stringtranslate.com

Полный синтез

Полный синтез — это полный химический синтез сложной молекулы , часто природного продукта , из простых, коммерчески доступных предшественников. [1] [2] [3] [4] Обычно это относится к процессу, не связанному с биологическими процессами, что отличает его от полусинтеза . Иногда синтез может завершаться предшественником с другими известными синтетическими путями к целевой молекуле, и в этом случае он известен как формальный синтез. Целевые молекулы полного синтеза могут представлять собой натуральные продукты , важные с медицинской точки зрения активные ингредиенты, известные промежуточные соединения или молекулы, представляющие теоретический интерес. Цели полного синтеза также могут быть металлоорганическими или неорганическими , [5] [6] , хотя они встречаются редко. Проекты полного синтеза часто требуют широкого разнообразия реакций и реагентов, а для успеха, как следствие, требуются обширные химические знания и подготовка.

Часто целью является открытие нового пути синтеза целевой молекулы, для которого уже существуют известные пути. Однако иногда пути не существует, и химики впервые хотят найти жизнеспособный путь. Полный синтез особенно важен для открытия новых химических реакций и новых химических реагентов , а также для установления путей синтеза важных с медицинской точки зрения соединений. [7]

Область применения и определения

Существует множество классов натуральных продуктов, для которых применяется полный синтез. К ним относятся (но не ограничиваются): терпены , алкалоиды , поликетиды и полиэфиры . [8] Цели полного синтеза иногда называют по их организменному происхождению, например, растительному, морскому или грибковому. Термин «полный синтез» реже, но все же точно применяется к синтезу природных полипептидов и полинуклеотидов . Пептидные гормоны окситоцин и вазопрессин были выделены, а об их общем синтезе впервые сообщалось в 1954 году . [9] Нередко целевые натуральные продукты содержат несколько структурных компонентов нескольких классов натуральных продуктов.

Цели

Хотя это и неверно с исторической точки зрения (см. историю стероида кортизона ), полный синтез в современную эпоху в значительной степени был академическим усилием (с точки зрения рабочей силы, применяемой для решения проблем). Потребности промышленных химикатов часто отличаются от научных интересов. Как правило, коммерческие организации могут выбрать определенные направления усилий по полному синтезу и затрачивать значительные ресурсы на конкретные цели по производству натуральных продуктов , особенно если полусинтез может быть применен к сложным лекарствам , полученным из натуральных продуктов . Несмотря на это, на протяжении десятилетий [10] продолжалась дискуссия о ценности тотального синтеза как академического предприятия. [11] [12] [13] Хотя есть некоторые исключения, общее мнение заключается в том, что общий синтез изменился за последние десятилетия, будет продолжать меняться и останется неотъемлемой частью химических исследований. [14] [15] [16] В рамках этих изменений все большее внимание уделяется повышению практичности и конкурентоспособности методов полного синтеза. Группа Фила С. Бэрана из Scripps , выдающегося пионера практического синтеза, попыталась создать масштабируемые и высокоэффективные синтезы, которые могли бы найти более непосредственное применение за пределами академических кругов. [17] [18]

История

Полный синтез витамина B 12 : ретросинтетический анализ полного синтеза Вудворда-Эшенмозера, о котором эти группы сообщили в двух вариантах в 1972 году. В работе приняли участие более 100 аспирантов и постдокторантов из 19 разных стран. Ретросинтезпредставляет собой разборку целевого витамина таким образом, который имеет химический смысл для его последующего построения . Предполагается , что мишень, витамин B 12 ( I ), будет получена путем простого добавления ее хвоста, что, как ранее было показано, осуществимо. Необходимый предшественник, кобировая кислота ( II ), затем становится мишенью и составляет « корриновое ядро» витамина, и предполагалось, что его получение возможно из двух частей: «западной» части, состоящей из колец A и D ( III ) и «восточную» часть, состоящую из колец В и С ( IV ). Затем рестросинтетический анализ определяет исходные материалы, необходимые для создания этих двух сложных частей, еще сложных молекул V – VIII .

В 1828 году Фридрих Вёлер открыл, что органическое вещество, мочевину , можно производить из неорганических исходных материалов. Это стало важной концептуальной вехой в химии, поскольку оно стало первым примером синтеза вещества, которое раньше было известно только как побочный продукт жизненных процессов. . [2] Велер получил мочевину путем обработки цианата серебра хлоридом аммония , простой одностадийный синтез:

AgNCO + NH 4 Cl → (NH 2 ) 2 CO + AgCl

Камфора была дефицитным и дорогим натуральным продуктом, пользующимся спросом во всем мире. [ когда? ] Халлер и Блан синтезировали его из камфорной кислоты; [2] однако предшественник, камфорная кислота, имел неизвестную структуру. Когда в 1904 году финский химик Густав Комппа синтезировал камфорную кислоту из диэтилоксалата и 3,3-диметилпентановой кислоты, структура предшественников позволила современным химикам сделать вывод о сложной кольцевой структуре камфоры. Вскоре после этого [ когда? ] Уильям Перкин опубликовал еще один синтез камфоры. [ соответствующий? Работа над полным химическим синтезом камфоры позволила Комппе начать промышленное производство этого соединения в Тайнионкоски , Финляндия , в 1907 году.

