Organiese sintese

RobinsonSchoepf-RM1 V4.svg
Voorbeeld van organiese sintese

Organiese sintese is 'n spesiale tak van chemiese sintese en handel oor die opsetlike konstruksie van organiese verbindings.[1] Organiese molekule is dikwels meer kompleks as anorganiese verbindings, en die sintese daarvan het ontwikkel tot een van die belangrikste takke van organiese chemie.

Totale sinteseWysig

'n Totale sintese is die volledige chemiese sintese van komplekse organiese molekules uit eenvoudige, kommersieel beskikbare of natuurlike voorgangers.[2] Totale sintese kan gedoen word deur middel van 'n lineêre of konvergente benadering. In 'n lineêre sintese, wat dikwels voldoende is vir eenvoudige strukture, word verskeie stappe na mekaar uitgevoer totdat die molekule voltooi is. Die chemiese verbindings wat in elke stap vervaardig word, word sintetiese tussenprodukte genoem.[2] Dikwels verwys elke stap in 'n sintese na 'n afsonderlike reaksie wat plaasvind om die aanvanklike verbinding van die reaksie te modifiseer. Vir meer komplekse molekules kan 'n konvergente sintetiese benadering verkieslik wees, naamlik 'n individuele bereiding van verskillende "stukke" (sleutel-tussenprodukte), wat dan gekombineer word om die gewenste produk te vorm.

Metodologie en toepassingsWysig

Elke stap van 'n sintese behels 'n chemiese reaksie, en reagense en toestande vir elk van hierdie reaksies moet ontwerp word om 'n voldoende opbrengs van suiwer produk te gee, met so min as moontlik stappe.[3] Daar bestaan ​​moontlik reeds 'n metode in die literatuur vir die maak van een van die vroeë sintetiese tussenprodukte, en hierdie metode sal gewoonlik gebruik word eerder as om "die wiel te herontdek". Die meeste tussenprodukte is egter verbindings wat nog nooit vantevore gemaak is nie, en dit word gewoonlik gemaak volgens algemene metodes wat deur metodologie-navorsers ontwikkel is. Om bruikbaar te wees, moet hierdie metodes hoë opbrengste lewer en betroubaar wees vir 'n wye reeks substrate. Vir praktiese toepassings is industriële standaarde vir veiligheid en suiwerheid addisionele hindernisse.[4]

Metodologiese navorsing behels gewoonlik drie hooffases: ontdekking, optimalisering en bestudering van omvang en beperkings. Die ontdekking vereis uitgebreide kennis van en ervaring met chemiese reaktiwiteite van toepaslike reagense. Optimalisering is 'n proses waarin een of twee beginmateriale in die reaksie onder 'n wye verskeidenheid toestande van temperatuur, oplosmiddel, reaksietyd, ens. getoets word totdat die optimale voorwaardes vir die opbrengs en suiwerheid van die produk gevind word. Laastens probeer die navorser die metode uitbrei tot 'n wye reeks verskillende beginmateriale om die omvang en beperkings te bepaal. Sommige sintese is uitvoerbaar of op akademiese vlak, of op kleinskaal, maar nie vir produksie op industriele skaal nie. Dit kan lei tot verdere wysiging van die proses.[5]

 
Voorbeeld van chirale enantiomere van 'n organiese molekule

Stereoselektiewe sinteseWysig

Die meeste komplekse natuurlike produkte is chiraal ('n chirale molekuul/ioon kan nie op die spieëlbeeld daarvan oorgedra word nie),[6][7] en die bioaktiwiteit van chirale molekules wissel met die enantiomeer (spieëlbeelde van mekaar wat nie oordraagbaar is nie).[8] Histories is die totale sintese gerig op rasemiese mengsels (mengsels van beide moontlike enantiomere) waarna die rasemiese mengsel dan deur chirale resolusie geskei kan word.

In die latere helfte van die twintigste eeu het chemici begin metodes ontwikkel vir stereoselektiewe katalise en kinetiese resolusie waardeur reaksies gerig kon word om slegs een enantiomeer te produseer eerder as 'n rasemiese mengsel. Sulke reaksies het chemici 'n baie groter keuse gegee om van enantiomeries-suiwer molekules te begin, waar voorheen slegs natuurlike beginmateriaal gebruik kon word. Chemici kan eenvoudige molekules na meer komplekse molekules omskep sonder ongewenste rassemisering deur stereokontrole te verstaan, waardeur finale teikenmolekules as suiwer enantiomere gesintetiseer kan word. Sulke tegnieke word na verys as "stereoselektiewe sintese".

Sintese-ontwerpWysig

Elias James Corey het 'n meer formele benadering tot sintese-ontwerp gebring, gebaseer op retrosintetiese analise, waarvoor hy in 1990 die Nobelprys vir Chemie gewen het. In hierdie benadering word die sintese agteruit beplan, van die produk na die begin materiaal, met behulp van standaardreëls.[9]

Daar is rekenaarprogramme geskryf vir die ontwerp van 'n sintese gebaseer op volgorde van generiese "halfreaksies".[10]

VerwysingsWysig

  1. Cornforth, J.W. (1 Februarie 1993). “Die probleem met sintese” (in Engels). Australian Journal of Chemistry 46 (2): 157–170. doi:10.1071/ch9930157.
  2. 2,0 2,1 Nicolaou, K.C.; Sorensen, E.J. (1996). Klassieke in totale sintese (in Engels). New York: Wiley-VCH.
  3. March, J.; Smith, D. (2001). Gevorderde organiese chemie, 5de uitg (in Engels). New York: John Wiley & Sons.
  4. Carey, J.S.; Laffan, D.; Thomson, C. & Williams, M.T. (2006). “Analise van die reaksies wat gebruik word vir die bereiding van kandidate vir geneesmiddelmolekules” (in Engels). Org. Biomol. Chem. 4 (12): 2337–2347. doi:10.1039/B602413K.
  5. Chen, Weiming; Suo, Jin; Liu, Yongjian; Xie, Yuanchao; Wu, Mingjun; Zhu, Fuqiang; Nian, Yifeng; Aisa, Haji A.; Shen, Jingshan (8 Maart 2019). “Bedryfsgerigte roete-evaluering en prosesoptimalisering vir die voorbereiding van Brexpiprazole” (in Engels). Organic Process Research & Development 23 (5): 852–857. doi:10.1021/acs.oprd.8b00438.
  6. Blackmond, Donna G. (20 November 2016). “Die oorsprong van biologiese homochiraliteit” (in Engels). Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2 (5): a002147. doi:10.1101/cshperspect.a002147.
  7. Welch, CJ (1995). Vooruitgang in chromatografie (in Engels). New York: Marcel Dekker, Inc. p. 172.
  8. Nguyen, Lien Ai; He, Hua; Pham-Huy, Chuong (20 November 2016). “Chirale geneesmiddels: 'n oorsig” (in Engels). International Journal of Biomedical Science 2 (2): 85–100.
  9. Corey, E. J.; Cheng, X-M. (1995). Die logika van chemiese sintese (in Engels). New York: John Wiley & Sons.
  10. Todd, Matthew H. (2005). “Rekenaargesteunde organiese sintese” (in Engels). Chemical Society Reviews 34 (3): 247–266. doi:10.1039/b104620a.