Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья об искусственном синтезе органических соединений . Для журнала Organic Syntheses см. Organic Syntheses . Для синтеза в организмах см. Биосинтез .

Органический синтез - это особая отрасль химического синтеза, связанная с намеренным построением органических соединений . [1] Органические молекулы часто бывают более сложными, чем неорганические соединения, и их синтез превратился в одну из важнейших областей органической химии . В рамках общей области органического синтеза можно выделить несколько основных направлений исследований: тотальный синтез , полусинтез и методология .

Полный синтез [ править ]

Основная статья: Полный синтез

Полный синтез - это полный химический синтез сложных органических молекул из простых, коммерчески доступных нефтехимических или природных прекурсоров. [2] Полный синтез может быть выполнен с помощью линейного или конвергентного подхода. В линейном синтезе - часто подходящем для простых структур - несколько стадий выполняются одна за другой, пока молекула не будет завершена; химические соединения, полученные на каждом этапе, называются синтетическими промежуточными продуктами. [2] Чаще всего каждая стадия синтеза относится к отдельной реакции, имеющей место для модификации исходного соединения. Для более сложных молекул конвергентный синтетическийможет быть предпочтительным подход, который включает индивидуальное приготовление нескольких «кусочков» (ключевых промежуточных продуктов), которые затем объединяются для образования желаемого продукта. [ необходима цитата ] Конвергентный синтез имеет преимущество получения более высокого выхода по сравнению с линейным синтезом.

Роберт Бернс Вудворд , получивший Нобелевскую премию по химии 1965 г. за несколько полных синтезов [3] (например, его синтез стрихнина в 1954 г. [4] ), считается отцом современного органического синтеза. Некоторые примеры последних дней включают в себя Вендер - х , [5] Холтон - х , [6] Николау - х , [7] и Danishefsky в [8] полный синтез терапевтического противоракового, паклитаксел (торговое название, таксол ). [9]

Методология и приложения [ править ]

Каждая стадия синтеза включает химическую реакцию , и реагенты и условия для каждой из этих реакций должны быть разработаны так, чтобы дать адекватный выход чистого продукта с минимально возможным количеством стадий. [10] В литературе может уже существовать метод получения одного из первых синтетических промежуточных продуктов, и этот метод обычно будет использоваться, а не попытка «заново изобрести колесо». Однако большинство промежуточных продуктов - это соединения, которые никогда раньше не производились, и их обычно получают с использованием общих методов, разработанных исследователями методологии. Чтобы эти методы были полезными, они должны давать высокие урожаи и быть надежными для широкого диапазона субстратов.. Для практического применения дополнительные препятствия включают промышленные стандарты безопасности и чистоты. [11]

Методологическое исследование обычно включает три основных этапа: открытие , оптимизация и изучение объема и ограничений . Это открытие требует обширных знаний и опыта в области химической активности соответствующих реагентов. Оптимизация - это процесс, в котором одно или два исходных соединения испытываются в реакции в широком диапазоне условий температуры , растворителя , времени реакции.и т. д., пока не будут найдены оптимальные условия выхода и чистоты продукта. Наконец, исследователь пытается распространить метод на широкий спектр различных исходных материалов, чтобы найти область применения и ограничения. Полный синтез (см. Выше) иногда используется для демонстрации новой методологии и демонстрации ее ценности в реальном приложении. [12] К таким приложениям относятся основные отрасли промышленности, в особенности полимеры (и пластмассы) и фармацевтика. Некоторые синтезы возможны на исследовательском или академическом уровне, но не для производства на промышленном уровне. Это может привести к дальнейшему изменению процесса. [13]

Стереоселективный синтез [ править ]

Основная статья: Хиральный синтез

Большинство сложных природных продуктов являются хиральными [14] [15], а биоактивность хиральных молекул зависит от энантиомера . [16] Исторически сложилось так, что тотальный синтез нацелен на рацемические смеси, смеси обоих возможных энантиомеров , после чего рацемическая смесь затем может быть разделена с помощью хирального разделения .

