Sự bức xạ cỏc tia súng cực ngắn đang trở thành một phương phỏp ngày càng thụng dụng để làm núng thay thế phương phỏp cổ điển. Ưu điểm chớnh của phương phỏp này là rẻ, sạch và thuận tiện, mang lại hiệu suất cao hơn và cho ta kết quả trong một thời gian phản ứng ngắn hơn. Hiện nay, nú đó được mở rộng tới hầu hết cỏc lĩnh vực của hoỏ học, tuy nhiờn trong hoỏ học cacbohydrat thỡ chậm hơn [8].
Trong lũ vi súng tỏc nhõn kớch hoạt ở đõy là sự bức xạ cỏc tia súng cực ngắn. Chủ yếu là phải chỳ ý tới việc bảo vệ chọn lọc hoặc khụng chọn lọc và khụng bảo vệ cỏc nhúm chức hydroxyl; cỏc phản ứng rượu phõn triglixerit và thuỷ phõn glyxerol. Vỡ điều này cú thể làm cỏc nguyờn liệu tạo thành cỏc tỏc nhõn biến dạng, nhũ hoỏ và mềm hoỏ. Cỏc lĩnh vực khỏc của hoỏ học cacbohydrat như là tổng hợp monosaccarit cú chứa nhõn dị vũng khụng no hoặc cỏc nhúm halogen cũng được đề cập đến. Việc tạo thành cỏc chất quang hoạt, polysaccarit, metanol phõn và thuỷ phõn cỏc saccarit, việc hỡnh thành cỏc gốc từ tương tỏc của đường với cỏc axit amin
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
cũng xảy ra. Trong nhiều trường hợp, so sỏnh kết quả cho thấy phương phỏp dựng lũ vi súng cho kết quả tốt hơn.
Năng lượng súng điện từ (vi súng) được coi là tỏc nhõn kớch hoạt trong hoỏ học để tổng hợp một lượng lớn cỏc hợp chất trong hoỏ học hữu cơ. Người ta quan tõm chủ yếu đến cỏc phản ứng axyl hoỏ và ankyl hoỏ, phản ứng thế, trựng ngưng, đúng vũng, cỏc phản ứng bảo vệ và khụng bảo vệ, este hoỏ và chuyển hoỏ este, dị vũng, cỏc phản ứng cơ kim, oxy hoỏ và khử húa.
Bức xạ súng ngắn là bức xạ điện từ với tần số nằm trong dải 0,3-300GHz. Những lũ vi súng dựng trong nội trợ và những thiết bị vi súng để tổng hợp hoỏ học đều cú tần số 2,45GHz (tương ứng với bước súng 12,24 cm-1) để trỏnh gõy nhiễu tớn hiệu với cỏc tần số viễn thụng và mạng lưới điện thoại. Năng lượng photon vi súng trong vựng tần số này (0,0016eV), quỏ yếu để phỏ vỡ liờn kết hoỏ học và cũng thấp hơn năng lượng của chuyển động Brown. Như vậy, rừ ràng là cỏc súng ngắn khụng thể gõy ra cỏc phản ứng hoỏ học được.
Phản ứng hoỏ học sử dụng vi súng dựa trờn hiệu ứng nhiệt của cỏc vật liệu nhờ hiệu ứng nhiệt điện mụi vi súng. Hiện tượng này phụ thuộc vào khả năng hấp thụ năng lượng vi súng và chuyển hoỏ nú thành nhiệt (dung mụi hoặc tỏc nhõn). Thành phần điện của trường điện từ gõy ra nhiệt bởi 2 hiện tượng cơ học chớnh: sự làm phõn cực và sự truyền ion. Bức xạ ở cỏc tần số vi súng gõy ra hiện tượng phõn cực và sự sắp xếp cỏc ion. Trong quỏ trỡnh này năng lượng bị mất để tạo thành nhiệt từ quỏ trỡnh ma sỏt phõn tử và mất điện mụi.
Tớnh nhiệt của một vật liệu cụ thể (vớ dụ một dung mụi) dưới điều kiện bức xạ vi súng phụ thuộc vào đặc tớnh điện mụi của chỳng. Khả năng một chất chuyển hoỏ năng lượng điện từ thành nhiệt ở một tần số và nhiệt độ được xỏc định bằng phần tử bị mất gọi là tan δ. Đại lượng này được diễn tả bằng thương số: tan δ = ε’/ε.
Trong đú:
- ε’ là đại lượng điện mụi mất đi, đại diện cho hiệu suất bức xạ chuyển thành nhiệt.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
- ε là hằng số điện mụi miờu tả khả năng cỏc phõn tử bị phõn cực trong trường điện.
