A síntese orgánica é unha rama da síntese química que se ocupa da construción artificial de compostos orgánicos. Os compostos orgánicos son moléculas que consisten en combinacións de átomos de hidróxeno, carbono, oxíxeno e nitróxeno unidos covalentemente. Dentro da disciplina da síntese orgánica hai tipos moi diferentes de rutas sintéticas que se poden utilizar, incluíndo a síntese total, a síntese estereoselectiva, e a síntese automatizada, entre outras. A síntese orgánica é un proceso artificial de laboratorio para producir unha substancia ; a síntese natural dunha substancia realizada nun organismo vivo denomínase biosíntese.

Síntese total A síntese total é a síntese química completa de moléculas a partir de precursores naturais simples. A síntese total realízase de forma linear ou por unha estratexia converxente. Na síntese linear —que adoita ser moi axeitada para estruturas simples— realízanse varios pasos secuencialmente ata que se completa a molécula; os compostos químicos producidos en cada paso denomínanse intermediarios sintéticos. Na maior parte dos casos, cada paso da síntese é unha reacción separada que ten lugar para modificar os materiais de partida. Para moléculas máis complexas, o máis apropiado pode ser unha estratexia de síntese converxente. Este esquema de reacción implica facer preparacións individuais de varios dos intermediarios clave, que despois se combinan para formar o produto desexado.

Robert Burns Woodward, que recibiu o Premio Nobel de Química de 1965 por varias sínteses totais, como a súa síntese da estricnina, considérase o avó da síntese orgánica moderna. Algúns exemplos recentes de sínteses orgánicas son as sínteses do Taxol de Wender, de Holton, de Nicolaou, e de Danishefsky, o cal é o nome comercial do fármaco anticancro paclitaxel.

Metodoloxía e aplicacións A comprensión das reaccións químicas, reactivos, e condicións necesarias en cada paso para garantir un rendemento de produto adecuado é esencial para a síntese orgánica. Cando se determinan as condicións de reacción óptimas para unha síntese dada, o obxectivo é producir un rendemento axeitado do produto puro no menor número de pasos de síntese posible. Cando se deciden as condicións para unha reacción, a literatura pode ofrecer exemplos de condicións de reacción previas que se poden repetir, ou pode desenvolverse e testarse unha nova ruta sintética. Para as aplicacións industriais prácticas deben considerarse condicións de reacción adicionais para incluír a seguridade para os investigadores e o medio ambiente, así como a pureza do produto.

Técnicas sintéticas A síntese orgánica pode requirir moitos pasos para separar e purificar produtos despois de realizar unha ou máis reaccións químicas. Dependendo do estado químico do produto que se vai illar, cómpre utilizar diferentes técnicas. Para produtos líquidos, unha técnica de separación moi común é a extracción líquido-líquido e para produtos sólidos pode usarse a filtración (por gravidade ou ao baleiro).

Extracción líquido-líquido miniatura|Extracción líquido-líquido. A extracción líquido-líquido usa a densidade e a polaridade do produto e solventes para realizar unha separación. Baseándose no concepto de "o igual disolve o igual", os compostos non polares son máis solubles en solventes non polares, e os compostos polares en solventes polares. Usando este concepto, a solubilidade relativa dos compostos pode ser aproveitada engadindo solventes immiscibles no mesmo matraz e separando o produto no solvente coa polaridade máis similar. A miscibilidade do solvente é da maior importancia, xa que permite a formación de dúas capas no matraz, unha capa que contén o material da reacción lateral e outro que contén o produto. Como resultado das diferentes densidades das capas, pode illarse a capa que contén o produto e a outra capa pode retirarse.

Reaccións quentadas e condensadores de refluxo miniatura|Aparato de refluxo Moitas reaccións necesitan calor para que se incremente a súa velocidade. Porén, en moitas situacións o incremento de calor pode causar que o solvente ferva incontrolablemente, o que afecta negativamente a reacción, e pode reducir potencialmente o rendemento. Para afrontar este problema, poden utilizarse condensadores de refluxo no recipiente de reacción. Os condensadores de refluxo (tubos refrixerantes) son pezas tubulares de vidro especialmente deseñadas que posúen dous orificios para que a auga entre e saia polo condensador contra a gravidade. Este fluxo de auga arrefría calquera substrato que escape e condénsao, devolvéndoo ao matraz de reacción para continuar reaccionando e asegurar que todo o produto está contido no recipiente. O uso de condensadores de refluxo é unha técnica importante na síntese orgánica e utilízase nas etapas de refluxo, así como nas etapas de recristalización.

Cando os condensadores de refluxo se usan para o refluxo dunha solución, están axustados e son estreitamente vixiados. O refluxo ocorre cando a condensación pode ser volta a verter pinga a pinga no matraz de reacción desde o condensador de refluxo; unha pinga cada segundo ou cada poucos segundos.

Para a recristalización, a solución que contén o produto está equipada cun condensador e devolta ao refluxo outra vez. O refluxo complétase cando a solución que contén o produto está limpa. Unha vez que está limpa, a reacción sácase da fonte de calor e déixase arrefriar, o que causará que o produto volva precipitar, rendendo un produto máis puro.

Filtración por gravidade e ao baleiro miniatura|Aparato de filtración por gravidade. Os produtos sólidos poden separarse da mestura de reacción usando técnicas de filtración. Para obtermos produtos sólidos pode usarse un aparato de filtración ao baleiro.

