Химический синтез
Хими́ческий си́нтез, целенаправленное получение сложных химических соединений (продуктов) из более простых веществ (реагентов) с помощью химических реакций и их сочетания с механическими операциями и физическим активированием; основа химической технологии.
Историческая справка
Портрет Александра Бутлерова. 1842.В 1828 г. Ф. Вёлер с использованием тотального химического синтеза впервые из неорганического вещества получил органическое вещество животного происхождения – карбамид (мочевину). Развитию органического синтеза способствовали разработанные А. М. Бутлеровым основы структурной теории строения органических веществ. В 1903 г. финский химик Г. Комппа впервые применил тотальный химический синтез для промышленного получения камфоры – вещества растительного происхождения. В 1932 г.
С. В. Лебедев разработал метод получения каучука по цепочке этанол – бутадиен – полибутадиен. Позднее были синтезированы такие природные вещества, как холестерин, кортизон, стрихнин, хлорофилл, витамин В12, хинин и др. Синтез природных соединений является предметом биоорганической химии.
Термин «химический синтез» предложен Г. Кольбе. За разработку методов тотального химического синтеза Р. Вудворд в 1965 г. удостоен Нобелевской премии. Более 10 других учёных стали лауреатами этой премии за создание методов химического синтеза.
Классификация
Химический синтез подразделяется на органический, неорганический и биохимический; проводится в водных или органических растворах, в газовых или твёрдых фазах, в гетерогенных системах; включает операции смешения реагентов, выдерживания смеси в определённых постоянных или переменных условиях (концентрация или парциальное давление реагентов, температура, общее давление, кислотность среды и др.), выделения и очистки промежуточных веществ и продуктов. Если целевым продуктом является промежуточное вещество реакции, химический синтез может включать операции закаливания путём быстрого охлаждения смеси, иммобилизации на носителе, замедления реакции введением дополнительных реагентов.
Портрет Фридриха Вёлера. Гравюра из серии «Девятнадцатый век в портретах».
Университетская библиотека Вюрцбурга.Химический синтез может быть прямым (линейным, дивергентным) или конвергентным. Прямой химический синтез состоит из ряда последовательных стадий превращения с переходом промежуточных продуктов каждой предыдущей стадии на последующую. Конвергентный химический синтез включает взаимодействие между собой промежуточных продуктов не связанных между собой и непоследовательных стадий превращения и преследует цель повышения выхода продуктов. Разработка метода химического синтеза включает стадии опробования, оптимизации, определения ограничений.
Химический синтез численно характеризуется выходом продукта – массовой долей 
Герман Кольбе.превращения одного из реагентов в продукт от теоретически возможного. Требования к химическому синтезу: высокий выход и качество целевых продуктов, хорошая воспроизводимость, простота, безопасность и несложный контроль за ходом синтеза.
Простота химического синтеза предполагает малое количество и надёжность каждой стадии, доступность и небольшой расход реагентов, отсутствие или малый вклад побочных реакций, несложность реакторов для проведения, близкая к комнатной температура и близкое к атмосферному давление при проведении, отсутствие или высокая эффективность и способность к регенерации катализаторов, отсутствие или высокая эффективность физического активирования, несложность выделения продуктов из реакционной смеси. Для выделения продуктов из реакционных смесей применяют фильтрование, центрифугирование, выпаривание, жидкостную экстракцию, кристаллизацию, ионообменную сорбцию, дистилляцию, электролиз, мембранные методы разделения.
Химический синтез неорганических веществ
Для химического синтеза неорганических веществ используют реакции присоединения, разложения, простого и двойного замещения, окислительно-восстановительные, а также большое число специфических реакций.
Химический синтез органических веществ
Наибольшим разнообразием методов отличается химический синтез органических веществ, включая природные соединения и их аналоги. Он делится на основной органический синтез и тонкий органический синтез. Органический синтез сложных соединений путём последовательного превращения более простых веществ из природного сырья, включая нефть и газ, называют тотальным.
Типичные реакции органического синтеза: гидрирование, дегидрирование, гидратация, дегидратация, алкилирование, ацилирование, циклизация, галогенирование, нитрование, этерификация, окисление, сульфирование, полимеризация и др. Многие реакции химического синтеза являются именными.
Особые методы органического синтеза: региоселективный (предпочтительное образование или разрыв определённой химической связи в молекуле при наличии нескольких возможных путей реакции), стереоселективный (предпочтительное образование одного из двух стереоизомеров), энантиоселективный (предпочтительное образование одного из двух энантиомеров), асимметрический (предпочтительное образование продукта из одного энантиомера).
Для повышения растворимости реагентов, скорости реакций и выхода продуктов при проведении химического используют сверхкритические среды – воду, жидкий диоксид углерода и др. Для физического активирования реакций применяют фотохимические (воздействие УФ-, ИК- или лазерного излучения), плазмохимические, радиационно-химические, механохимические методы. Используют электрохимические реакции окисления и восстановления.
Особые методы химического синтеза: твердофазный синтез, матричный синтез, самораспространяющийся высокотемпературный синтез, детонационный, криогенный синтез. Для синтеза наноматериалов применяют золь-гель процессы, метод взрывающейся проволоки в газовой среде, гидротермальный синтез, селективное химическое травление сплавов и др.
Ряд химических процессов, не связанных с образованием сложных веществ из более простых, также называют химическим синтезом (например, синтез алмазов детонацией взрывчатых веществ, синтез графенов на поверхности металлов путём пиролиза углеводородов и др.).