TOÀN VĂN Nghiên cứu sự oxid hóa của KMnO4CuSO4 5h2o trên một số nhóm định chức chính trong môi trường khô với sự trợ giúp của các phương pháp mới tổng hợp hữu cơ

Nhưng khó có thể kiểm soát được phản ứng.2 Có bốn phương pháp oxid hóa alcol nhị cấp thành ceton như sau:58 • Khử hidrogen xúc tác • Sự oxid hóa Oppennauer • Với N-halogenosucinimid • S

LƯU THỊ XUÂN THI

NGHIÊN CỨU SỰ OXID HÓA CỦA

KMnO4/CuSO4‚ 5H2O TRÊN MỘT SỐ NHÓM ĐỊNH CHỨC CHÍNH TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

MỚI TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÓA HỌC

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH−2008

LƯU THỊ XUÂN THI

NGHIÊN CỨU SỰ OXID HÓA CỦA

KMnO4/CuSO4‚ 5H2O TRÊN MỘT SỐ NHÓM

ĐỊNH CHỨC CHÍNH TRONG MÔI TRƯỜNG KHÔ VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP

MỚI TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ

Chuyên ngành Hóa Hữu cơ

Người hướng dẫn khoa học:

PGS TS LÊ NGỌC THẠCH

TS NGUYỄN ĐÌNH THÀNH

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH−2008

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- Thầy Lê Ngọc Thạch đã dạy dỗ, giúp đỡ, luôn tạo cơ hội cho tôi học tập tốt và hướng tôi đi trên con đường giảng dạy-nghiên cứu khoa học trong nhiều năm qua

- Thầy Fritz Duus đã hỗ trợ tôi về vật chất và tinh thần để vượt qua giai đoạn khó khăn và bế tắc

- Thầy Nguyễn Đình Thành đã nhiệt tình giải thích và bổ sung kiến thức cho tôi về chất mang rắn và xúc tác

- Thầy Nguyễn Công Hào, Thầy Đặng Văn Tịnh, đã đóng góp nhiều

ý kiến cho quyển luận án và các chuyên đề tiến sĩ

- Các thành viên trong “đại gia đình” đã hy sinh rất nhiều để tôi toàn tâm làm nghiên cứu

- “Người bạn thân thuở nhỏ” đã mang lại cho tôi hạnh phúc

- Em Nguyễn Thị Thảo Trân, Lâm Tố Trinh, các kỹ thuật viên Hóa học của trường RUC và các học trò thân thương … đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi rất nhiều

- Các quý Thầy Cô và đồng nghiệp trong Bộ môn Hóa Hữu cơ

Xin chân thành cảm ơn:

- DANIDA hỗ trợ kinh phí thông qua chương trình ENRECA (GS.TS Erik

W Thulstrup điều phối chương trình)

- Chương trình Asia-Link (GS.TS Burkhard Kưnig điều phối chương trình) đã cho tôi cơ hội thực tập về Hóa Dược và tiếp xúc với các phương pháp tổng hợp mới, làm nền tảng kiến thức cho tôi vận dụng vào luận án nghiên cứu của mình

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Sự oxid hóa bằng permanganat trong tổng hợp hữu cơ 3

1.1.1 Giới thiệu 4

1.1.2 Oxid hóa alcol 5

1.1.3 Oxid hóa alken 7

1.1.4 Oxid hóa alkilaren 11

1.1.5 Oxid hóa amin 13

1.1.6 Oxid hóa hợp chất lưu huỳnh hữu cơ 15

1.1.7 Sơ lược về tác nhân KMnO4/CuSO4‚5H2O 22

1.2 Phản ứng không dung môi 27

1.3 Vi sóng trong tổng hợp hữu cơ 28

1.3.1 Định nghĩa 28

1.3.2 Nguồn gốc hiệu ứng vi sóng 28

1.3.3 Hiệu ứng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ 29

1.4 Siêu âm trong tổng hợp hữu cơ 31

1.4.1 Định nghĩa 31

1.4.2 Vai trò của siêu âm trong tổng hợp 32

1.4.3 Ưu điểm khi sử dụng siêu âm 33

1.5 Chất mang trong tổng hợp hữu cơ 33

1.5.1 Định nghĩa 34

1.5.4 Lựa chọn chất mang 35

1.6 Kết luận 35

Chương 2 NGHIÊN CỨU 37

2.1 Phương pháp nghiên cứu 37

2.1.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng hiệu suất phản ứng 37

2.1.2 Phương pháp thực hiện phản ứng 37

2.1.3 Cách tính hiệu suất phản ứng 37

2.1.4 Nhận danh và xác định cơ cấu sản phẩm 38

2.2 Oxid hóa alcol và phenol 38

2.2.1 Alcol nhị cấp 39

2.2.2 Alcol nhất cấp 46

2.2.3 Alcol bất bão hòa 51

2.2.4 Hidroquinon 54

2.2.5 Kết luận 56

2.3 Oxid hóa alken 57

2.3.1 Alken chi phương 58

2.3.2 Dẫn xuất stiren 58

2.3.3 Cicloalken 59

2.3.4 Kết luận 62

2.4 Oxid hóa alkilaren 63

2.4.1 Kết quả và biện luận 63

2.4.2 Kết luận 68

2.5.2 Ciclohexilamin 74

2.5.3 Kết luận 77

2.6 Oxid hóa sulfur hữu cơ 78

2.6.1 Sulfur chi phương bão hòa 78

2.6.2 Sulfur chi hoàn bão hòa 81

2.6.3 Sulfur hương phương 85

2.6.4 Kết luận 88

2.7 Điều chế các S-tioester từ các tiol 89

2.7.1 Điều chế các disulfur từ tiol 91

2.7.1.1 Điều chế các disulfur đối xứng 91

2.7.1.2 Điều chế các disulfur bất đối xứng 94

2.7.2 Điều chế một số S-tioester từ các disulfur 95

2.7.2.1 Điều chế các S-tioester “đối xứng” 96

2.7.2.2 Điều chế các S-tioester “bất đối xứng” 100

2.7.3 Kết luận 103

2.8 Điều chế các dẫn xuất benzaldehid từ các alilbenzen tự nhiên 104

2.8.1 Đồng phân hóa các alilbenzen 106

2.8.2 Oxid hóa propenilbenzen 110

2.8.3 Kết luận 113

Chương 3 THỰC NGHIỆM 114

3.1 Hóa chất và thiết bị 114

3.1.1 Hóa chất 114

3.1.2 Thiết bị 116

3.2.2 Cách cô lập sản phẩm 123

3.2.3 Nhận danh và xác định cơ cấu sản phẩm 128

KẾT LUẬN 146

KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 148 DANH MỤC CÔNG TRÌNH

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Mở đầu

Vào những năm cuối thế kỷ 20, tình trạng ô nhiễm môi trường do các chất thải công nghiệp và hóa học đã đến mức báo động, môi trường sống bị đe dọa trầm trọng, vì vậy một số nhà khoa học tại quốc gia phát triển cố gắng thiết kế các quy trình sản xuất và tổng hợp hữu cơ theo hướng ít chất phế thải, không ảnh hưởng đến môi trường và xử lý chất thải an toàn nhất

