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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] Generalmente se refiere a un proceso que no involucra la ayuda de procesos biológicos, lo que lo distingue de la semisíntesis . En ocasiones, las síntesis pueden concluir en un precursor con rutas sintéticas conocidas adicionales hacia 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, intermediarios conocidos o moléculas de interés teórico. Los objetivos de síntesis total también pueden ser organometálicos o inorgánicos , [5] [6] aunque rara vez se encuentran. Los proyectos de síntesis total a menudo requieren una amplia diversidad de reacciones y reactivos y, posteriormente, requieren amplios conocimientos químicos 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. A veces, sin embargo, 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 medicinal. [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] Los objetivos de síntesis total a veces se denominan por su origen orgánico, como vegetal, 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 su síntesis total se informó 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 es falso desde una perspectiva histórica (ver 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 de productos químicos 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 empresa académica. [11] [12] [13] Si bien hay algunos valores atípicos, la opinión general es 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 cada vez mayor en mejorar la practicidad y comerciabilidad de los métodos de síntesis total. El grupo Phil S. Baran de 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 estos grupos informaron en dos variantes en 1972. En el trabajo participaron 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 directa. Se prevé que el objetivo, la vitamina B 12 ( I ), se prepare simplemente añadiendo su cola, algo 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 preveía que su preparación fuera posible mediante 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 luego prevé los materiales de partida necesarios para formar estas dos partes complejas, las todavía complejas moléculas 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 se conocía solo como un subproducto de procesos vivos. . [2] Wöhler obtuvo urea tratando cianato de plata con cloruro de amonio , una síntesis simple de un solo paso:

AgNCO + NH 4 Cl → (NH 2 ) 2 CO + AgCl

El alcanfor era un producto natural escaso y caro con demanda mundial. [ ¿ cuando? ] Haller y Blanc lo sintetizaron a partir de ácido alcanfor; [2] sin embargo, el precursor, el ácido alcanfórico, tenía una estructura desconocida. Cuando el químico finlandés Gustav Komppa sintetizó 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 anular del alcanfor. Poco después, [ ¿cuándo? ] William Perkin publicó otra síntesis de alcanfor. [ ¿ importante? ] El trabajo sobre la síntesis química total del alcanfor permitió a Komppa iniciar la producción industrial del compuesto, en Tainionkoski , Finlandia , en 1907.

El químico estadounidense Robert Burns Woodward fue una figura preeminente en el desarrollo de síntesis totales de moléculas orgánicas complejas, siendo algunos de sus objetivos el colesterol , la cortisona , la estricnina , el ácido lisérgico , la reserpina , la clorofila , la colchicina , la vitamina B12 y la prostaglandina F-2a. . [2]

Vincent du Vigneaud recibió el Premio Nobel de Química en 1955 por la síntesis total de los polipéptidos naturales oxitocina y vasopresina , que recibió en 1954 con la mención "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 su trayectoria 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}}: Mantenimiento CS1: 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) . Edición internacional 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 1996, Clásicos en síntesis total: objetivos, estrategias, métodos, Nueva York: John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-29231-8 
  4. ^ Nicolaou, KC & Snyder, SA, 2003, Clásicos de Total Synthesis 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". Edición internacional Angewandte Chemie . 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 nuevos reactivos y metodologías sintéticas 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 de origen vegetal. Saltador. págs. 3–50. doi :10.1007/978-0-387-85498-4_1. ISBN 978-0-387-85498-4. Consultado 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. Saltador. págs. 223–243. doi :10.1007/978-94-009-0255-8_9. ISBN 978-94-009-0255-8. Consultado 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: una cuenta personal". Química CCS . 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". Informes de productos naturales . 37 (11): 1404-1435. doi :10.1039/D0NP00003E. PMC 7578074 . PMID  32319494. 
  13. ^ Qualmann, Kate (15 de agosto de 2019). "Excelencia en 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. "Qué tan saludable es la síntesis total". En el oleoducto (AAAS) . La Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  17. ^ "Investigación de Phil Baran". Laboratorio de investigación Phil Baran . Instituto Scripps . Consultado el 24 de junio de 2021 .
  18. ^ Hayashi, Yujiro (21 de octubre de 2020). "Economía del tiempo en síntesis total". Revista de Química Orgánica . 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". Premio Nobel.org . Nobel Media AB . Consultado el 17 de noviembre de 2016 .
  20. ^ Recordando a la leyenda de la química orgánica Robert Burns Woodward, "C&EN", 10/04/2017
  21. ^ Rao, R. Balaji. (2016). Lógica de la Síntesis Orgánica. LibreTextos.
  22. ^ Robinson, Woodward y la síntesis del colesterol Greg Mulheirn Endeavor Volumen 24, Número 3, 1 de septiembre de 2000, páginas 107-110 doi :10.1016/S0160-9327(00)01310-7

enlaces externos