¿Qué es la química orgánica sintética?
Desde 1940, el uso de principios teóricos para planificar problemas de síntesis y el uso de instrumentos para controlar cada paso del proceso de reacción han cambiado enormemente la situación de la química orgánica sintética. La química de los productos naturales juega un papel extremadamente importante en la promoción de este cambio. Los bioquímicos están interesados en vitaminas y enzimas, y la industria farmacéutica está interesada en sustancias naturales como antibióticos, hormonas y alcaloides de rotenona, que estimulan la investigación sobre la síntesis de moléculas complejas con múltiples centros de reacción.
El desarrollo de la química sintética orgánica ha pasado por los siguientes períodos:
Los primeros días
Como la reacción de Wu Zi, la reacción de Williamson, la reacción de Parkin y la reacción de Rosen. , Reacción de Hoffmann, Reacción de Scrapp, Reacción de Freeland, Reacción de Jacobson, Reacción de Noel, Reacción de Mitchell, etc. Algunas reacciones de "nombre" establecidas continúan utilizándose ampliamente y la gente continúa proponiendo métodos mejorados para ampliar sus aplicaciones. Debido a que el descubrimiento de nuevas reacciones facilitó la consecución de objetivos anteriores y permitió nuevas síntesis, los reactivos de Grignard se propusieron en 1899, pero no atrajeron suficiente atención hasta el siglo XX. El propio Green generalizó esta reacción a la preparación de diversos compuestos, y los químicos inorgánicos también la aprovecharon.
Dado que el reactivo de Grignard reacciona fácilmente con sustancias que contienen hidrógeno reemplazable o hidrógeno activo, como agua, alcohol, amoniaco, HCl, etc., se utiliza para analizar y determinar dicho hidrógeno reemplazable. Esta aplicación fue propuesta por primera vez por L. Chugaev (1872-1922) en San Petersburgo y fue desarrollada posteriormente por su alumno Tserevitinov.
Otras reacciones utilizadas a principios del siglo XX incluyen la síntesis de aldehídos de Bouvette, la reacción de ácido a amina de Bouchard, la reacción de Ullman de haluros aromáticos y cobre en hidrocarburos y la reacción de Ullman de conectar anillos simples en densidades más complejas. reacción de condensación del anillo. Todas estas reacciones se pueden utilizar con compuestos aromáticos y reflejan la intensa atención prestada a la química de los tintes en la primera década del siglo XX. El método de reducción de Bouvette-Blanc que surgió al mismo tiempo proporcionó una manera de convertir los ácidos en los alcoholes correspondientes. La reacción de reducción es la del sodio y el etanol en presencia de un éster del ácido. La reacción de la clementina convierte los grupos carbonilo en grupos metileno mediante el uso de amalgama de zinc en un ácido. El peróxido de hidrógeno en una solución alcalina se utiliza en la reacción de Darkin, que convierte los aldehídos aromáticos en fenol.
Durante la Primera Guerra Mundial, no hubo ninguna actividad nueva en la química sintética excepto la reacción de reducción de Rosenmond. En esta reacción de reducción, los grupos acilo se convierten en grupos aldehído introduciendo gas hidrógeno en una solución que contiene un catalizador de paladio. La reacción de degradación de Seiichiro Kuribayashi-Wieland, que acorta la longitud de la cadena de los ácidos orgánicos en una unidad, fue propuesta por Seiichiro Kuribayashi en 1913 y mejorada por Wieland en 1926. Otra reacción importante fue descubierta en Kiel en 1928 por O. Diels (1876-1934) y K. Alder (1902-1958). Observaron que el compuesto del anillo de seis miembros anhídrido cis-Δ4-tetrahidroftálico podía obtenerse cuantitativamente mediante la reacción vigorosa de buteno con anhídrido maleico.
Anteriormente, Melwein fue uno de los descubridores independientes de la reacción de reducción Melwein-Pontdorf-Wiley, que es la reducción de compuestos carbonílicos a alcoholes en presencia de alcóxidos de aluminio. Esta reacción de oxidación es más adecuada para la conversión de alcoholes secundarios en cetonas, aunque también se utiliza hasta cierto punto en la oxidación de alcoholes primarios.
La hidrogenación catalítica es una técnica útil para la síntesis y explicación de problemas teóricos. Fue desarrollado por primera vez por Sabatier y Senderens a principios del siglo XX y pronto se utilizó en la producción industrial. El requisito de proporcionar una alta presión adecuada retrasó el uso generalizado de técnicas de hidrogenación en la investigación orgánica hasta el final de la Primera Guerra Mundial. No fue hasta la década de 1930 que se utilizó para muchas tareas importantes.