Một trong những tiến trình được nghiên cứu rộng rãi nhất trong hóa học hữu cơ là sự oxid hóa Hàng loạt phản ứng có liên quan đến sự oxid hóa đã được sử dụng trong công nghiệp và trong phòng nghiên cứu Nhiều tác nhân oxid hóa trên nhiều loại chất nền khác nhau đã được nghiên cứu Mặc dù tiến trình oxid hóa là nguồn gây ô nhiễm chính nhưng các sản phẩm từ quá trình oxid hóa đều là các sản phẩm có giá trị kinh tế cao

Phần lớn các tác nhân oxid hóa rất độc hại như K2Cr2O7, CrO3, các phức chất chứa crom, OsO4, các muối mangan, các hợp chất chứa rutenium đã được khuyến cáo không nên sử dụng Một vài chất oxid hóa dạng phức chất RuO42-cho hiệu suất khá cao nhưng không kinh tế

Trong khi đó, KMnO4 là một chất oxid hóa mạnh và phổ biến được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ hơn một thế kỷ nay cho nhiều nhóm định chức và tương đối rẻ Việc tẩm KMnO4/chất mang đã khắc phục nhược điểm về tính tan của nó trong pha hữu cơ qua các phản ứng không dung môi và đạt hiệu suất cao

Phản ứng không dung môi được đánh giá cao trong việc cải tiến tiến trình tổng hợp và làm cho nền công nghiệp hóa học “xanh” hơn rất nhiều Trong những

năm gần đây, xu hướng phản ứng không dung môi được kích hoạt bằng vi sóng và siêu âm ngày càng được áp dụng nhiều

Dựa trên những ưu điểm đã được công bố và tính cấp thiết của đề tài đã nêu trên, chúng tôi đề ra các mục tiêu nghiên cứu như sau:

- Tìm tác nhân oxid hóa mới cho một số nhóm định chức chính như alcol, phenol, alkilaren, amin, tiol, sulfur và disulfur Tác nhân oxid hóa này phải rẻ tiền, dễ kiếm và sử dụng được trong phản ứng không dung môi

- Tối ưu hóa việc sử dụng nguyên liệu, tác chất tham gia phản ứng, đồng thời khảo sát khả năng và tính oxid hóa chọn lọc của hệ KMnO4/CuSO4‚5H2O trong phản ứng không dung môi Giảm thiểu việc sử dụng dung môi và thu hồi chất thải rắn

- Nghiên cứu sự kích hoạt phản ứng oxid hóa bằng vi sóng và siêu âm trong điều kiện không dung môi trên các nhóm định chức So sánh việc kích hoạt phản ứng bằng nhiệt trong phương pháp vi sóng và đun nóng cổ điển

Để làm tăng giá trị ứng dụng của đề tài và làm phong phú loại sản phẩm, chúng tôi đã khảo sát thêm một số loại phản ứng khác: đồng phân hóa bằng xúc tác baz rắn KF/Al2O3 để chuyển hóa thành các dẫn xuất propenilbenzen có giá trị cao và cũng chính là chất nền cho sự oxid hóa bằng KMnO4/CuSO4‚5H2O trong giai đoạn kế tiếp; hoặc phản ứng thủy giải ester bằng xúc tác baz rắn KF/Al2O3

Chương 1 Tổng quan

1.1 SỰ OXID HÓA BẰNG PERMANGANAT TRONG TỔNG HỢP

HỮU CƠ

1.1.1 Giới thiệu 36

Permanganat kalium có dạng tinh thể màu tím đậm có ánh kim loại, tan 6,6% trong nước ở nhiệt độ phòng, tan 32% trong nước nóng 75 oC, tan ít trong metanol, etanol, aceton nhưng không tan trong các dung môi hữu cơ khác

Ion permanganat dạng tứ diện, có các nối π xung quanh, ổn định trong môi trường trung tính hoặc baz nhẹ nhưng phản ứng với ion hidroxid tạo thành Mn(V) (hipomanganat) hoặc Mn(VI) (manganat) trong môi trường baz mạnh Tuy nhiên,

ở pH cao thì rất khó xác định phản ứng oxid hóa đã qua giai đoạn hình thành Mn(V) (hipomanganat) hay Mn(VI) (manganat)

Dung dịch MnO4- bị phân hủy chậm nhưng có thể quan sát trong dung dịch acid như sau:

Trong dung dịch trung tính hay baz trong bóng tối, sự phân hủy không xảy ra Tuy nhiên, dưới xúc tác ánh sáng, sự phân hủy xảy ra vì vậy dung dịch permanganat được đựng trong các chai sẫm màu

Trong môi trường baz, MnO4- đóng vai trò là một tác nhân oxid hóa mạnh:

Trong môi trường baz rất mạnh và lượng MnO4- dư, Mn(VI) được tạo ra:

Trong môi trường acid, MnO4- bị khử thành Mn2+:

nhưng nếu MnO4- thừa, nó sẽ tiếp tục oxid hóa Mn2+:

Cơ chế phản ứng oxid hóa bằng permanganat rất phức tạp và liên quan đến nhiều bước tương tác giữa hai phân tử

Phạm vi oxid hóa chất hữu cơ bằng permanganat tùy thuộc vào pH của môi trường phản ứng Mn(VII) chuyển thành Mn(IV) trong môi trường baz hoặc acid yếu Trong môi trường acid mạnh, Mn(VII) bị hoàn nguyên thành Mn(III) và cuối cùng là Mn(II) Trong suốt quá trình thay đổi hóa trị của Mn, hầu hết các ion trung gian đều tham gia vào quá trình oxid hóa Các ion này đóng vai trò là tác chất oxid hóa tiềm năng tùy thuộc vào bản chất của chất nền hoặc pH của môi trường phản ứng

