La síntesis orgánica es una rama especial de la síntesis química y se ocupa de la construcción intencional de compuestos orgánicos . [1] Las moléculas orgánicas son a menudo más complejas que los compuestos inorgánicos y su síntesis se ha convertido en una de las ramas más importantes de la química orgánica . Hay varias áreas principales de investigación dentro del área general de síntesis orgánica: síntesis total , semisíntesis y metodología .
Síntesis total
Una síntesis total es la síntesis química completa de moléculas orgánicas complejas a partir de precursores naturales o petroquímicos simples disponibles comercialmente . [2] La síntesis total puede lograrse mediante un enfoque lineal o convergente. En una síntesis lineal —a menudo adecuada para estructuras simples— se realizan varios pasos uno tras otro hasta completar la molécula; los compuestos químicos elaborados en cada paso se denominan intermedios sintéticos. [2] Muy a menudo, cada paso en una síntesis se refiere a una reacción separada que tiene lugar para modificar el compuesto de partida. Para moléculas más complejas, puede ser preferible un enfoque sintético convergente , uno que implique la preparación individual de varias "piezas" (intermedios clave), que luego se combinan para formar el producto deseado. [ cita requerida ] La síntesis convergente tiene la ventaja de generar un mayor rendimiento, en comparación con la síntesis lineal.
Robert Burns Woodward , que recibió el Premio Nobel de Química de 1965 por varias síntesis totales [3] (por ejemplo, su síntesis de estricnina de 1954 [4] ), es considerado el padre de la síntesis orgánica moderna. Algunos ejemplos recientes incluyen las síntesis totales de Wender , [5] Holton , [6] Nicolaou , [7] y Danishefsky [8] del tratamiento terapéutico contra el cáncer, paclitaxel (nombre comercial, Taxol ). [9]
Metodología y aplicaciones
Cada paso de una síntesis implica una reacción química , y los reactivos y las condiciones para cada una de estas reacciones deben diseñarse para dar un rendimiento adecuado de producto puro, con el menor número de pasos posible. [10] Puede que ya exista un método en la literatura para fabricar uno de los primeros intermedios sintéticos, y este método generalmente se utilizará en lugar de un esfuerzo por "reinventar la rueda". Sin embargo, la mayoría de los intermediarios son compuestos que nunca se han elaborado antes, y estos normalmente se fabricarán utilizando métodos generales desarrollados por investigadores de metodología. Para ser útiles, estos métodos deben proporcionar altos rendimientos y ser confiables para una amplia gama de sustratos . Para aplicaciones prácticas, los obstáculos adicionales incluyen estándares industriales de seguridad y pureza. [11]
La investigación metodológica suele implicar tres etapas principales: descubrimiento , optimización y estudios de alcance y limitaciones . El descubrimiento requiere un amplio conocimiento y experiencia con las reactividades químicas de los reactivos apropiados. La optimización es un proceso en el que uno o dos compuestos de partida se prueban en la reacción bajo una amplia variedad de condiciones de temperatura , disolvente , tiempo de reacción , etc., hasta que se encuentran las condiciones óptimas para el rendimiento y la pureza del producto. Finalmente, el investigador intenta extender el método a una amplia gama de diferentes materiales de partida, para encontrar el alcance y las limitaciones. Las síntesis totales (ver arriba) a veces se utilizan para mostrar la nueva metodología y demostrar su valor en una aplicación del mundo real. [12] Estas aplicaciones involucran a industrias importantes enfocadas especialmente en polímeros (y plásticos) y productos farmacéuticos. Algunas síntesis son factibles a nivel académico o de investigación, pero no para la producción a nivel industrial. Esto puede conducir a una mayor modificación del proceso. [13]
Síntesis estereoselectiva
La mayoría de los productos naturales complejos son quirales, [14] [15] y la bioactividad de las moléculas quirales varía con el enantiómero . [16] Históricamente, las síntesis totales apuntaban a mezclas racémicas , mezclas de ambos enantiómeros posibles , después de lo cual la mezcla racémica podría separarse mediante resolución quiral .