Американский химик Роберт Бернс Вудворд был выдающейся фигурой в разработке полного синтеза сложных органических молекул, некоторые из его целей - холестерин , кортизон , стрихнин , лизергиновая кислота , резерпин , хлорофилл , колхицин , витамин B 12 и простагландин F-2a. . [2]

Винсент дю Виньо был удостоен Нобелевской премии по химии 1955 года за полный синтез природных полипептидов окситоцина и вазопрессина , о чем сообщил в 1954 году с цитатой «за работу над биохимически важными соединениями серы, особенно за первый синтез полипептидного гормона». " [19]

Другой талантливый химик – Элиас Джеймс Кори , получивший Нобелевскую премию по химии в 1990 году за достижения в области полного синтеза и развитие ретросинтетического анализа .

Список известных полных синтезов


Рекомендации

  1. ^ «Архивная копия». Архивировано из оригинала 20 декабря 2014 г. Проверено 22 августа 2015 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  2. ^ abcde KC Николау ; Д. Вурлумис; Н. Винсингер и П.С. Баран (2000). «Искусство и наука тотального синтеза на заре двадцать первого века» (переиздание) . Angewandte Chemie, международное издание . 39 (1): 44–122. doi :10.1002/(SICI)1521-3773(20000103)39:1<44::AID-ANIE44>3.0.CO;2-L. ПМИД  10649349.
  3. ^ Николау, К.К. и Соренсен, Э.Дж. 1996, Классика в полном синтезе: цели, стратегии, методы, Нью-Йорк: John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-29231-8 
  4. ^ Николау, К.К. и Снайдер, С.А., 2003, Классика в тотальном синтезе II: больше целей, стратегий, методов, Нью-Йорк: John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-30684-8 
  5. ↑ Шаак, Раймонд (22 апреля 2013 г.). «Новые стратегии полного синтеза неорганических наноструктур». Angewandte Chemie, международное издание . 52 (24): 6154–6178. дои : 10.1002/anie.201207240. ПМИД  23610005 . Проверено 15 июля 2021 г.
  6. ^ Вудворд, РБ (1963). «Versuche zur Synthese des витамины B 12 ». Ангеванде Хеми . 75 (18): 871–872. Бибкод : 1963AngCh..75..871W. дои : 10.1002/ange.19630751827.
  7. ^ Открытие новых синтетических методологий и реагентов во время синтеза натуральных продуктов в эпоху постпалитоксина Ахлам М. Армали, Ивонн К. ДеПорре, Эмилия Дж. Гросо, Пол С. Риль и Коринна С. Шиндлер Chem. Ред., статья как можно скорее doi :10.1021/acs.chemrev.5b00034
  8. ↑ Спрингоб, Карин (1 июня 2009 г.). Натуральные продукты растительного происхождения. Спрингер. стр. 3–50. дои : 10.1007/978-0-387-85498-4_1. ISBN 978-0-387-85498-4. Проверено 24 июня 2021 г.
  9. ^ дю Виньо V , Ресслер С, Свон Дж. М., Робертс К. В., Кацояннис П. Г. (1954). «Синтез окситоцина». Журнал Американского химического общества . 76 (12): 3115–3121. дои : 10.1021/ja01641a004.
  10. ^ Хиткок, Клейтон (1996). Химический синтез от гнозиса до прогноза. Спрингер. стр. 223–243. дои : 10.1007/978-94-009-0255-8_9. ISBN 978-94-009-0255-8. Проверено 24 июня 2021 г.
  11. ↑ Николау, KC (1 апреля 2019 г.). «Попытки полного синтеза и их вклад в науку и общество: личный отчет». CCS Химия . 1 (1): 3–37. дои : 10.31635/ccschem.019.20190006 .
  12. ↑ Николау, KC (22 апреля 2020 г.). «Перспективы почти пяти десятилетий полного синтеза натуральных продуктов и их аналогов для биологии и медицины». Отчеты о натуральных продуктах . 37 (11): 1404–1435. дои : 10.1039/D0NP00003E. ПМЦ 7578074 . ПМИД  32319494. 
  13. ↑ Куалманн, Кейт (15 августа 2019 г.). «Превосходство в области промышленного органического синтеза: слава прошлого, взгляд в будущее». САУ Осевая . САУ Осевая . Проверено 24 июня 2021 г.
  14. ↑ Бэран, Фил (11 апреля 2018 г.). «Полный синтез натуральных продуктов: увлекательно, как всегда, и здесь, чтобы остаться». Журнал Американского химического общества . 140 (18): 4751–4755. дои : 10.1021/jacs.8b02266 . ПМИД  29635919.
  15. ↑ Гудлицки, Томас (31 декабря 2018 г.). «Преимущества нетрадиционных методов полного синтеза натуральных продуктов». АСУ Омега . 3 (12): 17326–17340. дои : 10.1021/acsomega.8b02994. ПМК 6312638 . ПМИД  30613812. 
  16. ^ Дерек, Лоу. «Насколько здоров тотальный синтез». В трубопроводе (AAAS) . Американская ассоциация содействия развитию науки . Проверено 24 июня 2021 г.
  17. ^ "Исследование Фила Бэрана". Исследовательская лаборатория Фила Бэрана . Институт Скриппса . Проверено 24 июня 2021 г.
  18. ↑ Хаяси, Юджиро (21 октября 2020 г.). «Экономия времени в тотальном синтезе». Журнал органической химии . 86 (1): 1–23. doi : 10.1021/acs.joc.0c01581. PMID  33085885. S2CID  224825988 . Проверено 24 июня 2021 г.
  19. ^ «Нобелевская премия по химии 1955 года». Нобелевская премия.org . Нобель Медиа АБ . Проверено 17 ноября 2016 г. .
  20. ↑ Вспоминая легенду органической химии Роберта Бернса Вудворда, «C&EN», 10 апреля 2017 г.
  21. ^ Рао, Р. Баладжи. (2016). Логика органического синтеза. Свободные тексты.

Внешние ссылки