Во второй половине двадцатого века химики начали разрабатывать методы стереоселективного катализа и кинетического разрешения, с помощью которых можно было направить реакции на получение только одного энантиомера, а не рацемической смеси. Ранние примеры включают стереоселективную гидрогенизацию (например, как сообщают William Knowles [17] и Ноёрите, Рёдзи , [18] и функциональные модификации группы , такие как асимметрическое эпоксидирование из Барри Шарплесса ; [19] для этих конкретных достижений, эти рабочие были награждены Нобелевским Премия по химии 2001 г. [20]Такие реакции дали химикам гораздо более широкий выбор энантиомерно чистых молекул, с которых можно было начать, где раньше можно было использовать только естественные исходные вещества. Используя методы, впервые разработанные Робертом Б. Вудвордом, и новые разработки в синтетической методологии, химики стали более способными превращать простые молекулы в более сложные без нежелательной рацемизации, понимая стереоконтроль , позволяя синтезировать конечные целевые молекулы в виде чистых энантиомеров (т. Е. Без потребность в разрешении). Такие методы называются стереоселективным синтезом .

Дизайн синтеза [ править ]

Элиас Джеймс Кори привнес более формальный подход к дизайну синтеза, основанный на ретросинтетическом анализе , за который он получил Нобелевскую премию по химии в 1990 году. В этом подходе синтез планируется в обратном направлении от продукта с использованием стандартных правил. [21] Этапы «разбиения» родительской структуры на достижимые составные части показаны на графической схеме, в которой используются ретросинтетические стрелки (нарисованные как ⇒, что в действительности означает «сделано из»).

Совсем недавно [ когда? ] и менее широко распространенные, компьютерные программы были написаны для разработки синтеза, основанного на последовательностях типичных «полуреакций». [22]

См. Также [ править ]

  • Органический синтез (журнал)
  • Методы органического синтеза (журнал)
  • Электросинтез
  • Автоматический синтез

Ссылки [ править ]

