Química orgánica

La química orgánica es una rama de la química que estudia la estructura, las propiedades y las reacciones de los compuestos orgánicos, que contienen enlaces covalentes carbono-carbono. El estudio de la estructura determina su fórmula estructural. El estudio de las propiedades incluye las propiedades físicas y químicas, y la evaluación de la reactividad química para comprender su comportamiento. El estudio de las reacciones orgánicas incluye la síntesis química de productos naturales, fármacos y polímeros, y el estudio de moléculas orgánicas individuales en el laboratorio ya través del estudio teórico (in silico).

La gama de productos químicos estudiados en química orgánica incluye hidrocarburos (compuestos que contienen solo carbono e hidrógeno), así como compuestos a base de carbono, pero que también contienen otros elementos, especialmente oxígeno, nitrógeno, azufre, fósforo (incluido en muchos productos bioquímicos) y los halógenos. La química organometálica es el estudio de compuestos que contienen enlaces carbono-metal.

Además, la investigación contemporánea se centra en la química orgánica que involucra otros organometálicos, incluidos los lantánidos, pero especialmente los metales de transición zinc, cobre, paladio, níquel, cobalto, titanio y cromo.

Los compuestos orgánicos forman la base de toda la vida terrestre y constituyen la mayoría de los productos químicos conocidos. Los patrones de enlace del carbono, con su valencia de cuatro enlaces simples, dobles y triples formales, además de estructuras con electrones deslocalizados, hacen que la variedad de compuestos orgánicos sea estructuralmente diversa y su gama de aplicaciones enorme. Forman la base o son componentes de muchos productos comerciales, incluidos los productos farmacéuticos; petroquímicos y agroquímicos, y productos elaborados a partir de ellos, incluidos lubricantes, solventes; plástica; combustibles y explosivos. El estudio de la química orgánica se superpone con la química organometálica y la bioquímica, pero también con la química médica, la química de polímeros y la ciencia de los materiales.

Historia

Antes del siglo XVIII, los químicos generalmente creían que los compuestos obtenidos de organismos vivos estaban dotados de una fuerza vital que los distinguía de los compuestos inorgánicos. Según el concepto de vitalismo (teoría de la fuerza vital), la materia orgánica estaba dotada de una "fuerza vital". Durante la primera mitad del siglo XIX, se informaron algunos de los primeros estudios sistemáticos de compuestos orgánicos. Alrededor de 1816, Michel Chevreul inició un estudio de jabones elaborados con diversas grasas y álcalis. Separó los ácidos que, en combinación con el álcali, produjeron el jabón. Dado que todos estos eran compuestos individuales, demostró que era posible hacer un cambio químico en varias grasas (que tradicionalmente provienen de fuentes orgánicas), produciendo nuevos compuestos, sin "fuerza vital". En 1828, Friedrich Wöhler produjo la urea química orgánica (carbamida), un constituyente de la orina, a partir demateriales de partida (las sales cianato de potasio y sulfato de amonio), en lo que ahora se llama la síntesis de Wöhler. Aunque el propio Wöhler fue cauteloso al afirmar que había refutado el vitalismo, esta fue la primera vez que una sustancia que se pensaba que era orgánica se sintetizó en el laboratorio sin materiales de partida biológicos (orgánicos). Ahora se acepta generalmente que el evento desaprueba la doctrina del vitalismo.

En 1856, William Henry Perkin, mientras intentaba fabricar quinina, produjo accidentalmente el tinte orgánico ahora conocido como malva de Perkin. Su descubrimiento, que se hizo ampliamente conocido gracias a su éxito financiero, aumentó considerablemente el interés por la química orgánica.

Un avance crucial para la química orgánica fue el concepto de estructura química, desarrollado de forma independiente en 1858 por Friedrich August Kekulé y Archibald Scott Couper. Ambos investigadores sugirieron que los átomos de carbono tetravalentes podrían unirse entre sí para formar una red de carbono, y que los patrones detallados de los enlaces atómicos podrían discernirse mediante interpretaciones hábiles de las reacciones químicas apropiadas.