Sự oxid hóa bằng permanganat thường được thực hiện trong dung dịch nước, các dung môi hữu cơ phân cực Thông thường dung môi etanol (sử dụng cho phản

ứng oxid hóa alken), t-butanol, aceton, piridin, acid acetic, anhidrid acetic (sử

dụng cho phản ứng oxid hóa alken thành α-diceton) và acid trifluoroacetic (sử

dụng cho phản ứng oxid hóa hidrocarbon) Tuy nhiên, nhiều dung môi hữu cơ bị oxid hóa bởi permanganat

Sau đây là một số minh họa khả năng oxid hóa của permanganat kalium trên một số nhóm định chức chính trong tổng hợp hữu cơ

1.1.2 Oxid hóa alcol

Phản ứng khó dừng ở giai đoạn hình thành aldehid vì aldehid rất dễ bị oxid hóa tiếp tục thành acid carboxilic Trong môi trường acid, alcol tam cấp bị oxid hóa qua giai đoạn khử nước tạo thành alken, sau đó alken vừa tạo thành tiếp tục bị oxid hóa Nhưng khó có thể kiểm soát được phản ứng.2

Có bốn phương pháp oxid hóa alcol nhị cấp thành ceton như sau:58

• Khử hidrogen xúc tác

• Sự oxid hóa Oppennauer

• Với N-halogenosucinimid

• Sử dụng tác nhân oxid hóa mạnh

Alcol nhất cấp và nhị cấp bị oxid hóa thành acid carboxilic hoặc ceton bằng ion permanganat trong cả dung dịch acid hoặc baz có nồng độ khoảng 1M ở 0-5 oC hoặc môi trường trung tính ở nhiệt độ phòng,13 không xảy ra tốt trong các dung môi hữu cơ không phân cực.116 Các dung môi thường được sử dụng như acid acetic, hỗn hợp aceton/nước, eter/nước, diclorometan/nước, eter dầu hỏa/nước Khi có sự hiện diện của eter crown, eter diciclohexano-18-crown-6, sẽ hình thành một phức chất permanganat Phức chất này tan được trong dung môi hữu

cơ và là tác nhân oxid hóa rất tốt cho nhiều nhóm định chức hữu cơ.8 Hợp chất ion lỏng cũng được phát hiện là môi trường tốt cho sự oxid hóa alcol nhất cấp và nhị cấp bằng KMnO4.65

Một số phản ứng oxid hóa được tiến hành bằng KMnO4 tẩm lên chất mang rắn như KMnO4/rây phân tử Linde 4A,109 KMnO4/bentonit trong môi trường benzen hoặc diclorometan,98,99 KMnO4/montmorilonit K10 trong diclorometan hoặc không dung môi,117 KMnO4/silica gel trong dung môi toluen,137KMnO4/Kieselguhr trong môi trường không dung môi,81 KMnO4/alumin trong môi trường không dung môi,44 KMnO4/zeolit trong dung môi diclorometan,126KMnO4/graphit trong dung môi toluen,82 KMnO4/polimer trong dung môi ciclohexan,104 KMnO4/MnO2 trong dung môi diclorometan hoặc không dung môi,118 KMnO4/CuSO4‚5H2O trong dung môi benzen, diclorometan hoặc không dung môi.35,90,98,119

Nhiều tác nhân oxid hóa khác cũng được sử dụng Peroxid hidrogen với các xúc tác silicat titanium (TS-1),46,106 silicat vanadium (VS-2),113 2,2,6,6-tetrametilpiperidin-1-oxi (TEMPO),33 Na2WO4‚2H2O.101 Oxigen xúc tác paladium,97xúc tác đồng,88 xúc tác V2O5,92 xúc tác acetilacetonat Co(III) và trợ xúc tác N-hidroxiptalimid (NHPI).54 Oxon/Al2O3 ẩm trong dung môi CH3CN,47MnO2 được sử dụng để oxid hóa các alcol alil thành aldehid hoặc ceton α,β-bất bão hòa.41 K2Cr2O7/H2SO4 gây độc hại cho môi trường, gây phức tạp cho việc cô lập sản phẩm, gần đây đã được thực hiện trong môi trường không dung môi.83Peroxidisulfat amonium tẩm trên rây phân tử manganosilicat trong dung dịch nước đã được sử dụng.125 NaClO kết hợp với xúc tác chuyển pha Bu4N+X- trong dung môi EtOAc.72

Cơ chế phản ứng:

- R Stewart13 và cộng sự cho thấy sự tăng vận tốc trong dung dịch baz gây

ra do sự ion hóa alcol thành ion alkoxid và các alkoxid sẵn sàng chuyển điện tử đến chất oxid hóa Giai đoạn quyết định tốc độ phản ứng là giai đoạn cắt đứt nối Cα-H

- Trong môi trường acid, anion permanganat sẽ tồn tại một phần ở dạng acid permanganic, mà được cho là chất oxid hóa tốt hơn anion.13

Cơ chế 1.1 Oxid hóa alcol benzil bằng KMnO4 trong dung môi diclorometan.107

1.1.3 Oxid hóa alken

KMnO4 đã được biết đến hơn một thế kỷ nay với khả năng oxid hóa các hợp chất bất bão hòa Nó được dùng để chuyển hóa alken thành diol tương ứng.36

-R1CH

R2

O MnO4- , chậm

- HMnO4

2-R1C

R2

O

MnO4- + H+ HMnO4

C C R R

R R

MnO 4

-C C

OH R R R

OH R

ArCH2OH

+

MnO4

Ar C H

H

O H

Mn O

Trong môi trường kiềm mạnh, alken được chuyển hóa thành diol tương ứng với hiệu suất không cao (< 50%) mặc dù sử dụng xúc tác chuyển pha hay gia tăng tốc độ khuấy Trong môi trường trung tính hoặc baz nhẹ, sản phẩm tạo thành là α-hidroxiceton Các phản ứng oxid hóa alken luôn kèm theo sự đứt nối C-C, do đó làm giảm hiệu suất phản ứng Trong môi trường acid, quá trình đứt nối C-C chiếm ưu thế Ngoài ra, sự tạo thành α-glicol hoặc α-cetol cũng tùy thuộc vào nhiệt độ phản ứng, điển hình qua sự oxid hóa ciclohexen:36

