipods de nickel hautement uniformes avec un rapport d'aspect réglable par contrôle de la puissance micro-ondes,
P. N. Vakil et al., ACS Nano 2018, 12, 6784.

Manuels recommandés sur la synthèse micro-ondes

Au cours des deux dernières décennies, divers manuels sur la synthèse par micro-ondes ont été publiés. Trouvez une liste de livres recommandés pour des informations de base complètes ici :

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Un guide du chimiste pour la synthèse par micro-ondes, Volume 3, J. M. Kremsner, A. Stadler, 2018, Anton Paar Publishing, Autriche
Synthèses Organiques en Phase Solide, Volume 3 : Synthèse Organique en Phase Solide Assistée par Micro-ondes, P. J. H. Scott (Éd.), 2017, Wiley-VCH, Weinheim
Avancées en chimie micro-ondes, B. K. Banik, D. Bandyopadhyay (Eds.), 2018, CRC Press, Taylor & Francis Group, Boca Raton
Synthèses Organiques en Phase Solide, Volume 3 : Synthèse Organique en Phase Solide Assistée par Micro-ondes, P. J. H. Scott (Éd.), 2017, Wiley-VCH, Weinheim
Chimie des polymères assistée par micro-ondes, R. Hoogenboom, U. S. Schubert, F. Wiesbrock (Eds.), 2016, Springer, Berlin
Jalons en chimie des micro-ondes, G. Keglevich (Éd.), 2016, Springer, Berlin
Micro-ondes en catalyse : méthodologie et applications, S. Horikoshi, N. Serpone, 2015, Wiley-VCH, Weinheim
Polymerisation assistée par micro-ondes, A. Mishra, T. Vats, J. H. Clark, 2015, Royal Society of Chemistry, Londres
Synthèse assistée par micro-ondes des hétérocycles, E. van der Eycken, C. O. Kappe, 2014, Springer, Berlin
Synthèse Organique Assistée par Micro-ondes : Une Approche de Chimie Verte, S. C. Ameta, P. B. Punjabi, R. Ameta, C. Ameta (Eds.), 2014, Apple Academic Press, Waretown
Micro-ondes dans la découverte et le développement de médicaments : avancées récentes, J. Spencer, M. C. Bagley (Eds.), 2014, Future Science Group, Londres
Micro-ondes en synthèse de nanoparticules: Notions de base et applications, S. Horikoshi, N. Serpone, 2013, Wiley-VCH, Weinheim
Micro-ondes en chimie organique et médicinale, C. O. Kappe, D. Dallinger, A. Stadler, 2ème édition, 2012, Wiley-VCH, Weinheim
Micro-ondes en synthèse organique, A. De La Hoz, A. Loupy (Eds.), 3ème édition, 2012, Wiley-VCH, Weinheim
Réactions de cycloaddition assistées par micro-ondes, D. Margetic, 2011, Nova Science Publishers, Hauppauge
Chimie assistée par micro-ondes aqueuse, V. Polshettiwar, R. S. Varma (Eds.), 2010, RSC Publishing, Cambridge
Synthèse Microwaves Pratique pour Chimistes Organiques, C. O. Kappe, D. Dallinger, S. S. Murphree, 2009, Wiley-VCH, Weinheim
Protéomique assistée par micro-ondes, J. R. Lill, 2009, RSC Publishing, Cambridge
Synthèse assistée par micro-ondes des hétérocycles, E. van der Eycken, C. O. Kappe, 2006, Springer, Berlin
Méthodes micro-ondes en synthèse organique, M. Larhed, K. Olofsson (Eds.), 2006, Springer, Berlin
Synthèse organique assistée par micro-ondes : 100 procédures de réaction, D. Bogdal, 2005, Elsevier, Amsterdam
Synthèse organique assistée par micro-ondes, J. P. Tierney, P. Lidström (Eds.), 2005, Blackwell, Oxford

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