Große sowjetische Enzyklopädie

Um ihre Ziele zu erreichen, hat die Natur 4,5 Milliarden Jahre zerstört. Wer weiß, was erreicht werden kann, wenn ein Mensch eine solche Ewigkeit vor sich hat? Die Synthese, die allgemein gesagt kann als Herstellung einer chemischen Verbindung ausgehend von einfacheren Substanzen definiert werden, nimmt zusammen mit Struktur und Reaktivität eine zentrale Stellung in der modernen Chemie ein. Dies gilt für organische, anorganische und Metalle organische Materie in Form von chemischen Einheiten, Polymeren und Materialien. Die moderne Synthese hat sich zu Methoden entwickelt, die von einem ständig wachsenden Verständnis ihrer chemisch-physikalischen Parameter und theoretischen Berechnungen unter Verwendung von Computersystemen angetrieben werden.

Damit ist die Synthese weniger empirisch und viel komplexer in der Planung, aber auch einfacher und effizienter auf experimenteller Ebene geworden. Beispielsweise ermöglichte das beste Wissen über die Wirkung eines Lösungsmittels auf organische Reaktionen, ein Lösungsmittel mit der am besten geeigneten Säurebeständigkeit, Basizität, Koordination, Polarität usw. für jede Reaktion auszuwählen. Eigenschaften, wodurch Reaktionsgeschwindigkeiten, Ausbeuten und Selektivitäten deutlich höher sind als in der Vergangenheit unter Verwendung des gleichen Standardlösungsmittels für sehr unterschiedliche Reaktionen.

Diese beiden Zweige können als zielgerichtete Synthese bzw. synthetische Methoden bezeichnet werden. Erstere verwenden letztere, um das von ihnen vorgeschlagene spezifische Ziel zu erreichen, während letztere allgemeine Lösungen anbieten. Beispielsweise fällt die Synthese von Ethanol in die Kategorie der gezielten Synthesen, während sich die verwendeten Methoden auf die Hydratation von Olefinen, die Carbonylierung von Alkoholen, die Oxidation von Kohlenwasserstoffen usw. beziehen. ähnlich ist die Synthese von Zeolith gerichtet, während sich die Hauptmethoden auf die Kombination von Metalloxiden im Allgemeinen beziehen.

Zielsynthese und Syntheseverfahren befruchten sich jedoch gegenseitig, was zunächst betrachtet werden soll, da sie die Grundlage für eine gezielte Synthese bilden. In den letzten Jahrzehnten gab es radikale Veränderungen in der chemischen Landschaft. Es gab Faktoren, die das Aufkommen katalytischer, biokatalytischer und molekularer Montagemethoden aufgrund schwacher Wechselwirkungen, der Entwicklung der Quantenmechanik und einer besseren Kenntnis der chemisch-physikalischen Parameter, die Geschwindigkeit, Ausbeute und Selektivität beeinflussen, vorangetrieben haben. chemische Reaktionen. die wichtigsten Aspekte, auf denen moderne Synthesemethoden basieren.

Zielkonturen. □ Bibliographie. Syntheseverfahren umfassen organische, anorganische und metallorganische Synthesen. Viele Jahre lang wurde die organische Synthese von einer Reihe von Reaktionen dominiert. Betrachten Sie, um nur einige zu nennen, Kondensationsreaktionen und Grignard-Reaktionen, bei denen Spezies, die formal als polare metallorganische Kohlenstoffe bezeichnet werden, Kohlenstoffe mit Kohlenstoffen mit niedriger Elektronendichte angreifen; Friedel-Craft-Reaktionen, bei denen aktive Spezies formal aus polaren metallorganischen Carbokationen gebildet werden und der Träger von aromatischen Elektronendonoren oder ähnlichen Spezies bereitgestellt wird; omolytische Reaktionen, bei denen die angreifende Spezies ein Radikal ist; Wittig-Reaktionen, bei denen Zwitter-Phosphor-Kohlenstoff Carbonylgruppen angreift, und schließlich Diels-Alder- oder elektrocyclische Reaktionen.