- Trong dung dịch nước/aceton ở pH > 8 cho sản phẩm là glicol và acid adipic

KMnO4 / aceton

pH > 8

OH OH

OH

20-30%

- Xét về mặt hóa học lập thể, quá trình oxid hóa alken bằng KMnO4 là một quá

trình cộng syn vào nối đôi

- Khi oxid hóa các alken đầu dây bằng KMnO4, sự đứt nối cho ra sản phẩm là acid carboxilic có ít hơn một nguyên tử C so với dây alken

CH3 (CH )2 5 CH CH2 KMnO 4 loãng

CH3 (CH )2 5 COOH

Lượng acid acetic thêm vào để trung hòa lượng ion hidroxid sinh ra trong phản ứng và ngăn cản sự oxid hóa quá mức Phản ứng oxid hóa bằng ion permanganat được thực hiện thành công trong dung môi benzen/nước hay pentan/nước và acid acetic với xúc tác chuyển pha Aliquat 336 hoặc clorur benzilhexadecil-dimetilamonium cho ra acid tương ứng.36

Nhiều nghiên cứu về môi trường phản ứng và sản phẩm trong sự oxid hóa bằng permanganat kalium đã công bố Trong môi trường anhidrid acetic, KMnO4 oxid hóa alken thành α-diceton ở nhiệt độ -5 oC,57 dung dịch KMnO4 oxid hóa alken/CH2Cl2 thành các acid tương ứng với sự hiện diện của dimetil polietilen glicol làm xúc tác chuyển pha,73dung dịch KMnO4/THF ở 40 oC oxid hóa alken thành các aldehid với hiệu suất 14-79%,136 KMnO4/SiO2 oxid hóa alken/benzen

ở nhiệt độ phòng thành các acid tương ứng,37 KMnO4/CuSO4‚5H2O trong dung

môi t-BuOH/H2O (1:0,2) ở 25 oC oxid hóa alken thành α-diceton hoặc α-hidroxi ceton,18 KMnO4/Al2O3 oxid hóa alken/CH2Cl2 ở nhiệt độ phòng thành các ceton, aldehid,74KMnO4 oxid hóa alken trong môi trường t-butanol/nước (1:20 v/v) với

sự trợ giúp của siêu âm,133 KMnO4/chất mang rắn (13 loại chất mang gồm SiO2, CuSO4‚5H2O, Florisil,…) oxid hóa dẫn xuất stiren và acid cinamic thành các aldehid trong hệ dị thể Hiệu suất aldehid thu được khi sử dụng KMnO4/ CuSO4‚5H2Orất thấp (2%),75 thậm chí trong một số bài báo đã cho rằng KMnO4/ CuSO4‚5H2O không thể phản ứng với nối đôi carbon-carbon.90

Ngoài ra, có thể sử dụng những tác chất oxid hóa khác như H2O2, hidroperoxid butil trong môi trường kiềm, hoặc N-oxid-N-metilmorpholin với hợp chất trợ oxid

t-hóa OsO4…133

Cơ chế phản ứng:

H O O H

Mn O O

H2O nhanh

C C

H OH OMnO3H

2-OH, pH>9 nhanh

C C

H OH OH H

glicol nhanh MnO4

C C

H OH O H

Mn

O O O

pH 4-8 C

C

H OH O H

α−hidroxi carbonil nhanh

nhanh MnO4

C C

H O O H

Mn O O

Mn O

C C

H O O H Mn O O

C C

H O O H Mn

9

O +

C C

H O O H Mn

3

O O

(VI)

Cơ chế 1.3 Giai đoạn hình thành sản phẩm và sản phẩm trung gian

Cơ chế 1.4 Giai đoạn hình thành sản phẩm glicol mà không thông qua giai đoạn

hình thành epoxid

1.1.4 Oxid hóa alkilaren1

KMnO4 oxid hóa nhóm thế alkil gắn trên vòng hương phương cho ra sản phẩm là các acid tương ứng Tuy nhiên, hiệu suất tùy thuộc vào điều kiện môi trường và không cao bởi vì có sự giảm cấp xảy ra trên nhân benzen Trong môi trường baz hoặc trung tính, ion permanganat tác kích vào nhóm thế alkil theo cơ chế gốc tự

do Trong môi trường acid mạnh, acid permanganic (HMnO4) và cation permanganil (MnO3+) được sinh ra, nhóm thân điện tử sẽ tác kích vào vòng hương phương và sự giảm cấp xảy ra

Hidrocarbon là nhóm hợp chất ít bị oxid hóa vì nó không tan trong dung dịch permanganat baz Dung dịch permanganat trong acid acetic có thể oxid hóa hidrocarbon nhưng permanganat làm giảm cấp dung môi này Sự giảm cấp dung môi đã cản trở việc nghiên cứu các hợp chất kém hoạt động ngay cả khi sử dụng xúc tác chuyển pha trong hỗn hợp dung môi benzen/nước

Dung dịch permanganatkalium khi đun nhẹ có thể oxid hóa nhóm metil gắn vào

dị hoàn và tạo thành các acid tương ứng, không có sự phá hủy dị hoàn ban đầu Để hạn chế khả năng giảm cấp của dung môi trong dung dịch KMnO4, gần đây, một số phản ứng đã được thực hiện trong môi trường không dung môi: sự oxid

C C O Mn O

O O

hóa etilbenzen bằng dicromat tẩm trên alumin,134 sự oxid hóa alkilaren bằng KMnO4 tẩm trên CuSO4‚5H2O.31,79

Cơ chế phản ứng:

+ 2H+KMnO4 H2MnO4

+ chậm

R CH Ar

O MnO2H

Mn(VII) (nhanh) (nhanh)

Mn (V) +

R CH Ar

OH

R C Ar

Cơ chế 1.6 Sự oxid hóa nhóm thế alkil xảy ra trên nối carbon-hidrogen

R = H, alkil, aril

Cơ chế 1.5 Sự oxid hóa alkilaren có sự tác kích vào nhân hương phương

1.1.5 Oxid hóa amin36

Amin dễ bị oxid hóa và chuyển hóa thành hợp chất có số oxid hóa cao hơn Điều

này có thể xảy ra do mất điện tử tại nguyên tử nitrogen hoặc tại nguyên tử

carbon kế cận nhóm amin

Những nghiên cứu trước đây về phản ứng của ion permanganat với amin nhất

cấp, nhị cấp và tam cấp có nguyên tử H gắn tại C kế cận nhóm amin (như

R1R2CH-NR2) cho thấy phản ứng oxid hóa xảy ra nhanh trong dung môi alcol

t-butil ở nhiệt độ 25 oC và tạo ra hỗn hợp sản phẩm bao gồm imin, enamin, baz

Schiff và sản phẩm từ sự đứt nối

1.1.5.1 Amin nhất cấp

Ion permanganat trung tính trong dung dịch alcol t-butil ở 60-80 oC oxid hóa

amin thành aldehid hay ceton tương ứng với hiệu suất rất cao

R CH2 NH2 KMnO4

R

C NH H

H2O

R

C O H

Phản ứng này cho hiệu suất rất cao ở môi trường trung tính, kiểm soát pH dễ dàng Phản ứng xảy ra nhanh hơn khi cho thêm ion magnesium và calcium để phản ứng với ion hidroxid sinh ra trong quá trình phản ứng từ ion permanganat Tuy nhiên, trong môi trường acid, amin bị proton hóa sẽ cản trở quá trình oxid hóa

