¿Qué es la química orgánica sintética?
Desde que Betro sintetizó por primera vez análogos de grasa natural (estearina) utilizando glicerol y ácidos grasos en 1853, la historia de la química orgánica sintética ha transcurrido más de 150 años, y su desarrollo ha alcanzado niveles sin precedentes en la época contemporánea. nivel. Aproximadamente cada 20 años, nuevos desarrollos llevan este campo al siguiente nivel. Alrededor de 1940, la mayoría de las actividades de síntesis en química orgánica se llevaban a cabo según los métodos populares a principios del siglo XX. La principal diferencia fue que el número de investigadores aumentó considerablemente, había más estilos de métodos de síntesis y los instrumentos y equipos. fueron mejorados. La resolución de problemas de síntesis se basa principalmente en la experiencia y tiene objetivos muy limitados. Las personas que desean realizar una síntesis de grandes pasos son extremadamente raras. Debido a la gran cantidad de compuestos y reacciones especializados con los que es necesario familiarizarse, los químicos orgánicos tienden a trabajar en glicoquímica, alcaloides, colorantes, terpenos, proteínas, grasas, esteroides o algún área similar, y rara vez en la química en su conjunto. de interés.
Desde 1940, se han utilizado principios teóricos para planificar problemas de síntesis y se han utilizado instrumentos para controlar cada paso del proceso de reacción. Esto ha provocado enormes cambios en la situación de la química orgánica sintética. La química de los productos naturales ha jugado un papel extremadamente importante a la hora de impulsar este cambio. El interés de los bioquímicos por las vitaminas y las enzimas, y el interés de la industria farmacéutica por los antibióticos, las hormonas y algunas sustancias naturales como los alcaloides de la rauwolfia, estimularon 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:
Primeros días
Tales como la reacción de Wurtz, la reacción de Williamson, la reacción de Parkin, la reacción de Rosen mientras Algunas reacciones con "nombre" bien establecidas siguen utilizándose ampliamente, como la reacción de Hoffman, la reacción de Schropp, la reacción de Friedlander, la reacción de Jacobson, la reacción de Noll y la reacción de Mitchell. Se proponen continuamente mejoras para ampliar su aplicación. Dado que el descubrimiento de nuevas reacciones facilitó la consecución de objetivos pasados y permitió llevar a cabo nuevas síntesis, el reactivo de Grignard se propuso en 1899, pero no fue hasta el siglo XX que recibió toda la atención. El propio Greenea amplió esta reacción a la preparación de diversos compuestos, y los químicos inorgánicos también aprovecharon esta reacción.
Debido a que el reactivo de Grignard reacciona fácilmente con sustancias que contienen hidrógeno sustituible o hidrógeno activo, como agua, alcohol, amoníaco y HCl, se utiliza analíticamente para determinar dicho hidrógeno sustituible. Esta aplicación fue propuesta por primera vez por L. Chugaev (1872-1922) en San Petersburgo, y más tarde su alumno Tserevitinov la desarrolló aún más.
Otras reacciones utilizadas a principios del siglo XX fueron la síntesis de aldehídos de Bouwalt, la acidificación de aminas de Bouchard, la conversión de cobre de haluros aromáticos en hidrocarburos de Ullmann y la reacción de condensación A de Ullmann que une anillos simples en anillos fusionados más complejos. Todas estas reacciones se pueden utilizar con compuestos aromáticos y reflejan la gran atención prestada a la química de los tintes en la primera década del siglo XX. La reducción de Buwalter-Blanc, que apareció al mismo tiempo, proporcionó un método para convertir ácidos en los correspondientes alcoholes. Esta reacción de reducción ocurre entre sodio y etanol en presencia de un éster de este ácido. La reacción de Clemensen convierte los grupos carbonilo en grupos metileno utilizando amalgama de zinc en un ácido. La reacción de Dakin utiliza peróxido de hidrógeno en una solución de lejía para convertir aldehídos aromáticos en fenoles.
Durante la Primera Guerra Mundial, con la excepción de la reacción de reducción de Rosenmond, se produjo poca actividad nueva en el campo de la química sintética. En esta reacción de reducción, el grupo acilo se convierte en un grupo aldehído introduciendo hidrógeno en una solución que contiene un catalizador de paladio. La reacción de degradación de Barbiere-Wieland, que acorta la longitud de la cadena de los ácidos orgánicos en una unidad, fue propuesta por Barbiere en 1913 y mejorada por Wieland en 1926. Otra reacción de gran importancia fue descubierta en Kiel en 1928 por O. Diels (1876-1934) y K. Auld (1902-1958). Observaron que el buteno reaccionaba violentamente con anhídrido maleico para obtener cuantitativamente un compuesto de anillo de seis miembros, anhídrido cis-Δ4-tetrahidroftálico.
Anteriormente, Melwein fue uno de los descubridores independientes de la reacción de reducción Melwein-Pondorff-Werley, que implica la conversión de alcóxidos de aluminio en 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 tanto para trabajos de síntesis como para explicar problemas teóricos. A principios del siglo XX, Sabatier y Senderens lo desarrollaron por primera vez y pronto se adoptó 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 en muchos trabajos importantes.
