Síntese orgânica

Uma síntese total é a síntese química completa de moléculas orgânicas complexas de precursores simples, comercialmente disponíveis (petroquímicos) ou naturais. Em uma síntese linear - geralmente utilizada para estruturas simples - são realizadas etapas sucessivas, uma após a outra, até que a molécula esteja completa. Os compostos químicos feitos em cada etapa são normalmente chamados de intermediários sintéticos. Para moléculas mais complexas, uma abordagem diferente pode ser preferível: a síntese convergente envolve a preparação individual de várias "peças" (intermediários-chave), que são então combinadas para formar o produto objetivo.

Robert Burns Woodward, que recebeu o Prêmio Nobel de Química de 1965 por várias sínteses totais (por exemplo, sua síntese de estricnina de 1954), é considerado o pai da síntese orgânica moderna. Alguns exemplos de síntese total nos últimos dias incluem a síntese de Wender, Holton, Nicolaou e Danishefsky da Taxol.

Cada etapa de uma síntese envolve uma reação química, e os reagentes e condições para cada uma dessas reações precisam ser projetados para dar um bom rendimento e um produto puro, com o mínimo de trabalho possível. Um método já pode existir na literatura para fazer um dos primeiros intermediários sintéticos, e este método normalmente será usado em vez de "tentar reinventar a roda". Entretanto, a maioria dos intermediários são compostos que nunca foram feitos antes. Estes normalmente serão feitos usando métodos gerais desenvolvidos por pesquisadores da metodologia. Para serem úteis, estes métodos precisam dar altos rendimentos. Eles também devem ser confiáveis para uma ampla gama de substratos. Para aplicações práticas, os requisitos adicionais incluem padrões industriais de segurança e pureza. A pesquisa metodológica geralmente envolve três etapas principais: descoberta, otimização e estudos de escopo e limitações. A descoberta requer amplo conhecimento e experiência com reatividades químicas de reagentes apropriados. A otimização é onde um ou dois compostos iniciais são testados na reação sob uma grande variedade de condições de temperatura, solvente, tempo de reação, etc. Os pesquisadores tentam condições diferentes até encontrar as melhores condições para o rendimento e pureza do produto. Finalmente, os pesquisadores tentam estender o método de síntese a uma ampla gama de diferentes materiais de partida, para encontrar seu escopo e limitações. A síntese total (ver acima) é às vezes utilizada para destacar o novo método e demonstrar seu valor em uma aplicação no mundo real. As principais indústrias focadas especialmente em polímeros (e plásticos) e em produtos farmacêuticos têm utilizado esta pesquisa.

A maioria dos produtos naturais complexos são quirais. Cada enantiômero pode ter uma bioatividade diferente. As tradicionais sínteses totais visam misturas racêmicas, ou seja, como uma mistura igual de ambos os possíveis enantiômeros. A mistura racêmica pode então ser separada por resolução quiral.

Na segunda metade do século XX, os químicos começaram a desenvolver métodos de catálise assimétrica e de resolução cinética. Estas reações podiam ser direcionadas para produzir apenas um enantiômero em vez de uma mistura racêmica. Os primeiros exemplos incluem a epoxidação Sharpless (K. Barry Sharpless) e a hidrogenação assimétrica (William S. Knowles e Ryōji Noyori). Por sua realização, estes trabalhadores passaram a compartilhar o Prêmio Nobel de Química em 2001. Tais reações deram aos químicos uma escolha muito mais ampla de moléculas enantiomerically puras para iniciar uma síntese orgânica. Anteriormente só podiam ser utilizados materiais enantiomericos naturais. Usando técnicas pioneiras de Robert Burns Woodward e outros novos métodos sintéticos, os químicos tornaram-se mais capazes de fazer moléculas complexas sem racemização indesejada. Isto é chamado de estereocontrole. Isto permitiu que a molécula alvo final fosse sintetizada como um enantiômero puro sem que fosse necessária qualquer resolução. Tais técnicas são chamadas de síntese assimétrica.

Elias James Corey trouxe uma abordagem mais formal do projeto de síntese, baseada na análise retrosintética, pela qual ele ganhou o Prêmio Nobel de Química em 1990. Nesta abordagem, a pesquisa é planejada de trás para frente a partir do produto, utilizando regras padrão. Os passos são mostrados usando setas retrosintéticas (desenhadas como: =>), que na verdade significa "é feito de". Programas de computador foram escritos para projetar uma síntese baseada em seqüências de "semi-reações" genéricas.