Siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ khác nhau, từ chế tạo vật liệu đến y dược. Trong lĩnh vực tổng hợp hữu cơ, siêu âm cũng có nhiều đóng góp đáng chú ý, siêu âm là công cụ hoạt hóa làm gia tăng tốc độ của hầu hết các phản ứng hữu cơ. Trong nhiều trường hợp đã cho thấy siêu âm có thể rút ngắn thời gian phản ứng, tăng hiệu suất và giảm nhiệt độ phản ứng hóa học. Đây là lĩnh vực còn nhiều triển vọng trong tổng hợp hữu cơ nói chung.
Siêu âm là sóng âm thanh có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người (nghĩa là lớn hơn 16 KHz). Giới hạn của siêu âm không xác định rõ ràng, thường được sử dụng là 5 MHz đối với chất khí, và 500 MHz đối với chất lỏng và rắn.
Công dụng của siêu âm trong dãy tần số cao được chia làm hai vùng:
- Vùng có tần số từ 2-10 MHz: sóng siêu âm có năng lượng thấp, tần số cao. Dạng siêu âm này được dùng trong y khoa, phân tích hóa học.
Chậm
RMgX + CuIX RCu + MgX2
- Vùng có tần số từ 20-100 MHz: sóng siêu âm có năng lượng cao, tần số thấp. Dạng siêu âm này được dùng trong việc rửa, hàn plastic và có ảnh hưởng đến phản ứng hóa học.
Vậy thực chất, siêu âm cung cấp một dạng năng lượng để thúc đẩy phản ứng hóa học. Nó khác với các loại năng lượng truyền thống như nhiệt, ánh sáng, … Siêu âm ảnh hưởng đến phản ứng hóa học thông qua sự tạo bọt. Bọt khí được hình thành trong suốt chu kì khi chất lỏng bị tách ra thành từng phần để hình thành những bọt nhỏ và bị vỡ ra trong chu kì nén kế tiếp. Sự vỡ bọt khí sẽ tạo ra áp suất hàng trăm atm, và nhiệt độ cục bộ có thể lên tới nghìn độ.
Siêu âm có những ưu điểm sau:
- Phản ứng được gia tốc mà không cần tác chất khác đưa vào. - Sản phẩm thu được không lẫn tạp chất.
- Sử dụng tác nhân thô hơn, độ sạch thấp hơn phản ứng vẫn xảy ra. - Có thể giảm bớt các bước phản ứng trung gian.
Trong nhiều phản ứng hóa học khác nhau, những ưu điểm khác của siêu âm là: xáo trộn rất tốt hỗn hợp phản ứng, làm tăng sự tiếp xúc giữa các phân tử các chất đạt đến mức tối đa giữa các pha khí - khí, khí - lỏng (phản ứng ozon hóa), lỏng - lỏng (phản ứng este hóa), lỏng - rắn (phản ứng Grignard), mà các phương tiện khác như khuấy cơ, khuấy từ… không tốt hơn được.
• Ứng dụng siêu âm trong tổng hợp hữu cơ
Siêu âm có thể được ứng dụng trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ. Chẳng hạn, phản ứng ester hóa, phản ứng xà phòng hóa, phản ứng thế, phản ứng cộng hợp, phản ứng alkyl hóa, phản ứng oxi hóa, phản ứng khử, phản ứng Grignard.
Ở Viện Công nghệ Hóa học việc ứng dụng sóng siêu âm (từ thanh siêu âm hay bể siêu âm) để giảm thời gian phản ứng, tăng hiệu suất phản ứng trong tổng hợp hữu cơ đặc biệt trong vi tổng hợp pheromone đã được nhóm nghiên cứu của GS.TSKH Nguyễn Công Hào tiến hành và cho những thành quả khả quan, rút ngắn thời gian phản ứng Grignard từ 36 giờ còn 1giờ, tăng hiệu suất phản ứng từ khoảng 60% lên trên 90%.