Химический синтез
Синтез — получение из относительно простых веществ более сложных — играет важную роль в химии. По традиции, химические продукты, получаемые путем соединения или превращения молекул исходных компонентов, называют синтетическими, противопоставляя их природным веществам.
Мы говорим: синтетический каучук, синтетическое волокно, синтетические моющие средства, синтетическое топливо. Однако методами синтеза получены не только встречающиеся в природе вещества, но и такие, каких природа не создавала. Синтез — основа промышленной химии — химической технологии. Задачи в этой области настолько разнообразны, что химики и технологи уже давно специализируются на синтезе отдельных видов химической продукции.
Основной органический синтез как подотрасль химической промышленности охватывает производство таких крупнотоннажных органических продуктов, как спирты, кислоты, эфиры, альдегиды и др. Разрабатывая промышленные методы синтеза этих соединений, химики и технологи стремятся улучшить экономические показатели технологических процессов, т. е. повысить выход продукта реакции, уменьшить содержание примесей в нем, найти новые, более дешевые источники сырья.
Специалисты в области нефтехимического синтеза разрабатывают технологические процессы получения различных химических продуктов из нефтяного сырья (см. Нефть и нефтепродукты, Нефтехимия).
Широко развито производство синтетических полимеров (см. Полимеры) — пластических масс, химических волокон, эластомеров (см. Каучуки и эластомеры). Большинство из них не имеют аналогов в природе.
Синтез искусственного жидкого топлива из оксида углерода (II) и водорода или из метана приобретает все более важное значение по мере удорожания нефти.
В природе зеленые растения из углекислого газа, воды, минерлльных солей и кислорода за счет энергии солнечных лучей путем фотосинтеза создают сложнейшие органические соединения, необходимые для жизнедеятельности как самих растений, так и всех других организмов. До сих пор растительное и животное сырье остается ценнейшим источником многих веществ, используемых в пищевой промышленности, медицине, парфюмерии и т. д. Дефицит и высокая стоимость этих веществ заставляют разрабатывать методы их химического синтеза. Сначала каждый раз приходится с помощью различных методов количественного и качественного анализа (см. Аналитическая химия) устанавливать точный состав и структуру молекул этих соединений. И только после этого можно приступать к разработке способов их синтеза.
Наряду с химическим синтезом для получения сложных органических веществ используются ферментативный синтез, при котором применяются природные катализаторы — ферменты, и микробиологический синтез, при котором используются микроорганизмы. Методами ферментативного синтеза успешно решена задача получения глюкозы из растительного сырья. Химический синтез этого соединения слишком сложен. Кормовой белок (см. Белки) оказалось экономически выгоднее получать из парафинов нефти с помощью микроорганизмов (см. Нефть и нефтепродукты). Появилась новая отрасль промышленности на стыке химии и биологии — микробиологическая промышленность.
Для развития современной биологии и ее новейших отраслей — молекулярной биологии, биоорганической химии, генной инженерии — чрезвычайно важны последние достижения в области сверхтонкого химического и биохимического синтеза сложнейших соединений, управляющих процессами жизнедеятельности организмов. Это синтез гена (носителя наследственных признаков живого организма), других белковых структур, гормонов.
Растущие требования к охране окружающей среды ставят перед химиками-синтетиками новые задачи: технологии синтеза должны быть безотходными или малоотходными. Это означает, что многие существующие технологии синтеза должны быть перестроены в соответствии с экологическими требованиями (см. Экология).