Khi oxid hóa t-alkilamin bằng ion permanganat trong môi trường trung tính sẽ

tạo thành nitroalkan tam cấp

H

Dung dịch KMnO4

O 2

Amin hương phương nhị cấp bị oxid hóa bởi ion permanganat trong dung dịch nước/aceton sẽ tạo ra các hidrazon

Ar NH Ar

KMnO4/H2O/ aceton Ar

N Ar

N Ar

Ar

1.1.5.3 Amin tam cấp

Những amin tam cấp đơn giản bị oxid hóa thành ceton tương ứng trong dung môi

alcol t-butil

- Khi oxid hóa nguyên tử carbon nối với nguyên tử nitrogen trong vòng (như nhóm metil, etil, thường thấy trong alkaloid) bằng ion permanganat thì sản phẩm thu được hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện phản ứng Trong môi trường

acid, sản phẩm thu được là N-acil và trong môi trường trung tính thì lại xảy ra sự

1.1.6 Oxid hóa hợp chất lưu huỳnh hữu cơ

Sự oxid hóa hợp chất hữu cơ lưu huỳnh bằng ion permanganat rất phổ biến Hợp chất lưu huỳnh dễ bị oxid hóa và thường sử dụng các chất oxid hóa ít mạnh như

peroxid hidrogen (trong acid acetic, metanol, hoặc dung dịch kiềm), acid

m-cloroperoxibenzoic, NaIO4, dung dịch NaClO hoặc ozon…36

1.1.6.1 Oxid hóa tiol

Sự oxid hóa tiol chi phương thường hình thành disulfur và cơ chế của sự oxid hóa bằng KMnO4 hấp phụ trên chất mang rắn có thể được mô tả như sau:100

Mn O

HO

O S R

O

Mn O

HO

O S R

O

Mn O

O

O S

R' R

RSH

+

O

MnO3H

RS SR H

O MnO2

'

Cơ chế 1.7 Oxid hóa tiol bằng KMnO4/chất mang rắn

Cho đến nay sự oxid hóa các tiol thành các disulfur tương ứng bằng ion permanganat được khảo sát qua các phản ứng sử dụng permanganat bis(2,2’-bipiridil) đồng(II) trong môi trường diclorometan ở nhiệt độ phòng,40 KMnO4trong môi trường diclorometan ở nhiệt độ phòng116 và KMnO4 rắn trong môi trường không dung môi.120

Mặt khác, sự oxid hóa các tiolphenol bằng ion permanganat sẽ cho ra acid sulfonic tương ứng

Ar S H

KMnO4

Ar S O O OH

Phản ứng có thể thực hiện trong aceton hoặc dung dịch baz Phản ứng đi từ tiol phải qua giai đoạn tạo thành acid sulfenic, acid sulfinic tương ứng và cuối cùng cho ra acid sulfonic

Ar S H

KMnO4

Ar S O

1.1.6.2 Oxid hóa sulfur

Sự oxid hóa sulfur bằng ion permanganat thường dẫn đến hình thành sản phẩm sulfon

R1 S R2 R1 S R2

O O MnO4

Các nghiên cứu gần đây sử dụng ion permanganat trong môi trường baz,76KMnO4/CuSO4‚5H2O,121 KMnO4/MnO2,118 và KMnO4/CH3CN116 sẽ tạo ra sản phẩm là các sulfon tương ứng

Một số trường hợp các sulfur chi phương bị oxid hóa bằng các tác nhân KMnO4/alumin,45 KMnO4/FeCl3,66 hình thành sản phẩm là các sulfoxid

Ngoài tác nhân permanganat kalium, còn nhiều tác nhân oxid hóa đã được nghiên cứu để oxid các sulfur thành các sulfoxid và sulfon Những tác nhân oxid hóa gần đây tạo ra các hợp chất sulfoxid với hiệu suất cao (> 80%) như NaClO

Acid sulfenic Acid sulfinic Acid sulfonic

xúc tác acetilacetonat mangan (III),48 oxigen xúc tác N-hidroxiptalimid (NHPI),55

H2O2/hexafloro-isopropanol (HFIP),108 H2O2 với xúc tác Mo(VI) khi có hiện diện của các phối tử có sườn β-ciclodextrin,19 H2O2/Mn(OAc)3‚2H2O,23 H2O2 với xúc tác Na2WO4, C6H5PO3H2 và xúc tác chuyển pha (XTCP),112 oxid tetracianoetilen (TCNEO),96 Me3SiCl/KO2,26 H2O2 hoặc t-butil hidrogen peroxid

(TBHP) với VOx/SiO2 và VOx/Al2O3.95 Bên cạnh, cũng có những tác nhân oxid hóa tạo ra sulfon với hiệu suất cao (> 85%) như H2O2/NaHCO3,9peroximonosulfat tetrabutilamonium (TBAO) hoạt hóa bằng Mn-porphirin (Mn(TPP)OAc),51 NaBrO3/nhựa trao đổi cation.121

Mặc dù sự oxid hóa sulfur thành sulfon được thực hiện bằng nhiều cách nhưng sử dụng ion permanganat hữu hiệu hơn trong trường hợp diphenil sulfur mang nhóm

thế ở vị trí orto

Cơ chế phản ứng:

Năm 1991, D G Lee và T Chen khảo sát động hóa học của phản ứng oxid hóa sulfur trong dung dịch KMnO4 theo pH môi trường như sau:76

R2

O + H2MnO4

Cơ chế 1.8 Oxid hóa sulfur bằng KMnO4 trong môi trường baz

- Trong môi trường trung tính:

