Synthèse totale - Total synthesis
La synthèse totale est la synthèse chimique complète d'une molécule complexe , souvent un produit naturel , à partir de précurseurs simples disponibles dans le commerce. Il fait généralement référence à un processus n'impliquant pas l'aide de processus biologiques, ce qui le distingue de l' hémisynthèse . Les synthèses peuvent parfois se conclure sur un précurseur avec d'autres voies de synthèse connues vers une molécule cible, auquel cas il s'agit d'une synthèse formelle. Les molécules cibles de la synthèse totale peuvent être des produits naturels , des principes actifs d'importance médicale, des intermédiaires connus ou des molécules d'intérêt théorique. Les cibles de synthèse totale peuvent également être organométalliques ou inorganiques, bien que ceux-ci soient rarement rencontrés. Les projets de synthèse totale nécessitent souvent une grande diversité de réactions et de réactifs, et nécessitent par conséquent de vastes connaissances et une formation en chimie pour réussir.
Souvent, le but est de découvrir une nouvelle voie de synthèse pour une molécule cible pour laquelle il existe déjà des voies connues. Parfois, cependant, aucune voie n'existe et les chimistes souhaitent trouver une voie viable pour la première fois. La synthèse totale est particulièrement importante pour la découverte de nouvelles réactions chimiques et de nouveaux réactifs chimiques , ainsi que pour l'établissement de voies de synthèse pour des composés importants en médecine.
Portée et définitions
Il existe de nombreuses classes de produits naturels pour lesquels la synthèse totale est appliquée. Ceux-ci incluent (mais ne sont pas limités à) : les terpènes , les alcaloïdes , les polycétides et les polyéthers . Les cibles de synthèse totale sont parfois désignées par leur origine organique telle que végétale, marine et fongique. Le terme synthèse totale est moins fréquemment mais toujours appliqué avec précision à la synthèse de polypeptides et polynucléotides naturels . Les hormones peptidiques ocytocine et vasopressine ont été isolées et leurs synthèses totales signalées pour la première fois en 1954. Il n'est pas rare que les cibles de produits naturels présentent de multiples composants structurels de plusieurs classes de produits naturels.
Objectifs
Bien que fausse d'un point de vue historique (voir l' histoire du stéroïde, la cortisone ), la synthèse totale à l'ère moderne a été en grande partie une entreprise académique (en termes de main-d'œuvre appliquée aux problèmes). Les besoins en produits chimiques industriels diffèrent souvent des objectifs universitaires. En règle générale, les entités commerciales peuvent choisir des voies particulières d'efforts de synthèse totale et dépenser des ressources considérables sur des cibles particulières de produits naturels , en particulier si la semi-synthèse peut être appliquée à des médicaments complexes dérivés de produits naturels . Malgré cela, depuis des décennies, il y a eu une discussion continue concernant la valeur de la synthèse totale en tant qu'entreprise académique. Bien qu'il existe quelques valeurs aberrantes, l'opinion générale est que la synthèse totale a changé au cours des dernières décennies, continuera de changer et restera une partie intégrante de la recherche chimique. Dans le cadre de ces changements, l'accent a été mis de plus en plus sur l'amélioration de l'aspect pratique et commercial des méthodes de synthèse totale. Le groupe Phil S. Baran de Scripps , un pionnier notable de la synthèse pratique, s'est efforcé de créer des synthèses évolutives et à haute efficacité qui auraient des utilisations plus immédiates en dehors du milieu universitaire.
Histoire
Friedrich Wöhler a découvert qu'une substance organique, l' urée , pouvait être produite à partir de matières premières inorganiques en 1828. Ce fut une étape conceptuelle importante en chimie en étant le premier exemple d'une synthèse d'une substance qui n'était connue que comme un sous-produit de processus vivants. . Wöhler a obtenu de l' urée en traitant du cyanate d'argent avec du chlorure d'ammonium , une synthèse simple en une étape :
- AgNCO + NH 4 Cl → (NH 2 ) 2 CO + AgCl
Le camphre était un produit naturel rare et cher avec une demande mondiale. Haller et Blanc l'ont synthétisé à partir de l'acide camphré ; cependant, le précurseur, l'acide camphorique, avait une structure inconnue. Lorsque le chimiste finlandais Gustav Komppa a synthétisé l'acide camphrique à partir d' oxalate de diéthyle et d' acide 3,3-diméthylpentanoïque en 1904, la structure des précurseurs a permis aux chimistes contemporains de déduire la structure cyclique compliquée du camphre. Peu de temps après, William Perkin a publié une autre synthèse du camphre. Les travaux sur la synthèse chimique totale du camphre ont permis à Komppa de commencer la production industrielle du composé, à Tainionkoski , en Finlande , en 1907.
Le chimiste américain Robert Burns Woodward était une figure prééminente dans le développement de synthèses totales de molécules organiques complexes, certaines de ses cibles étant le cholestérol , la cortisone , la strychnine , l'acide lysergique , la réserpine , la chlorophylle , la colchicine , la vitamine B 12 et la prostaglandine F-2a. .
Vincent du Vigneaud a reçu le prix Nobel de chimie 1955 pour la synthèse totale du polypeptide naturel oxytocine et vasopressine , qui a rapporté en 1954 avec la citation « pour ses travaux sur les composés soufrés biochimiquement importants, en particulier pour la première synthèse d'une hormone polypeptidique. "
Un autre chimiste doué est Elias James Corey , qui a remporté le prix Nobel de chimie en 1990 pour l'ensemble de ses réalisations en synthèse totale et pour le développement de l'analyse rétrosynthétique .
Exemples
Un classique de la synthèse totale est la synthèse totale de la quinine , qui, avant sa synthèse totale par Robert Burns Woodward et William von Eggers Doering en 1944, avait une histoire de nombreuses synthèses partielles qui s'étendaient sur 150 ans et incluaient des disputes et des frustrations.