Προϊόν (χημεία)

Προϊόντα (Products) είναι τα είδη που σχηματίζονται από χημικές αντιδράσεις.^[1] Κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης, τα αντιδρώντα μετατρέπονται σε προϊόντα αφού περάσουν από μια μεταβατική κατάσταση υψηλής ενέργειας. Αυτή η διαδικασία έχει ως αποτέλεσμα την κατανάλωση των αντιδρώντων. Μπορεί να είναι μια αυθόρμητη αντίδραση (spontaneous reaction) ή να διαμεσολαβείται από καταλύτες που μειώνουν την ενέργεια της μεταβατικής κατάστασης και από διαλύτες που παρέχουν το απαραίτητο χημικό περιβάλλον για να λάβει χώρα η αντίδραση. Όταν παριστάνονται σε χημικές εξισώσεις, τα προϊόντα σχεδιάζονται κατά σύμβαση στη δεξιά πλευρά, ακόμη και στην περίπτωση των αμφίδρομων αντιδράσεων.^[2] Οι ιδιότητες των προϊόντων όπως οι ενέργειές τους βοηθούν στον προσδιορισμό πολλών χαρακτηριστικών μιας χημικής αντίδρασης, όπως εάν η αντίδραση είναι εξώεργη ή ενδόεργη. Επιπλέον, οι ιδιότητες ενός προϊόντος μπορούν να διευκολύνουν την εκχύλιση και τον καθαρισμό μετά από μια χημική αντίδραση, ειδικά εάν το προϊόν έχει διαφορετική κατάσταση της ύλης από τα αντιδρώντα.

Τα προϊόντα της αντίδρασης της καύσης του μεθανίου είναι το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό.

Αυθόρμητη αντίδραση ${\displaystyle R\rightarrow P}$ Όπου το R είναι αντιδρών και το P είναι προϊόν.

Καταλυόμενη αντίδραση ${\displaystyle R+C\rightarrow P+C}$ Όπου το R είναι αντιδρών, το P είναι προϊόν και το C είναι καταλύτης.

Μεγάλο μέρος της έρευνας στη χημεία επικεντρώνεται στη χημική σύνθεση και χαρακτηρισμό ωφέλιμων προϊόντων, καθώς και στην ανίχνευση και απομάκρυνση ανεπιθύμητων προϊόντων. Οι συνθετικοί χημικοί μπορούν να υποδιαιρεθούν σε ερευνητές χημικούς που σχεδιάζουν νέες χημικές ουσίες και πρωτοστατούν σε νέες μεθόδους για τη σύνθεση χημικών, καθώς και σε χημικούς επεξεργασίας που κλιμακώνουν την παραγωγή χημικών και την καθιστούν ασφαλέστερη, πιο περιβαλλοντικά βιώσιμη και πιο αποτελεσματική.^[3] Άλλα πεδία περιλαμβάνουν χημικούς φυσικών προϊόντων που απομονώνουν προϊόντα που δημιουργούνται από ζωντανούς οργανισμούς και στη συνέχεια χαρακτηρίζουν και μελετούν αυτά τα προϊόντα.

Προσδιορισμός της αντίδρασης

Τα προϊόντα μιας χημικής αντίδρασης επηρεάζουν διάφορες πτυχές της αντίδρασης. Εάν τα προϊόντα έχουν χαμηλότερη ενέργεια από τα αντιδρώντα, τότε η αντίδραση θα εκλύσει περίσσεια ενέργειας καθιστώντας την εξώεργη αντίδραση. Τέτοιες αντιδράσεις είναι θερμοδυναμικά ευνοϊκές και τείνουν να συμβαίνουν μόνες τους. Εάν η χημική κινητική της αντίδρασης είναι αρκετά υψηλή, ωστόσο, η αντίδραση μπορεί να συμβεί πολύ αργά για να παρατηρηθεί ή να μην συμβεί καθόλου. Αυτό συμβαίνει με τη μετατροπή του διαμαντιού σε γραφίτη χαμηλότερης ενέργειας σε ατμοσφαιρική πίεση, σε μια τέτοια αντίδραση το διαμάντι θεωρείται μετασταθερό και δεν θα παρατηρηθεί ότι μετατρέπεται σε γραφίτη.^[4][5] Εάν τα προϊόντα έχουν υψηλότερη χημική ενέργεια από τα αντιδρώντα, η αντίδραση θα απαιτήσει ενέργεια για να διεξαχθεί και επομένως είναι μια ενδόεργη αντίδραση. Επιπλέον, εάν το προϊόν είναι λιγότερο σταθερό από ένα αντιδρόν, τότε η υπόθεση του Leffler ισχύει ότι η κατάσταση μετάβασης θα μοιάζει περισσότερο με το προϊόν παρά με το αντιδρόν.^[6] Μερικές φορές το προϊόν θα διαφέρει αρκετά σημαντικά από το αντιδρόν ώστε να καθαρίζεται εύκολα μετά την αντίδραση, όπως όταν ένα προϊόν είναι αδιάλυτο και καθιζάνει εκτός διαλύματος ενώ τα αντιδρώντα παρέμειναν διαλυμένα.

