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Síntesis total

La síntesis total es la síntesis química completa de una molécula compleja , a menudo un producto natural , a partir de precursores simples disponibles comercialmente. [1] [2] [3] [4] Por lo general, se refiere a un proceso que no implica la ayuda de procesos biológicos, lo que lo distingue de la semisíntesis . Las síntesis a veces pueden concluir en un precursor con otras vías sintéticas conocidas hasta una molécula objetivo, en cuyo caso se conoce como síntesis formal. Las moléculas objetivo de la síntesis total pueden ser productos naturales , ingredientes activos de importancia medicinal, intermedios conocidos o moléculas de interés teórico. Los objetivos de la síntesis total también pueden ser organometálicos o inorgánicos , [5] [6] aunque estos rara vez se encuentran. Los proyectos de síntesis total a menudo requieren una amplia diversidad de reacciones y reactivos, y posteriormente requieren un amplio conocimiento químico y capacitación para tener éxito.

A menudo, el objetivo es descubrir una nueva ruta de síntesis para una molécula diana para la que ya existen rutas conocidas. Sin embargo, a veces no existe ninguna ruta y los químicos desean encontrar una ruta viable por primera vez. La síntesis total es particularmente importante para el descubrimiento de nuevas reacciones químicas y nuevos reactivos químicos , así como para establecer rutas sintéticas para compuestos de importancia médica. [7]

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 . [8] 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. [9] 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 [10] ha habido una discusión continua sobre el valor de la síntesis total como una empresa académica. [11] [12] [13] 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. [14] [15] [16] 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. [17] [18]

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". [19]

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. ^ "Copia archivada". Archivado desde el original el 20 de diciembre de 2014. Consultado el 22 de agosto de 2015 .{{cite web}}: CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
  2. ^ abcde KC Nicolaou ; D. Vourloumis; N. Winssinger y PS Baran (2000). "El arte y la ciencia de la síntesis total en los albores del siglo XXI" (reimpresión) . Angewandte Chemie International Edition . 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 y Sorensen, EJ 1996, Clásicos en síntesis total: objetivos, estrategias, métodos, Nueva York: John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-29231-8 
  4. ^ Nicolaou, KC y Snyder, SA, 2003, Clásicos en síntesis total II: más objetivos, estrategias y métodos, Nueva York: John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-30684-8 
  5. ^ Schaak, Raymond (22 de abril de 2013). "Estrategias emergentes para la síntesis total de nanoestructuras inorgánicas". Angewandte Chemie International Edition . 52 (24): 6154–6178. doi :10.1002/anie.201207240. PMID  23610005 . Consultado el 15 de julio de 2021 .
  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. ^ Descubrimiento de nuevas metodologías y reactivos sintéticos durante la síntesis de productos naturales en la era posterior a la palitoxina Ahlam M. Armaly, Yvonne C. DePorre, Emilia J. Groso, Paul S. Riehl y Corinna S. Schindler Chem. Rev., Artículo ASAP doi :10.1021/acs.chemrev.5b00034
  8. ^ Springob, Karin (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 .
  9. ^ 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.
  10. ^ Heathcock, Clayton (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 .
  11. ^ 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 .
  12. ^ Nicolaou, KC (22 de abril 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. 
  13. ^ Qualmann, Kate (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 .
  14. ^ Baran, Phil (11 de abril de 2018). "Síntesis total de productos naturales: tan emocionante como siempre y aquí para quedarse". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 140 (18): 4751–4755. doi : 10.1021/jacs.8b02266 . PMID  29635919.
  15. ^ Hudlicky, Tomas (31 de 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. 
  16. ^ Derek, Lowe. "Cuán saludable es la síntesis total". En The Pipeline (AAAS) . Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  17. ^ "Investigación de Phil Baran". Laboratorio de investigación de Phil Baran . Instituto Scripps . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  18. ^ Hayashi, Yujiro (21 de octubre de 2020). "Economía de tiempo en síntesis total". Journal of Organic Chemistry . 86 (1): 1–23. doi :10.1021/acs.joc.0c01581. PMID  33085885. S2CID  224825988 . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  19. ^ "El Premio Nobel de Química 1955". Nobelprize.org . Nobel Media AB . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  20. ^ Recordando a Robert Burns Woodward, leyenda de la química orgánica, "C&EN", 10/4/2017
  21. ^ Rao, R. Balaji. (2016). Lógica de la síntesis orgánica. LibreTexts.
  22. ^ Robinson, Woodward y la síntesis del colesterol Greg Mulheirn Endeavour Volumen 24, Número 3, 1 de septiembre de 2000, Páginas 107-110 doi :10.1016/S0160-9327(00)01310-7

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