超声波促进有机合成.pptx

超声波促进有机合成超声波促进有机合成超声波促进有机合成第1页主要内容主要内容1超声波基本概念2超声波特点3超声波原理4超声化学发展史5声化学反应器6超声波在有机合成中详细应用超声波促进有机合成第2页声波分类声波分类次声波（频率次声波（频率 20 HZ）声波（声波（20 HZ 频率频率 20 KHZ）超声波（超声波（20 KHZ 频率频率 1000 MHZ）超声波促进有机合成第3页超声波基本概念超声波基本概念声声波波是是物物体体机机械械振振动动状状态态（或或能能量量）传传输输形形式式。所所谓谓振振动动是是指指物质质点在其平衡位置附近进行往返运动物质质点在其平衡位置附近进行往返运动超超声声波波是是指指振振动动频频率率大大于于20KHz以以上上声声波波,超超出出了了人人耳耳听听觉觉上上限限（20KHz），人人们们将将这这种种听听不不见见声声波波叫叫做做超超声声波波。超超声声波波和和(可可闻闻)声声波波本本质质上上是是一一致致，它它们们共共同同点点都都是是一一个个机机械械振振动动，通通常常以以纵纵波波方方式式在在弹弹性性介介质质内内传传输输，是是一一个个能能量量传传输输形形式式，其其不不一一样样点点是是超超声声频频率率高高，波波长长短短，在在一一定定距距离离内内沿沿直直线线传传输输含含有有良好良好束射性束射性和和方向性方向性。超声波促进有机合成第4页超声波特征：1)比普通声波更轻易聚集成细束2)轻易接收目标超声波与目标或障碍物相遇时,衍射作用小,反射波束扩散小,便于接收以探测目标。3)轻易得到较大功率因为声强与频率平方成正比,所以超声波功率能够很大。4)在固体和液体中衰减很小超声波在空气中衰减较快,而在固体和液体中却衰减很小,恰好与电磁波相反,所以,在海洋中应用超声波最适宜。5)能量大超声波含有能量很大,可使介质质点产生显著声压作用。超声波促进有机合成第5页超声波用途诊疗学工程学化学化学生物学工业焊接治疗学超声波超声波促进有机合成第6页（一）工程学方面应用：水下定位与通讯、地下资源勘查（一）工程学方面应用：水下定位与通讯、地下资源勘查等。等。（二）生物学方面应用：剪切大分子、生物工程及处理种（二）生物学方面应用：剪切大分子、生物工程及处理种子等。子等。（三）诊疗学方面应用：（三）诊疗学方面应用：A型、型、B型、型、M型、型、D型、双功及型、双功及彩超等。彩超等。（四）治疗学方面应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、（四）治疗学方面应用：理疗、治癌、外科、体外碎石、牙科等牙科等。超声波促进有机合成第7页超声促进化学反应超声化学声化学(Sonochemistry)是20世纪80年代中后期发展起来一门新兴交叉学科,它是利用超声空化效应形成局部热点,可形成在40006000K及压力100MPa、急剧冷却速度达109K/s极端微环境中,诱发化学反应.Ultrasound can produce temperatures as high as those on the surface of the Sun and pressures as great as those at the bottom of the ocean.In some cases,it can also increase chemical reactivity by nearly a millionfold超声波促进有机合成第8页空化作用空化作用当超声波在液体中传输时，因为液体微粒猛烈振动，会在液体内部产生小空洞。这些小空洞快速胀大和闭合，造成液体微粒之间发生猛烈撞击作用，从而产生几千到上万个大气压压强。微粒间这种猛烈相互作用，会使液体温度骤然升高，起到很好搅拌作用，从而使两种不相溶液体（如水和油）发生乳化，而且加速溶质溶解，加速化学反应。这种由超声波作用在液体中所引发各种效应称为超声波空化作用超声波空化作用。超声波促进有机合成第9页空化现象图示空化现象图示超声波促进有机合成第10页空化效应 超声波在介质中传输过程中存在着一个正负压强交变周期。超声波在介质中传输过程中存在着一个正负压强交变周期。在正压相位时在正压相位时,超声波对介质分子挤压超声波对介质分子挤压,增大了液体介质原来密增大了液体介质原来密度度;而在负压相位时而在负压相位时,介质密度则减小。介质密度则减小。超声波促进有机合成第11页当用足够大振幅超声波作用于液体介质时当用足够大振幅超声波作用于液体介质时,在负压区在负压区内介质分子间平均距离会超出使液体介质保持不变内介质分子间平均距离会超出使液体介质保持不变临临界分子距离界分子距离,液体介质就会发生断裂液体介质就会发生断裂,形成微泡形成微泡,微泡微泡深入长大成为空化气泡。在紧接着压缩过程中深入长大成为空化气泡。在紧接着压缩过程中,这些这些空化气泡被压缩空化气泡被压缩,其体积缩小其体积缩小,有甚至完全消失。有甚至完全消失。当脱出共振相位时当脱出共振相位时,空化气泡就不再稳定了空化气泡就不再稳定了,这时空这时空化气泡内压强已不能支撑其本身大小化气泡内压强已不能支撑其本身大小,即开始溃陷或即开始溃陷或消失消失,这一过程称为空化作用这一过程称为空化作用,或孔蚀作用。或孔蚀作用。因为空化作用所引发反应条件改变，造成了化学因为空化作用所引发反应条件改变，造成了化学反应热力学改变，使化学反应速度和产率得以提反应热力学改变，使化学反应速度和产率得以提升升超声波促进有机合成第12页影响空化原因气体和微粒影晌 气体和微粒存在有益于空化发生气体和微粒存在有益于空化发生（降低空化阈值）粘度影响粘度越大，越不宜产生空化粘度越大，越不宜产生空化（增加声空压和空化阈值）频率影响频率越高，空化越难以实现频率越高，空化越难以实现温度影响温度越高，越轻易空化温度越高，越轻易空化超声波促进有机合成第13页超声波促进化学反应特点超声波促进化学反应特点1空化泡爆裂能够产生促进化学反应高能环境（高温和高压），使溶剂和反应试剂产生活性物种，如例子，自由基等2超声辐射能够产生机械作用，如促进传质，传热，分散等作用。3对于许多有机反应，尤其是非均相反应，有显著地加速效应，而且能够提升反应产率，降低副产物。4可使反应在比较温和条件下反应，降低甚至不用催化剂，简化试验操作。5对于金属参加反应，超声波能够及时去除金属表面形成产物，中间产物及杂质，使反应面清洁，促进反应进行。注：超声并不是对全部反应都有效，对有些反应甚至有抑制作用。同时因为空化泡爆裂产生离子和自由基与主反应发生竞争，从而降低一些反应选择性，使副产物增加。超声波促进有机合成第14页产生超声波方法：产生超声波方法：压电效应方法、磁致伸缩效应方法、静电效应方法和电磁效应方法等。超声波促进有机合成第15页超声化学特点超声化学特点超声波应用于化学反应能超声波应用于化学反应能提升化学反应速率提升化学反应速率、缩短反缩短反应时间应时间、提升反应选择性提升反应选择性，而且能，而且能激发在没有超声波激发在没有超声波存在时不能发生化学反应存在时不能发生化学反应。因为超声化学含有独特反。因为超声化学含有独特反应特征，当前受到广泛关注，是应特征，当前受到广泛关注，是合成化学合成化学等极为主要等极为主要且十分活跃研究领域之一。且十分活跃研究领域之一。超声波促进有机合成第16页超声化学发展历史超声化学发展历史1895年,Sir John I.Thornycroft and Sydney W.Barnaby发觉潜水艇螺旋桨严重侵蚀,并在高速旋转螺旋桨上观察到空化气泡形成,发表了第一个关于空化汇报.1927年,Alfred L.Loomis首次报道超声在化学方面加紧反应速率效应.1934年,发觉超声能加大电解水速率.1938年,报道了超声可用于有机化学反应。1944年,Harvery等引入了校正扩散概念,即微气泡成长是因为气泡振动过程中跨过界面非等量传质引发.1950年,Noltingk和Neppiras对模拟空化气泡第一次用计算机进行了计算.1964年,Flynn提出了“瞬态空化”和“稳态空化”术语.1980年,Neppiras首次在声空化综述中使用了超声化学(sonochemistry)术语.1982年,Milino等人用自旋捕捉和电子自旋共振谱(ESR)验证了在水超声裂解中形成氢自由基和羟基自由基.超声波促进有机合成第17页u1986年4月第一届国际声化学学术会议在英国召开,1988年英国TimothyJ.Mason,J.Philliplerimer共同编写出版Sonochemistry,Theory,Applicationanduseofultrasoundinchemistry一书.这是第一本系统全方面介绍声化学著作。u1990年Susliek在美国Nature杂志上发表文章Sonoehemistry,深入扩大了声化学这门学科影响u1990年夏,欧洲声化学协会成立,并进行了首次学术交流会议98年5月在德国召开了第六届声化年会,盛况空前,来自欧洲、美国、澳大利亚、日本、韩国等共21个国家10多位代表参加了这次会议,声化学队伍日益壮大.1994年第一个学术刊物UltrasonicsSonochemistry出版.超声波促进有机合成第18页超声波在化学方面应用超声波材料化学聚合物化学分析化学晶体化学合成化学合成化学超声波促进有机合成第19页超声波光波催化合成仪超声波光波催化合成仪智能型低温超声波催化合成智能型低温超声波催化合成超声波促进有机合成第20页探头插入式反应器探头插入式反应器超声波促进有机合成第21页仪器使用注意事项仪器使用注意事项切记空载(一定要将超声变幅杆插入样品后才能开机)。变幅杆(超声探头)入水深度：1.5Cm左右，液面高度最好有30mm以上，探头要居中，不要贴壁。超声波是垂直纵波，插入太深不轻易形成对流，影响破碎效率。超声参数设置：设置键好仪器工作参数,对于对温度要求比较敏感样品(比如细菌)普通外面采取冰浴，实际温度必定是低于25度，蛋白核酸必定不会变性。超声波促进有机合成第22页仪器使用注意事项仪器使用注意事项1)时间：超声时间每次最好不要超出5秒，间隙时间应大于或等于超声时间，方便于热量散发。2)超声功率：不宜太大，依据样品容量大小选择工作频率。3)容器选择：有多少样品就选多大烧杯，这么也是有利样品在超声中对流，提升破碎效率。超声波促进有机合成第23页仪器使用注意事项仪器使用注意事项若样品放在1.5mlEP管里请一定要将EP管固定好，以防冰浴融化后液面下降造成空载日常保养：用完后用酒精擦洗探头或用清水进行超声.超声波促进有机合成第24页超声波为化学工作者提供了一条能够把能量引入到分子中不一样寻常路径和方法,它不但能够改进化学反应条件,防止采取高温高压,缩短反应时间,提升反应产率和选择性,而且还能够改变反应路径和方向,使一些在通常条件下原来不能或者难以进行化学反应得以实现超声波促进有机合成第25页超声波促进有机合成超声波促进有机合成氧化反应还原反应加成反应（亲电、亲核、环加成等）取代反应(亲电、亲核)偶合反应水解反应超声波促进有机合成第26页谢谢大家！谢谢大家！超声波促进有机合成第27页