  1. ^ Корнфорт, JW (1993-02-01). «Проблема с синтезом» . Австралийский химический журнал . 46 (2): 157–170. DOI : 10,1071 / ch9930157 .
  2. ^ a b Николау, KC ; Соренсен, EJ (1996). Классика в полном синтезе . Нью-Йорк: ВЧ .[ требуется страница ]
  3. ^ "Nobelprize.org" . www.nobelprize.org . Проверено 20 ноября 2016 .
  4. ^ Вудворд, РБ; Кава, МП; Оллис, WD; Голод, А .; Daeniker, HU; Шенкер, К. (1954). «Полный синтез стрихнина». Журнал Американского химического общества . 76 (18): 4749–4751. DOI : 10.1021 / ja01647a088 .
  5. ^ Вендер, Пол А .; Badham, Neil F .; Конвей, Саймон П .; Floreancig, Paul E .; Гласс, Тимоти Э .; Греничер, Кристиан; Houze, Джонатан Б.; Яничен, Ян; Ли, Дэсон (1997-03-01). «Путь пинена к таксанам. 5. Стереоконтролируемый синтез универсального предшественника таксана». Журнал Американского химического общества . 119 (11): 2755–2756. DOI : 10.1021 / ja9635387 . ISSN 0002-7863 . 
  6. ^ Холтон, Роберт А .; Сомоса, Кармен; Ким, Хён Байк; Лян, Фэн; Biediger, Ronald J .; Боутман, П. Дуглас; Шиндо, Мицуру; Смит, Чейз С .; Ким, Соэкчан (1 февраля 1994 г.). «Первый полный синтез таксола. 1. Функционализация кольца B». Журнал Американского химического общества . 116 (4): 1597–1598. DOI : 10.1021 / ja00083a066 . ISSN 0002-7863 . 
  7. ^ Николау, KC; Ян, З .; Лю, JJ; Ueno, H .; Nantermet, PG; Гай, РК; Claiborne, CF; Renaud, J .; Куладурос, Э.А. (17 февраля 1994 г.). «Полный синтез таксола». Природа . 367 (6464): 630–634. Bibcode : 1994Natur.367..630N . DOI : 10.1038 / 367630a0 . PMID 7906395 . 
  8. ^ Данишефски, Сэмюэл Дж .; Мастерс, Джон Дж .; Янг, Венди Б.; Ссылка, JT; Снайдер, Лоуренс Б .; Маги, Томас V .; Юнг, Дэвид К .; Айзекс, Ричард Калифорния; Борнманн, Уильям Г. (1996-01-01). «Полный синтез баккатина III и таксола». Журнал Американского химического общества . 118 (12): 2843–2859. DOI : 10.1021 / ja952692a . ISSN 0002-7863 . 
  9. ^ «Таксол - Драма за тотальным синтезом» . www.org-chem.org . Архивировано из оригинала на 2011-07-27 . Проверено 20 ноября 2016 .
  10. ^ March, J .; Смит, Д. (2001). Высшая органическая химия, 5-е изд . Нью-Йорк: Вили .[ требуется страница ]
  11. ^ Кэри, JS; Laffan, D .; Томсон, К. и Уильямс, М.Т. (2006). «Анализ реакций, используемых для приготовления молекул-кандидатов в лекарственные средства» . Орг. Biomol. Chem . 4 (12): 2337–2347. DOI : 10.1039 / B602413K . PMID 16763676 . CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  12. ^ Николау, KC; Хейл, Кристофер Р.Х .; Нилевский, Кристиан; Иоанниду, Гераклидия А. (09.07.2012). «Конструирование молекулярной сложности и разнообразия: полный синтез натуральных продуктов биологического и медицинского значения» . Обзоры химического общества . 41 (15): 5185–5238. DOI : 10.1039 / C2CS35116A . ISSN 1460-4744 . PMC 3426871 . PMID 22743704 .   
  13. ^ Чен, Вейминг; Суо, Джин; Лю Юнцзянь; Се, Юаньчао; Ву, Минцзюнь; Чжу, Фуцян; Нянь, Ифэн; Aisa, Haji A .; Шен, Цзиншань (2019-03-08). «Промышленно-ориентированная оценка маршрута и оптимизация процесса приготовления брекспипразола». Исследования и разработки в области органических процессов . 23 (5): 852–857. DOI : 10.1021 / acs.oprd.8b00438 . ISSN 1083-6160 . 
  14. ^ Блэкмонд, Донна Г. (2016-11-20). «Происхождение биологической гомохиральности» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 2 (5): а002147. DOI : 10.1101 / cshperspect.a002147 . ISSN 1943-0264 . PMC 2857173 . PMID 20452962 .   
  15. Перейти ↑ Welch, CJ (1995). Достижения в хроматографии . Нью-Йорк: Marcel Dekker, Inc., стр. 172.
  16. ^ Нгуен, Лиен Ай; Он, Хуа; Фам-Хай, Чыонг (20 ноября 2016 г.). «Хиральные препараты: обзор» . Международный журнал биомедицинских наук . 2 (2): 85–100. ISSN 1550-9702 . PMC 3614593 . PMID 23674971 .   
  17. ^ Ноулз, Уильям С. (2002-06-17). «Асимметричное гидрирование (Нобелевская лекция)». Angewandte Chemie International Edition . 41 (12): 1998–2007. DOI : 10,1002 / 1521-3773 (20020617) 41:12 <1998 :: АИД-ANIE1998> 3.0.CO; 2-8 . ISSN 1521-3773 . 
  18. ^ Нойори, Р .; Икеда, Т .; Окума, Т .; Widhalm, M .; Kitamura, M .; Takaya, H .; Akutagawa, S .; Sayo, N .; Сайто Т. (1989). «Стереоселективное гидрирование с помощью динамического кинетического разрешения». Журнал Американского химического общества . 111 (25): 9134–9135. DOI : 10.1021 / ja00207a038 .
  19. ^ Гао, Юнь; Кландер, Дженис М .; Хэнсон, Роберт М .; Масамунэ, Хироко; Ко, Су Й .; Шарплесс, К. Барри (1987-09-01). «Каталитическое асимметричное эпоксидирование и кинетическое разрешение: модифицированные процедуры, включая дериватизацию in situ». Журнал Американского химического общества . 109 (19): 5765–5780. DOI : 10.1021 / ja00253a032 . ISSN 0002-7863 . 
  20. ^ Сервис. РФ (2001). "Награда за науку - это полный дом победителей". Наука . 294 (5542, 19 октября): 503–505. DOI : 10.1126 / science.294.5542.503b . PMID 11641480 . 
  21. ^ Кори, EJ ; Ченг, XM. (1995). Логика химического синтеза . Нью-Йорк: Вили .[ требуется страница ]
  22. ^ Тодд, Мэтью Х. (2005). «Компьютерный органический синтез» . Обзоры химического общества . 34 (3): 247–266. DOI : 10.1039 / b104620a . PMID 15726161 . 

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Кори Э.Дж .; Ченг, XM (1995). Логика химического синтеза . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley & Sons . ISBN 978-0471115946.

Внешние ссылки [ править ]

  • Архив органического синтеза
  • База данных химического синтеза
  • https://web.archive.org/web/20070927231356/http://www.webreactions.net/search.html
  • https://www.organic-chemistry.org/synthesis/
  • Коллекция синтеза натуральных продуктов профессора Ханса Райха
  • Семантическая вики по химическому синтезу