Химический синтез
Хими́ческий си́нтез — раздел химии, в котором рассматриваются пути и методы искусственного создания химических соединений в лабораторных и промышленных масштабах[1]. В зависимости от природы продукта синтез может быть органическим или неорганическим. Промышленный органический синтез подразделяется на основной органический синтез[2] и тонкий органический синтез[3]. Химический синтез можно рассматривать как процесс создания сложных молекул из более простых[4] или получения менее доступных соединений из более доступных (то есть выпускаемых промышленностью)[5]. Как правило, синтез сложных веществ разбивают на ряд этапов (стадий), на каждом из которых происходит образование одной — двух связей или фрагментов будущей целевой молекулы или подготовка к созданию таких связей[1], что определяется стратегией и тактикой синтеза.
Понятие синтеза в современном смысле этого слова ввёл немецкий химик Герман Кольбе[6].
История химического синтеза
Органическая химия к началу XIX века являлась эмпирической и описательной наукой. Доминировало мнение, что только «жизненная сила» способна к синтезу органических веществ. Берцелиус в 1833 году пришел к выводу о невозможности органического синтеза вне живых тел[7].Исследования Гей-Люссаком циана в 1815 году[8] и гремучей кислоты Либихом и Гей-Люссаком в 1824[8], синтез мочевины Фридрихом Вёллером[9] существенно мнение химиков не изменили. В 1840 году Дюма и Либих определили органическую химию, как «химию сложных радикалов», поскольку сформировалось мнение, что химические радикалы в химических реакциях сохраняются без изменения. Теория замещения, опубликованная Дюма в 1834 году значительно способствовала теории радикалов, которая трансформировалась в теорию эквивалентных остатков Жерара.
В 1845 году Герман Кольбе впервые ввел термин «синтез» применительно к следующей последовательности реакций получения уксусной кислоты из простых веществ[6]
отметив при этом:
...примечательным фактом является то, что уксусная кислота, ранее известная только как продукт окисления органических веществ, может быть синтезирована непосредственно из своих элементов. <...> Если когда-нибудь удастся превратить уксусную кислоту в спирт и восстановить его в сахар и крахмал, то мы, очевидно, сможем получить эти универсальные составные части растительного мира из их простейших компонентов так называемым искусственным способом.
Стратегии и тактика синтеза
В синтезе химических веществ основными являются две задачи [1]:
- разработка общей концепции синтеза — выбор оптимальных (доступных) исходных веществ, для того чтобы в минимальное количество стадий (или с минимальными затратами времени или энергии) получить целевое вещество (стратегия синтеза);
- выбор или разработка новых конкретных синтетических методов или подбор реагентов и условий проведения химических реакций, которые дают возможность построения необходимой связи в структуре молекулы целевого соединения (тактика синтеза).
Неорганический синтез
Неорганический синтез применяются для получения неорганических и координационных соединений. Наглядным примером является получение противоракового лекарственного средства цисплатин из тетрахлороплатината калия[10]:
Органический синтез
Органический синтез — раздел органической химии и технологии, занимающийся изучением лабораторных (тонкий органический синтез) и промышленных (основной органический синтез) методов получения органических соединений. Одной из главных задач органического синтеза является разработка оптимального пути получения органического соединения с заранее заданной структурой с использованием конкретных методов химических превращений по созданию новых связей С—С, введения функциональных групп и др. При этом также разрабатываются и применяются методы выделения целевых веществ из реакционных смесей и их дальнейшей очистки, а также методы физической органической химии для установления строения и состава получаемых соединений[1].
Большое влияние на лабораторный органический синтез оказали работы Роберта Вудворда, синтезировавшего целый ряд сложных природных соединений и получившего в 1965 году Нобелевскую премию по химию за выдающийся вклад в искусство органического синтеза.
Если химический синтез начинается с основных лабораторных соединений, процесс считается чисто синтетическим. Если он начинается с продукта, выделенного из растений или животных, то — полусинтетическим.
Синтетический и искусственный
Не следует путать термины «синтетический» и «искусственный». Искусственный материал — полученный путём физической модификации сырья.
Например:
- Синтетические волокна — капрон, нейлон. Искусственное стекло-волокно, вискозное волокно, асбестовые.
- Синтетическая кожа — лабораторный способ выращивания плёнки, подобной коже. Для трансплантции кожи. Искусственная кожа — придание сырью (пористому полимеру) внешнего вида и свойств выделанной кожи животных. В данном случае синтезируется полимер, а не окончательное изделие.
- Синтетическая еда — существует только в фантастических романах. Искусственная еда — полуфабрикаты из сои, содержащие добавки, имитирующие вкус известных и популярных продуктов.
См. также
Литература
- Химическая энциклопедия : [рус.] : в 5 т. / под ред. И. Л. Кнунянца. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — 639 с. — ISBN 5-85270-039-8.
- Химическая энциклопедия : [рус.] : в 5 т. / под ред. Н. С. Зефирова. — М. : Большая Российская энциклопедия, 1995. — Т. 4. — 639 с. — ISBN 5-85270-092-4.