SIÊU ÂM VÀ SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ TỔNG HỢP HỮU CƠ Người thực hiện: Người thực hiện: Hồ Quốc Trinh Hồ Quốc Trinh Giới thiệu chung Giới thiệu chung • Siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người (> 16KHz) • Hóa học ứng dụng siêu âm gọi là âm hóa học (sonochemistry). Sử dụng cơ chế cavitation (tạm gọi là "sự tạo và vỡ bọt") • Ảnh hưởng hóa học của sóng siêu âm được chia thành ba hướng: âm hóa học đồng pha sử dụng trong dung dịch, âm hóa học dị pha sử dụng trong hệ lỏng–lỏng hay lỏng–rắn và âm học xúc tác (sonocatalysis). Thiết bị siêu âm Thiết bị siêu âm • Bể siêu âm Bể siêu âm là thiết bị rẻ tiền nhất và thông dụng nhất trong các phòng thí nghiệm hóa học. Siêu âm chủ yếu được tạo ra bằng biến năng (transducer) đặt dưới đáy bình truyền qua môi trường đến hệ thống phản ứng. • Thanh siêu âm Thiết bị này có thể chuyển trực tiếp năng lượng siêu âm vào hệ thống phản ứng nên không cần phải khuấy trộn liên tục như trong trường hợp dùng bể siêu âm. Một ưu điểm khác nữa là có thể kiểm soát được năng lượng trong hệ thống này và năng lượng siêu âm tạo ra mạnh hơn rất nhiều “ “ Siêu âm có thể tạo nhiệt độ cao như nhiệt độ của bề mặt mặt trời Siêu âm có thể tạo nhiệt độ cao như nhiệt độ của bề mặt mặt trời và áp suất lớn như áp suất dưới lòng đại dương. Trong một vài và áp suất lớn như áp suất dưới lòng đại dương. Trong một vài trường hợp sóng siêu âm có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên gần trường hợp sóng siêu âm có thể làm tăng tốc độ phản ứng lên gần một triệu lần.” một triệu lần.” Giải thích • Sóng siêu âm có chiều dài sóng khoảng 10cm – 10-3cm • Tuy nhiên, sự chiếu xạ siêu âm trong môi trường lỏng lại sản sinh ra một năng lượng lớn, do nó gây nên một hiện tượng vật lý đó là cavitation • cavitation xảy ra khi áp suất chân không vượt quá so với độ bền kéo của chất lỏng, độ bền này thay đổi tùy theo loại và độ tinh khiết của chất lỏng. • Thông thường sự tạo-vỡ bọt là một quá trình tạo mầm, bắt nguồn từ những chỗ yếu trong chất lỏng như một lỗ hổng chứa khí phân tán lơ lửng trong hệ hoặc là những vi bọt tồn tại thời gian ngắn trước khi sự tạo-vỡ bọt xảy ra. Hầu hết các chất lỏng đều có đủ những chỗ yếu này để hình thành nên cavitation. • Những vi bọt này qua sự chiếu xạ của siêu âm thì sẽ hấp thu dần năng lượng từ sóng và sẽ phát triển. Sự phát triển của bọt phụ thuộc vào cường độ của sóng. Ở cường độ sóng cao, những bọt này sẽ phát triển nhanh thông qua tương tác quán tính. Nếu chu kỳ giãn nở của sóng đủ nhanh, bọt khí được giãn ra ở nữa chu kỳ đầu và nữa chu kỳ còn lại là nén bọt, nhưng bọt chưa kịp nén thì lại được giãn tiếp, cứ thế bọt lớn dần lên và vỡ (5000oC, 2000atm) CAVITATION CAVITATION • Trong chất lỏng chiếu xạ siêu âm, sự nén khí diễn ra khi các bọt bị vỡ vào trong dưới áp lực của chất lỏng bên ngoài, sự vỡ này sinh ra một lượng nhiệt tại điểm đó gọi là sự tỏa nhiệt tại một điểm (hot-spot). Hot-spot là yếu tố quyết định của âm hóa học trong môi trường đồng thể. • cavitation đóng vai trò như một trung gian để nhận năng lượng và tập trung năng lượng của sóng âm chuyển năng lượng này sang dạng có ích cho hóa học. Ứng dụng Ứng dụng • Trong lĩnh vực polymer và nguyên liệu sinh học. Sản phẩm của sự giảm cấp này là những mạch polymer có chiều dài ngắn hơn với độ phân bố đồng đều, sự giảm cấp thường xảy ra ở giữa mạch polymer. Lĩnh vực vi bao bọc protein đang được phát triển, là sự bao bọc nguyên liệu trong vỏ bọc có kích thước vài micromet, có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực như phẩm màu, mùi vị, hương thơm, hệ thống tiết chậm dược phẩm khi vào cơ thể và là tác nhân chuẩn đoán y khoa. • điều chế kim loại dạng vô định hình. Ví dụ, pentacarbonyl sắt phân hủy với siêu âm cho ra sắt vô định hình gần như tinh chất. • Sử dụng siêu âm trong xúc tác • siêu âm có một loạt các ứng dụng trong công nghiệp như tạo hệ nhũ tương, loại khí bằng dung môi, tạo hệ phân tán rắn, tạo hệ keo. Nó cũng rất quan trọng trong các quá trình xử lý chất rắn như cắt, hàn, làm sạch, kết tụ. Ứng dụng trong tổng hợp hữu Ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ cơ • Phản ứng ester hóa • Phản ứng xà phòng hóa • Phản ứng thế • Phản ứng cộng hợp • Phản ứng alkyl hóa • Phản ứng oxy hóa • Phản ứng khử • Phản ứng Barbier • phản ứng ngưng tụ, phản ứng Heck trong chất phản ứng Heck trong chất lỏng ion lỏng ion • Không cần dung môi phân cực như DMF và NMP trong điều kiện trào ngược với thời gian phản ứng lâu dài. • không cần sử dụng phối tử phosphine để ổn định Pd (0) chất xúc tác Phản ứng Suzuki Phản ứng Suzuki [...]... chiếu xạ siêu âm Ứng dụng điển hình 1 2 3 4 5 6 7 8 Sự kết hợp giữa sóng siêu âm và lò vi sóng trong tổng hợp hữu cơ: áp dụng cho phản ứng nhiệt phân và ester hóa Siêu âm thúc đẩy các phản ứng ghép cặp với xúc tác Paladi Giám sát liên kết phản ứng của silicon nitrua bằng sóng siêu âm Nâng cao hiệu quả của quá trình phân hủy bằng photon hoặc oxy Sử dụng siêu âm Phân tích các phản ứng hóa học và các liên... nhỏ Siêu âm thay thế hydrodesulfurization Siêu âm trong nano magnetite Làm đất bằng sóng siêu âm Siêu âm thay thế hydrodesulfurization • Hợp chất lưu huỳnh tồn tại nhiều trong các khoáng, trong dầu thô • Bằng hydrodesulfurization, thế hydro, xúc tác coban hoặc molypden để liên kết tạo hydro sulfur • các hợp chất lưu huỳnh thơm (ví dụ như 4,6dimethyldibenzothiophene) không thể được gỡ bỏ bằng cách sử dụng. .. xuất bằng cách trộn các thủy động lực một mình Siêu âm trộn làm giảm kích thước hạt dẫn đến 10nm và ít hơn Nâng cao hiệu quả của quá trình phân hủy bằng photon hoặc oxy Sử dụng siêu âm • Malachite Green: • Quá trình loại bỏ Malachite Green khác nhau: • Thu kết quả: KẾT LUẬN Trong tương lai, việc sử dụng siêu âm để điều khiển phản ứng hóa học sẽ rất đa dạng và phổ biến Thank you .. .Tổng hợp carbohydrate Phản ứng Sonogashira xúc tác bởi đồng -và phối tử Pd (0) Các hạt nano dưới siêu âm chiếu xạ TEMPO-mediated Oxidation of Glucose or Sucrose under Ultrasound Irradiation Ultrasound/Lipase/Ionic Liquid-Promoted Synthesis of Sugar Esters • Ultrasound Promoted Displacement of OTrifyl by O-Acetyl Tổng hợp 1-ferrocenyl-2arylacetylenes dưới chiếu xạ siêu âm • Phản ứng của ethynylferrocene... 4,6dimethyldibenzothiophene) không thể được gỡ bỏ bằng cách sử dụng hydrodesulfurization • Hỗ trợ bằng siêu âm khử lưu huỳnh (Nhiệt độ: lên tới 5000 độ Kelvin , Áp suất: đến năm 2000 khí quyển , Liquid JETS: đến 1000km/hr ) • 90% Siêu âm trong tạo nano magnetite • Banert sử dụng một lò phản ứng sono tối ưu hóa • sắt (III) clorua hexahydrate và sắt (II) sulfat heptahydrate với một tỷ lệ phân tử của Fe 3 + / Fe 2 + = 02:01 . SIÊU ÂM VÀ SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ TỔNG HỢP HỮU CƠ Người thực hiện: Người thực hiện: Hồ Quốc Trinh Hồ Quốc Trinh Giới thiệu chung Giới thiệu chung • Siêu. chiếu xạ siêu âm Ứng dụng điển hình Ứng dụng điển hình 1. Sự kết hợp giữa sóng siêu âm và lò vi sóng trong tổng hợp hữu cơ: áp dụng cho phản ứng nhiệt phân và ester hóa 2. Siêu âm thúc. trọng trong các quá trình xử lý chất rắn như cắt, hàn, làm sạch, kết tụ. Ứng dụng trong tổng hợp hữu Ứng dụng trong tổng hợp hữu cơ cơ • Phản ứng ester hóa • Phản ứng xà phòng hóa • Phản ứng