En la última mitad del siglo XX, los químicos comenzaron a desarrollar métodos de catálisis estereoselectiva y resolución cinética mediante los cuales las reacciones podían dirigirse para producir solo un enantiómero en lugar de una mezcla racémica. Los primeros ejemplos incluyen hidrogenaciones estereoselectivas (p. Ej., Según lo informado por William Knowles [17] y Ryōji Noyori , [18] y modificaciones de grupos funcionales como la epoxidación asimétrica de Barry Sharpless ; [19] por estos logros específicos, estos trabajadores recibieron el Nobel Premio de Química en 2001. [20] Tales reacciones dieron a los químicos una selección mucho más amplia de moléculas enantioméricamente puras para comenzar, donde antes solo se podían usar materiales de partida naturales. Usando técnicas iniciadas por Robert B. Woodward y nuevos desarrollos en metodología sintética, Los químicos se volvieron más capaces de llevar moléculas simples a moléculas más complejas sin racemización no deseada, al comprender el estereocontrol , permitiendo que las moléculas objetivo finales se sinteticen como enantiómeros puros (es decir, sin necesidad de resolución). Estas técnicas se conocen como síntesis estereoselectiva .
Diseño de síntesis
Elias James Corey aportó un enfoque más formal al diseño de síntesis, basado en el análisis retrosintético , por el que ganó el Premio Nobel de Química en 1990. En este enfoque, la síntesis se planifica hacia atrás desde el producto, utilizando reglas estándar. [21] Los pasos que "desglosan" la estructura principal en partes componentes alcanzables se muestran en un esquema gráfico que usa flechas retrosintéticas (dibujadas como ⇒, que en efecto, significa "está hecho de").
Más recientemente, [ ¿cuándo? ] y menos ampliamente aceptados, se han escrito programas informáticos para diseñar una síntesis basada en secuencias de "semirreacciones" genéricas. [22]
Ver también
- Síntesis orgánicas (revista)
- Métodos en síntesis orgánica (revista)
- Electrosíntesis
- Síntesis automatizada
Referencias
- ↑ Cornforth, JW (1 de febrero de 1993). "El problema con la síntesis" . Revista australiana de química . 46 (2): 157-170. doi : 10.1071 / ch9930157 .
- ^ a b Nicolaou, KC ; Sorensen, EJ (1996). Clásicos en síntesis total . Nueva York: VCH .[ página necesaria ]
- ^ "Nobelprize.org" . www.nobelprize.org . Consultado el 20 de noviembre de 2016 .
- ^ Woodward, RB; Cava, MP; Ollis, WD; Hambre, A .; Daeniker, HU; Schenker, K. (1954). "La síntesis total de estricnina". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 76 (18): 4749–4751. doi : 10.1021 / ja01647a088 .
- ^ Wender, Paul A .; Badham, Neil F .; Conway, Simon P .; Floreancig, Paul E .; Glass, Timothy E .; Gränicher, cristiano; Houze, Jonathan B .; Jänichen, Jan; Lee, Daesung (1 de marzo de 1997). "El camino del pineno a los taxanos. 5. Síntesis estereocontrolada de un precursor del taxano versátil". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 119 (11): 2755–2756. doi : 10.1021 / ja9635387 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Holton, Robert A .; Somoza, Carmen; Kim, Hyeong Baik; Liang, Feng; Biediger, Ronald J .; Barquero, P. Douglas; Shindo, Mitsuru; Smith, Chase C .; Kim, Soekchan (1 de febrero de 1994). "Primera síntesis total de taxol. 1. Funcionalización del anillo B". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 116 (4): 1597-1598. doi : 10.1021 / ja00083a066 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Nicolaou, KC; Yang, Z .; Liu, JJ; Ueno, H .; Nantermet, PG; Guy, RK; Claiborne, CF; Renaud, J .; Couladouros, EA (17 de febrero de 1994). "Síntesis total de taxol". Naturaleza . 367 (6464): 630–634. Código bibliográfico : 1994Natur.367..630N . doi : 10.1038 / 367630a0 . PMID 7906395 .
- ^ Danishefsky, Samuel J .; Masters, John J .; Young, Wendy B .; Link, JT; Snyder, Lawrence B .; Magee, Thomas V .; Jung, David K .; Isaacs, Richard CA; Bornmann, William G. (1 de enero de 1996). "Síntesis total de Baccatin III y Taxol". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 118 (12): 2843–2859. doi : 10.1021 / ja952692a . ISSN 0002-7863 .
- ^ "Taxol - El drama detrás de la síntesis total" . www.org-chem.org . Archivado desde el original el 27 de julio de 2011 . Consultado el 20 de noviembre de 2016 .
