超声技术在提取工艺及有机合成中应用

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1、超声技术在提取工艺及有机合成中应用摘要：超声波技术在化学实验及化工生产工艺研究和应用等方面都可发挥重要作用，可应用于有机合成、药物化学、环境化学、食品化工等许多领域。如运用超声提取法提取分离出中草药的有效成分，具有耗时短、提取率高、溶媒用量小等优点；超声技术在有机合成中的应用研究发展很快，应用广泛，超声波可以使许多有机合成在较温和的条件下进行，能够加速反应速率、提髙产率、降低反应条件、缩短反应时间、改变反应历程等，能够显著降低成本，提高效益。关键词：超声技术；化学实验；化工；应用中图分类号：0644文献标识

2、码：A文章编号：1671—7597(2012)1120042-021概述近年来，超声波技术在化学实验和化工生产领域里的应用不断取得新的成果，应用范围越来越广泛，而且还具有很大的研究开发空间。超声波对某些化学反应具有显著的影响，其原理简要地分析是：由于通常的声波波长远远大于分子的直径，在液体中，超声波产生的特定频率的震荡，能够加剧溶液中物质分子等微粒的运动，在一定条件下也会增大其活化能，由于物理和化学作用的共同效应。结果导致温度变化更加剧烈，以至于在通常条件下不易发生的化学反应，获得了较为有利的反应条件，从而

3、促进反应物微粒的裂解和新的自由基的形成，最终使化学反应速率大大提高，并降低了实验或生产成本。超声波技术的合理应用，不仅可以改进化学反应条件，避免采用高温高压，缩短反应时间，提高反应产率和选择性,而且还可以在一定范围内在改变反应的历程，例如在加成反应（亲电、亲核、环加成等）、取代反应（亲电、亲核）和氧化还原反应中都能适用。利用超声技术改变反应环境，可以大大降低反应难度和成本，提高实验或生产效益，具有很强的实用性。以下列举一些应用实例，说明其应用原理、方法及效果。2超声波在植物提取方面的应用2.1超声波提取的基

4、本原理在液体介质中，超声波产生的强烈的空化效应、机械振动、高的加速度、乳化、扩散、击碎和搅拌作用，增大物质分子运动频率和速度，增强溶剂分子的活性，更加容易吸取植物中的有效成分。利用超声波可以提高提取速率，能提高植物有效成分的提出率，同时也就提高了药材的利用率，避免了高温对提取成分的影响，能够降低条件，节省时间，减小成本。超声技术已经越来越多地用于天然植物中药成分的提取，实践证明效果很好，应用前景广阔。在提取天然植物药用成分时，通常要使其细胞破碎。利用超声波产生的超常规的振动频率和振动幅度以及强烈的空化效应，

5、同时产生的高速并且均匀的搅拌作用，能够促进植物药材细胞的快速分离，更加有利于溶剂渗透进药材细胞周边，植物药材的有效成分在溶剂中加快溶解，因此提高了提取效率。超声波是一种机械振动波，一般指频率为20kHz-50MHz的波段。超声波在通过介质传播时，会先后产生膨胀和压缩。超声波能产生巨大的能量并通过介质形成很大的加速度。在液体介质（溶剂）中，这个能量增大及加速过程促使形成负压。当超声波产生的能量达到一定程度时，就造成急剧膨胀,此时会在液体介质中生成气泡或对液体的冲击而形成许多微小空穴，这些空穴在瞬间闭合时将产生

6、高达3000MPa的巨大压力以形成空化作用。这种持续产生的作用力不断地冲击物质颗粒表面，使物质颗粒表面及缝隙中的可溶性活性成分迅速分离出来。在空化作用下，还促使植物体内细胞壁破裂,导致细胞内可溶物快速扩散到所接触的液体介质中。同时，由超声作用产生的能量以及在微粒间相互作用时产生的高温高压有利于形成活跃的游离基。超声波提取是利用其在溶液中产生的空化作用、机械效应以及热效应，以致增强介质的穿透力，并加快介质分子的运动速度，从而提高提取生物原料中有效成分的效率。其基本原理可以概括为:1）空化效应。在液体介质内部所

7、溶解的数量不等的微气泡，在超声波的作用下产生强烈振动，当声压达到一定值时，气泡由于定向扩散而增大，形成共振腔，然后突然闭合,这就是超声波的空化效应。这种效应会在瞬间产生几千个大气压的压力，可使成植物细胞壁及整个生物体破裂，使包括有效成分在内的各种成分更容易分离O2）机械效应。超声波在溶液中以较快的频率产生较强的振动，显著增强了液体状介质渗透及扩散作用，这种作用即机械效应。同时，超声波在扩散时还产生较大的辐射压强,对所加工的样品形成强大冲击，造成细胞微粒突变，样品中的蛋白质变性；另外，在介质和悬浮体中产生加速

8、度，由于两者的运动速度差异很大，以致在两者之间形成摩擦力，促使植物体内分子解聚加快，即可促进其所含有效成分的扩散。3）热效应。超声波在液体介质中的扩散中，伴随着能量的传播和扩散，介质将所吸收的能量在这个过程中会转变为热能，引起温度的升高，也就加快了植物中所含有效成分的溶解。2.2超声波在提取植物有效成分的应用实例茶叶所含的主要成分是茶多酚和多种香气物质，在医药和食品方面有重要用途，利用超声波作用，在较低的温度下就