Die Reaktionen wurden traditionell zum Erhitzen in Lösungsmitteln aus Ethylether, Benzol oder Chloroform in Gegenwart von gegenüber protischen Lösungsmitteln empfindlichen metallorganischen Reagenzien sowie in Ethanol oder Ethanolwasser durchgeführt. Bei der anorganischen Synthese stützten sie sich hauptsächlich auf Austausch- oder Oxidationsprozesse vorwiegend in wässriger Lösung. In jüngerer Zeit hat die Notwendigkeit, mit labilen Spezies in katalytischen Prozessen zu arbeiten, zur Verwendung von inerten und nicht-protonischen Synthesetechniken geführt.

Hocheffiziente katalytische Synthese und Selektivität. Obwohl die katalytische Synthese seit mehreren Jahrzehnten eine industrielle Realität ist, haben sie sich beeindruckend weiterentwickelt und die Effizienz in Bezug auf Geschwindigkeit, Rotation, Rendering und Selektivität verbessert. Unter Selektivität versteht man nicht nur Chemoselektivität, sondern auch Regioselektivität, Stereoselektivität und Enantioselektivität.

So sind die bekannten Friedel-Crafts-Reaktionen derzeit durch den Einsatz von Metalloxiden, insbesondere Zeolithen, realisierbar. In ähnlicher Weise werden viele säurekatalysierte Reaktionen, wie die Oxidation von sauerstoffabgereicherten Olefinen zu Epoxiden, die Oxidation von Phenolen zu Diphenolen und Säureumsetzungen vorteilhafterweise mit Zeolith-Feststoffkatalysatoren erreicht. Saure Feststoffe katalysieren auch das Kracken und die Dehydrierung verschiedener Arten von Olefinkohlenwasserstoffen.

Die Kunst, Sauerstoff auf die Reaktionsfläche eines Katalysators zu leiten, liegt der Entwicklung dieser Methoden zugrunde, die in vielen Fällen die Bewegung von Ionen in einem festen Gitter sicherstellen. Im Gegensatz zu festen Säurekatalysatoren stellen die basischen die modernste Version der katalysatorbasierten Synthese dar.

Übergangsmetallkatalyse. Dabei wird die Koordinationsfähigkeit des Metalls genutzt, um gerichtete Bindungen mit Molekülen oder mit organischen oder anorganischen Gruppen aufzubauen, die auf diese Weise aktiviert, dh in reaktive Spezies überführt werden. An diesen Bindungen können verschiedene Arten von Reaktionen auftreten, wie z. B. die Einführung ungesättigter Verbindungen, gefolgt von einer Reduktion, die das Metall in seinen ursprünglichen Oxidationszustand zurückversetzt und es ihm ermöglicht, als Katalysator zu wirken.

Alternativ können viele andere Reaktionsschritte durchgeführt werden, die es ermöglichen, die Metallkette umzuwandeln, bevor sie vollständig eliminiert wird. Enthalten ist eine vereinfachte Darstellung der Arbeit des Katalysators M bei verschiedenen Reaktionstypen. Katalytische Reaktionen dieser Art und viele andere haben in der Industrie Anwendung gefunden. Derzeit konzentriert sich die Forschung auf die Entwicklung einer hohen Effizienz und Selektivität der Synthese. Die Chemie bietet dem Forscher mehrere Möglichkeiten: von der Änderung der Metall- und Oxidationsstufe über das Design des Binders bis hin zum Einsatz verschiedener Reaktionsmedien.

Tatsächlich muss für jede Metallreaktion das richtige Potential verwendet werden, um den gewünschten Syntheseweg voranzutreiben. Die Konzentrierung des dünnen Metalls erfolgt dann über Bindemittel, die sehr komplex sein können, da sie die Aufgabe haben, die Bewegung von Elektronen von oder aus der katalytischen Stelle und den Zugang von Substrat und Reaktant zu derselben Stelle zu steuern so, dass unerwünschte Nebenreaktionen vermieden werden. Das Lösungsmittel bzw. das Reaktionsmedium insgesamt kann einen entscheidenden Einfluss auf die Bindung von Bindemitteln und Substraten an das Metallzentrum und deren Dissoziation haben.

Es sollte beachtet werden, dass Bindemittel, Substrate und Reagenzien aufgrund der Bildung zu stabiler Komplexe eine Hemmung der katalytischen Aktivität verursachen können, was ein ernstes Problem bei der Entwicklung effizienter katalytischer Systeme darstellt. Nicht weniger wichtig ist das Problem, die Faktoren zu identifizieren, die für die Steuerung der Selektivität in ihren Aspekten der Chemo-, Regio-, Stereo- und Enantioselektivität verantwortlich sind.

