Totální syntéza

Totální syntéza je úplná chemická syntéza složitých molekul, často přírodních látek, z jednoduchých a komerčně dostupných výchozích látek.[1][2][3][4] Často se sem započítávají postupy nevyužívající biologické procesy. Syntézou může vznikat meziprodukt dalších syntetických postupů vedoucích k požadované molekule, takovéto případy se označují jako formální syntézy. Cíly totálních syntéz mohou být přírodní látky, lékařsky významné aktivní sloučeniny, již známé meziprodukty, i molekuly, jež jsou předměty teoretického výzkumu. Mezi cílové molekuly totálních syntéz ojediněle patří i organokovové a anorganické sloučeniny.[5][6]

Totální syntézy často zahrnují široké spektrum reakcí a reaktantů a k úspěšnému provedení tak vyžadují rozsáhlé chemické znalosti.

Úkolem často bývá nalezení nového způsobu přípravy molekuly, u které již jsou nějaké způsoby přípravy známy. V řadě případů však takový postup není znám a jedná se tedy o hledání prvního postupu. Totální syntézy mají význam ohledně objevů nových druhů chemických reakcí a reaktantů, rovněž i pro výrobu léčiv.[7]

Rozsah a definice

Totálními syntézami se připravuje řada skupin sloučenin, jako jsou například terpeny, alkaloidy, polyketidy a polyethery.[8]

Cíly totálních syntéz jsou často látky, které také vznikají v rostlinách, mořských organismech nebo v houbách. Méně často se označení totální syntéza používá pro umělé přípravy přírodních polypeptidů a polynukleotidů, například v roce 1954 byly připraveny peptidové hormony oxytocin a vazopresin.[9]

Přírodní látky, které mají být syntetizovány, často obsahují několik různých druhů struktur.

Úkoly

Moderní totální syntézy jsou většinou předměty akademického výzkumu. Potřeby chemického průmyslu se často liší od akademických zaměření. Průmyslové postupy obvykle z  části využívají poznatky z laboratorních syntéz, obzvláště při provádění částečných syntéz léčiv. Často se objevují diskuze[10] o akademickém významu totálních syntéz.[11][12][12][13]

Pohled na totální syntézu se za několik posledních desetiletí změnil, totální syntézy se stále vyvíjí a jsou důležitými součástmi chemického výzkumu.[14][15][16]

V rámci těchto změn roste zájem o zlepšení praktické využitelnosti totálních syntéz. Skupina, kterou vedl Phil S. Baran, našla vysoce účinné syntézy proveditelné v různých měřítkách i mimo laboratoře.[17][18]

Historie

Totální syntéza vitaminu B12: Retrosyntetická analýza Woodwardovy–Eschenmoserovy totální syntézy popsané v roce 1972. Rozbor byl proveden takovým způsobem, aby bylo možné podle něj později provést samotnou syntézu vitaminu. Vitamin B12 (I) byl získán navázáním postranního řetězce. Potřebný prekurzor, kyselina kobyrová, (II), se následně stal cílovou molekulou, „korrinovým jádrem“, jehož příprava se ukázala být proveditelnou dvěma způsoby, a v „západní části“ se spojily kruhy A a D (III) a ve „východní“ kruhy B a C (IV). Výchozí materiál tak musel obsahovat tyto dvě komplexní části V–VIII.

Friedrich Wöhler zjistil v roce 1828, že močovina, tedy organická sloučenina, může být připravena z anorganických výchozích látek. Šlo o významný okamžik v dějinách chemie, kdy se ukázalo, že lze z anorganických prekurzorů získat látku, která byla do té doby známa pouze jako vedlejší produkt biologických procesů.[2] Wöhler připravil močovinu reakcí kyanatanu stříbrného s chloridem amonným:

AgNCO + NH4Cl → (NH2)2CO + AgCl

Haller a Blanc připravili kafr, do té doby nákladně získávaný z přírodních zdrojů, z kyseliny kafrové,[2] jejíž struktura ovšem nebyla známa. Poté, co finský chemik Gustav Komppa v roce 1904 vytvořil kyselinu kafrovou reakcí diethyloxalátu a kyseliny 3,3-dimethylpentanové, bylo možné ze struktury prekurzorů odvodit složitou cyklickou strukturu. Komppův objev umělé syntézy kafru umožnil jeho průmyslovou výrobu, zahájenou roku 1907.

Robert Burns Woodward vyvinul totální syntézy řady složitých organických sloučenin, jako například cholesterol, kortizonu, strychninu, kyseliny lysergové, reserpinu, chlorofylu, kolchicinu, vitaminu B12 a prostaglandinu F-2a.[2]

Vincent du Vigneaud V roce 1955 získal Nobelovu cenu za chemii za totální syntézu polypeptidových hormonů oxytocinu a vazopresinu.[19]

Elias James Corey získal Nobelovu cenu v roce 1990 za celoživotní příspěvek k totálním syntézám a za objev retrosyntetické analýzy.