Ngày nay, hầu hết cỏc nhà khoa học nhất trớ rằng trong đa số cỏc trường hợp, lý do thỳc đẩy tốc độ phản ứng là ảnh hưởng của động năng đến nhiệt độ. Nhiệt độ này cú thể đạt được khỏ nhanh khi vật liệu phõn cực bức xạ trong trường súng ngắn. Vớ dụ, một dung mụi hấp thụ bước súng cao như metanol (tan δ = 0,659) cú thể nhanh chúng bị đun quỏ nhiệt tới nhiệt độ trờn 100°C, cao hơn điểm sụi khi bị bức xạ cỏc súng ngắn trong bỡnh kớn. Việc tăng nhanh nhiệt độ cú thể xảy ra với cỏc nhõn tố như dung dịch ion, khi nhiệt độ tăng đến 200°C trong một vài giõy nhưng khụng phổ biến nhất. Bỡnh thường để đạt đến nhiệt độ này rất khú, do vậy so sỏnh cỏc quỏ trỡnh nhiệt này rất phức tạp.
Việc tốc độ phản ứng được đẩy mạnh giữa phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ phũng với nhiệt độ đun hồi lưu cỏch dầu và quỏ trỡnh nhiệt trong lũ vi súng được nghiờn cứu. Baghurst và Mingos đó dựa vào định luật Arrenius: k=A.exp(-Ea/RT). Ta thấy rằng cần 68 ngày để đạt 90% chuyển hoỏ ở nhiệt độ 27°C nhưng để đạt độ chuyển hoỏ tương đương trong 1,61 giõy thỡ phải thực hiện ở nhiệt độ 227°C. Việc Điểm tăng nhanh trong lũ vi súng đồng nghĩa với việc tốc độ phản ứng được thỳc đẩy cú thể được lý giải bằng sự ảnh hưởng động năng. Ngoài ảnh hưởng động năng được núi đến ở trờn, những ảnh hưởng vi súng cũn do cấu trỳc nhiệt điện mụi. Những tỏc động này được gọi bằng thuật ngữ “hiệu ứng vi súng đặc biệt” và được coi là tỏc nhõn thỳc đẩy phản ứng. Vớ dụ:
- Hiệu ứng quỏ nhiệt của dung mụi ở ỏp suất khớ quyển.
- Sự nhạy cảm với nhiệt như cỏc chất xỳc tỏc hoặc thuốc thử hấp thụ cỏc bước súng mạnh trong mụi trường phản ứng kộm phõn cực.
- Sự hỡnh thành cỏc bức xạ phõn tử nhờ sự kết hợp trực tiếp của năng lượng súng với thuốc thử, đặc biệt là trong dung dịch dị thể.
- Sự loại bỏ cỏc ảnh hưởng của gradient nhiệt.
Một vài tỏc giả dự đoỏn khả năng cú những ảnh hưởng khỏc ngoài nhiệt độ. Cỏc tỏc động ngoài nhiệt là kết quả của việc tương tỏc trực tiếp của trường điện với
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn
cỏc phõn tử đặc biệt trong mụi trường phản ứng. Người ta chứng minh được rằng sự cú mặt của trường điện gõy ra ảnh hưởng định hướng của cỏc phõn tử lưỡng cực và do đú thay đổi năng lượng hoạt hoỏ (đại lượng Entropi) trong phương trỡnh Arrenius. Một tỏc động tương tự được nhận thấy với cơ chế phản ứng phõn cực, mà sự phõn cực càng tăng từ trạng thỏi ban đầu tới trạng thỏi chuyển tiếp. Kết quả là thỳc đẩy hoạt húa nhờ việc giảm năng lượng hoạt hoỏ.
Những kỹ thuật tiến hành hay dựng được ứng dụng vào tổng hợp hữu cơ bao gồm: kỹ thuật tiến hành phản ứng khụng dung mụi mà cỏc thuốc thử cú thể chuyển hoỏ nhiều hay ớt (silica, nhụm hoặc đất sột) hay hấp thụ mạnh (graphit) lớp nền vụ cơ làm kớch thớch xỳc tỏc hoặc thuốc thử.
Ngày nay, cụng nghệ khụng dựng dung mụi rất phổ biến trong cỏc phản ứng tổng hợp hữu cơ thực hiện trong lũ vi súng do cú độ an toàn khi tiến hành phản ứng trong bỡnh mở. Ngoài ra, xỳc tỏc chuyển pha cũng được ứng dụng rộng rói trong kỹ thuật tiến hành phản ứng trong lũ vi súng.
Số húa bởi Trung tõm Học liệu – Đại học Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn