Synteza organiczna - Organic synthesis

Synteza organiczna jest specjalną gałęzią syntezy chemicznej i dotyczy celowego konstruowania związków organicznych . Cząsteczki organiczne są często bardziej złożone niż związki nieorganiczne , a ich synteza rozwinęła się w jedną z najważniejszych gałęzi chemii organicznej . Istnieje kilka głównych obszarów badawczych w ogólnym obszarze syntezy organicznej: synteza całkowita , półsynteza i metodologia .

Całkowita synteza

Synteza całkowita to kompletna synteza chemiczna złożonych cząsteczek organicznych z prostych, dostępnych w handlu prekursorów petrochemicznych lub naturalnych . Całkowitą syntezę można osiągnąć zarówno w podejściu liniowym, jak i zbieżnym. W syntezie liniowej — często odpowiedniej dla prostych struktur — wykonuje się kilka etapów jeden po drugim, aż cząsteczka jest kompletna; związki chemiczne wytworzone na każdym etapie nazywane są syntetycznymi półproduktami. Najczęściej każdy etap syntezy odnosi się do oddzielnej reakcji zachodzącej w celu modyfikacji związku wyjściowego. W przypadku bardziej złożonych cząsteczek, korzystne może być podejście zbieżnej syntezy , które obejmuje indywidualne przygotowanie kilku „kawałków” (kluczowych produktów pośrednich), które są następnie łączone w celu utworzenia pożądanego produktu. Synteza zbieżna ma tę zaletę, że generuje wyższą wydajność w porównaniu z syntezą liniową.

Za ojca współczesnej syntezy organicznej uważa się Roberta Burnsa Woodwarda , który w 1965 otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za kilka syntez całkowitych (np. jego syntezę strychniny w 1954 ). Niektóre przykłady dniach ostatnich obejmują Wender użytkownika , Holton użytkownika , Nicolaou użytkownika i Danishefsky'ego całkowitą syntezę z przeciwciałem anty-nowotworowej, paklitaksel (nazwa handlowa, taksol ).

Metodologia i zastosowania

Każdy etap syntezy obejmuje reakcję chemiczną , a odczynniki i warunki dla każdej z tych reakcji muszą być zaprojektowane tak, aby zapewnić odpowiednią wydajność czystego produktu, przy jak najmniejszej liczbie etapów. W literaturze może już istnieć metoda wytwarzania jednego z wczesnych syntetycznych związków pośrednich i ta metoda będzie zwykle stosowana raczej niż próba „odnalezienia koła”. Jednak większość produktów pośrednich to związki, których nigdy wcześniej nie wytwarzano i które zwykle są wytwarzane przy użyciu ogólnych metod opracowanych przez badaczy metodologii. Aby były użyteczne, metody te muszą dawać wysokie plony i być niezawodne dla szerokiej gamy podłoży . W praktycznych zastosowaniach dodatkowymi przeszkodami są przemysłowe standardy bezpieczeństwa i czystości.

Badania metodologiczne zazwyczaj obejmują trzy główne etapy: odkrycie , optymalizacja oraz badanie zakresu i ograniczeń . Wykrywania wymaga szczegółowej wiedzy i doświadczenia z reaktywności chemicznych odpowiednich odczynników. Optymalizacja to proces, w którym jeden lub dwa związki wyjściowe są testowane w reakcji w szerokim zakresie warunków temperatury , rozpuszczalnika , czasu reakcji , itd., aż do znalezienia optymalnych warunków wydajności i czystości produktu. Wreszcie badacz stara się rozszerzyć metodę na szeroki zakres różnych materiałów wyjściowych, aby znaleźć zakres i ograniczenia. Syntezy całkowite (patrz powyżej) są czasami wykorzystywane do zaprezentowania nowej metodologii i zademonstrowania jej wartości w rzeczywistych zastosowaniach. Takie zastosowania dotyczą głównych gałęzi przemysłu skoncentrowanych zwłaszcza na polimerach (i tworzywach sztucznych) oraz farmaceutykach. Niektóre syntezy są możliwe na poziomie badawczym lub akademickim, ale nie dla produkcji na poziomie przemysłowym. Może to prowadzić do dalszej modyfikacji procesu.

Synteza stereoselektywna

Większość złożonych produktów naturalnych jest chiralna, a bioaktywność chiralnych cząsteczek różni się w zależności od enancjomeru . Historycznie, całkowite syntezy były ukierunkowane na mieszaniny racemiczne , mieszaniny obu możliwych enancjomerów , po czym mieszanina racemiczna mogła być następnie rozdzielona przez rozdział chiralny .

W drugiej połowie XX wieku chemicy zaczęli opracowywać metody katalizy stereoselektywnej i rozdziału kinetycznego, dzięki którym reakcje mogły być skierowane na wytworzenie tylko jednego enancjomeru, a nie mieszaniny racemicznej. Wczesne przykłady obejmują stereoselektywnych uwodorniania (na przykład, zgłoszone przez William Knowles i Ryōji Noyori i funkcjonalne modyfikacje, taką jak grupa o asymetrycznej epoksydacji z Barry Sharpless , w tych szczególnych osiągnięć, pracownicy otrzymali Nagrodą Nobla w dziedzinie chemii w 2001. Takie reakcje dało chemicy mają znacznie szerszy wybór enancjomerycznie czystych cząsteczek, od których wcześniej można było stosować wyłącznie naturalne materiały wyjściowe.Dzięki technikom zapoczątkowanym przez Roberta B. Woodwarda i nowym postępom w metodologii syntetycznej chemicy stali się bardziej zdolni do przenoszenia prostych cząsteczek do bardziej złożonych. cząsteczki bez niepożądanej racemizacji, dzięki zrozumieniu stereokontroli , umożliwiającej syntezę ostatecznych cząsteczek docelowych jako czystych enancjomerów (tj. bez potrzeby rozdzielania).Takie techniki są określane jako synteza stereoselektywna .

Projekt syntezy

Elias James Corey wniósł bardziej formalne podejście do projektowania syntezy, oparte na analizie retrosyntetycznej , za którą otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1990 roku. W tym podejściu synteza jest planowana wstecz od produktu, przy użyciu standardowych reguł. Etapy „rozbicia” struktury macierzystej na osiągalne części składowe są pokazane na schemacie graficznym, który wykorzystuje strzałki retrosyntetyczne (narysowane jako ⇒, co w efekcie oznacza „jest zrobione z”).

Ostatnio i mniej powszechnie akceptowane, zostały napisane programy komputerowe do projektowania syntezy opartej na sekwencjach ogólnych „reakcji połówkowych”.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne