[科普中国]-有机声化学合成

有机声化学合成（Organic sonochemical synthesis）是指在超声波辐照下进行有机合成反应的工艺过程。

基本原理超声波对化学反应的促进作用不是来自于声波与反应物分子的直接相互作用，虽然超声波对液相反应体系有显著的机械作用，可以加快物质的分散、乳化、传热和传质等过程，在一定程度上可以促进化学反应，但这不足以解释超声波可以成倍甚至上百倍地加速反应的事实。一个普遍接受的观点是：加快反应的主要作用是由于超声波的超声空化现象。

超声空化是指液体在超声波的作用下激活或产生空化泡（微小气泡或空穴）以及空化泡的振荡、生长、收缩及崩溃（爆裂）等一系列动力学过程，及其引发的物理和化学效应。液体中的空化泡的来源有两种：一方面来自于附着在同体杂质或容器表面的微小气泡或析m溶解的气体；另一方面，也是更主要的一方面，是来自超声波对液体作用的结果。超声波作为一种机械波作用于液体时，波的周期性波动对液体产生压缩和稀疏作用，从而在液体内部形成过压位相和负雁位相，在一定程度上破坏了液体的结构形态。当超声波的能量足够大时，其负压作用可以导致液体内部产生大量的微小气泡或空穴（即空化泡），有时可以听到小的爆裂声，于暗室内可以看到发光现象。这种微小气泡或空穴极不稳定，存在时问仅为超声波振动的一个或几个周期，其体积随后迅速膨胀并爆裂（即崩溃），在空化泡爆裂时，在极短时间（10-9s）在窄化泡周围的极小空问内产生5000K以上的高温和大约50 MPa的高压，温度变化率高达109K·s-1片伴随着强烈的冲击波和时速高达400km·h-1的微射流，同时还伴有空穴的充电放电和发光现象。

这种局部高温、高压存在的时间非常短，仅有几微秒，所以温度的变化牢非常大，这就为在一般条件下难以实现或不可能实现的化学反应提供了一种非常特殊的环境。高温条件有利于反应物种的裂解和自由基的形成，提高了化学反应速率。高压有利于气相中的反应。因此，空化作用可以看作聚集声能的一种形式，能够在微观尺度内模拟反应器内的高温高压，促进反应的进行。1

影响因素除了超声频率与强度之外，有机液相反应体系的性质，如溶剂的性质、成分、表面张力、黏度及蒸气压等也对声空化效应有重要影响。例如，在超声波作用下，偕二肉环丙烷与金属在正戊烷溶剂中几乎没有反应，在乙醚溶剂中反应缓慢，而在四氢呋哺溶剂中反应很快。

另外，超声波的使用方式（连续或脉冲）、外压、反应温度以及液体中溶解气体的种类和含量等也影响有机声化学反应。如温度升高，蒸气压增大，表面张力及黏度系数下降，使空化泡的产生变得容易。但是蒸气压增大，反过来义会导致空化强度或声空化效应下降。因此，为了获得较大的声化学效应，应该在较低温度下反应，而且应选用蒸气压较低的溶剂。1

反应装置声化学反应器是实现有机声化学合成的装置，一般由四部分组成：化学反应器部分（包括容器、加料、搅拌、回流、测温等）；信号发生器及其控制的电子部分；换能部分；超声波传递的耦合部分。随着声化学的发展，各类的声化学反应器不断地出现，主要类型有超声清洗槽式反应器、杯式声变幅杆反应器、探头插入式反应器、复合型反应器。1

本词条内容贡献者为:

赵阳国 - 副教授 - 中国海洋大学