- ^ March, J .; Smith, D. (2001). Química orgánica avanzada, 5ª ed . Nueva York: Wiley .[ página necesaria ]
- ^ Carey, JS; Laffan, D .; Thomson, C. y Williams, MT (2006). "Análisis de las reacciones utilizadas para la preparación de moléculas candidatas a fármacos" . Org. Biomol. Chem . 4 (12): 2337–2347. doi : 10.1039 / B602413K . PMID 16763676 .Mantenimiento de CS1: utiliza el parámetro de autores ( enlace )
- ^ Nicolaou, KC; Hale, Christopher RH; Nilewski, Christian; Ioannidou, Heraklidia A. (9 de julio de 2012). "Construcción de complejidad y diversidad molecular: síntesis total de productos naturales de importancia biológica y medicinal" . Reseñas de la Sociedad Química . 41 (15): 5185–5238. doi : 10.1039 / C2CS35116A . ISSN 1460-4744 . PMC 3426871 . PMID 22743704 .
- ^ Chen, Weiming; Suo, Jin; Liu, Yongjian; Xie, Yuanchao; Wu, Mingjun; Zhu, Fuqiang; Nian, Yifeng; Aisa, Haji A .; Shen, Jingshan (8 de marzo de 2019). "Evaluación de rutas orientadas a la industria y optimización de procesos para la preparación de brexpiprazol". Investigación y desarrollo de procesos orgánicos . 23 (5): 852–857. doi : 10.1021 / acs.oprd.8b00438 . ISSN 1083-6160 .
- ^ Blackmond, Donna G. (20 de noviembre de 2016). "El origen de la homoquiralidad biológica" . Perspectivas de Cold Spring Harbor en biología . 2 (5): a002147. doi : 10.1101 / cshperspect.a002147 . ISSN 1943-0264 . PMC 2857173 . PMID 20452962 .
- ^ Welch, CJ (1995). Avances en cromatografía . Nueva York: Marcel Dekker, Inc. p. 172.
- ^ Nguyen, Lien Ai; Él, Hua; Pham-Huy, Chuong (20 de noviembre de 2016). "Drogas quirales: una visión general" . Revista Internacional de Ciencias Biomédicas . 2 (2): 85–100. ISSN 1550-9702 . PMC 3614593 . PMID 23674971 .
- ^ Knowles, William S. (17 de junio de 2002). "Hidrogenaciones asimétricas (Conferencia Nobel)". Angewandte Chemie International Edition . 41 (12): 1998-2007. doi : 10.1002 / 1521-3773 (20020617) 41:12 <1998 :: AID-ANIE1998> 3.0.CO; 2-8 . ISSN 1521-3773 .
- ^ Noyori, R .; Ikeda, T .; Ohkuma, T .; Widhalm, M .; Kitamura, M .; Takaya, H .; Akutagawa, S .; Sayo, N .; Saito, T. (1989). "Hidrogenación estereoselectiva mediante resolución cinética dinámica". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 111 (25): 9134–9135. doi : 10.1021 / ja00207a038 .
- ^ Gao, Yun; Klunder, Janice M .; Hanson, Robert M .; Masamune, Hiroko; Ko, Soo Y .; Sharpless, K. Barry (1 de septiembre de 1987). "Epoxidación asimétrica catalítica y resolución cinética: procedimientos modificados incluida la derivatización in situ". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 109 (19): 5765–5780. doi : 10.1021 / ja00253a032 . ISSN 0002-7863 .
- ^ Servicio. RF (2001). "Paquete de premios de ciencia una casa llena de ganadores". Ciencia . 294 (5542, 19 de octubre): 503–505. doi : 10.1126 / science.294.5542.503b . PMID 11641480 .
- ^ Corey, EJ ; Cheng, XM. (1995). La lógica de la síntesis química . Nueva York: Wiley .[ página necesaria ]
- ^ Todd, Matthew H. (2005). "Síntesis orgánica asistida por computadora" . Reseñas de la Sociedad Química . 34 (3): 247–266. doi : 10.1039 / b104620a . PMID 15726161 .
Otras lecturas
- Corey EJ ; Cheng, XM (1995). La lógica de la síntesis química . Nueva York, NY: John Wiley & Sons . ISBN 978-0471115946.
enlaces externos
- El archivo de síntesis orgánica
- Base de datos de síntesis química
- https://web.archive.org/web/20070927231356/http://www.webreactions.net/search.html
- https://www.organic-chemistry.org/synthesis/
- Colección de síntesis de productos naturales del profesor Hans Reich
- Wiki semántica de síntesis química