3 H2MnO4 MnO4 + 2 MnO2 + 2 H2O + 2 OH

- Trong môi trường baz 1M:

H 2 MnO 4 + MnO4 2 HMnO4

Lượng thừa permanganat sẽ oxid hóa sulfoxid thành các sulfon tương ứng Tùy thuộc vào môi trường phản ứng mà tỉ lượng sử dụng khác nhau:

- Trong môi trường trung tính (pH = 7,4):

1.1.6.3 Điều chế các tiosulfonat từ quá trình oxid hóa

Hầu hết các phản ứng được sử dụng để tạo ra S-tioester liên quan đến sự oxid

hóa các tiol,51 hoặc disulfur bằng cách sử dụng peroxid như acid

m-cloroperbenzoic trong môi trường cloroform hoặc diclorometan,22 acid peroxiacetic (35%, trong acid acetic),51 peroxid hidrogen,51,127 tetroxid dinitrogen.52,53 Bên cạnh những tác nhân oxid hóa trên, KMnO4 và K2Cr2O7 cũng được sử dụng để oxid hóa disulfur nhưng sản phẩm không có độ chọn lọc cao.69

Cơ chế phản ứng:

Cơ chế 1.9 Khử một S bằng KMnO4 trong môi trường acid propionic

Một vài phương pháp đề cập đến các trạng thái oxid hóa cao hơn của hợp chất sulfur, liên quan đến những nguồn nguyên liệu có sẵn dễ dàng Trong số các phương pháp này, phương pháp hoàn nguyên các halogenur sulfonil bằng iodur kalium, đồng, bột kẽm,64 và Sm (samarium)/DMF (dimetilformamid),80 phản ứng với tiosulfonat kalium và các muối diariliodonium, sự thủy giải nhiệt các sulfonilhidrazin, hoàn nguyên các clorur sulfonil bằng clorur acetil với xúc tác kẽm, phản ứng clorur sulfinil với xúc tác kẽm đun hoàn lưu trong benzen, oxid tiosulfinat với NaIO4128 phản ứng của tiophenol với N2O4, phản ứng của sulfinat

O

O

O O Mn

O RSO 2 CH 3

ariltiol (Ar-SO-S-Ar’) với clorur triclorometan sulfenil (ClS-CCl3),103 phản ứng giữa các disulfur và sulfinat natrium.21 Hầu hết các phương pháp này đòi hỏi điều kiện phản ứng khắc nghiệt, thời gian phản ứng dài, các tác chất tham gia phản ứng không bền và độc hại Các chuyển hóa acid tiosulfonic thành các

tiosulfonic S-ester đòi hỏi phải sử dụng các chất rất độc như SOCl2, anilin.30Ngoài ra, có thể điều chế tiosulfonat trực tiếp từ acid sulfonic bằng cách sử dụng 2,4,6-tricloro-1,3,5-triazin (clorur cianuric) trong dung môi CH2Cl2 (0-5 oC).15

Các xúc tác mô phỏng sinh học trong các porphirin kim loại đặc biệt, là mối quan tâm đáng kể cho sự oxid hóa chọn lọc các hợp chất hữu cơ lưu huỳnh, đặc biệt đối với vai trò xúc tác của citocrom P-450 và vitamin B12 trong sự oxid hóa các sulfur và tiol sinh học.51

1.1.7 Sơ lược về tác nhân KMnO 4 /CuSO 4‚5H 2 O

So sánh với các chất mang khác như silica gel, alumin, zeolit, thì ưu điểm của muối vô cơ là dễ thu hồi và tái sử dụng

Năm 1979, Menger và Lee nhận thấy rằng KMnO4 trộn với CuSO4‚5H2O biến đổi alcol nhị cấp thành ceton trong dung môi benzen và lượng sử dụng ít hơn so với các chất mang rắn khác Alcol nhất cấp và alken phản ứng không hiệu quả với KMnO4/CuSO4‚5H2O Mặc dù CuSO4‚5H2O trơ với alcol nhưng lại hoạt hóa khả năng oxid hóa của KMnO4, có lẽ CuSO4‚5H2O tham gia vào quá trình chuyển điện tử hoặc giữ vai trò rây phân tử hoặc làm nguồn cung cấp nước Khi sấy khô hỗn hợp oxid hóa này trên P2O5 thì hiệu suất oxid hóa giảm đáng kể.90

Bảng 1.1 Kết quả oxid hóa alcol bằng KMnO4 và CuSO4‚5H2O trong 3 mL C6H6

a lượng thô bao gồm aldehid và acid

Năm 1981, Noureldin và Lee sử dụng permanganat kalium trộn bentonit hoặc CuSO4‚5H2O để oxid hóa các alcol nhị cấp bất bão hòa trong dung môi CH2Cl2

thì thu được các ceton bất bão hòa với hiệu suất cao.98

Bảng 1.2 Oxid hóa bằng KMnO4/bentonit hoặc CuSO4‚5H2O trong 20 mL

a Hiệu suất cô lập

b Hiệu suất tính theo sắc ký khí

Năm 1999, Noureldin và Bellegarde so sánh khả năng oxid hóa của

KMnO4/CuSO4‚5H2O với KMnO4/muối vô cơ khác trong dung môi CH2Cl2 thì

cho thấy hiệu quả của CuSO4‚5H2O là tốt nhất.99

Bảng 1.3 Hiệu quả của muối vô cơ trong sự oxid hóa 2-decanol.a

(g) Hiệu suất (%) Muối vô cơ (g) KMnO (g) 4 Hiệu suất (%) CuSO4‚5H2O (0,5) 0,7 100 Al2(SO4)3‚18H2O (2,0) 2,0 80

Một lần nữa, hiệu quả của bentonit và CuSO4‚5H2O được so sánh trong phản ứng

oxid hóa alcol nhị cấp bất bão hòa trong 20 mL CH2Cl2

Bảng 1.4 So sánh hiệu quả của bentonit và CuSO4‚5H2O 99

4,9 Bentonit (3,6) 20 91

a Đun hoàn lưu trong dung môi CH Cl

Sự oxid hóa amin được tiến hành theo hai phương pháp khuấy từ ở nhiệt độ

phòng (S) hay đun hoàn lưu (R) trong 20 mL CH2Cl2

Bảng 1.5 Oxid hóa amin bằng KMnO4 trộn CuSO4‚5H2O trong điều kiện dị

thể.99

Ciclobutilamin 2,0 R (24) Ciclobutanon 87 c

Ciclohexilamin 2,0 R (24) Ciclohexanon 68 c

Anilin 2,0 R (48) Azobenzen 100 c (78 d )

