СИ́НТЕЗ ХИМИ́ЧЕСКИЙ
-
Рубрика: Химия
-
Скопировать библиографическую ссылку:
СИ́НТЕЗ ХИМИ́ЧЕСКИЙ, целенаправленное получение сложных химич. соединений (продуктов) из более простых веществ (реагентов) с помощью химич. реакций и их сочетания с механич. операциями и физич. активированием; основа химической технологии. С. х. подразделяется на органич., неорганич. и биохимич.; проводится в водных или органич. растворах, в газовых или твёрдых фазах, в гетерогенных системах; включает операции смешения реагентов, выдерживания смеси в определённых постоянных или переменных условиях (концентрация или парциальное давление реагентов, темп-ра, общее давление, кислотность среды и др.), выделения и очистки промежуточных веществ и продуктов. Если целевым продуктом является промежуточное вещество реакции, С. х. может включать операции закаливания путём быстрого охлаждения смеси, иммобилизации на носителе, замедления реакции введением дополнит. реагентов. С. х. может быть прямым (линейным, дивергентным) или конвергентным. Прямой С. х. состоит из ряда последовательных стадий превращения с переходом промежуточных продуктов каждой предыдущей стадии на последующую. Конвергентный С. х. включает взаимодействие между собой промежуточных продуктов разл. не связанных между собой и непоследовательных стадий превращения и преследует цель повышения выхода продуктов. Разработка метода С. х. включает стадии опробования, оптимизации, определения ограничений.
С. х. численно характеризуется выходом продукта – массовой долей превращения одного из реагентов в продукт от теоретически возможного. Требования к С. х.: высокий выход и качество целевых продуктов, хорошая воспроизводимость, простота, безопасность и несложный контроль за ходом синтеза. Простота С. х. предполагает малое количество и надёжность каждой стадии, доступность и небольшой расход реагентов, отсутствие или малый вклад побочных реакций, несложность реакторов для проведения, близкая к комнатной темп-ра и близкое к атмосферному давление при проведении, отсутствие или высокая эффективность и способность к регенерации катализаторов, отсутствие или высокая эффективность физич. активирования, несложность выделения продуктов из реакционной смеси. Для выделения продуктов из реакционных смесей применяют фильтрование, центрифугирование, выпаривание, экстракцию жидкостную, кристаллизацию, ионообменную сорбцию, дистилляцию, электролиз, мембранные методы разделения.
Для С. х. неорганич. веществ используют реакции присоединения, разложения, простого и двойного замещения, окислительно-восстановит., а также большое число специфич. реакций.
Наибольшим разнообразием методов отличается С. х. органич. веществ, включая природные соединения и их аналоги. Он делится на основной органический синтез и тонкий органический синтез. Органич. синтез сложных соединений путём последовательного превращения более простых веществ из природного сырья, включая нефть и газ, называют тотальным. Типичные реакции органич. синтеза – гидрирование, дегидрирование, гидратация, дегидратация, алкилирование, ацилирование, циклизация, галогенирование, нитрование, этерификация, окисление, сульфирование, полимеризация и др. Мн. реакции С. х. являются именными. Особые методы органич. синтеза – региоселективный (предпочтительное образование или разрыв определённой химич. связи в молекуле при наличии нескольких возможных путей реакции), стереоселективный (предпочтительное образование одного из двух стереоизомеров), энантиоселективный (предпочтительное образование одного из двух энантиомеров), асимметрический (предпочтительное образование продукта из одного энантиомера).
В 1828 Ф. Вёлер с использованием тотального С. х. впервые из неорганич. вещества получил органич. вещество животного происхождения – карбамид (мочевину). Развитию органич. синтеза способствовали разработанные А. М. Бутлеровым основы структурной теории строения органич. веществ. В 1903 фин. химик Г. Комппа впервые применил тотальный С. х. для пром. получения камфоры – вещества растит. происхождения. В 1932 С. В. Лебедев разработал метод получения каучука по цепочке этанол – бутадиен – полибутадиен. Позднее были синтезированы такие природные вещества, как холестерин, кортизон, стрихнин, хлорофилл, витамин В12, хинин и др. Синтез природных соединений является предметом биоорганической химии. Термин «С. х.» предложен А. Кольбе. За разработку методов тотального С. х. Р. Вудворд в 1965 удостоен Нобелевской пр. Более 10 др. учёных стали лауреатами этой премии за создание методов химич. синтеза.
Для повышения растворимости реагентов, скорости реакций и выхода продуктов при проведении С. х. используют сверхкритич. среды – воду, жидкий диоксид углерода и др. (см. Сверхкритические флюидные технологии). Для физич. активирования реакций применяют фотохимич. (воздействие УФ-, ИК- или лазерного излучения), плазмохимич., радиационно-химич., механохимич. методы (см. Фотохимия, Лазерная химия, Плазмохимия, Радиационная химия, Механохимия). Используют электрохимич. реакции окисления и восстановления (см. Электросинтез).
Особые методы С. х. – твердофазный синтез, матричный синтез, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, детонационный (см. в ст. Взрывные технологии), криогенный синтез. Для синтеза наноматериалов применяют золь-гель процессы, метод взрывающейся проволоки в газовой среде, гидротермальный синтез, селективное химич. травление сплавов и др.
Ряд химич. процессов, не связанных с образованием сложных веществ из более простых, также называют С. х. (напр., синтез алмазов детонацией взрывчатых веществ, синтез графенов на поверхности металлов путём пиролиза углеводородов и др.).