 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
128
6.3. Синтез химических веществ
Синтез органических и неорганических соединений
В последние десятилетия активизировались исследования на стыке смежных отраслей
естествознания – химии металлоорганических и бионеорганических соединений, химии твердого
тела, биогеохимии и др. Неорганические элементы и соединения, последнего времени, играют
важную роль в живых системах. Живые системы нельзя считать полностью чисто органическими.
Они весьма чувствительны к ионам металлов почти всей периодической системы элементов
Менделеева. Некоторые ионы принимают участие в таких жизненно важных процессах, как
связывание и транспорт кислорода (железо в гемоглобине), поглощение и конверсия солнечной
энергии (магний в хлорофилле, марганец в фотосистеме, железо в ферродоксине, медь во
фталоцианине), обмен электрическими импульсами между клетками (кальций, калий в нервных
клетках), мышечное сокращение (кальций), ферментативный катализ (кобальт в витамине В
12
) и
др.
Важнейший предмет изучения быстро развивающейся неорганической химии биосистем –
строение ближайшего и дальнего окружения атомов металлов и его изменение под воздействием
кислотных агентов, давления кислорода и других факторов.
Быстро развивается еще одна отрасль – химия элементоорганических соединений. Для
исследования сложнейших структур и связей таких соединений применяются новейшие методы
спектроскопии и рентгеноструктурного анализа, позволившие открыть большое семейство
соединений со сложной структурой. Пример таких соединений – синтезированный ферроцен –
вещество, атомы железа которого расположены между двумя плоскими кольцами.
Химики-металлоорганики стремятся создать новые катализаторы для фиксации азота, т. е. для
превращения молекулярного азота N2 в аммиак NH3
– исходный продукт для производства
удобрений. Одно из важных достижений – синтез соединений, способных избирательно
взаимодействовать с теми молекулами, которые долгое время считались слишком инертными для
химических превращений, но представляли и представляют практический интерес. Например,
насыщенные углеводороды относительно инертны, не содержат двойных или тройных углерод-
углеродных связей. Недавно синтезированы соединения родия и иридия, содержащие фосфины
(PR3), или карбинилы, и другие соединения, которые способны расщеплять связи С–Н в метане и
циклопропане. При сочетании такой важной реакции синтеза с другими видами превращений
можно наладить массовое производство насыщенных углеводородов – ценнейшего
промышленного сырья. Таким способом можно осуществить прямое превращение метана в
метанол – метиловый спирт – важнейшее сырье для производства многих химических веществ.
С участием металлоорганических соединений осуществляются важные промежуточные стадии
многих органических реакций. Данные соединения богаты электронами, поэтому в природе они
играют роль посредника во многих процессах переноса электронов.
Сравнительно новая отрасль химической науки – химия композиционных структур – позволила
синтезировать из двух или более веществ композиты, свойства которых превосходят свойства
каждого из них. Например, синтезированы и производятся неметаллические проводники из
чередующихся слоев, многослойная керамика для соединения полупроводниковых схем. Другой
интересный новый класс материалов – композиты на сверхтонких волокнах. Тонкие волокна
толщиной 50–100 нм (тоньше человеческого волоса) существенно изменяют свойства вещества, в
котором они равномерно распределены. Одна из главных задач химии композитов – изучение
взаимодействия компонентов в таких сложных композиционных системах.
Селективный и фотохимический синтез
Одна из важнейших задач органической химии – достижение селективности, которая
соответствует строго определенным структурным изменениям в молекуле. Для решения такой
довольно трудной задачи нужно изучить реакционную способность реагентов для каждого типа
связи – хемоселективность, создать при взаимодействии реагентов их правильную ориентацию –
региоселективность и заданную периодическую пространственную конфигурацию –
стереоселективность. Например, синтез адамантана С
10
Н
14
дает представление о том, как можно