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Síntesis total

La síntesis total , un área especializada dentro de la química orgánica , se centra en la construcción de compuestos orgánicos complejos, especialmente aquellos que se encuentran en la naturaleza, utilizando métodos de laboratorio. [1] [2] [3] [4] A menudo implica sintetizar productos naturales a partir de materiales de partida básicos disponibles comercialmente. Los objetivos de la síntesis total también pueden ser organometálicos o inorgánicos . [5] [6] Si bien la síntesis total apunta a la construcción completa a partir de materiales de partida simples, la modificación o síntesis parcial de estos compuestos se conoce como semisíntesis .

La síntesis de productos naturales es una herramienta fundamental en diversos campos científicos. En química orgánica, permite probar nuevos métodos sintéticos, validar y promover enfoques innovadores. En química medicinal, la síntesis de productos naturales es esencial para crear compuestos bioactivos, lo que impulsa el progreso en el descubrimiento de fármacos y el desarrollo terapéutico. De manera similar, en biología química , proporciona herramientas de investigación para estudiar los sistemas y procesos biológicos. Además, la síntesis ayuda a la investigación de productos naturales al ayudar a confirmar y dilucidar las estructuras de compuestos recién aislados.

El campo de la síntesis de productos naturales ha progresado notablemente desde principios del siglo XIX, con mejoras en las técnicas sintéticas, métodos analíticos y una comprensión en evolución de la reactividad química. [7] Hoy en día, los enfoques sintéticos modernos a menudo combinan métodos orgánicos tradicionales, biocatálisis y estrategias quimioenzimáticas para lograr síntesis eficientes y complejas, ampliando el alcance y la aplicabilidad de los procesos sintéticos.

Los componentes clave de la síntesis de productos naturales incluyen el análisis retrosintético , que implica la planificación de rutas sintéticas trabajando hacia atrás desde la molécula objetivo para diseñar la vía de construcción más eficaz. El control estereoquímico es crucial para garantizar la disposición tridimensional correcta de los átomos, fundamental para la funcionalidad de la molécula. La optimización de la reacción mejora el rendimiento, la selectividad y la eficiencia, lo que hace que los pasos sintéticos sean más prácticos. Finalmente, las consideraciones de ampliación de escala permiten a los investigadores adaptar las síntesis a escala de laboratorio para una mayor producción, lo que amplía la accesibilidad de los productos sintetizados. Este campo en evolución continúa impulsando avances en el desarrollo de fármacos, la ciencia de los materiales y nuestra comprensión de la diversidad de los compuestos naturales. [8]

Alcance y definiciones

Existen numerosas clases de productos naturales a los que se aplica la síntesis total. Estos incluyen (pero no se limitan a): terpenos , alcaloides , policétidos y poliéteres . [9] A veces se hace referencia a los objetivos de síntesis total por su origen organismal, como planta, marino y fúngico. El término síntesis total se aplica con menos frecuencia, pero aún con precisión, a la síntesis de polipéptidos y polinucleótidos naturales . Las hormonas peptídicas oxitocina y vasopresina se aislaron y sus síntesis totales se informaron por primera vez en 1954. [10] No es raro que los objetivos de productos naturales presenten múltiples componentes estructurales de varias clases de productos naturales.

Objetivos

Aunque esto no es cierto desde una perspectiva histórica (véase la historia del esteroide cortisona ), la síntesis total en la era moderna ha sido en gran medida un esfuerzo académico (en términos de mano de obra aplicada a los problemas). Las necesidades químicas industriales a menudo difieren de los enfoques académicos. Por lo general, las entidades comerciales pueden elegir vías particulares de esfuerzos de síntesis total y gastar recursos considerables en objetivos de productos naturales particulares, especialmente si la semisíntesis se puede aplicar a fármacos complejos derivados de productos naturales . Aun así, durante décadas [11] ha habido una discusión continua sobre el valor de la síntesis total como una empresa académica. [12] [13] [14] Si bien hay algunos casos atípicos, las opiniones generales son que la síntesis total ha cambiado en las últimas décadas, seguirá cambiando y seguirá siendo una parte integral de la investigación química. [15] [16] [17] Dentro de estos cambios, ha habido un enfoque creciente en mejorar la practicidad y la comercialización de los métodos de síntesis total. El grupo de Phil S. Baran en Scripps , un notable pionero de la síntesis práctica, se ha esforzado por crear síntesis escalables y de alta eficiencia que tendrían usos más inmediatos fuera del ámbito académico. [18] [19]

