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化学合成（化学結合）とは、1つ以上の生成物を得るために化学反応を人工的に実行することです。[ 1 ]これは、通常1つ以上の反応を伴う物理的および化学的な操作によって行われます。現代の実験室での使用では、このプロセスは再現性があり信頼できます。
化学合成では、特定の条件下で変換を受ける1つ以上の化合物（試薬または反応物と呼ばれる）が関与します。目的の生成物を生成するために、さまざまな反応タイプを適用できます。多くの反応では、最終生成物を分離するために、何らかの処理（「後処理」）または精製手順が必要です。 [ 1 ]
化学合成によって生成される量は、反応収率として知られています。通常、収率はグラム単位の質量（実験室環境の場合）または制限試薬に基づいて生成できる理論上の総量の割合として表されます。[ 2 ]副反応は、望ましい収率を低下させる可能性のある望ましくない化学反応です。合成という言葉は、化学者のヘルマン・コルベによって化学の文脈で初めて使用されました。[ 3 ]
化学合成では、反応物Aを反応生成物Bに直接変換するよりも複雑な、効率的かつ精密な分子変換を実現するために、さまざまな戦略が用いられます。これらの戦略は、反応シーケンスを管理するためのアプローチとして分類できます。
多段階合成では、一連の化学反応が行われ、次の段階に進む前に中間体を単離するための後処理がそれぞれ必要になります。[ 4 ]例えば、パラセタモールの合成では、通常、3 つの別々の反応が必要です。分岐合成は、共通の中間体から始まり、異なる反応経路を経て複数の最終生成物に分岐します。収束合成では、独立して合成された複数の中間体を組み合わせて複雑な最終生成物を作成します。ワンポット合成では、同じ容器内で複数の反応が行われ、中間体を単離することなく連続的な変換が可能になり、物質の損失、時間、および追加の精製の必要性が削減されます。ワンポット合成の特定のタイプのカスケード反応は、単一の反応物内で連続的な変換を可能にすることでプロセスをさらに合理化し、資源の消費を最小限に抑えます。
触媒は、反応を促進し、特定の変換を可能にすることで、化学合成において重要な役割を果たします。光酸化還元触媒は、小分子の活性化と金属触媒の酸化状態を制御することで、反応条件をより高度に制御できます。生体触媒は、酵素を触媒として利用し、穏やかな条件下で高い特異性をもって化学反応を促進します。
化学選択性とは、分子中の特定の官能基のみが反応し、他の官能基は影響を受けないことを保証する性質である。保護基は、反応部位を一時的に覆い隠すことで、選択的な反応を可能にする。速度論的制御は、生成物を迅速に生成する反応経路を優先するが、その結果、不安定な化合物が生じることが多い。一方、熱力学的制御は、最も安定な生成物の生成を優先する。
逆合成解析は、標的分子をより単純な前駆体に分解することで複雑な合成を計画するために使用される戦略です。フローケミストリーは、反応物を反応器に送り込む連続反応法であり、反応条件とスケールアップを精密に制御できます。このアプローチは、タモキシフェンなどの医薬品の大規模生産に採用されています。[ 5 ]
有機合成は、有機化合物の合成を扱う特殊な化学合成の一種です。複雑な生成物の全合成では、目的の生成物を合成するために複数の手順を連続して行う必要があり、多くの時間を要します。純粋な合成化学合成は、基本的な実験室化合物から始まります。半合成プロセスは、植物や動物由来の天然物から始まり、それらを修飾して新しい化合物を生成します。
無機合成と有機金属合成は、非有機成分を多く含む化合物を調製するために用いられる。一例として、テトラクロロ白金酸カリウムから抗がん剤シスプラチンを調製することが挙げられる。[ 6 ]
グリーンケミストリーを用いた化学合成は、操作を簡素化し、環境に優しい溶媒を追求する新しい合成方法と装置の設計を促進します。重要な原則には、すべての反応物原子を最終生成物に組み込むことを目指す原子経済と、化学プロセスにおける廃棄物と非効率性の削減が含まれます。グリーンケミストリーの革新は、より持続可能で効率的な化学合成に貢献し、従来の方法による環境および健康への影響を軽減します。[ 7 ]
化学合成は様々な産業において極めて重要な役割を果たしており、現実世界に大きな影響を与える材料、医薬品、技術の開発を可能にしている。
触媒作用：触媒の開発は、石油精製、石油化学製品の製造、汚染防止など、数多くの工業プロセスにとって不可欠です。化学プロセスによって合成された触媒は、これらの作業の効率と持続可能性を高めます。[ 9 ]
医学：有機合成は創薬において重要な役割を果たしており、化学者は有機分子を修飾することで新しい薬を開発・最適化することができる。[ 9 ]さらに、医療画像診断や癌治療のための金属錯体の合成は化学合成の重要な応用例であり、高度な診断および治療技術を可能にしている。[ 10 ]
バイオ医薬品：化学合成は、モノクローナル抗体やその他の生物製剤を含むバイオ医薬品の製造において非常に重要です。化学合成により、これらの治療に使用される有機化合物や生物由来化合物の作成と改変が可能になります。DNA組換え技術や細胞融合などの高度な技術は、特定の疾患に合わせて調整された生物製剤を製造するために化学合成に依存しており、それらが効果的に作用し、疾患を正確に標的とすることを保証します。[ 11 ]