Kemiallinen synteesi
Kemiassa kemiallisella synteesillä tarkoitetaan kemiallisten reaktioiden käyttämistä tuotteen tai useiden tuotteiden saamiseksi. Tämä tapahtuu fysikaalisten ja kemiallisten manipulaatioiden avulla. Usein käytetään useita erilaisia kemiallisia reaktioita, yksi toisensa jälkeen. Nykyaikaisessa laboratoriokäytössä kemiallinen synteesi on toistettavissa (jos koe tehdään toisen kerran, saadaan samat tulokset kuin ensimmäisellä kerralla), luotettava (ei rikkoudu olosuhteiden pienistä muutoksista) ja vakiintunut toimimaan useissa laboratorioissa.
Kemistit aloittavat kemiallisen synteesin suunnittelun valitsemalla yhdistettävät yhdisteet. Näitä lähtökemikaaleja kutsutaan reagensseiksi tai reaktioaineiksi. Kemistit tekevät näille reagensseille erilaisia asioita syntetisoidakseen tuotteen tai välituotteen. Tämä edellyttää yhdisteiden sekoittamista reaktioastiassa. Astia voi olla kemiallinen reaktori tai yksinkertainen kolvi. Monet reaktiot vaativat jonkinlaisen työstämismenettelyn ennen kuin lopputuote eristetään.
Kemiallisessa synteesissä syntyvän tuotteen määrä on reaktion saanto. Tyypillisesti kemiallinen saanto ilmaistaan painona grammoina tai prosentteina teoreettisesti tuotettavissa olevan tuotteen kokonaismäärästä. Sivureaktio on ei-toivottu kemiallinen reaktio, joka vähentää halutun tuotteen saantoa.
Kemisti Adolph Wilhelm Hermann Kolbe käytti ensimmäisenä sanaa synteesi sen nykyisessä merkityksessä.
Strategiat
Useimmissa tapauksissa yksittäinen reaktio ei muuta reaktanttia (lähtökemikaalia) halutuksi reaktiotuotteeksi. Kemisteillä on monia strategioita, joiden avulla he voivat löytää parhaan reaktiosarjan halutun tuotteen aikaansaamiseksi. Kaskadireaktioissa yhden reagoivan aineen sisällä tapahtuu useita kemiallisia muutoksia. Monikomponenttisissa reaktioissa jopa 11 eri reaktanttia muodostaa yhden reaktiotuotteen. Teleskooppisessa synteesissä yksi reaktantti käy läpi useita muunnoksia eristämättä välituotteita jokaisen vaiheen jälkeen.
Orgaaninen synteesi
Orgaaninen synteesi on kemiallisen synteesin erityinen tyyppi. Orgaanisessa synteesissä syntyy vain orgaanisia yhdisteitä. Monimutkaisen tuotteen kokonaissynteesi voi vaatia monia vaiheita, jotta päämäärätuotteeseen päästään. Nämä vaiheet voivat viedä liikaa aikaa. Kemistit haluavat olla taitavia orgaanisessa synteesissä ja pystyä löytämään synteesipolun, jossa on mahdollisimman vähän vaiheita. Erittäin arvokkaiden tai vaikeiden yhdisteiden synteesi on tuonut kemisteille, kuten Robert Burns Woodwardille, Nobelin kemianpalkinnon.
Jos kemiallinen synteesi alkaa laboratorion perusyhdisteistä ja tuottaa jotain uutta, kyseessä on "puhtaasti synteettinen prosessi". Jos synteesi lähtee liikkeelle kasveista tai eläimistä eristetystä tuotteesta ja johtaa sitten uuteen yhdisteeseen, synteesiä kutsutaan "puolisynteettiseksi prosessiksi".
Muut merkitykset
Useimmiten kemiallisella synteesillä tarkoitetaan yleistä, monivaiheista menettelyä halutun tuotteen valmistamiseksi. Joskus kemistit käyttävät termiä "kemiallinen synteesi" tarkoittamaan vain suoraa yhdistelmäreaktiota. Suorassa yhdistelmäreaktiossa kaksi tai useampi reaktantti yhdistyy muodostaen yhden tuotteen. Suoran yhdistymisreaktion kemiallinen yhtälö on:
A + B → AB
jossa A ja B ovat alkuaineita tai yhdisteitä ja AB on A:sta ja B:stä koostuva yhdiste. Esimerkkejä yhdistelmäreaktioista ovat:
2Na + Cl 2→ 2 NaCl (ruokasuolan muodostuminen)
S + O2 → SO2 (rikkidioksidin muodostuminen)
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe 2O3 (raudan ruostuminen)
CO2 + H2O → H 2CO3 (hiilidioksidi liukenee ja reagoi veden kanssa muodostaen hiilihappoa).
Neljä erityistä synteesisääntöä ovat:
metallioksidi + H2O → metalli(OH)
ei-metallioksidi + H2O → oksidihappo
metallikloridi + O2→ metallikloraatti
metallioksidi + CO2 → metallikarbonaatti (CO3)
Aiheeseen liittyvät sivut
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on kemiallinen synteesi?
V: Kemiallinen synteesi on prosessi, jossa kemiallisilla reaktioilla tuotetaan tuote tai useita tuotteita.
K: Mitä ovat reagenssit tai reagoivat aineet?
V: Reagenssit tai reaktantit ovat kemiallisessa synteesissä käytettäviä lähtökemikaaleja.
K: Mitä kemistit tekevät reagensseille?
V: Kemistit käsittelevät ja sekoittavat reagensseja syntetisoidakseen halutun tuotteen tai välituotteen.
K: Minkälaista astiaa näissä reaktioissa käytetään?
V: Näissä reaktioissa käytettävä astia voi olla joko kemiallinen reaktori tai yksinkertainen kolvi.
K: Miten tuotteen määrä mitataan kemiallisessa synteesissä?
V: Kemiallisessa synteesissä tuotetun tuotteen määrä mitataan yleensä joko painona grammoina tai prosentteina teoreettisesta kokonaismäärästä, joka voitaisiin tuottaa.
K: Mikä on sivureaktio?
V: Sivureaktio on ei-toivottu kemiallinen reaktio, joka vähentää halutun tuotteen saantia.
K: Kuka käytti ensimmäisenä sanaa "synteesi" sen nykyisessä merkityksessä?
V: Kemisti Adolph Wilhelm Hermann Kolbe oli ensimmäinen henkilö, joka käytti sanaa "synteesi" sen nykyisessä merkityksessä.