La era de la industria farmacéutica comenzó en la última década del siglo XIX cuando la empresa alemana Bayer fabricó por primera vez ácido acetilsalicílico, más conocido como aspirina. En 1910, Paul Ehrlich y su grupo de laboratorio comenzaron a desarrollar arsfenamina a base de arsénico (Salvarsan), como el primer tratamiento médico efectivo para la sífilis, y así iniciaron la práctica médica de la quimioterapia. Ehrlich popularizó los conceptos de medicamentos "bala mágica" y de mejorar sistemáticamente las terapias farmacológicas. Su laboratorio realizó contribuciones decisivas para el desarrollo de antisueros para la difteria y la estandarización de sueros terapéuticos.

Los primeros ejemplos de reacciones y aplicaciones orgánicas se encontraron a menudo debido a una combinación de suerte y preparación para observaciones inesperadas. Sin embargo, la segunda mitad del siglo XIX fue testigo de estudios sistemáticos de compuestos orgánicos. El desarrollo del índigo sintético es ilustrativo. La producción de índigo a partir de fuentes vegetales se redujo de 19.000 toneladas en 1897 a 1.000 toneladas en 1914 gracias a los métodos sintéticos desarrollados por Adolf von Baeyer. En 2002, se produjeron 17.000 toneladas de índigo sintético a partir de productos petroquímicos.

A principios del siglo XX, se demostró que los polímeros y las enzimas eran moléculas orgánicas grandes y que el petróleo era de origen biológico.

La síntesis de múltiples pasos de compuestos orgánicos complejos se denomina síntesis total. Síntesis total de compuestos naturales complejos aumentados en complejidad a glucosa y terpineol. Por ejemplo, los compuestos relacionados con el colesterol han abierto caminos para sintetizar hormonas humanas complejas y sus derivados modificados. Desde principios del siglo XX, la complejidad de las síntesis totales se ha incrementado para incluir moléculas de alta complejidad como el ácido lisérgico y la vitamina B ₁₂.

El descubrimiento del petróleo y el desarrollo de la industria petroquímica impulsaron el desarrollo de la química orgánica. La conversión de compuestos de petróleo individuales en tipos de compuestos mediante varios procesos químicos condujo a reacciones orgánicas que permitieron una amplia gama de productos industriales y comerciales que incluyen, entre (muchos) otros: plásticos, caucho sintético, adhesivos orgánicos y varios catalizadores y aditivos de petróleo modificadores de propiedades..

La mayoría de los compuestos químicos que se encuentran en los organismos biológicos son compuestos de carbono, por lo que la asociación entre la química orgánica y la bioquímica es tan estrecha que la bioquímica podría considerarse, en esencia, como una rama de la química orgánica. Aunque la historia de la bioquímica podría abarcar unos cuatro siglos, la comprensión fundamental del campo solo comenzó a desarrollarse a fines del siglo XIX y el término bioquímica actualfue acuñado a principios del siglo XX. La investigación en el campo aumentó a lo largo del siglo XX, sin ningún indicio de disminución en la tasa de aumento, como puede verificarse mediante la inspección de servicios de indexación y abstracción como BIOSIS Previews y Biological Abstracts, que comenzó en la década de 1920 como un solo volumen anual., pero ha crecido tan drásticamente que a fines del siglo XX solo estaba disponible para el usuario cotidiano como una base de datos electrónica en línea.

Caracterización

Dado que los compuestos orgánicos a menudo existen como mezclas, también se han desarrollado una variedad de técnicas para evaluar la pureza; Las técnicas de cromatografía son especialmente importantes para esta aplicación e incluyen HPLC y cromatografía de gases. Los métodos tradicionales de separación incluyen la destilación, la cristalización, la evaporación, la separación magnética y la extracción por solventes.