2-Butilanilin 1,5 S (48) 1,2-Bis(2-butilphenil) diazen 93 c

4-s-Butilanilin 1,5 S (48) 1,2-Bis(4-s-butilphenil) diazen 95c (77 d )

4-Iodoanilin 1,5 S (48) 1,2-Bis(4-iodophenil) diazen 100 c (87 d )

a 2,0 mmol chất nền được sử dụng

c Hiệu suất là %GC; d Hiệu suất cô lập; e Chưng cất trước khi sử dụng

J J Esteb và cộng sự đã sử dụng KMnO4 (1,58 g, 10 mmol) trộn với

CuSO4‚5H2O (2,5 g, 10 mmol) để oxid hóa 10 mmol alcol nhị cấp (ciclohexanol,

2-octanol, benzidrol) trong điều kiện không dung môi ở nhiệt độ 100 oC trong

thời gian 1 giờ.35

Năm 2001, A Shaabani và D G Lee sử dụng KMnO4 (2 g ∼ 12,6 mmol) trộn với

CuSO4‚5H2O (2 g ∼ 8 mmol) trong môi trường không dung môi để oxid hóa một

số nhóm định chức.119

Bảng 1.6 Oxid hóa bằng KMnO4 trong môi trường không dung môi

Tiophenol 7 phút Diphenil disulfur (100)

Butantiol 15 phút Dibutil disulfur (95)

Benzil phenil sulfur 12 giờ Benzil phenil sulfon (85)

Metoximetil phenil sulfur 8 giờ Metoximetil phenil sulfon (90)

Dibutil sulfur 5 giờ Dibutil sulfon (90)

Dibenzil sulfur 10 phút c Dibenzil sulfon (98)

Dibenzil sulfur 10 phút d Dibenzil sulfon (99)

Dioctil sulfur 15 giờ Dioctil sulfon (90)

Dioctil sulfur 2 phút Dioctil sulfon (100)

2-Octanol 1,5 giờ 2-Octanon (90)

2,6-Dimetilciclohexanol 6 giờ 2,6-Dimetilciclohexanon (70)

Indan 1,3 giờ 1-Indanon (90)

Fluoren 1,3 giờ f 9-Fluorenon (95)

Fluoren 10 phút d 9-Fluorenon (98)

2-Etiltiophen 6 giờ Acetiltiophen (90)

a Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ phòng

b Sản phẩm xác định bằng cách so sánh lý tính và phổ với mẫu chuẩn

c Đun nóng phản ứng ở 50 o C; d Chiếu xạ vi sóng

f Đun nóng phản ứng ở 120 o C

Năm 2003, A Shaabani và D G Lee sử dụng KMnO4 (1 g ∼ 6,3 mmol) trộn với CuSO4‚5H2O (1 g ∼ 4 mmol) để so sánh với hiệu quả oxid hóa của NaBrO3/nhựa trao đổi cation (Rexyn 101H) trên nhóm sulfur thành sulfon trong môi trường không dung môi.121

Bảng 1.7 Oxid hóa sulfur bằng KMnO4/CuSO4‚5H2O trong môi trường không dung môi

Tioanisol Metil phenil sulfon (90) 6

Metil p-tolil sulfur Metil p-tolil sulfon (95) 9

Diphenil sulfur Diphenil sulfon (91) 10

Benzil phenil sulfur b Benzil phenil sulfon (85) 12

Dibenzil sulfur c Dibenzil sulfon (92) 10

Dibutil sulfur Dibutil sulfon (91) 5

Dioctil sulfur Dioctil sulfon (86) 15

a Thời gian phản ứng kiểm soát bằng t.l.c

b Nhiệt độ phản ứng = 45 o C; c Nhiệt độ phản ứng = 50 o C

1.2 PHẢN ỨNG KHÔNG DUNG MÔI

Nguyên tắc “hạn chế sử dụng các chất phụ trợ” là một trong 12 nguyên tắc của Hóa học Xanh.11

Các hợp chất phụ trợ (dung môi, các chất ly trích…) có thể định nghĩa là hợp chất trợ giúp Thông thường, các hợp chất phụ trợ này có ảnh hưởng đến sức khỏe con người và môi trường như các dung môi có chứa halogen (clorur metilen, cloroform, percloroetilen và tetraclorur carbon), benzen và các hidrocarbon hương phương là các chất gây ra ung thư cho con người và động vật sau một thời gian dài

Để giảm tính độc hại của các dung môi hữu cơ, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tìm ra các chất thay thế khác hay cải tiến tiến trình phản ứng như sau:

- Sử dụng chất lỏng siêu tới hạn

- Sử dụng dung môi không bay hơi

- Thực hiện phản ứng trong dung dịch nước

- Thực hiện phản ứng không dung môi

Phản ứng không dung môi được xem là bước tiến bộ nhất cho sức khỏe con người và môi trường Nhiều công ty và các nhà khoa học đang cải tiến làm sao tác chất và chất nền vừa tham gia phản ứng vừa làm dung môi Những nghiên cứu gần đây cho thấy không phải bất kỳ phản ứng nào không sử dụng dung môi thì sẽ không xảy ra Hàng loạt phản ứng đã xảy ra ở trạng thái rắn không cần dung môi Trong một số trường hợp, phản ứng không dung môi xảy ra hiệu quả và có tính chọn lọc hơn những phản ứng cùng loại được tiến hành trong dung môi Những phản ứng không dung môi dễ thực hiện, giảm ô nhiễm môi trường, chi phí tương đối thấp và những tính chất đặc biệt này rất có giá trị trong công nghiệp.8,129

Hiện nay, tổng hợp hữu cơ không dung môi được thể hiện qua hai dạng như sau:

- Tổng hợp hữu cơ pha rắn

- Tổng hợp hữu cơ có sự trợ giúp của chất mang rắn

1.3 VI SÓNG TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ 84,60,130

1.3.1 Định nghĩa

Vi sóng là bức xạ điện từ có tần số từ 0,3-300 GHz tương ứng với độ dài sóng từ

1 cm đến 1 m, và bao gồm phần điện và phần từ

1.3.2 Nguồn gốc hiệu ứng vi sóng

Sự hoạt hóa phản ứng hóa học bằng vi sóng dựa trên sự đun nóng vật chất một cách hữu hiệu bằng hiệu ứng “đun nóng lưỡng cực vi sóng” Hiệu ứng này tùy

thuộc vào khả năng hấp thu năng lượng vi sóng và chuyển thành nhiệt của vật chất

Hầu hết các quá trình tổng hợp hữu cơ, phần điện của điện từ trường rất quan trọng cho các tương tác sóng-vật chất Trong một vài trường hợp, phần từ của điện từ trường quan trọng không kém khi có sự hiện diện của các oxid kim loại chuyển tiếp

