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. Por lo general, se refiere a un proceso que no involucra la ayuda de procesos biológicos, lo que lo distingue de la semisíntesis. Las síntesis a veces pueden concluir en un precursor con otras rutas sintéticas conocidas hasta una molécula diana, en cuyo caso se conoce como síntesis formal. Las moléculas objetivo de la síntesis total pueden ser productos naturales, ingredientes activos de importancia médica, intermediarios conocidos o moléculas de interés teórico. Los objetivos de síntesis total también pueden ser organometálicos o inorgánicos,aunque estos rara vez se encuentran. Los proyectos de síntesis total a menudo requieren una amplia diversidad de reacciones y reactivos y, en consecuencia, requieren un amplio conocimiento y capacitación en química 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 médica.

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. Los objetivos de síntesis total a veces se denominan por su origen orgánico, como plantas, marinos y fúngicos. 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. No es raro que los objetivos de productos naturales presenten múltiples componentes estructurales de varias clases de productos naturales.

Objetivos

Aunque no es cierto 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 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 medicamentos complejos derivados de productos naturales. Aun así, durante décadas ha habido una discusión continua sobre el valor de la síntesis total como empresa académica.Si bien hay algunos valores 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. Dentro de estos cambios, se ha centrado cada vez más en mejorar la practicidad y la comercialización de los métodos de síntesis total. El grupo 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 de la academia.

Historia

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 una síntesis de una sustancia que se conocía solo como un subproducto de los procesos vivos.. Wöhler obtuvo urea mediante el tratamiento de 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 una demanda mundial. Haller y Blanc lo sintetizaron a partir de ácido de alcanfor; sin embargo, el precursor, el ácido canfórico, 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 de anillo del alcanfor. Poco después, William Perkin publicó otra síntesis del alcanfor. 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 preeminente en el desarrollo de la síntesis total 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 B ₁₂ y la prostaglandina F-2a..

Vincent du Vigneaud fue galardonado con el Premio Nobel de Química de 1955 por la síntesis total del polipéptido natural oxitocina y vasopresina, que informó en 1954 con la mención "por su trabajo sobre compuestos de azufre bioquímicamente importantes, especialmente por la primera síntesis de una hormona polipeptídica". "

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

Ejemplos

Un clásico de la síntesis total es la síntesis total de quinina, que, antes de su síntesis total por parte de Robert Burns Woodward y William von Eggers Doering en 1944, tenía una historia de muchas síntesis parciales que abarcó 150 años e incluyó disputas y frustraciones.