Ιστορικό

Από τα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα, οι χημικοί ασχολούνται όλο και περισσότερο με τη σύνθεση χημικών προϊόντων.^[7] Οι κλάδοι που επικεντρώνονται στην απομόνωση και τον χαρακτηρισμό προϊόντων, όπως οι χημικοί φυσικών προϊόντων, παραμένουν σημαντικοί στον τομέα και ο συνδυασμός της συνεισφοράς τους μαζί με τους συνθετικούς χημικούς έχει οδηγήσει σε μεγάλο μέρος του πλαισίου μέσω του οποίου γίνεται κατανοητή η χημεία σήμερα.^[7] Μεγάλο μέρος της συνθετικής χημείας ασχολείται με τη σύνθεση νέων χημικών ουσιών όπως συμβαίνει στο σχεδιασμό και τη δημιουργία νέων φαρμάκων, καθώς και στην ανακάλυψη νέων συνθετικών τεχνικών. Ξεκινώντας στις αρχές της δεκαετίας του 2000, η χημεία διεργασιών (process chemistry) άρχισε να αναδύεται ως ένα ξεχωριστό πεδίο της συνθετικής χημείας που επικεντρώθηκε στην κλιμάκωση της χημικής σύνθεσης σε βιομηχανικά επίπεδα, καθώς και στην εύρεση τρόπων για να γίνουν αυτές οι διαδικασίες πιο αποτελεσματικές, ασφαλέστερες και περιβαλλοντικά υπεύθυνες.^[3]

Βιοχημεία

Μετατροπή του σακχάρου του δισακχαρίτη λακτόζης (υπόστρωμα) σε δύο σάκχαρα μονοσακχαριτών (προϊόντα) από το ένζυμο λακτάσης.)

Στη βιοχημεία, τα ένζυμα δρουν ως βιολογικοί καταλύτες για να μετατρέψουν το υπόστρωμα σε προϊόν.^[8] Παραδείγματος χάρη, τα προϊόντα του ενζύμου λακτάση είναι η γαλακτόζη και η γλυκόζη, τα οποία παράγονται από το υπόστρωμα λακτόζης.

${\displaystyle S+E\rightarrow P+E}$

• Όπου το S είναι το υπόστρωμα, το Ρ είναι το προϊόν και το Ε είναι το ένζυμο.

Μη αποκλειστικότητα προϊόντος (Product promiscuity)

Ορισμένα ένζυμα εμφανίζουν μια μορφή μη αποκλειστικότητας όπου μετατρέπουν ένα μόνο υπόστρωμα σε πολλά διαφορετικά προϊόντα. Συμβαίνει όταν η αντίδραση λαμβάνει χώρα μέσω μιας μεταβατικής κατάστασης υψηλής ενέργειας που μπορεί να αναλυθεί σε μια ποικιλία διαφορετικών χημικών προϊόντων.^[9]

Αναστολή προϊόντος

Ορισμένα ένζυμα αναστέλλονται από το προϊόν της αντίδρασης δεσμεύονται στο ένζυμο και μειώνουν τη δραστηριότητά του.^[10] Αυτό μπορεί να είναι σημαντικό στη ρύθμιση του μεταβολισμού ως μια μορφή αρνητικής ανάδρασης του ελέγχου των μεταβολικών οδών.^[11] Η αναστολή προϊόντος είναι επίσης ένα σημαντικό θέμα στη βιοτεχνολογία, καθώς η υπέρβαση αυτού του αποτελέσματος μπορεί να αυξήσει την απόδοση ενός προϊόντος.^[12]