Phần điện của điện từ trường tạo ra nhiệt theo hai cơ chế: phân cực hóa (dipolar polarization) và dẫn điện ion (ionic conduction)

- Cơ chế phân cực hóa:

Dưới bức xạ vi sóng, chất nền bị phân cực hóa và những phân tử lưỡng cực định hướng theo chiều của từ trường Điện trường xoay chiều có tần số cao (MHz) sẽ gây ra sự xáo trộn rất lớn các phân tử lưỡng cực trên khiến chúng va chạm nhau và sinh ra nhiệt

- Cơ chế dẫn điện ion:

Trong suốt quá trình dẫn điện, các ion sẽ chuyển động dưới ảnh hưởng của điện trường, va chạm các phân tử hay nguyên tử xung quanh và tạo ra nhiệt

1.3.3 Hiệu ứng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ

Hiệu ứng vi sóng trong tổng hợp hữu cơ bị ảnh hưởng bởi một số điều kiện phản ứng và nó cũng ảnh hưởng đến sự tạo thành sản phẩm như sau:

1.3.3.1 Ảnh hưởng môi trường

Nếu sử dụng dung môi phân cực proton (alcol, acid carboxilic) hoặc phi proton (DMF, CH3CN, DMSO…) làm môi trường phản ứng, tương tác giữa vi sóng và

phân tử dung môi phân cực (nếu dung môi sử dụng nhiều) là chủ yếu Không có bất kỳ hiệu ứng vi sóng đặc biệt nào lên tác chất do bị lớp dung môi hấp thu vi sóng bao bọc Vì vậy, tốc độ phản ứng gần như không thay đổi so với những kết quả trong phương pháp đun nóng cổ điển

Nếu sử dụng dung môi không phân cực (như xilen, toluen, CCl4, hidrocarbon) làm môi trường, vi sóng xuyên thấu qua lớp dung môi do lớp dung môi này hấp thu vi sóng rất yếu Vì vậy, tác chất sẽ hấp thu vi sóng Nếu những tác chất này phân cực, sẽ có sự chuyển hóa năng lượng từ tác chất đến dung môi và kết quả có được giữa phương pháp vi sóng và cổ điển sẽ khác nhau Những ảnh hưởng này tùy thuộc vào từng loại phản ứng khác nhau

Nếu phản ứng không dung môi, sự hấp thu vi sóng chỉ xảy ra ở những nhóm hấp thu được vi sóng và bị kích hoạt bởi vi sóng Vì vậy, sẽ có những hiệu ứng đặc biệt

1.3.3.2 Ảnh hưởng cơ chế phản ứng

Hiệu ứng vi sóng ảnh hưởng lên cơ chế phân cực Khi tính phân cực tăng trong suốt phản ứng từ trạng thái cơ bản (ground state, GS) đến trạng thái chuyển tiếp (transition state, TS) thì năng lượng thoát ra tùy thuộc vào cơ chế phản ứng

Nếu trạng thái chuyển tiếp (TS) bị ảnh hưởng vi sóng nhiều hơn trạng thái cơ bản (GS), thì năng lượng thoát ra sẽ giảm và làm tăng tính hoạt hóa của vi sóng (Hình 1.1) nhờ vào tương tác tĩnh điện (lưỡng cực-lưỡng cực) của các phân tử phân cực với điện trường

Hình 1.1 Ảnh hưởng vi sóng đến trạng thái chuyển tiếp và trạng thái cơ bản

1.3.3.3 Ảnh hưởng năng lượng của trạng thái chuyển tiếp

Những phản ứng khó xảy ra hay những phản ứng cần năng lượng hoạt hóa cao thường thể hiện rõ hiệu ứng vi sóng hơn những phản ứng dễ xảy ra hay xảy ra nhanh hơn

1.3.3.4 Ảnh hưởng tính chọn lọc lập thể

Tính chọn lọc lập thể hoặc độ chọn lọc sản phẩm có thể thay đổi dưới sự chiếu xạ của vi sóng vì năng lượng của trạng thái chuyển tiếp bị thay đổi do tương tác lưỡng cực-lưỡng cực với điện trường

1.4 SIÊU ÂM TRONG TỔNG HỢP HỮU CƠ 77,86,87

1.4.1 Định nghĩa

Siêu âm là âm thanh có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người (> 16 kHz) Giới hạn trên không xác định rõ ràng, thông thường đối với chất khí là 5 MHz và đối với chất lỏng và rắn là 500 MHz

Siêu âm chia làm hai vùng theo công dụng:

- Vùng thứ nhất (2-10 MHz): có biên độ thấp, năng lượng thấp, tần số cao Nó được áp dụng trong y khoa và phân tích hóa học

- Vùng thứ hai (20-100 KHz): có năng lượng cao, tần số thấp Nó được sử dụng trong việc tẩy rửa, hàn plastic và tăng hoạt phản ứng hóa học

1.4.2 Vai trò của siêu âm trong tổng hợp

Phần lớn các nhà tổng hợp hữu cơ quan tâm đến năng lượng siêu âm vì năng lượng này thúc đẩy sự hoạt hóa hóa học khác với các hình thức trước đây như nhiệt, ánh sáng và áp suất Siêu âm ảnh hưởng lên các phản ứng thông qua sự tạo và vỡ “bọt” Bọt được hình thành khi chất lỏng bị tách ra và hình thành những khoảng trống trong những chu kỳ giãn và bị vỡ trong chu kỳ nén kế tiếp Sự vỡ bọt khí sẽ tạo ra áp suất khoảng hàng trăm atm và nhiệt độ khoảng hàng ngàn độ Tuy nhiên, sự vỡ bọt xảy ra trong thời gian rất ngắn (vài μs) nên không thể cảm nhận được

Hình 1.2 Quá trình tạo “bọt” và vỡ “bọt”

Sự chuyển động của một phân tử trong môi trường sẽ truyền đến các phân tử kế cận trước khi nó trở về trạng thái ban đầu Đối với chất lỏng và chất khí, sự dao