A filtración ao baleiro usa a succión para empurrar o líquido a través dun funil de Büchner equipado cun papel de filtro que recolle o produto sólido desexado, mentres que retira toda a solución non desexada da mestura de reacción ao empurrala ao matraz de filtración. miniatura|Aparato de filtración ao baleiro. Os produtos líquidos poden tamén separarse dos sólidos usando unha filtración por gravidade. Neste método de separación, o papel de filtro colócase no funil e este sitúase sobre un matraz de reacción. Despois, a mestura de reacción vértese a través do papel de filtro, a unha velocidade na que o volume total do líquido no funil non exceda o volume do funil. Este método permite separar o produto doutros compoñentes da reacción pola forza da gravidade, en vez de por succión ao baleiro.

Síntese estereoselectiva

Os produtos naturais máis complexos son quirais, e a bioactividade das moléculas quirais varía segundo o enantiómero. Algunhas síntese totais pretenden obter mesturas racémicas, que son mesturas con ambos os dous enantiómeros posibles. Despois pode seleccionarse un só enantiómero por resolución enantiomérica.

A medida que en química se desenvolveron métodos de catálise estereoselectiva e de resolución cinética nos que se poden dirixir as reaccións, conseguiuse a produción dun só dos enantiómeros en lugar da mestura racémica. Algúns dos primeiros exemplos foron as hidroxenacións estereoselectivas (por exemplo, as reportados por William Knowles e Ryōji Noyori) e a modificación de grupos funcionais como a epoxidación asimétrica de Barry Sharpless; por estes avances na preferencia esereoquímica, estes químicos foron galardoados co premio Nobel de Química en 2001. Ditas reaccións estereoquímicas preferentes deron aos químicos unha maior posibilidade de elección de materiais enantiomericamente puros.

Hoxe pódense sintetizar moléculas complexas estereoquimacamente selectivas. O estereocontrol proporciona as moléculas diana para ser sintetizadas como enentiómeros puros (é dicir, sen necesidade de resolución). Tales técnicas denomínanse síntese estereoselectiva.

Deseño da síntese Moitos procedementos sintéticos desenvólvense a partir dun marco retrosintético, un tipo de deseño sintético desenvolvido por Elias James Corey, grazas ao cal gañou o premio Nobel de Química de 1990. Nesta estratexia a síntese planéase de adiante a atrás, é dicir, desde o produto, someténdose a regras químicas estándar. Cada paso rompe a estrutura parental en compoñentes conseguibles, que se mostran usando esquemas gráficos con frechas retrosintéticas (debuxadas como ⇒, o que significa "feito de"). A retrosíntese permite a visualización dos deseños sintéticos desexados.

Síntese orgánica automatizada Un desenvolvemento recente en síntese orgánica é a síntese automatizada. Para realizar a síntese orgánica sen a supervisión humana constante, estanse adaptando os métodos e técnicas sintéticos existentes para crear procesos sintéticos totalmente automatizados usando software de síntese orgánica. Este tipo de síntese é vantaxosa, xa que a automatización da síntese pode incrementar o rendemento con reaccións de fluxo continúas. En química de fluxo, os substratos son engadidos continuamente na reacción para producir un maior rendemento. Previamente, este tipo de reacción estaba reservada á química industrial a grande escala, pero recentemente fíxose a transición á química de pequeno laboratorio para mellorar a eficiencia das reaccións a menor escala.

Actualmente, o SRI International, un instituto de investigación sen ánimo de lucro, está integrando a síntese automatizada no seu labor. Recentemente o SRI International desenvolveu Autosyn, un sintetizador químico multietapas automatizado que pode sintetizar moitos fármacos que son pequenas moléculas aprobados pola FDA estadounidense. Este sintetizador demostra a versatilidade de substratos e a capacidade potencial de expandir o tipo de investigación realizada sobre novas moléculas de fármacos sen a intervención humana.

Caracterización Un proceso necesario de síntese orgánica é a caracterización. A caracterización é a medida das propiedades químicas e físicas dun determinado composto, e realízase de moitas maneiras. Exemplos de métodos de caracterización comúns son: resonancia magnética nuclear (RMN), espectroscopia de masas, espectroscopia infravermella de transformada de Fourier (FTIR), e análise de punto de fusión. Cada unha destas técnicas permite obter información estrutural sobre un novo composto orgánico sintetizado. Dependendo da natureza do produto, o método de caracterización usado pode variar.

Importancia A síntese orgánica é un importante proceso químico que é fundamental en moitos campos da ciencia. Exemplos de áreas científicas fóra da química que requiren a síntese orgánica son a industria médica e a farmacéutica, entre outras. Os procesos orgánicos permiten a creación a escala industrial de produtos farmacéuticos. Un exemplo desas sínteses é a do Ibuprofeno, o cal pode sintetizarse a partir dunha serie de reaccións como: a redución, acidificación, a formación dun reactivo de Grignard e a carboxilación. miniatura|Síntese de Ibuprofeno por Kjonass et al. Na síntese de Ibuprofeno proposta por Kjonass et al., a p-isobutilacetofenona, o material de partida, é reducida con borohidruro de sodio (NaBH4) para formar un grupo funcional alcohol. O intermediario resultante é acidificado con HCl para crear un grupo de cloro. O grupo de cloro faise despois reaccionar con limaduras de magnesio para formar un reactivo de Grignard. Ese reactivo de Grignard é carboxilado e o produto resultante prepárase para sintetizar Ibuprofeno.

Notas

Véxase tamén Outros artigos Síntese completamente automatizada Electrosíntese Methods in Organic Synthesis (revista) Organic Syntheses (revista) Síntese total

Bibliografía

Ligazóns externas

The Organic Synthesis Archive Chemical synthesis database https://web.archive.org/web/20070927231356/http://www.webreactions.net/search.html https://www.organic-chemistry.org/synthesis/ Prof. Hans Reich's collection of natural product syntheses Chemical synthesis semantic wiki