Los compuestos orgánicos se caracterizaban tradicionalmente por una variedad de pruebas químicas, llamadas "métodos húmedos", pero dichas pruebas han sido desplazadas en gran medida por métodos de análisis espectroscópicos u otros métodos de análisis intensivos en computadora. Enumerados en orden aproximado de utilidad, los principales métodos analíticos son:

• La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR) es la técnica más utilizada, a menudo permite la asignación completa de la conectividad atómica e incluso la estereoquímica mediante la espectroscopia de correlación. Los principales átomos constituyentes de la química orgánica (hidrógeno y carbono) existen de forma natural con isótopos sensibles a RMN, respectivamente H y C.
• Análisis elemental: Un método destructivo utilizado para determinar la composición elemental de una molécula. Véase también espectrometría de masas, a continuación.
• La espectrometría de masas indica el peso molecular de un compuesto y, a partir de los patrones de fragmentación, su estructura. La espectrometría de masas de alta resolución generalmente puede identificar la fórmula exacta de un compuesto y se usa en lugar del análisis elemental. En épocas anteriores, la espectrometría de masas estaba restringida a moléculas neutras que exhibían cierta volatilidad, pero las técnicas avanzadas de ionización permiten obtener la "espectrometría de masas" de prácticamente cualquier compuesto orgánico.
• La cristalografía puede ser útil para determinar la geometría molecular cuando se dispone de un solo cristal del material. El hardware y el software altamente eficientes permiten determinar una estructura a las pocas horas de obtener un cristal adecuado.

Los métodos espectroscópicos tradicionales, como la espectroscopia infrarroja, la rotación óptica y la espectroscopia UV/VIS, proporcionan información estructural relativamente inespecífica, pero siguen utilizándose para aplicaciones específicas. El índice de refracción y la densidad también pueden ser importantes para la identificación de sustancias.

Propiedades

Las propiedades físicas de los compuestos orgánicos que suelen ser de interés incluyen características tanto cuantitativas como cualitativas. La información cuantitativa incluye un punto de fusión, un punto de ebullición y un índice de refracción. Las propiedades cualitativas incluyen olor, consistencia, solubilidad y color.

Propiedades de fusión y ebullición.

Los compuestos orgánicos normalmente se derriten y muchos hierven. Por el contrario, mientras que los materiales inorgánicos generalmente se pueden derretir, muchos no hierven y, en cambio, tienden a degradarse. En épocas anteriores, el punto de fusión (pf) y el punto de ebullición (pb) brindaban información crucial sobre la pureza y la identidad de los compuestos orgánicos. Los puntos de fusión y ebullición se correlacionan con la polaridad de las moléculas y su peso molecular. Algunos compuestos orgánicos, especialmente los simétricos, sublimes. Un ejemplo bien conocido de un compuesto orgánico sublimable es el para-diclorobenceno, el constituyente oloroso de las bolas de naftalina modernas. Los compuestos orgánicos no suelen ser muy estables a temperaturas superiores a los 300 °C, aunque existen algunas excepciones.

Solubilidad

Los compuestos orgánicos neutros tienden a ser hidrofóbicos; es decir, son menos solubles en agua que en disolventes orgánicos. Las excepciones incluyen compuestos orgánicos que contienen grupos ionizables, así como alcoholes de bajo peso molecular, aminas y ácidos carboxílicos donde se producen enlaces de hidrógeno. De lo contrario, los compuestos orgánicos tienden a disolverse en disolventes orgánicos. La solubilidad varía ampliamente con el soluto orgánico y con el solvente orgánico.

Propiedades de estado sólido

Varias propiedades especializadas de cristales moleculares y polímeros orgánicos con sistemas conjugados son de interés dependiendo de las aplicaciones, por ejemplo, termomecánica y electromecánica como piezoelectricidad, conductividad eléctrica (ver polímeros conductores y semiconductores orgánicos) y electroóptica (por ejemplo, no óptica lineal) propiedades. Por razones históricas, tales propiedades son principalmente temas de las áreas de ciencia de polímeros y ciencia de materiales.

