Síntese orgânica - Organic synthesis

A síntese orgânica é um ramo especial da síntese química e se preocupa com a construção intencional de compostos orgânicos . As moléculas orgânicas costumam ser mais complexas do que os compostos inorgânicos e sua síntese se tornou um dos ramos mais importantes da química orgânica . Existem várias áreas principais de pesquisa dentro da área geral de síntese orgânica: síntese total , semissíntese e metodologia .

Síntese total

Uma síntese total é a síntese química completa de moléculas orgânicas complexas a partir de precursores petroquímicos ou naturais simples e disponíveis no mercado . A síntese total pode ser realizada por meio de uma abordagem linear ou convergente. Em uma síntese linear - frequentemente adequada para estruturas simples - várias etapas são realizadas uma após a outra até que a molécula esteja completa; os compostos químicos produzidos em cada etapa são chamados de intermediários sintéticos. Na maioria das vezes, cada etapa de uma síntese se refere a uma reação separada que ocorre para modificar o composto de partida. Para moléculas mais complexas, uma abordagem sintética convergente pode ser preferível, uma que envolve a preparação individual de várias "peças" (intermediários chave), que são então combinadas para formar o produto desejado. A síntese convergente tem a vantagem de gerar maior rendimento, em comparação com a síntese linear.

Robert Burns Woodward , que recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1965 por várias sínteses totais (por exemplo, sua síntese de estricnina em 1954 ), é considerado o pai da síntese orgânica moderna. Alguns exemplos modernos incluem as sínteses totais de Wender , Holton , Nicolaou e Danishefsky da terapêutica anticâncer, paclitaxel (nome comercial, Taxol ).

Metodologia e aplicações

Cada etapa de uma síntese envolve uma reação química , e os reagentes e as condições para cada uma dessas reações devem ser projetados para dar um rendimento adequado de produto puro, com o mínimo de etapas possível. Pode já existir um método na literatura para fazer um dos primeiros intermediários sintéticos, e esse método geralmente será usado em vez de um esforço para "reinventar a roda". No entanto, a maioria dos intermediários são compostos que nunca foram feitos antes e normalmente serão feitos usando métodos gerais desenvolvidos por pesquisadores de metodologia. Para serem úteis, esses métodos precisam fornecer altos rendimentos e serem confiáveis ​​para uma ampla gama de substratos . Para aplicações práticas, os obstáculos adicionais incluem padrões industriais de segurança e pureza.

A pesquisa de metodologia geralmente envolve três estágios principais: descoberta , otimização e estudos de escopo e limitações . A descoberta requer amplo conhecimento e experiência com reatividades químicas de reagentes apropriados. Otimização é um processo no qual um ou dois compostos de partida são testados na reação sob uma ampla variedade de condições de temperatura , solvente , tempo de reação , etc., até que as condições ideais para rendimento e pureza do produto sejam encontradas. Finalmente, o pesquisador tenta estender o método a uma ampla gama de diferentes materiais de partida, para encontrar o escopo e as limitações. As sínteses totais (veja acima) às vezes são usadas para mostrar a nova metodologia e demonstrar seu valor em uma aplicação do mundo real. Tais aplicações envolvem grandes indústrias focadas especialmente em polímeros (e plásticos) e farmacêuticos. Algumas sínteses são viáveis ​​em nível de pesquisa ou acadêmico, mas não para produção em nível de indústria. Isso pode levar a modificações adicionais do processo.

Síntese estereosseletiva

A maioria dos produtos naturais complexos são quirais e a bioatividade das moléculas quirais varia com o enantiômero . Historicamente, as sínteses totais têm como alvo as misturas racêmicas , misturas de ambos os enantiômeros possíveis , após o que a mistura racêmica pode então ser separada por meio de resolução quiral .

Na segunda metade do século XX, os químicos começaram a desenvolver métodos de catálise estereosseletiva e resolução cinética por meio dos quais as reações podiam ser direcionadas para produzir apenas um enantiômero em vez de uma mistura racêmica. Os primeiros exemplos incluem hidrogenações estereosseletivas (por exemplo, conforme relatado por William Knowles e Ryōji Noyori , e modificações de grupos funcionais, como a epoxidação assimétrica de Barry Sharpless ; por essas realizações específicas, esses trabalhadores receberam o Prêmio Nobel de Química em 2001. Essas reações deram para os químicos, uma escolha muito mais ampla de moléculas enantiomericamente puras para começar, onde anteriormente apenas os materiais de partida naturais podiam ser usados. Usando técnicas pioneiras de Robert B. Woodward e novos desenvolvimentos na metodologia sintética, os químicos tornaram-se mais capazes de transformar moléculas simples em mais complexas moléculas sem racemização indesejada, pela compreensão do estereocontrole , permitindo que as moléculas alvo finais sejam sintetizadas como enantiômeros puros (isto é, sem necessidade de resolução) .Tais técnicas são referidas como síntese estereosseletiva .

Projeto de síntese

Elias James Corey trouxe uma abordagem mais formal para o projeto de síntese, com base na análise retrosintética , pela qual ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1990. Nessa abordagem, a síntese é planejada de trás para frente do produto, usando regras padrão. As etapas de "decomposição" da estrutura pai em partes componentes realizáveis ​​são mostradas em um esquema gráfico que usa setas retrosintéticas (desenhadas como ⇒, que na verdade significa "é feito de").

Mais recentemente, e menos amplamente aceitos, programas de computador foram escritos para projetar uma síntese baseada em sequências de "semi-reações" genéricas.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos