[スポンサーリンク]

odos 有機反応データベース

超音波有機合成 Sonication in Organic Synthesis

[スポンサーリンク]

概要

超音波処理(sonication)が化学反応を加速することは古くから知られてはいたが、最近まで合成化学者の注目を浴びることはなかった。

初期研究がほぼ水溶液反応に限られていた事情、および装置の入手性が問題だった。1980年代初頭から、合成化学者の興味を引く報告が数多くなされた。

超音波による化学過程全般を扱う研究は、広くSonochemistryと呼ばれている。

基本文献

<review>

反応機構

詳細は不明な点も多いが、基質の溶解性を稼ぐ以外にも以下の様な効果があると解釈されている。

超音波の周波数範囲は20〜10000 kHzであるが、これは化学反応を引き起こすための分子励起に十分ではない。電磁スペクトルと比較してみると、超音波のエネルギーは長波長のラジオ波に相当する程度である(図1)。

図1 音響スペクトル

図1 音響スペクトル

 化学反応の促進には、超音波による空洞化現象(cavitation)が関係する。

 液体中で疎密波が形成されると、高圧域と低圧域が発生する。蒸気圧より十分低くなった低圧域では、空洞(cavity)が形成される。そのため(溶存)ガスや溶媒蒸気を含む気泡が生じ、さまざまな過程を経て変化していく。きわめて小さい気泡は生じてもすぐに溶解してしまう。大きな気泡は音波の周期に比べ長い寿命を持っているが、音波にあわせ収縮・膨張するだけであり、超音波の化学効果には関与していない。このようなものを”安定キャビテーション”と呼ぶ。

化学反応を引き起こす過程は適切な小ささをもつ気泡の挙動によると考えられる。それらは図2のように生成・圧壊する。この圧壊によって発生する圧力と温度はきわめて大きい(1000気圧、数千℃以上に達するとされる)。この過程は”過度的キャビテーション”と呼ばれる。

図2 過度的キャビテーションの発生・圧壊過程の模式図

図2 過度的キャビテーションの発生・圧壊過程の模式図

過渡的キャビテーションの圧壊課程で生じる”ホットスポット”での熱分解に超音波効果を帰す説(ホットスポット説)が1950年に提唱され、現在の有力説とされている。

反応例

Wittig反応への使用例[1]: ホスホニウム塩のn-BuLiによる脱プロトン化は非常に遅い。ホスホニウム塩がTHFに溶けにくいことが障壁となっている。超音波照射下行うと、リンイリドの生成は1時間で完結し、91%収率で生成物を与えた。

sonication_2

過マンガン酸カリウムによる2級アルコール酸化への使用例[2]:炭化水素溶媒で酸化が行える。攪拌条件で行った場合には強い溶媒効果が見られるが、超音波照射下ではほとんどみられない。

sonication_3

糖アセタール合成への応用例[3]:超音波を使用すると、熱反応に比べて反応時間が大幅に短縮される。また、ジアセタールの収率は20〜30%高くなる場合が多い。 sonication_4

 (2000/8/25 by ブレビコミン 2016/2/11 加筆修正 by cosine)
(※以前より公開されていた記事を加筆修正のうえ、ブログに移行)

参考文献

  1. Low, C. M. R. PhD Thesis, Imperial College,Unversity of London, 1986.
  2. Yamazaki, J.; Sumi. S. et al. Chem. Lett. 1983, 379.
  3. Schmidt, O. T. Methods Carbohydr. Chem. 1963, 2, 318.

関連書籍

関連リンク

cosine

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. パール・クノール チオフェン合成 Paal-Knorr Thio…
  2. アッペル反応 Appel Reaction
  3. ストーク エナミン Stork Enamine
  4. ビシュラー・ナピエラルスキー イソキノリン合成 Bischler…
  5. ガーナーアルデヒド Garner’s Aldehyd…
  6. コーンフォース転位 Cornforth Rearrangemen…
  7. ウォール・チーグラー臭素化 Wohl-Ziegler Bromi…
  8. ケテンの[2+2]環化付加反応 [2+2] Cycloaddit…

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. サラシノール/Salacinol
  2. インフルエンザ治療薬「CS‐8958」、09年度中にも国内申請へ
  3. 【速報】2016年ノーベル化学賞は「分子マシンの設計と合成」に!
  4. 生物学的等価体 Bioisostere
  5. 挑戦を続ける日本のエネルギー企業
  6. オキサリプラチン /oxaliplatin
  7. ヘリウム新供給プロジェクト、米エアプロダクツ&ケミカルズ社
  8. 博士号とは何だったのか - 早稲田ディプロマミル事件?
  9. 熊田 誠 Makoto Kumada
  10. オンライン座談会『ケムステスタッフで語ろうぜ』開幕!

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年2月
« 1月   3月 »
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
29  

注目情報

注目情報

最新記事

第165回―「光電変換へ応用可能な金属錯体の開発」Ed Constable教授

第165回の海外化学者インタビューは、エドウィン(エド)・コンステイブル教授です。バーゼル大学化学科…

MEDCHEM NEWSと提携しました

「くすり」に関係する研究者や技術者が約1万7専任が所属する日本薬学会。そ…

抗体を液滴に濃縮し細胞内へ高速輸送:液-液相分離を活用した抗体の新規細胞内輸送法の開発

第341回のスポットライトリサーチは、京都大学 薬学研究科(二木研究室)博士後期課程1年の岩田恭宗さ…

革新的なオンライン会場!「第53回若手ペプチド夏の勉強会」参加体験記

夏休みも去って新学期も始まり、研究者としては科研費申請に忙しい時期ですね。学会シーズン到来の足音も聞…

実験手袋をいろいろ試してみたーつかいすてから高級手袋までー

前回は番外編でしたが、試してみたシリーズ本編に戻ります。引き続き実験関係の消耗品…

第164回―「光・熱エネルギーを変換するスマート材料の開発」Panče Naumov教授

第164回の海外化学者インタビューは、パンチェ・ナウモフ教授です。大阪大学大学院工学研究科 生命先端…

SNS予想で盛り上がれ!2021年ノーベル化学賞は誰の手に?

今年もノーベル賞シーズンの到来です!化学賞は日本時間 10月6日(水) 18時45分に発表です。昨年…

カーボンナノチューブ薄膜のSEM画像を生成し、物性を予測するAIが開発される

先端素材高速開発技術研究組合(ADMAT)、日本ゼオンは産業技術総合研究所(AIST)と共同で、NE…

ケムステ版・ノーベル化学賞候補者リスト【2021年版】

各媒体からかき集めた情報を元に、「未来にノーベル化学賞の受賞確率がある、存命化学者」をリストアップし…

ライトケミカル工業2023卒採用情報

当社の技術グループは、20代~30代の若手社員が重要な主要案件を担当しています。広範囲で高レベルな化…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP