Kjemisk syntese
Kjemisk syntese, konstruksjonen av komplekse kjemiske forbindelser fra enklere. Det er prosessen hvor mange stoffer som er viktige for dagliglivet oppnås. Den brukes på alle typer kjemiske forbindelser, men de fleste synteser er av organiske molekyler.
Kjemikere syntetiserer kjemiske forbindelser som forekommer i naturen for å få en bedre forståelse av deres strukturer. Syntese gjør det også mulig for kjemikere å produsere forbindelser som ikke dannes naturlig for forskningsformål. I industrien brukes syntese til å lage produkter i store mengder.
Kjemiske forbindelser består av atomer av forskjellige grunnstoffer, sammenføyd av kjemiske bindinger. En kjemisk syntese innebærer vanligvis å bryte eksisterende bindinger og dannelse av nye. Syntese av et komplekst molekyl kan involvere et betydelig antall individuelle reaksjoner som fører i rekkefølge fra tilgjengelige utgangsmaterialer til ønsket sluttprodukt. Hvert trinn involverer vanligvis reaksjon ved bare en kjemisk binding i molekylet.
Ved planlegging av kjemisk syntesevei visualiserer kjemikere vanligvis sluttproduktet og jobber bakover mot stadig enklere forbindelser. For mange forbindelser er det mulig å etablere alternative syntetiske veier. De som faktisk brukes, avhenger av mange faktorer, som kostnad og tilgjengelighet av utgangsmaterialer, mengden energi som trengs for å få reaksjonen til å foregå med en tilfredsstillende hastighet, og kostnadene ved å separere og rense sluttproduktene. Videre hjelper kunnskap om reaksjonsmekanismen og funksjonen til den kjemiske strukturen (eller oppførselen til de funksjonelle gruppene) til å nøyaktig bestemme den mest favoriserte banen som fører til ønsket reaksjonsprodukt.
Et mål med å planlegge en kjemisk syntese er å finne reaksjoner som bare vil påvirke en del av molekylet, og la andre deler være uendret. Et annet mål er å produsere høye utbytter av det ønskede produktet på så kort tid som mulig. Ofte konkurrerer reaksjoner i en syntese, og reduserer utbyttet av et ønsket produkt. Konkurranse kan også føre til dannelse av sideprodukter som kan være vanskelig å skille fra de viktigste. I noen industrielle synteser kan dannelse av biprodukter være velkomne hvis biproduktene er kommersielt nyttige. Dietyleter er for eksempel et biprodukt fra storskala syntese av etanol (etylalkohol) fra etylen. Både alkohol og eter er verdifulle og kan enkelt skilles fra hverandre.
Reaksjonene involvert i kjemiske synteser involverer vanligvis, men ikke alltid, minst to forskjellige stoffer. Noen molekyler vil forandre seg til andre bare under påvirkning av varme, for eksempel, mens andre reagerer på eksponering for stråling (f.eks. Ultrafiolett lys) eller til elektrisk strøm. Imidlertid, der to eller flere forskjellige stoffer samhandler, må de bringes i nærheten av hverandre. Dette gjøres vanligvis ved å utføre syntesene med grunnstoffene eller forbindelsene i deres flytende eller gassformede tilstand. Der reaktantene er ufleksible faste stoffer, utføres reaksjonen ofte i oppløsning.
Hastigheten til en kjemisk reaksjon øker generelt med temperaturen; kjemiske synteser blir således ofte utført ved forhøyede temperaturer. Den industrielle syntesen av salpetersyre fra ammoniakk og oksygen, for eksempel, utføres ved ca. 900 ° C (1.650 ° F). Ofte vil oppvarming øke hastigheten på en reaksjon utilstrekkelig, eller ustabiliteten til en eller flere reaktanter forhindrer påføring. I slike tilfeller brukes katalysatorer – stoffer som fremskynder eller bremser en reaksjon -. De fleste industrielle prosesser involverer bruk av katalysatorer.
Noen stoffer reagerer så raskt og voldsomt at bare nøye kontroll av forholdene vil føre til ønsket produkt. Når etylengass syntetiseres til polyetylen, en av de vanligste plastene, frigjøres en stor mengde varme. Hvis denne frigjøringen ikke kontrolleres på en eller annen måte – for eksempel ved avkjøling av reaktorbeholderen – spaltes etylenmolekylene til karbon og hydrogen.
Mange teknikker er utviklet for å skille produktene fra kjemisk syntese. Disse involverer ofte en faseendring. For eksempel kan ikke produktet av en syntetisk reaksjon oppløses i et bestemt løsningsmiddel, mens utgangsmaterialene gjør det. I dette tilfellet vil produktet utfelle som et fast stoff og kan skilles fra blandingen ved filtrering.Alternativt, hvis både utgangsmaterialer og produkter er flyktige, kan det være mulig å skille dem ved destillasjon.
Enkelte kjemiske synteser egner seg lett til bruk av automatiserte teknikker. Automatiske DNA (deoksyribonukleinsyre) syntetisatorer, for eksempel, er mye brukt for å produsere spesifikke proteinsekvenser.