El desarrollo de catalizadores adecuados para reacciones de hidrogenación también ha sido lento. Parr propuso un método para preparar catalizadores de platino a principios del siglo XX. También se utilizan otros metales finos, en particular el níquel. Sin embargo, los métodos para preparar los catalizadores no estaban estandarizados y los resultados fueron decepcionantes. Una aleación de níquel-aluminio patentada por M. Rani en 1927 se utiliza ampliamente para preparar catalizadores de níquel, en los que el aluminio se separa disolviéndolo con hidróxido de sodio. Adams y sus colegas de Illinois redujeron los óxidos metálicos para que sirvieran como catalizadores. H. Adkins (1892-1949) de Wisconsin y sus colegas fueron los primeros en desarrollar cromita de cobre como catalizador eficaz.
Medio plazo
En la década de 1940 se inició el período moderno de síntesis orgánica. Aunque en la década anterior se habían completado algunas síntesis difíciles, como la síntesis de tiamina por R.R. Williams y J.K. Klein, la síntesis de riboflavina por P. Karrell y R. Kuhn S.A. La síntesis de piridoxina fue completada de forma independiente por Harris, K; Fox y Kuhn; la síntesis de ácido ascórbico realizada de forma independiente por T. Reichstein y Kuhn: el Laboratorio Karrell, el Laboratorio A. Todd y la síntesis de α-tocoferol realizada por el laboratorio de L.I Smith; completado por el laboratorio de E.A. Doisy y L. Fisser; la síntesis de equino por W. Bachman, J.W. Cole y A.L. Wirtz Fox y Kuhn y H. Wieland completaron la síntesis de ácido pantoténico, pero estas síntesis están algo eclipsadas en comparación. con la síntesis total a continuación.
Estas síntesis totales incluyen la síntesis total de quinina llevada a cabo con éxito por R.B. Woodward y W.E. Dolin, la síntesis de cortisona por L.H. Saret, y la síntesis de patulina y nux vomica por Woodward, síntesis de bases, síntesis de morfina. por M. Gates y D. Ginsberg, síntesis de vitamina H por Fox, A. Gresnar y Subarov en el laboratorio Merck, síntesis de ácido fólico por C.W. Waller, Wood Ward y R. Robinson completaron de forma independiente la síntesis de colesterol y vitaminas, H. Inhofen y la síntesis de β-caroteno de Karrell, la síntesis de vitamina A de O. Eisler, la síntesis de insulina de F. Sanger y Woodward y Martin Strayer para la síntesis de clorofila alfa.
La característica destacable de estas síntesis es que pueden completarse muy rápidamente poco después de que se establezcan las estructuras de estos compuestos. Estas síntesis demuestran el poder de las nuevas perspectivas en la química orgánica. Porque antes de realizar experimentos, muchas veces es necesario diseñar teóricamente cada paso de la reacción. Estos logros sintéticos reflejaron las características de la ciencia de mediados del siglo XX: su gran dependencia del intercambio de ideas. La era del estudio limitado de las especialidades ha dado paso a la era del estudio integral de los problemas.
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 se sabe poco sobre los procesos implicados. Sin embargo, se han utilizado microorganismos para realizar una serie de operaciones sintéticas en un paso de la reacción en Chlorophytum ostreatus. Son especialmente adecuados para esta aplicación porque pueden sufrir reacciones estereoespecíficas que, si se hicieran reaccionar mediante síntesis puramente química, darían lugar a mezclas de isómeros. La vitamina C, la 1-efedrina, el piridoxal, la piridoxamina, determinadas antraquinonas y determinadas penicilinas han sido sintetizadas mediante microorganismos adecuados, y este método se ha utilizado también en el campo de los esteroides.
Recientemente
El número de grupos de investigación de síntesis orgánica de alto nivel, los principales descubrimientos que han realizado y el atractivo de este campo para científicos jóvenes y prometedores superan con creces a los de la década de 1960. Las metodologías de síntesis química incluyen algunos procesos de síntesis nuevos, estrategias de síntesis importantes y reactivos y catalizadores altamente selectivos. Las mejoras en los métodos de separación y purificación de sustancias orgánicas, como la cromatografía de afinidad y la cromatografía líquida multifuncional, acelerarán enormemente la investigación sobre síntesis orgánica y potencialmente resolverán muchos problemas más complejos.
La aplicación de instrumentos físicos (difracción de cristales de rayos X, resonancia magnética nuclear, espectrometría de masas) y ordenadores para determinar estructuras con precisión ha acelerado enormemente el descubrimiento y la identificación de nuevas moléculas bioactivas sintéticas. Funciones de las moléculas biológicamente activas. Esto muestra que las computadoras se han convertido en una herramienta importante para los químicos sintéticos orgánicos. Las computadoras no sólo se usarán para cálculos, sino también para resolver una variedad de problemas y enseñarse unos a otros. El análisis de la síntesis mediante modelos asistidos por ordenador se convertirá en una herramienta habitual en química.