大多數(shù)化學(xué)反應(yīng)是在溶液中進(jìn)行的，在溶液中，反應(yīng)物分子能均勻分散，穩(wěn)定地交換能量，而且，溶劑的性質(zhì)及溶液的濃度不同，反應(yīng)結(jié)果不同。因此，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)與其所在的介質(zhì)是一個(gè)不可分割的整體。在人們充分認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的基礎(chǔ)上，越來(lái)越多的化學(xué)家們對(duì)固相中的有機(jī)反應(yīng)產(chǎn)生了很大的興趣。它不僅是對(duì)古希臘哲學(xué)家亞里士多德“沒(méi)有溶劑化學(xué)反應(yīng)是不能發(fā)生的”學(xué)說(shuō)進(jìn)行了挑戰(zhàn)，更主要的是在我們身邊無(wú)處不存在著與有機(jī)固體反應(yīng)相關(guān)的事實(shí)。鑒于此，人們開(kāi)始研究了無(wú)溶劑及固體狀態(tài)下的化學(xué)反應(yīng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在固態(tài)下能夠進(jìn)行的有機(jī)反應(yīng)大多數(shù)較溶液中表現(xiàn)出高的反應(yīng)效率和選擇性。早在1918年，Kohlschutter就曾對(duì)固體反應(yīng)進(jìn)行了研究，并提出了固體反應(yīng)的最小移動(dòng)規(guī)則的理論，即在固體反應(yīng)中，參加反應(yīng)的分子或原子保持最小距離的移動(dòng)，且固體反應(yīng)的方式及產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)都受到晶體三維結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格控制。然而有機(jī)固體反應(yīng)是在人們對(duì)有機(jī)結(jié)構(gòu)有了更深刻的認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來(lái)的。
　　在固體中，反應(yīng)物分子處于受限狀態(tài)，分子構(gòu)象相對(duì)固定，而且，可利用形成包結(jié)化合物、混晶、基激復(fù)合物、分子晶體等手段控制反應(yīng)物的分子構(gòu)型，尤其是通過(guò)與光學(xué)活性的主體化合物形成包結(jié)物控制反應(yīng)物分子構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)映選擇性的固態(tài)不對(duì)稱合成。另一方面，固態(tài)有機(jī)反應(yīng)操作簡(jiǎn)便，加熱、振蕩、研磨及超聲輻射都可以加速固態(tài)反應(yīng)，是一種較理想的合成方法，而且可避免因使用溶劑而造成的高能耗、環(huán)境污染、毒害性及爆炸性等。因此，研究固態(tài)有機(jī)反應(yīng)不僅具有重要的理論意義也具有廣泛的應(yīng)用前景。
　　近幾年來(lái)，在實(shí)際利用固體反應(yīng)進(jìn)行有機(jī)合成方面取得了很大進(jìn)展，有多篇文獻(xiàn)[1~3]對(duì)固體有機(jī)反應(yīng)作了詳細(xì)的綜述，一些常見(jiàn)的有機(jī)反應(yīng)均能在固相條件下進(jìn)行，如重排反應(yīng)、氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、羥醛縮合反應(yīng)、偶聯(lián)反應(yīng)、Wittig反應(yīng)等。
3.2 固相反應(yīng)中的分子運(yùn)動(dòng)及其影響因素[3]
　　20世紀(jì)60年代初，Schmit和Cohen[4]等通過(guò)對(duì)肉桂酸的晶體結(jié)構(gòu)及其光產(chǎn)物的立體構(gòu)型進(jìn)行系統(tǒng)的分析，得出了一些重要的結(jié)論：①分子本身的性質(zhì)對(duì)反應(yīng)的影響不及周?chē)�分子的排列方式重要；②分子間距離、分子的相對(duì)取向及空間對(duì)稱性對(duì)反應(yīng)結(jié)果至關(guān)重要；③在固相中分子參加化學(xué)反應(yīng)很難改變其排列方式。從而證實(shí)了Kohlschutter的理論，并提出了固相光化學(xué)反應(yīng)的拓?fù)浠瘜W(xué)控制(Topochemical control)原理，即①晶體結(jié)構(gòu)決定了反應(yīng)能否發(fā)生或者如何發(fā)生；②涉及分子結(jié)合的反應(yīng)，反應(yīng)物移動(dòng)距離保持最小。這一原理為固相化學(xué)的發(fā)展提供了重要的理論基礎(chǔ)。固相光反應(yīng)一般是晶體中相鄰分子間的反應(yīng)，由X射線晶體衍射及產(chǎn)物的立體構(gòu)型很容易研究晶體中反應(yīng)物分子的排列方式，可相當(dāng)準(zhǔn)確地推測(cè)反應(yīng)機(jī)理[5]。