Historia

Síntesis total de vitamina B 12 : Análisis retrosintético de la síntesis total de Woodward-Eschenmoser que fue reportada en dos variantes por estos grupos en 1972. El trabajo involucró a más de 100 estudiantes de doctorado y becarios postdoctorales de 19 países diferentes. La retrosíntesis presenta el desmontaje de la vitamina objetivo de una manera que tiene sentido químico para su eventual construcción hacia adelante. Se prevé que el objetivo, la vitamina B 12 ( I ), se prepare mediante la simple adición de su cola, que anteriormente se había demostrado que era factible. El precursor necesario, el ácido cobírico ( II ), se convierte entonces en el objetivo y constituye el " núcleo de corrina " de la vitamina, y se previó que su preparación sería posible a través de dos piezas, una parte "occidental" compuesta por los anillos A y D ( III ) y una parte "oriental" compuesta por los anillos B y C ( IV ). El análisis restrosintético visualiza entonces los materiales de partida necesarios para fabricar estas dos partes complejas, las moléculas aún complejas V – VIII .

Friedrich Wöhler descubrió que una sustancia orgánica, la urea , podía producirse a partir de materiales de partida inorgánicos en 1828. Ese fue un hito conceptual importante en la química al ser el primer ejemplo de síntesis de una sustancia que solo se conocía como un subproducto de procesos vivos. [2] Wöhler obtuvo urea al tratar cianato de plata con cloruro de amonio , una síntesis simple de un solo paso:

AgNCO + NH4Cl → (NH2 ) 2CO + AgCl

El alcanfor era un producto natural escaso y caro con una demanda mundial. [ ¿cuándo? ] Haller y Blanc lo sintetizaron a partir del ácido alcanforero; [2] sin embargo, el precursor, el ácido alcanfórico, tenía una estructura desconocida. Cuando el químico finlandés Gustav Komppa sintetizó el ácido alcanfórico a partir de oxalato de dietilo y ácido 3,3-dimetilpentanoico en 1904, la estructura de los precursores permitió a los químicos contemporáneos inferir la complicada estructura de anillo del alcanfor. Poco después, [ ¿cuándo? ] William Perkin publicó otra síntesis de alcanfor. [ ¿relevante? ] El trabajo sobre la síntesis química total del alcanfor permitió a Komppa comenzar la producción industrial del compuesto, en Tainionkoski , Finlandia , en 1907.

El químico estadounidense Robert Burns Woodward fue una figura destacada en el desarrollo de síntesis totales de moléculas orgánicas complejas; algunos de sus objetivos fueron el colesterol , la cortisona , la estricnina , el ácido lisérgico , la reserpina , la clorofila , la colchicina , la vitamina B 12 y la prostaglandina F-2a . [2]

Vincent du Vigneaud fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1955 por la síntesis total de los polipéptidos naturales oxitocina y vasopresina , que se publicó en 1954 con la cita "por su trabajo sobre compuestos de azufre bioquímicamente importantes, especialmente por la primera síntesis de una hormona polipeptídica". [20]

Otro químico talentoso es Elias James Corey , quien ganó el Premio Nobel de Química en 1990 por sus logros en la síntesis total y por el desarrollo del análisis retrosintético .

