Síntese química
Síntese química, a construção de compostos químicos complexos a partir de outros mais simples. É o processo pelo qual muitas substâncias importantes para a vida diária são obtidas. É aplicado a todos os tipos de compostos químicos, mas a maioria das sínteses são de moléculas orgânicas.
Os químicos sintetizam compostos químicos que ocorrem na natureza para obter um melhor entendimento de suas estruturas. A síntese também permite que os químicos produzam compostos que não se formam naturalmente para fins de pesquisa. Na indústria, a síntese é usada para fazer produtos em grandes quantidades.
Os compostos químicos são feitos de átomos de diferentes elementos, unidos por ligações químicas. Uma síntese química geralmente envolve a quebra de ligações existentes e a formação de novas. A síntese de uma molécula complexa pode envolver um número considerável de reações individuais que conduzem em sequência de materiais de partida disponíveis ao produto final desejado. Cada etapa geralmente envolve a reação em apenas uma ligação química na molécula.
Ao planejar a rota da síntese química, os químicos geralmente visualizam o produto final e trabalham de trás para frente em direção a compostos cada vez mais simples. Para muitos compostos, é possível estabelecer rotas sintéticas alternativas. Os realmente usados dependem de muitos fatores, como custo e disponibilidade de materiais de partida, quantidade de energia necessária para fazer a reação prosseguir a uma taxa satisfatória e o custo de separação e purificação dos produtos finais. Além disso, o conhecimento do mecanismo de reação e da função da estrutura química (ou comportamento dos grupos funcionais) ajuda a determinar com precisão a via mais favorável que leva ao produto de reação desejado.
Um objetivo no planejamento de uma síntese química é encontrar reações que afetarão apenas uma parte da molécula, deixando outras partes inalteradas. Outra meta é produzir altos rendimentos do produto desejado no menor tempo possível. Freqüentemente, as reações em uma síntese competem, reduzindo o rendimento de um produto desejado. A competição também pode levar à formação de produtos colaterais que podem ser difíceis de separar do principal. Em algumas sínteses industriais, a formação de subprodutos pode ser bem-vinda se os subprodutos forem comercialmente úteis. O éter dietílico, por exemplo, é um subproduto da síntese em larga escala do etanol (álcool etílico) a partir do etileno. Tanto o álcool quanto o éter são valiosos e podem ser separados facilmente.
As reações envolvidas nas sínteses químicas geralmente, mas nem sempre, envolvem pelo menos duas substâncias diferentes. Algumas moléculas se transformarão em outras apenas sob o efeito do calor, por exemplo, enquanto outras reagem à exposição à radiação (por exemplo, luz ultravioleta) ou à corrente elétrica. No entanto, onde duas ou mais substâncias diferentes interagem, elas precisam ser colocadas em estreita proximidade uma com a outra. Isso geralmente é feito através da realização de sínteses com os elementos ou compostos em seu estado líquido ou gasoso. Onde os reagentes são sólidos involáteis, a reação é freqüentemente realizada em solução.
A taxa de uma reação química geralmente aumenta com a temperatura; as sínteses químicas são frequentemente realizadas a temperaturas elevadas. A síntese industrial de ácido nítrico a partir de amônia e oxigênio, por exemplo, é realizada a cerca de 900 ° C (1.650 ° F). Freqüentemente, o aquecimento aumentará a taxa de uma reação insuficientemente ou a instabilidade de um ou mais reagentes impede a aplicação. Em tais casos, catalisadores – substâncias que aceleram ou retardam uma reação – são usados. A maioria dos processos industriais envolve o uso de catalisadores.
Algumas substâncias reagem tão rápida e violentamente que apenas o controle cuidadoso das condições levará ao produto desejado. Quando o gás etileno é sintetizado em polietileno, um dos plásticos mais comuns, uma grande quantidade de calor é liberada. Se esta liberação não for controlada de alguma forma – por exemplo, pelo resfriamento do vaso do reator – as moléculas de etileno se decompõem em carbono e hidrogênio.
Muitas técnicas foram desenvolvidas para separar os produtos da síntese química. Freqüentemente, isso envolve uma mudança de fase. Por exemplo, o produto de uma reação sintética pode não se dissolver em um solvente particular, enquanto os materiais de partida o fazem. Neste caso, o produto precipitará como um sólido e pode ser separado da mistura por filtração.Alternativamente, se os materiais de partida e os produtos forem voláteis, pode ser possível separá-los por destilação.
Certas sínteses químicas prestam-se prontamente ao uso de técnicas automatizadas. Sintetizadores automáticos de DNA (ácido desoxirribonucléico), por exemplo, são amplamente usados para produzir sequências de proteínas específicas.