　　根據(jù)“拓?fù)洹被瘜W(xué)原理，固態(tài)反應(yīng)通常被認(rèn)為分四步進(jìn)行[6]：
　　(1) 分子松動(dòng) 在初始狀態(tài)，固態(tài)反應(yīng)以一個(gè)或多個(gè)核晶點(diǎn)開(kāi)始，然后傳播通過(guò)晶體，這些點(diǎn)能以許多方式產(chǎn)生，如在晶體中制造機(jī)械變形成缺陷，這些變形可導(dǎo)致分子松動(dòng)。
　　(2) 分子改變 反應(yīng)劑中化學(xué)鍵舊鍵斷裂、新鍵生成，得到新的產(chǎn)品，這一步和溶液中的反應(yīng)相似。
　　(3) 固體溶液形成 在固態(tài)反應(yīng)中得到的少量產(chǎn)品在原始晶體中迅速形成固體溶液。
　　(4) 產(chǎn)品分離 當(dāng)產(chǎn)品濃度在最初晶格達(dá)到最易值時(shí)，它將會(huì)結(jié)晶。如果反應(yīng)速率用化學(xué)方法通過(guò)測(cè)量反應(yīng)劑或產(chǎn)品的濃度變化決定，這一步不會(huì)影響反應(yīng)速率。
　　通過(guò)對(duì)各類(lèi)反應(yīng)的討論，可以總結(jié)影響固相反應(yīng)反應(yīng)性的幾個(gè)因素[6,7]：
　　(1) 結(jié)晶水的影響 在分子固體的反應(yīng)中，有些反應(yīng)物含有結(jié)晶水一類(lèi)的晶格成分，在反應(yīng)過(guò)程中這些晶格成分會(huì)被釋放出來(lái)，在反應(yīng)物表面形成液膜，并使部分反應(yīng)物溶解。但這些微量溶劑的存在并不改變反應(yīng)的方向和限度，相反卻會(huì)起到加速反應(yīng)和降低反應(yīng)溫度的作用。
　　(2) 研磨的作用 外力通過(guò)摩擦生熱和以下兩個(gè)效應(yīng)使反應(yīng)體系的總自由能增加而使體系活化：①表面自由能增加，這是因?yàn)楣腆w在外力作用下破碎，顆粒減��；②儲(chǔ)存的彈性張力能，這是因?yàn)榱Ｗ臃磻?yīng)的靜力剪切力的共同作用下發(fā)生形變。
　　這種活化將通過(guò)能量的不同形式之間的轉(zhuǎn)換和耗散，例如，通過(guò)固體的破碎、聚集、無(wú)定形化、同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變以及化學(xué)分解或合成等的過(guò)程。因此，力學(xué)化學(xué)必須包括力的作用。分子固體的化學(xué)反應(yīng)可以在無(wú)外力存在的情況下進(jìn)行，雖然在研磨時(shí)反應(yīng)的確可以較快的速度進(jìn)行，即反應(yīng)也可受力活化。
　　(3) 分子尺寸和幾何學(xué)的影響 平面的和小體積的分子擴(kuò)散速度快。
　　(4) 顆粒尺寸的影響 在固相條件下，化學(xué)反應(yīng)的速率通常由反應(yīng)劑的表面積控制。反應(yīng)通常被引發(fā)在反應(yīng)劑之間接觸表面面積控制區(qū)域。這可能是反應(yīng)劑顆粒尺寸影響固態(tài)反應(yīng)速率的原因。
　　(5) 雜質(zhì)的作用 雜質(zhì)以兩種方式影響固態(tài)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。首先，雜質(zhì)能影響還原劑的缺陷結(jié)構(gòu)，可以改變反應(yīng)速率。其次，因低共熔點(diǎn)的降低，液體出現(xiàn)，這時(shí)反應(yīng)速率會(huì)加快。然而，如果低共熔點(diǎn)不低于反應(yīng)溫度，雜質(zhì)對(duì)動(dòng)力學(xué)影響不大。
　　(6) 晶格空隙的作用 固體中不規(guī)則結(jié)晶的存在，將會(huì)出現(xiàn)高能量區(qū)。因而，此規(guī)則排列的晶格，總自由能高。高能區(qū)對(duì)于形成一種新相是較好的位置。通常排列混亂是核晶過(guò)程的中心。
　　(7) 輻射的作用 高能量輻射會(huì)在固體中產(chǎn)生缺陷，這些缺陷會(huì)影響固體的各種形狀。
　　(8) 分子包結(jié)作用 通過(guò)分子包結(jié)作用，使分子定向排列，得到所希望的產(chǎn)品。
　　(9) 同質(zhì)多晶形現(xiàn)象的影響 同質(zhì)多晶形轉(zhuǎn)變需要晶格單元的松動(dòng)和重排，通常會(huì)使反應(yīng)速率有顯著的提高。