Sintesi chimica
Sintesi chimica, la costruzione di composti chimici complessi da quelli più semplici. È il processo attraverso il quale si ottengono molte sostanze importanti per la vita quotidiana. Si applica a tutti i tipi di composti chimici, ma la maggior parte delle sintesi sono di molecole organiche.
I chimici sintetizzano i composti chimici che si trovano in natura per ottenere una migliore comprensione delle loro strutture. La sintesi consente inoltre ai chimici di produrre composti che non si formano naturalmente per scopi di ricerca. Nellindustria, la sintesi viene utilizzata per realizzare prodotti in grandi quantità.
I composti chimici sono costituiti da atomi di elementi diversi, uniti tra loro da legami chimici. Una sintesi chimica di solito comporta la rottura dei legami esistenti e la formazione di nuovi. La sintesi di una molecola complessa può comportare un numero considerevole di reazioni individuali che portano in sequenza dai materiali di partenza disponibili al prodotto finale desiderato. Ogni fase di solito comporta la reazione a un solo legame chimico nella molecola.
Nella pianificazione del percorso di sintesi chimica, i chimici di solito visualizzano il prodotto finale e lavorano a ritroso verso composti sempre più semplici. Per molti composti è possibile stabilire percorsi sintetici alternativi. Quelli effettivamente utilizzati dipendono da molti fattori, come il costo e la disponibilità dei materiali di partenza, la quantità di energia necessaria per far procedere la reazione a una velocità soddisfacente e il costo di separazione e purificazione dei prodotti finali. Inoltre, la conoscenza del meccanismo di reazione e della funzione della struttura chimica (o del comportamento dei gruppi funzionali) aiuta a determinare con precisione la via più favorita che porta al prodotto di reazione desiderato.
Un obiettivo nella pianificazione di una sintesi chimica è trovare reazioni che influenzeranno solo una parte della molecola, lasciando le altre parti invariate. Un altro obiettivo è produrre rese elevate del prodotto desiderato nel minor tempo possibile. Spesso le reazioni in una sintesi competono, riducendo la resa di un prodotto desiderato. La concorrenza può anche portare alla formazione di prodotti collaterali che possono essere difficili da separare da quello principale. In alcune sintesi industriali, la formazione di sottoprodotti può essere benvenuta se i sottoprodotti sono commercialmente utili. Letere dietilico, ad esempio, è un sottoprodotto della sintesi su larga scala delletanolo (alcol etilico) dalletilene. Sia lalcol che letere sono preziosi e possono essere separati facilmente.
Le reazioni coinvolte nelle sintesi chimiche di solito, ma non sempre, coinvolgono almeno due sostanze diverse. Alcune molecole si trasformeranno in altre esclusivamente sotto leffetto del calore, ad esempio, mentre altre reagiscono allesposizione alle radiazioni (ad esempio, la luce ultravioletta) o alla corrente elettrica. Tuttavia, quando due o più sostanze diverse interagiscono, è necessario avvicinarle luna allaltra. Questo di solito viene fatto effettuando le sintesi con gli elementi o composti nel loro stato liquido o gassoso. Quando i reagenti sono solidi non volatili, la reazione è spesso condotta in soluzione.
La velocità di una reazione chimica generalmente aumenta con la temperatura; Le sintesi chimiche sono quindi spesso effettuate a temperature elevate. La sintesi industriale dellacido nitrico da ammoniaca e ossigeno, ad esempio, viene effettuata a circa 900 ° C (1.650 ° F). Spesso, il riscaldamento aumenterà la velocità di una reazione in modo insufficiente o linstabilità di uno o più reagenti impedisce lapplicazione. In questi casi vengono utilizzati catalizzatori, sostanze che accelerano o rallentano una reazione. La maggior parte dei processi industriali prevede luso di catalizzatori.
Alcune sostanze reagiscono così rapidamente e violentemente che solo un attento controllo delle condizioni porterà al prodotto desiderato. Quando il gas etilene viene sintetizzato in polietilene, una delle plastiche più comuni, viene rilasciata una grande quantità di calore. Se questo rilascio non è controllato in qualche modo, ad esempio raffreddando il recipiente del reattore, le molecole di etilene si decompongono in carbonio e idrogeno.
Sono state sviluppate molte tecniche per separare i prodotti della sintesi chimica. Questi spesso comportano un cambiamento di fase. Ad esempio, il prodotto di una reazione sintetica potrebbe non dissolversi in un particolare solvente, mentre i materiali di partenza lo fanno. In questo caso, il prodotto precipiterà come un solido e può essere separato dalla miscela mediante filtrazione.In alternativa, se sia le materie prime che i prodotti sono volatili, potrebbe essere possibile separarli mediante distillazione.
Alcune sintesi chimiche si prestano facilmente alluso di tecniche automatizzate. I sintetizzatori automatici di DNA (acido desossiribonucleico), ad esempio, sono ampiamente utilizzati per produrre sequenze proteiche specifiche.