Nomenclatura

Varios nombres y representaciones para un compuesto orgánico.

Los nombres de los compuestos orgánicos son sistemáticos, siguiendo lógicamente un conjunto de reglas, o no sistemáticos, siguiendo varias tradiciones. La nomenclatura sistemática está estipulada por las especificaciones de la IUPAC. La nomenclatura sistemática comienza con el nombre de una estructura principal dentro de la molécula de interés. Este nombre principal luego se modifica con prefijos, sufijos y números para transmitir la estructura sin ambigüedades. Dado que se conocen millones de compuestos orgánicos, el uso riguroso de nombres sistemáticos puede ser engorroso. Por lo tanto, las recomendaciones de la IUPAC se siguen más de cerca para los compuestos simples, pero no para las moléculas complejas. Para utilizar la denominación sistemática, se deben conocer las estructuras y los nombres de las estructuras principales. Las estructuras originales incluyen hidrocarburos no sustituidos, heterociclos y derivados monofuncionalizados de los mismos.

La nomenclatura no sistemática es más simple e inequívoca, al menos para los químicos orgánicos. Los nombres asistemáticos no indican la estructura del compuesto. Son comunes para moléculas complejas, que incluyen la mayoría de los productos naturales. Por lo tanto, la dietilamida del ácido lisérgico denominada informalmente se denomina sistemáticamente (6a R,9 R) -N, N -dietil-7-metil-4,6,6a,7,8,9-hexahidroindolo-[4,3- fg ] quinolina-9-carboxamida.

Con el aumento del uso de la informática, han evolucionado otros métodos de denominación que están destinados a ser interpretados por máquinas. Dos formatos populares son SMILES e InChI.

Dibujos estructurales

Las moléculas orgánicas se describen más comúnmente mediante dibujos o fórmulas estructurales, combinaciones de dibujos y símbolos químicos. La fórmula línea-ángulo es simple e inequívoca. En este sistema, los puntos finales y las intersecciones de cada línea representan un carbono, y los átomos de hidrógeno pueden anotarse explícitamente o suponerse que están presentes como implica el carbono tetravalente.

Este diagrama muestra 5 representaciones estructurales distintas del compuesto orgánico butano. La estructura más a la izquierda es un dibujo de línea de enlace donde se eliminan los átomos de hidrógeno. La segunda estructura tiene los hidrógenos agregados representados: los enlaces oscuros en cuña indican que los átomos de hidrógeno se acercan al lector, los enlaces discontinuos indican que los átomos están orientados lejos del lector y los enlaces sólidos (simples) indican que los enlaces están en el plano de la pantalla/papel. La estructura del medio muestra los cuatro átomos de carbono. La cuarta estructura es una representación que solo muestra los átomos y enlaces sin 3 dimensiones. La estructura más a la derecha es una representación de estructura condensada de butano.

Historia

En 1880 se produjo una explosión en el número de compuestos químicos descubiertos con la ayuda de nuevas técnicas sintéticas y analíticas. Grignard describió la situación como "chaos le plus complet" (caos completo) debido a la falta de convención, era posible tener múltiples nombres para el mismo compuesto. Esto condujo a la creación de las reglas de Ginebra en 1892.

