Celková syntéza - Total synthesis

Celková syntéza je úplná chemická syntéza komplexní molekuly , často přírodního produktu , z jednoduchých, komerčně dostupných prekurzorů. Obvykle se týká procesu, který nezahrnuje pomoc biologických procesů, což jej odlišuje od semisyntézy . Syntézy mohou někdy na prekurzoru končit dalšími známými syntetickými cestami k cílové molekule, v takovém případě je známá jako formální syntéza. Cílovými molekulami celkové syntézy mohou být přírodní produkty , medicínsky důležité aktivní složky, známé meziprodukty nebo teoreticky zajímavé molekuly. Celkové cíle syntézy mohou být také organokovové nebo anorganické , i když se s nimi setkáváme jen zřídka. Projekty totální syntézy často vyžadují širokou rozmanitost reakcí a reagencií a následně vyžadují široké chemické znalosti a školení, aby byly úspěšné.

Často je cílem objevit novou cestu syntézy pro cílovou molekulu, pro kterou již existují známé cesty. Někdy však žádná trasa neexistuje a chemici si přejí poprvé najít schůdnou trasu. Celková syntéza je zvláště důležitá pro objevování nových chemických reakcí a nových chemických činidel a také pro stanovení syntetických cest pro medicínsky důležité sloučeniny.

Rozsah a definice

Existuje řada tříd přírodních produktů, u nichž se uplatňuje celková syntéza. Patří sem (ale nejsou omezeny na): terpeny , alkaloidy , polyketidy a polyethery . Celkové cíle syntézy jsou někdy označovány jejich organismickým původem, jako jsou rostlinné, mořské a houbové. Termín celková syntéza je méně často, ale stále přesně aplikován na syntézu přírodních polypeptidů a polynukleotidů . Byly izolovány peptidové hormony oxytocin a vazopresin a jejich celková syntéza byla poprvé uvedena v roce 1954. Není neobvyklé, že cíle přírodních produktů obsahují více strukturních složek několika tříd přírodních produktů.

Cíle

Ačkoli to není z historického hlediska pravda (viz historie steroidů, kortizonu ), celková syntéza v moderní době byla do značné míry akademickým úsilím (pokud jde o pracovní sílu aplikovanou na problémy). Průmyslové chemické potřeby se často liší od akademických zaměření. Komerční subjekty mohou obvykle využít konkrétní cesty celkového úsilí o syntézu a vynakládat značné prostředky na konkrétní cíle přírodních produktů , zvláště pokud lze polosyntézu aplikovat na komplexní léčiva odvozená z přírodních produktů . Přesto po celá desetiletí pokračovala diskuse o hodnotě celkové syntézy jako akademického podniku. Přestože existují určité odlehlé hodnoty, obecné názory jsou, že celková syntéza se v posledních desetiletích změnila, bude se nadále měnit a zůstane nedílnou součástí chemického výzkumu. V rámci těchto změn se stále více zaměřuje na zlepšování praktičnosti a prodejnosti metod celkové syntézy. Phil S. Baran skupina na jméno Scripps , pozoruhodný průkopníkem praktické syntézy se snažili vytvořit škálovatelný a vysoce syntéz účinnosti, které by měly větší okamžité použití mimo akademickém prostředí.

Dějiny

Celková syntéza vitaminu B 12 : Retrosyntetická analýza . Analýza celkové syntézy Woodward – Eschenmoser, která byla těmito skupinami hlášena ve dvou variantách v roce 1972. Práce zahrnovala více než 100 doktorandů a postdoktorandů z 19 různých zemí. Retrosynthesis představuje demontáž cílového vitaminu, a to způsobem, který umožňuje chemickou smysl jeho eventuální dopředu konstrukce. Cíl, vitamín B 12 ( I ), se předpokládá připravovat jednoduchým přidáním jeho ocasu, což se dříve ukázalo jako proveditelné. Potřebný prekurzor, kyselina cobyric ( II ), se pak stane cílem a tvoří „ corrinové jádro“ vitaminu a jeho příprava byla plánována jako možná prostřednictvím dvou kusů, „západní“ části složené z prstenů A a D ( III ) a „východní“ část složenou z prstenů B a C ( IV ). Restrosyntetická analýza pak předpokládá výchozí materiály potřebné k výrobě těchto dvou komplexních částí, přesto složitých molekul V - VIII .

Friedrich Wöhler zjistil, že organickou látku, močovinu , lze vyrobit z anorganických výchozích materiálů v roce 1828. To byl důležitý koncepční milník v chemii tím, že byl prvním příkladem syntézy látky, která byla známá pouze jako vedlejší produkt živých procesů. . Wöhler získal močovinu zpracováním kyanátu stříbrného s chloridem amonným , jednoduchou, jednostupňovou syntézou:

AgNCO + NH 4 Cl → (NH 2 ) 2 CO + AgCl

Kafr byl vzácný a drahý přírodní produkt s celosvětovou poptávkou. Haller a Blanc jej syntetizovali z kyseliny kafrové; prekurzor, kyselina kafrová, však měl neznámou strukturu. Když finský chemik Gustav Komppa syntetizoval v roce 1904 kyselinu kafrovou z diethyloxalátu a kyseliny 3,3-dimethylpentanové , umožnila struktura prekurzorů současným chemikům odvodit komplikovanou kruhovou strukturu kafru. Krátce poté William Perkin publikoval další syntézu kafru. Práce na celkové chemické syntéze kafru umožnily společnosti Komppa zahájit průmyslovou výrobu sloučeniny v Tainionkoski ve Finsku v roce 1907.

Americký chemik Robert Burns Woodward byl přední postavou ve vývoji úplných syntéz komplexních organických molekul. Mezi jeho cíle patřil cholesterol , kortizon , strychnin , kyselina lysergová , reserpin , chlorofyl , kolchicin , vitamín B 12 a prostaglandin F-2a. .

Vincent du Vigneaud získal Nobelovu cenu za chemii v roce 1955 za celkovou syntézu přirozeného polypeptidu oxytocinu a vasopresinu , který v roce 1954 informoval s citací „za jeho práci na biochemicky důležitých sloučeninách síry, zejména za první syntézu polypeptidového hormonu. "

Dalším nadaným chemikem je Elias James Corey , který v roce 1990 získal Nobelovu cenu za chemii za celoživotní zásluhy o celkovou syntézu a za rozvoj retrosyntetické analýzy .

Příklady

Jednou klasikou v celkové syntéze je celková syntéza chininu , která před celkovou syntézou Roberta Burnse Woodwarda a Williama von Eggers Doeringa v roce 1944 měla historii mnoha dílčích syntéz, která trvala 150 let a zahrnovala spory a frustraci.

Reference

externí odkazy