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Síntesis biomimética

La síntesis biomimética es un área de la síntesis química orgánica que está específicamente inspirada en la biología. El término abarca tanto la prueba de una "hipótesis biogenética" ( curso conjeturado de una biosíntesis en la naturaleza) a través de la ejecución de una serie de reacciones diseñadas para ser paralelas a la biosíntesis propuesta, como también programas de estudio donde una reacción sintética o reacciones dirigidas a un objetivo sintético deseado están diseñadas para imitar una o más transformaciones enzimáticas conocidas de una vía biosintética establecida . [1] [2] El primer ejemplo generalmente citado de una síntesis biomimética es la síntesis orgánica del alcaloide tropinona de Sir Robert Robinson . [3]

Un ejemplo más reciente es la ciclización mediada por carbenio de EJ Corey de un polieno lineal diseñado para proporcionar un sistema de anillo esteroide tetracíclico, [4] que se basó en estudios de ciclizaciones catiónicas de polienos lineales de Albert Eschenmoser y Gilbert Stork , [5] [6] y los estudios extensos de WS Johnson para definir los requisitos para iniciar y terminar la ciclización, y para estabilizar el grupo carbenio catiónico durante la ciclización (como la naturaleza logra a través de enzimas durante la biosíntesis de esteroides como el colesterol ). [7] En relación con la segunda definición, se puede decir que los catalizadores orgánicos o inorgánicos sintéticos aplicados para lograr una transformación química lograda en la naturaleza por un biocatalizador (por ejemplo, un catalizador puramente proteico , un metal u otro cofactor unido a una enzima , o una ribozima ) están logrando una síntesis biomimética, donde el diseño y la caracterización de tales sistemas catalíticos se ha denominado química biomimética . [8] [9] [10]

Síntesis dePrototipo-dafnifilina

La proto -dafnifilina se biosintetiza a partir del escualeno.
(a) Precursores clave A y B para la síntesis de proto -dafnifilina. (b) Mecanismos para convertir el dialdehído A en proto -dafnifilina.

La proto -dafnifilina es un precursor en la biosíntesis de una familia de alcaloides que se encuentran en Daphniphyllum macropodum . Es de interés debido a su compleja estructura molecular, lo que la convierte en un objetivo desafiante para los métodos de síntesis orgánica convencionales debido a la estructura de anillo fusionado y al centro de carbono espiro. Basándose en una ruta de biosíntesis propuesta de proto -dafnifilina a partir de escualeno , Clayton Heathcock y sus colaboradores desarrollaron una síntesis total notablemente elegante y corta de proto -dafnifilina a partir de materiales de partida simples. [11] Este es un ejemplo de cómo la síntesis biomimética puede simplificar la síntesis total de un producto natural complejo.

El paso clave en la ruta sintética de Heathcock implica una ciclización de los dialdehídos acíclicos A o B para formar proto -dafnifilina. Ambos dialdehídos (A o B) tienen esqueletos carbonados análogos al escualeno y pueden sintetizarse a partir de materiales de partida simples. El tratamiento de A o B con una secuencia de reactivos simples que contienen hidróxido de potasio , amoníaco y ácido acético condujo a la formación de proto -dafnifilina. Se formaron seis enlaces σ y cinco anillos en este notable paso. Se propuso en el informe original que el intermedio hidroxildihidropirano C se formó primero cuando el material de partida dialdehído (A) se trató con hidróxido de potasio. Un intermedio 2-aza-1, 3-dieno (D) se generó a partir de la reacción del intermedio C con amoníaco. Una reacción de Diels-Alder catalizada por ácido formó el intermedio E que se convirtió posteriormente en el producto final en las condiciones de reacción.