Lista de síntesis totales notables

Referencias

  1. ^ "Definición: Síntesis total". Nature Publishing Group. Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2014. Consultado el 22 de agosto de 2015 .
  2. ^ abcde Nicolaou KC , Vourloumis D, Winssinger N, Baran PS (enero de 2000). "El arte y la ciencia de la síntesis total en los albores del siglo XXI". Angewandte Chemie . 39 (1): 44–122. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(20000103)39:1<44::AID-ANIE44>3.0.CO;2-L. PMID  10649349.
  3. ^ Nicolaou KC, Sorensen EJ (2008). Clásicos en total síntesis. 1: Objetivos, estrategias, métodos v (5ª ed.). Weinheim: VCH. ISBN 978-3-527-29231-8.
  4. ^ Nicolaou KC, Sorensen EJ (2003). Clásicos en total síntesis. 2: Más objetivos, estrategias, métodos . Weinheim: VCH. ISBN 978-3-527-30684-8.
  5. ^ Buck MR, Schaak RE (junio de 2013). "Estrategias emergentes para la síntesis total de nanoestructuras inorgánicas". Angewandte Chemie . 52 (24): 6154–6178. doi :10.1002/anie.201207240. PMID  23610005.
  6. ^ Woodward RB (1963). "Versuche zur Synthese des Vitamins B 12 ". Angewandte Chemie . 75 (18): 871–872. Código bibliográfico : 1963AngCh..75..871W. doi : 10.1002/ange.19630751827.
  7. ^ Armaly AM, DePorre YC, Groso EJ, Riehl PS, Schindler CS (septiembre de 2015). "Descubrimiento de nuevas metodologías y reactivos sintéticos durante la síntesis de productos naturales en la era posterior a la palitoxina". Chemical Reviews . 115 (17): 9232–76. doi :10.1021/acs.chemrev.5b00034. PMID  26176418.
  8. ^ Fay N, Kouklovsky C, de la Torre A (diciembre de 2023). "Síntesis de productos naturales: la búsqueda interminable de la perfección inalcanzable". ACS Organic & Inorganic Au . 3 (6): 350–363. doi :10.1021/acsorginorgau.3c00040. PMC 10704578 . PMID  38075446. 
  9. ^ Springob K (1 de junio de 2009). Productos naturales derivados de plantas. Springer. pp. 3–50. doi :10.1007/978-0-387-85498-4_1. ISBN 978-0-387-85498-4. Recuperado el 24 de junio de 2021 .
  10. ^ du Vigneaud V, Ressler C, Swan JM, Roberts CW, Katsoyannis PG (1954). "La síntesis de oxitocina". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 76 (12): 3115–3121. doi :10.1021/ja01641a004.
  11. ^ Heathcock C (1996). Síntesis química: de la gnosis al pronóstico. Springer. págs. 223-243. doi :10.1007/978-94-009-0255-8_9. ISBN . 978-94-009-0255-8. Recuperado el 24 de junio de 2021 .
  12. ^ Nicolaou KC (1 de abril de 2019). "Esfuerzos de síntesis total y sus contribuciones a la ciencia y la sociedad: un relato personal". CCS Chemistry . 1 (1): 3–37. doi : 10.31635/ccschem.019.20190006 .
  13. ^ Nicolaou KC, Rigol S (noviembre de 2020). "Perspectivas de casi cinco décadas de síntesis total de productos naturales y sus análogos para la biología y la medicina". Natural Product Reports . 37 (11): 1404–1435. doi :10.1039/D0NP00003E. PMC 7578074 . PMID  32319494. 
  14. ^ Qualmann K (15 de agosto de 2019). «Excelencia en la síntesis orgánica industrial: celebrando el pasado, mirando hacia el futuro». ACS Axial . ACS Axial . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  15. ^ Baran PS (abril de 2018). "Síntesis total de productos naturales: tan emocionante como siempre y aquí para quedarse". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 140 (14): 4751–4755. doi : 10.1021/jacs.8b02266 . PMID  29635919.
  16. ^ Hudlicky T (diciembre de 2018). "Beneficios de los métodos no convencionales en la síntesis total de productos naturales". ACS Omega . 3 (12): 17326–17340. doi :10.1021/acsomega.8b02994. PMC 6312638 . PMID  30613812. 
  17. ^ Derek L. "Qué tan saludable es la síntesis total". En The Pipeline (AAAS) . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  18. ^ "Investigación de Phil Baran". Laboratorio de investigación de Phil Baran . Instituto Scripps . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  19. ^ Hayashi Y (enero de 2021). "Economía de tiempo en síntesis total". The Journal of Organic Chemistry . 86 (1): 1–23. doi :10.1021/acs.joc.0c01581. PMID  33085885. S2CID  224825988.
  20. ^ "El Premio Nobel de Química 1955". Nobelprize.org . Nobel Media AB . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  21. ^ Halford B (10 de abril de 2017). "Recordando a la leyenda de la química orgánica Robert Burns Woodward". C&EN . 95 (15).
  22. ^ Mulheirn G (septiembre de 2000). "Robinson, Woodward y la síntesis del colesterol". Endeavour . 24 (3): 107–110. doi :10.1016/S0160-9327(00)01310-7.
  23. ^ Rao RB (2016). Lógica de la síntesis orgánica. LibreTexts.

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