El desarrollo de catalizadores adecuados para reacciones de hidrogenación también ha sido muy lento. A principios del siglo XX, Parr propuso un método para preparar catalizadores de platino. También se utilizan otros metales, especialmente el níquel. Sin embargo, el método utilizado para preparar el catalizador no estaba estandarizado y los resultados fueron decepcionantes. Una aleación de níquel y aluminio patentada por 1927M Rani se utiliza ampliamente en la preparación de catalizadores de níquel, en los que el aluminio se disuelve y se separa con hidróxido de sodio. Adams y sus colegas de Illinois redujeron los óxidos metálicos para utilizarlos como catalizadores. H. Adkins (1892-1949) de Wisconsin y sus colegas desarrollaron por primera vez la cromita de cobre como catalizador eficaz.
A medio plazo
La síntesis orgánica moderna comenzó en la década de 1940. Aunque en la última década se han completado algunas síntesis difíciles, por ejemplo, la síntesis de tiamina por R.R. Williams y J.K. Klein, la síntesis de riboflavina por P. Kaleel y R. Kuhn de forma independiente por S.A. Harris, K. La síntesis de piridoxina; fue completada de forma independiente por Fox y Kuhn t. La síntesis de ácido ascórbico fue completada de forma independiente por Reichstein y Kuhn: el laboratorio Kaleel, el laboratorio A. Todd y el laboratorio L. I. Smith. La vitamina K hemostática fue sintetizada por E.A. El laboratorio Doisy y el laboratorio L. Fiscel; Bachmann, J. W. Cole y A. L. Wirtz completaron la síntesis de menadiona; Fox, Kuhn y H. Vilander completaron la síntesis de ácido pantoténico, pero estos sintetizadores palidecen en comparación con los sintetizadores completos que aparecen a continuación.
Estas síntesis totales incluyen la síntesis total de quinina por R.B. Woodward y W.E. Doreen, la síntesis de cortisona por L.H. Saret, la síntesis de patulina y estricnina por Woodward, y la síntesis de morfina por M. Gates y D. Ghinsberg Synthesis, síntesis de vitamina H por Fox, A. Gresner y Subarov en el laboratorio Merck, síntesis de folato por C.W. Waller y síntesis de folato por Woodward. Síntesis de caroteno, síntesis de vitamina A en O. isler, síntesis de insulina en F. Sanger y síntesis de clorofila alfa en Woodward y martin strel.
La característica sorprendente de estas síntesis es que pueden completarse muy rápidamente una vez determinadas las estructuras de estos compuestos. Estas síntesis mostraron el poder de las nuevas ideas en química orgánica. Porque antes de realizar experimentos, a menudo es necesario diseñar reacciones teóricamente. Estos logros combinados reflejan las características de la ciencia de mediados del siglo XX: su gran dependencia del intercambio de ideas. La era de la investigación estrecha ha dado paso a la era de la investigación integral.
Un desarrollo sintético particularmente importante y de valor tanto en la investigación orgánica como en la producción industrial es la utilización de microorganismos. Los mohos y otros organismos se utilizan ampliamente para producir antibióticos. Los microorganismos producen antibióticos, pero los procesos intermedios no se conocen bien. Sin embargo, en una serie de operaciones sintéticas, se han utilizado microorganismos para un paso de la reacción. Son particularmente adecuados para esta aplicación porque pueden sufrir reacciones estereoselectivas que producirían una mezcla de isómeros si reaccionaran mediante síntesis puramente química. ¿Vitamina C, 1? Microorganismos adecuados han sintetizado efedrina, piridoxal, piridoxamina, algunas antraquinonas y algunas penicilinas, y este método también se ha utilizado en el campo de los esteroides.
El futuro próximo
El número de grupos de investigación de síntesis orgánica de alto nivel, sus principales descubrimientos y el atractivo del campo para científicos jóvenes y prometedores supera con creces el de la década de 1960. Las metodologías de síntesis química incluyen algunos procesos sintéticos nuevos, importantes estrategias sintéticas y reactivos y catalizadores altamente selectivos. La cromatografía de afinidad y la cromatografía líquida multifuncional han mejorado los métodos de separación y purificación de sustancias orgánicas, lo que acelerará enormemente la investigación de la síntesis orgánica, resolviendo así potencialmente muchos problemas más complejos.
La aplicación de instrumentos físicos (difracción de cristales de rayos X, resonancia magnética nuclear, espectrometría de masas) y ordenadores en la determinación precisa de la estructura ha acelerado enormemente el descubrimiento y la identificación de nuevas moléculas bioactivas sintéticas y ha promovido nuestra comprensión de las ciencias biológicas. Actividad. Comprensión de las funciones moleculares. Esto muestra que las computadoras se han convertido en una herramienta importante para los químicos sintéticos orgánicos. Las computadoras no sólo se utilizarán para realizar cálculos, sino también para resolver diversos problemas y enseñarse unos a otros. El uso de modelos asistidos por computadora para analizar la síntesis se convertirá en una herramienta rutinaria en química.