Das Thema von größtem Interesse für Forscher der organischen Synthese betrifft die asymmetrische Katalyse. Der selektive Erhalt nur eines der beiden Enantiomere, aus denen eine asymmetrische Kohlenstoffchemikalie besteht, ist ein langfristiges Ziel, da es sich um eine Mischung aus Gleichen handelt Chemikalien sind sie chemisch nicht trennbar, werden aber aufgrund ihrer Fähigkeit, die Ebene des polarisierten Lichts zu drehen, nachgewiesen und werden daher als optisch aktive Substanzen bezeichnet. traditionelle Methode Die Gewinnung eines reinen Enantiomers ist eine indirekte Trennung, bei der ein racemisches Gemisch zweier Enantiomere einer Wechselwirkung mit einer enantiomerenreinen Substanz unterzogen wird.

Ausgehend von einer Verbindung mit einem asymmetrischen Kohlenstoff wird eine Verbindung mit zwei Chiralitätszentren für jedes der beiden Enantiomere erhalten. Um die beiden gewünschten reinen Enantiomere zu erhalten, kann "ein chemischer Vorgang, der in der Lage ist, den zur Regenerierung verwendeten Exzipienten zu eliminieren und ihn dann zu regenerieren" verwendet werden. Die asymmetrische Katalyse basiert auf der Bildung zweier Diastereoisomere durch die Koordination eines Substrats, das für die Umwandlung in eine chirale Verbindung und damit für die Erforschung eines metallorganischen Komplexes mit einem optisch aktiven Liganden geeignet ist.

Diese Methode wurde bei der gezielten Synthese wichtiger Feinchemikalien angewendet. Die noch offenen Probleme beziehen sich hauptsächlich auf die Implementierung katalytischer Komplexe, die in der Lage sind, volle Enantioselektivität zu erzielen, indem Liganden mit der richtigen Geometrie entworfen werden. Ein weiteres Problem ist die Verstärkung der Chiralität: Ausgehend von "minimaler optischer Aktivität werden mit geeigneten katalytischen Systemen sehr hohe Werte erreicht, die in der Lage sind, die enantiomere Form zu begünstigen, indem sie die andere inaktivieren".

Die Entwicklung neuer und besser geeigneter Katalysatoren wird intensiv fortgesetzt. Symmetrieüberlegungen stehen im Mittelpunkt der jüngsten Entwicklungen bei der Entwicklung von Polymerisationsbindemittelkatalysatoren. Es sei darauf hingewiesen, dass die Synthese von Polymeren auf der Wiederholung elementarer Vorgänge, wie der Kondensation zweier Gruppen oder der Anlagerung reaktiver Substanzen an ein Akzeptorsubstrat, beruht. Der Ziegler-Natta-Katalysator wirkt in der koordinierenden Sphäre eines Komplexes, der eine Metallbindung enthält. Obwohl wichtige industrielle Fortschritte im Gange sind, wie die Synthese von Polyethylen und Polypropylen, hat die jüngste Forschung zur Schaffung einer breiten Palette von Katalysatorsystemen geführt, die beide homogen sind und heterogen, wodurch die Kontrolle der Reaktivität von spezifischen Stellen, an denen die Polymerkette wächst, ermöglicht wird.

Neue Mittel zur chemischen Synthese. Die Geschwindigkeit und Selektivität chemischer Synthesen wird stark durch das Reaktionsmedium beeinflusst, in dem sie ablaufen. Die Untersuchung von Ionenpaaren in Lösung bestimmte lange Zeit die Entwicklung der Synthese durch die Verwendung von dipolar aprotischen Lösungsmitteln wie Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Tetramethylharnstoff usw. Kann kationische Spezies stärker koordinieren als anionische Spezies, daher wird beispielsweise das Fluoridion in Cäsiumfluorid durch Dimethylformamid, das als Lösungsmittel verwendet wird, schwach koordiniert, um in vielen Kondensationsreaktionen katalytische Aktivität anstelle herkömmlicher Basenkatalysatoren zeigen zu können.