Ejemplos de síntesis biomiméticas en Wikipedia

Otros ejemplos bibliográficos de síntesis biomiméticas

Referencias

  1. ^ de la Torre MC, Sierra MA (enero de 2004). "Comentarios sobre logros recientes en síntesis orgánica biomimética". Angew. Chem. Int. Ed. Engl . 43 (2): 160–81. doi :10.1002/anie.200200545. PMID  14695603.
  2. ^ van Tamelen EE (1961). "Síntesis de productos naturales de tipo biogenético". Fortschritte der Chemie Organischer Naturstoffe / Progreso en la química de los productos naturales orgánicos / Progrès dans la Chimie des Substances Organiques Naturelles . vol. 19. págs. 242–290. doi :10.1007/978-3-7091-7156-1_5. ISBN 978-3-7091-7158-5. Número PMID  13924635. {{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )
  3. ^ Robinson R (1917). "LXIII. Una síntesis de tropinona". Revista de la Sociedad Química, Transacciones . 111 : 762–768. doi :10.1039/CT9171100762.
  4. ^ Corey EJ, Luo G, Lin LS (1997). "Una síntesis enantioselectiva simple del sesterterpeno marino tetracíclico biológicamente activo escalarenedial". J. Am. Chem. Soc . 119 (41): 9927–28. doi :10.1021/ja972690l.
  5. ^ Eschenmoser A, Felix D, Gut M, Meier J, Stadler P (1959). "Algunos aspectos de las ciclizaciones catalizadas por ácidos de polienos terpenoides". En Wolstenholme GE, O'Conner M (eds.). Simposio de la Fundación Ciba sobre la biosíntesis de terpenos y esteroides . Simposios de la Fundación Novartis. Londres: J. & A. Churchill. págs. 217–230. doi :10.1002/9780470719121.ch14. ISBN . 9780470719121.
  6. ^ Stork G, Burgstrahler AW (1955). "La estereoquímica de la ciclización de polienos". J. Am. Chem. Soc . 77 (19): 5068–77. doi :10.1021/ja01624a038.
  7. ^ Johnson WS, Marshall JA, Keana JF, Franck RW, Martin DG, Bauer JV (1966). "Síntesis total de esteroides: enfoque hidrocriseno: XVI: conesina racémica, progesterona, colesterol y algunos productos naturales relacionados". Tetrahedron . 22 : 541–601. doi :10.1016/S0040-4020(01)90961-5.
  8. ^ Breslow R (enero de 2009). "Química biomimética: la biología como inspiración". The Journal of Biological Chemistry . 284 (3): 1337–42. doi : 10.1074/jbc.X800011200 . PMID  18784073.
  9. ^ Lee SC, Holm RH (abril de 2003). "Química sintética especulativa y el problema de la nitrogenasa". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 100 (7): 3595–600. doi : 10.1073/pnas.0630028100 . PMC 152967 . PMID  12642670. 
  10. ^ Breslow R (1995). "Química biomimética y enzimas artificiales: catálisis por diseño". Accounts of Chemical Research . 28 (3): 146–153. doi :10.1021/ar00051a008.
  11. ^ Piettre S, Heathcock CH (junio de 1990). "Síntesis total biomimética de proto-dafnifilina". Science . 248 (4962): 1532–4. Bibcode :1990Sci...248.1532P. doi :10.1126/science.248.4962.1532. PMID  17818314. S2CID  37777797.
  12. ^ Gao S, Chen C (2012). "Nakiterpiosin". En Li JJ, Corey EJ (eds.). Síntesis total de productos naturales: en las fronteras de la química orgánica . Berlín: Springer. págs. 25–38. ISBN 978-3-642-34065-9.
  13. ^ Heathcock CH , Hansen MM, Ruggeri RB, Kath JC (1992). "Alcaloides de Daphniphyllum. 11. Síntesis total biomimética de homosecodafnifilato de metilo. Desarrollo de la reacción de tetraciclación". Journal of Organic Chemistry . 57 (9): 2544–53. doi :10.1021/jo00035a008.
  14. ^ Heathcock CH , Piettre S, Ruggeri RB, Ragan JA, Kath JC (1992). "Alcaloides de Daphniphyllum. 12. Una biosíntesis propuesta del esqueleto pentacíclico. proto -Daphniphylline". Journal of Organic Chemistry . 57 (9): 2554–66. doi :10.1021/jo00035a009.

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