Příklady

Jako příklad lze uvést totální syntézu chininu, již provedli Robert Burns Woodward a William von Eggers Doering roku 1944,[20] přičemž předtím proběhlo během 150 let několik pokusů o částečné syntézy.[2]

Odkazy

Reference

  1. ↑ Archived copy [online]. [cit. 2015-08-22]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2014-12-20. (anglicky) 
  2. ↑ a b c d e K. C. Nicolaou; D. VOURLOUMIS; N. WINSSINGER AND P. S. BARAN. The Art and Science of Total Synthesis at the Dawn of the Twenty-First Century. Angewandte Chemie International Edition. 2000, s. 44–122. Dostupné online. DOI 10.1002/(SICI)1521-3773(20000103)39:1<44::AID-ANIE44>3.0.CO;2-L. PMID 10649349. (anglicky) 
  3. ↑ Nicolaou, K. C. & Sorensen, E. J. 1996, Classics in Total Synthesis: Targets, Strategies, Methods, New York:John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-29231-8
  4. ↑ Nicolaou, K. C. & Snyder, S. A., 2003, Classics in Total Synthesis II: More Targets, Strategies, Methods, New York:John Wiley & Sons, ISBN 978-3-527-30684-8
  5. ↑ Raymond Schaak. Emerging Strategies for the Total Synthesis of Inorganic Nanostructures. Angewandte Chemie International Edition. 2014-04-22, s. 6154–6178. Dostupné online [cit. 2021-07-15]. DOI 10.1002/anie.201207240. 
  6. ↑ R. B. Woodward. Versuche zur Synthese des Vitamins B12. Angewandte Chemie. 1963, s. 871–872. DOI 10.1002/ange.19630751827. 
  7. ↑ Discovery of Novel Synthetic Methodologies and Reagents during Natural Product Synthesis in the Post-Palytoxin Era Ahlam M. Armaly, Yvonne C. DePorre, Emilia J. Groso, Paul S. Riehl, and Corinna S. Schindler Chem. Rev., Article ASAP DOI:10.1021/acs.chemrev.5b00034
  8. ↑ Karin Springob. Plant-derived Natural Products. [s.l.]: Springer, 2009-06-01. Dostupné online. ISBN 978-0-387-85498-4. S. 3–50. 
  9. ↑ Vincent du Vigneaud; Charlotte Ressler; John M. Swan; Carleton W. Roberts; Panayotis G. Katsoyannis. The Synthesis of Oxytocin. Journal of the American Chemical Society. 1954, s. 3115–3121. DOI 10.1021/ja01641a004. 
  10. ↑ Clayton Heathcock. Chemical Synthesis Gnosis to Prognosis. [s.l.]: Springer, 1996. Dostupné online. ISBN 978-94-009-0255-8. S. 223–243. 
  11. ↑ K. C. Nicolaou. Total Synthesis Endeavors and Their Contributions to Science and Society: A Personal Account. Chinese Chemical Society. 2019-04-01, s. 3–37. DOI 10.31635/ccschem.019.20190006. 
  12. ↑ a b K. C. Nicolaou. Perspectives from nearly five decades of total synthesis of natural products and their analogues for biology and medicine. Natural Product Reports. 2020-04-22, s. 1404–1435. Dostupné online [cit. 2021-06-24]. DOI 10.1039/D0NP00003E. 
  13. ↑ Kate Qualmann. Excellence in Industrial Organic Synthesis: Celebrating the Past, Looking to the Future [online]. ACS Axial [cit. 2021-06-24]. Dostupné online. 
  14. ↑ Phil Baran. Natural Product Total Synthesis: As Exciting as Ever and Here To Stay. Journal of the American Chemical Society. 2018-04-11, s. 4751–4755. Dostupné online [cit. 2021-06-24]. DOI 10.1021/jacs.8b02266. 
  15. ↑ Tomas Hudlicky. Benefits of Unconventional Methods in the Total Synthesis of Natural Products. ACS Omega. 2018-12-31, s. 17326–17340. Dostupné online [cit. 2021-06-24]. DOI 10.1021/acsomega.8b02994. 
  16. ↑ Derek Lowe. How Healthy is Total Synthesis [online]. The American Association for the Advancement of Science [cit. 2021-06-24]. Dostupné online. 
  17. ↑ Phil Baran Research [online]. Scripps Institute [cit. 2021-06-24]. Dostupné online. 
  18. ↑ Yujiro Hayashi. Time Economy in Total Synthesis. Journal of Organic Chemistry. 2020-10-21, s. 1–23. Dostupné online [cit. 2021-06-24]. DOI 10.1021/acs.joc.0c01581. 
  19. ↑ The Nobel Prize in Chemistry 1955 [online]. Nobel Media AB [cit. 2016-11-17]. Dostupné online. 
  20. ↑ Remembering Organic Chemistry Legend Robert Burns Woodward, "C&EN", 4/10/2017

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

VitaminB12 retrosynthesis.svg
Autor: Dissolution, Licence: CC BY-SA 3.0
Vitamin B12 retrosynthesis