Clasificación de los compuestos orgánicos

Grupos funcionales

El concepto de grupos funcionales es central en química orgánica, tanto como un medio para clasificar estructuras como para predecir propiedades. Un grupo funcional es un módulo molecular, y se supone que la reactividad de ese grupo funcional, dentro de ciertos límites, es la misma en una variedad de moléculas. Los grupos funcionales pueden tener una influencia decisiva en las propiedades químicas y físicas de los compuestos orgánicos. Las moléculas se clasifican según sus grupos funcionales. Los alcoholes, por ejemplo, tienen todos la subunidad COH. Todos los alcoholes tienden a ser algo hidrófilos, por lo general forman ésteres y, por lo general, se pueden convertir en los haluros correspondientes. La mayoría de los grupos funcionales presentan heteroátomos (átomos distintos de C y H). Los compuestos orgánicos se clasifican según grupos funcionales, alcoholes, ácidos carboxílicos, aminas, etc.Los grupos funcionales hacen que la molécula sea más ácida o básica debido a su influencia electrónica en las partes circundantes de la molécula.

A medida que aumenta la p K _a (también conocida como basicidad) de la adición molecular/grupo funcional, hay un dipolo correspondiente, cuando se mide, aumenta en fuerza. Un dipolo dirigido hacia el grupo funcional (mayor p K _a, por lo tanto, la naturaleza básica del grupo) apunta hacia él y disminuye en fuerza a medida que aumenta la distancia. La distancia dipolar (medida en Angstroms) y el impedimento estérico hacia el grupo funcional tienen un efecto intermolecular e intramolecular sobre el entorno circundante y el nivel de pH.

Los diferentes grupos funcionales tienen diferentes valores de p K _a y fuerzas de unión (simple, doble, triple) que conducen a una mayor electrofilia con un p K _a más bajo y una mayor fuerza nucleófila con un p K _a más alto. Los grupos funcionales más básicos/nucleofílicos desean atacar un grupo funcional electrofílico con un p K _a más bajo en otra molécula (intermolecular) o dentro de la misma molécula (intramolecular). Cualquier grupo con un p K _a ácido neto que esté dentro del rango, como un grupo acilo o carbonilo, es un juego justo. Dado que la probabilidad de ser atacado disminuye con un aumento en p K _a, los componentes de cloruro de acilo con los valores de p K _a más bajos medidos tienen más probabilidades de ser atacados, seguidos de los ácidos carboxílicos (p K _a = 4), tioles (13), malonatos (13), alcoholes (17), aldehídos (20), nitrilos (25), ésteres (25), luego aminas (35). Las aminas son muy básicas y son excelentes nucleófilos/atacadores.

Compuestos alifáticos

Los hidrocarburos alifáticos se subdividen en tres grupos de series homólogas según su estado de saturación:

• alcanos (parafinas): hidrocarburos alifáticos sin enlaces dobles o triples, es decir, solo enlaces simples CC, CH
• alquenos (olefinas): hidrocarburos alifáticos que contienen uno o más dobles enlaces, es decir, diolefinas (dienos) o poliolefinas.
• alquinos (acetilenos): hidrocarburos alifáticos que tienen uno o más triples enlaces.

El resto del grupo se clasifica según los grupos funcionales presentes. Dichos compuestos pueden ser de "cadena lineal", de cadena ramificada o cíclicos. El grado de ramificación afecta las características, como el número de octano o el número de cetano en la química del petróleo.

Tanto los compuestos saturados (alicíclicos) como los compuestos insaturados existen como derivados cíclicos. Los anillos más estables contienen cinco o seis átomos de carbono, pero son comunes los anillos grandes (macrociclos) y los anillos más pequeños. La familia de cicloalcanos más pequeña es el ciclopropano de tres miembros ((CH ₂) ₃). Los compuestos cíclicos saturados contienen solo enlaces simples, mientras que los anillos aromáticos tienen un doble enlace alterno (o conjugado). Los cicloalcanos no contienen enlaces múltiples, mientras que los cicloalquenos y los cicloalquinos sí.

Compuestos aromáticos

Los hidrocarburos aromáticos contienen dobles enlaces conjugados. Esto significa que cada átomo de carbono en el anillo tiene hibridación sp2, lo que permite una mayor estabilidad. El ejemplo más importante es el benceno, cuya estructura fue formulada por Kekulé, quien primero propuso el principio de deslocalización o resonancia para explicar su estructura. Para compuestos cíclicos "convencionales", la aromaticidad es conferida por la presencia de 4n + 2 electrones pi deslocalizados, donde n es un número entero. La inestabilidad particular (antiaromaticidad) es conferida por la presencia de electrones pi conjugados 4n.

