Проблемы и решения на уровне структурной химии

"Структурная химия" – понятие условное. Речь идет об уровне развития химических знаний, при котором главенствующую роль играет структура молекулы реагента.

С возникновением структурной химии появился мощный инструмент целенаправленного качественного преобразования веществ. В свое время на химиков оказала влияние теория валентности Ф.А. Кекуле и присущий его формулам схематизм. Они наталкивали исследователей на попытки синтеза самых разнообразных веществ путем комбинирования всевозможных органических радикалов и бирадикалов типа СН, СН₂, СОН, СН₃ и т.д., которые можно было получить посредством преобразования соответствующих молекул. Теория химического строения A.M. Бутлерова способствовала активным действиям химиков в этом направлении.

В 1860-1880-е гг. появился термин "органический синтез". В это время были синтезированы на основе простейших углеводов из каменноугольной смолы и аммиака анилиновые красители – фуксин, анилиновая соль, ализарин. Затем получены индиго, флавоны и ксантоны; взрывчатые вещества – тринитротолуол, тринитрофенол; лекарственные препараты – уротропин, аспирин, фенацетин, антифебрин, салол и др. Это был период триумфального шествия органического синтеза.

Однако сведений только о молекулах вещества, находящегося в дореакционном состоянии, которые давала структурная химия, оказалось недостаточно для того, чтобы управлять процессами превращения веществ. Производство, основанное на базе органического синтеза, имело очень низкие выходы продуктов и очень большие побочные отходы, кроме синтеза азокрасителей и взрывчатых веществ.

Кроме того, для производства на основе органического синтеза использовалось дорогостоящее сырье сельскохозяйственного производства – зерно, жиры, молочные продукты.

Проблемы структурной неорганической химии – это, по существу, проблемы химии твердого тела. В широком смысле их две: поиск путей синтеза кристаллов максимальным приближением к идеальной решетке для получения материалов с высокой механической прочностью, термостойкостью и долговечностью в эксплуатации и создание методов получения кристаллов, содержащих запроектированные дефекты решетки, чтобы получить материалы с заданными электрофизическими и оптическими свойствами.

Каждая из названных проблем имеет свои сложности. Для решения первой необходимо соблюдение таких условий выращивания кристаллов, которые исключали бы воздействие на процесс всех внешних факторов, в том числе поле гравитации, т.е. земное притяжение. Поэтому данные кристаллы выращивают на орбитальных станциях в космосе. Решение второй проблемы затруднено тем, что наряду с запроектированными дефектами практически всегда образуются и непроизвольные. Для их устранения применяются различные структурирующие добавки подобно тому, как это делается при легировании сталей.