Síntesis química
Síntesis química, la construcción de compuestos químicos complejos a partir de otros más simples. Es el proceso mediante el cual se obtienen muchas sustancias importantes para la vida diaria. Se aplica a todo tipo de compuestos químicos, pero la mayoría de las síntesis son de moléculas orgánicas.
Los químicos sintetizan compuestos químicos que ocurren en la naturaleza para comprender mejor sus estructuras. La síntesis también permite a los químicos producir compuestos que no se forman naturalmente con fines de investigación. En la industria, la síntesis se utiliza para fabricar productos en gran cantidad.
Los compuestos químicos están formados por átomos de diferentes elementos unidos por enlaces químicos. Una síntesis química generalmente implica la ruptura de enlaces existentes y la formación de nuevos. La síntesis de una molécula compleja puede implicar un número considerable de reacciones individuales que conducen en secuencia desde los materiales de partida disponibles hasta el producto final deseado. Cada paso generalmente implica la reacción en un solo enlace químico en la molécula.
Al planificar la ruta de síntesis química, los químicos generalmente visualizan el producto final y trabajan hacia atrás hacia compuestos cada vez más simples. Para muchos compuestos, es posible establecer rutas sintéticas alternativas. Los que realmente se utilizan dependen de muchos factores, como el costo y la disponibilidad de los materiales de partida, la cantidad de energía necesaria para que la reacción se desarrolle a una velocidad satisfactoria y el costo de separar y purificar los productos finales. Además, el conocimiento del mecanismo de reacción y la función de la estructura química (o comportamiento de los grupos funcionales) ayuda a determinar con precisión la vía más favorecida que conduce al producto de reacción deseado.
Un objetivo al planificar una síntesis química es encontrar reacciones que afecten solo a una parte de la molécula, dejando las otras partes sin cambios. Otro objetivo es producir altos rendimientos del producto deseado en el menor tiempo posible. A menudo, las reacciones en una síntesis compiten, reduciendo el rendimiento de un producto deseado. La competencia también puede conducir a la formación de productos secundarios que pueden ser difíciles de separar del principal. En algunas síntesis industriales, la formación de subproductos puede ser bienvenida si los subproductos son comercialmente útiles. El éter dietílico, por ejemplo, es un subproducto de la síntesis a gran escala de etanol (alcohol etílico) a partir de etileno. Tanto el alcohol como el éter son valiosos y se pueden separar fácilmente.
Las reacciones involucradas en las síntesis químicas usualmente, pero no siempre, involucran al menos dos sustancias diferentes. Algunas moléculas se transformarán en otras únicamente bajo el efecto del calor, por ejemplo, mientras que otras reaccionan al exponerse a la radiación (por ejemplo, luz ultravioleta) o a la corriente eléctrica. Sin embargo, cuando interactúan dos o más sustancias diferentes, es necesario acercarlas unas a otras. Esto se suele realizar realizando la síntesis con los elementos o compuestos en su estado líquido o gaseoso. Cuando los reactivos son sólidos no volátiles, la reacción a menudo se lleva a cabo en solución.
La velocidad de una reacción química generalmente aumenta con la temperatura; Por tanto, las síntesis químicas se llevan a cabo a menudo a temperaturas elevadas. La síntesis industrial de ácido nítrico a partir de amoníaco y oxígeno, por ejemplo, se lleva a cabo a aproximadamente 900 ° C (1,650 ° F). Con frecuencia, el calentamiento aumentará la velocidad de una reacción de manera insuficiente o la inestabilidad de uno o más reactivos impide la aplicación. En tales casos, se utilizan catalizadores, sustancias que aceleran o ralentizan una reacción. La mayoría de los procesos industriales implican el uso de catalizadores.
Algunas sustancias reaccionan tan rápida y violentamente que solo un control cuidadoso de las condiciones conducirá al producto deseado. Cuando el gas etileno se sintetiza en polietileno, uno de los plásticos más comunes, se libera una gran cantidad de calor. Si esta liberación no se controla de alguna manera, por ejemplo, enfriando la vasija del reactor, las moléculas de etileno se descomponen en carbono e hidrógeno.
Se han desarrollado muchas técnicas para separar los productos de síntesis química. Suelen implicar un cambio de fase. Por ejemplo, el producto de una reacción sintética puede no disolverse en un disolvente particular, mientras que los materiales de partida sí lo hacen. En este caso, el producto precipitará como un sólido y se puede separar de la mezcla por filtración.Alternativamente, si tanto los materiales de partida como los productos son volátiles, es posible separarlos por destilación.
Ciertas síntesis químicas se prestan fácilmente al uso de técnicas automatizadas. Los sintetizadores automáticos de ADN (ácido desoxirribonucleico), por ejemplo, se utilizan ampliamente para producir secuencias de proteínas específicas.