Compuestos heterocíclicos

Las características de los hidrocarburos cíclicos se alteran nuevamente si hay heteroátomos presentes, que pueden existir como sustituyentes unidos externamente al anillo (exocíclico) o como un miembro del anillo mismo (endocíclico). En el caso de este último, el anillo se denomina heterociclo. La piridina y el furano son ejemplos de heterociclos aromáticos, mientras que la piperidina y el tetrahidrofurano son los heterociclos alicíclicos correspondientes. El heteroátomo de las moléculas heterocíclicas es generalmente oxígeno, azufre o nitrógeno, siendo este último particularmente común en los sistemas bioquímicos.

Los heterociclos se encuentran comúnmente en una amplia gama de productos, incluidos los tintes de anilina y los medicamentos. Además, prevalecen en una amplia gama de compuestos bioquímicos como alcaloides, vitaminas, esteroides y ácidos nucleicos (p. ej., ADN, ARN).

Los anillos pueden fusionarse con otros anillos en un borde para dar compuestos policíclicos. Las bases de nucleósido de purina son heterociclos aromáticos policíclicos notables. Los anillos también pueden fusionarse en una "esquina", de modo que un átomo (casi siempre carbono) tiene dos enlaces que van a un anillo y dos a otro. Dichos compuestos se denominan espiro y son importantes en varios productos naturales.

Polímeros

Una propiedad importante del carbono es que forma fácilmente cadenas o redes unidas por enlaces carbono-carbono (carbono-carbono). El proceso de unión se denomina polimerización, mientras que las cadenas o redes se denominan polímeros. El compuesto fuente se llama monómero.

Existen dos grupos principales de polímeros: polímeros sintéticos y biopolímeros. Los polímeros sintéticos se fabrican artificialmente y se denominan comúnmente polímeros industriales. Los biopolímeros se producen dentro de un entorno natural respetuoso, o sin intervención humana.

Biomoléculas

La química biomolecular es una categoría importante dentro de la química orgánica que los bioquímicos estudian con frecuencia. Muchas moléculas complejas de grupos multifuncionales son importantes en los organismos vivos. Algunos son biopolímeros de cadena larga, y estos incluyen péptidos, ADN, ARN y polisacáridos como almidones en animales y celulosas en plantas. Las otras clases principales son los aminoácidos (bloques de construcción de monómeros de péptidos y proteínas), los carbohidratos (que incluyen los polisacáridos), los ácidos nucleicos (que incluyen el ADN y el ARN como polímeros) y los lípidos. Además, la bioquímica animal contiene muchos intermediarios de moléculas pequeñas que ayudan en la producción de energía a través del ciclo de Krebs y produce isopreno, el hidrocarburo más común en los animales. Los isoprenos en animales forman los importantes compuestos estructurales de esteroides (colesterol) y hormonas esteroides;

Ver también: síntesis de péptidos, síntesis de oligonucleótidos y síntesis de carbohidratos.

Moléculas pequeñas

En farmacología, un grupo importante de compuestos orgánicos son las moléculas pequeñas, también denominadas "compuestos orgánicos pequeños". En este contexto, una molécula pequeña es un compuesto orgánico pequeño que es biológicamente activo pero no es un polímero. En la práctica, las moléculas pequeñas tienen una masa molar inferior a aproximadamente 1000 g/mol.

Fullerenos

Los fullerenos y los nanotubos de carbono, compuestos de carbono con estructuras esferoidales y tubulares, han estimulado muchas investigaciones en el campo relacionado de la ciencia de los materiales. El primer fullereno fue descubierto en 1985 por Sir Harold W. Kroto del Reino Unido y por Richard E. Smalley y Robert F. Curl, Jr., de los Estados Unidos. Usando un láser para vaporizar barras de grafito en una atmósfera de gas helio, estos químicos y sus asistentes obtuvieron moléculas en forma de jaula compuestas por 60 átomos de carbono (C60) unidos por enlaces simples y dobles para formar una esfera hueca con 12 caras pentagonales y 20 hexagonales: un diseño que se asemeja a un balón de fútbol o de fútbol. En 1996, el trío recibió el Premio Nobel por sus esfuerzos pioneros. La molécula C60 se denominó buckminsterfullereno (o, más simplemente, buckyball) en honor al arquitecto estadounidense R.

Otros

Los compuestos orgánicos que contienen enlaces de carbono a nitrógeno, oxígeno y halógenos normalmente no se agrupan por separado. Otros a veces se clasifican en grupos principales dentro de la química orgánica y se analizan bajo títulos como química de organosulfuros, química de organometálicos, química de organofosforados y química de organosilicios.

Reacciones organicas

Las reacciones orgánicas son reacciones químicas que involucran compuestos orgánicos. Muchas de estas reacciones están asociadas con grupos funcionales. La teoría general de estas reacciones implica un análisis cuidadoso de propiedades tales como la afinidad electrónica de los átomos clave, la fuerza de los enlaces y el impedimento estérico. Estos factores pueden determinar la estabilidad relativa de los intermedios reactivos de vida corta, que generalmente determinan directamente la ruta de la reacción.

Los tipos básicos de reacciones son: reacciones de adición, reacciones de eliminación, reacciones de sustitución, reacciones pericíclicas, reacciones de reordenamiento y reacciones redox. Un ejemplo de una reacción común es una reacción de sustitución escrita como:Nu + CX → C-Nu + X

donde X es algún grupo funcional y Nu es un nucleófilo.

El número de posibles reacciones orgánicas es infinito. Sin embargo, se observan ciertos patrones generales que pueden usarse para describir muchas reacciones comunes o útiles. Cada reacción tiene un mecanismo de reacción paso a paso que explica cómo sucede en secuencia, aunque la descripción detallada de los pasos no siempre es clara a partir de una lista de reactivos solamente.

El curso paso a paso de cualquier mecanismo de reacción dado se puede representar usando técnicas de empuje de flechas en las que se usan flechas curvas para seguir el movimiento de los electrones a medida que los materiales iniciales pasan de los intermedios a los productos finales.

Síntesis orgánica

La química orgánica sintética es una ciencia aplicada, ya que limita con la ingeniería, el "diseño, análisis y/o construcción de obras con fines prácticos". La síntesis orgánica de un compuesto novedoso es una tarea de resolución de problemas, donde se diseña una síntesis para una molécula objetivo mediante la selección de reacciones óptimas a partir de materiales de partida óptimos. Los compuestos complejos pueden tener decenas de pasos de reacción que construyen secuencialmente la molécula deseada. La síntesis procede utilizando la reactividad de los grupos funcionales en la molécula. Por ejemplo, un compuesto de carbonilo se puede usar como nucleófilo convirtiéndolo en un enolato o como electrófilo; la combinación de los dos se llama reacción aldólica. Diseñar síntesis útiles en la práctica siempre requiere realizar la síntesis real en el laboratorio.

Las estrategias para diseñar una síntesis incluyen la retrosíntesis, popularizada por EJ Corey, que comienza con la molécula objetivo y la corta en pedazos de acuerdo con reacciones conocidas. Las piezas, o los precursores propuestos, reciben el mismo tratamiento, hasta llegar a materiales de partida disponibles e idealmente económicos. Entonces, la retrosíntesis se escribe en sentido contrario para dar la síntesis. Se puede construir un "árbol sintético" porque cada compuesto y también cada precursor tiene múltiples síntesis.