CLASE 01. SÍNTESIS ORGÁNICA 2022

SÍNTESIS ORGÁNICA

LICENCIATURA EN CIENCIAS QUÍMICAS

Presentado por: Lic. Melvin Antonio Barahona Martínez

UNIDAD 01 SÍNTESIS ORGÁNICA. UNA VISIÓN GENERAL.

INTRODUCCIÓN

R.B. Woodward entendía la síntesis como un arte y declaraba que... “una estructura conocida pero aún no sintetizada era equivalente a una montaña no escalada”... sin embargo reconocía que algunos aspectos de la actividad sintética eran susceptibles a mecanización, pero el diseño de una ruta de síntesis no podía serlo y correspondía a la creatividad, es decir al arte.

INTRODUCCIÓN

Elias James Corey por su lado, mucho más pragmático, piensa que la síntesis orgánica obedece a una lógica racional, para el establecimiento de la secuencia sintética, sin embargo, admite que no todos los posibles intermediarios son valorados al comienzo del trabajo y acepta que “el esquema general indica una cierta dirección, pero los resultados experimentales iluminan los detalles para guiar la síntesis a través de la región de incertidumbre”

INTRODUCCIÓN

¿En qué consiste la síntesis orgánica? Es la conversión de una molécula en otra y ello implica diferentes procesos: a) incorporaciones (la molécula aumenta en el número de átomos que la conforman), b) degradaciones (la molécula disminuye en el número de átomos que la conforman) y c) reordenamientos (la molécula mantiene el nú- mero y tipo de átomos que la conforman pero cambia la secuencia de cómo se unen los átomos). En un proceso sintético pueden o no ocurrir las tres cosas simultáneamente.

INTRODUCCIÓN

¿Cuáles son las prácticas ideales? Debe dar un alto rendimiento, debe ser de bajo costo, debe tener poca complejidad lo que se traduce en poco tiempo y en el control de los productos intermedios y finales.

INTRODUCCIÓN

¿Cuáles son los objetivos de una síntesis? a) La obtención de productos muy costosos o muy escasos, especialmente cierto si éstos se aíslan de fuentes naturales, o bien, nuevos productos, bien sea comerciales o necesarios en cantidades suficientes (los productos naturales en general se aíslan sólo en pequeñas cantidades) para ser utilizados en otros estudios como por ejemplo, relación estructura - actividad biológica, mejoramiento de ciertas características físicas y químicas, validación de los fundamentos de las reacciones utilizadas, mecanismos de reacción, etc.

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b) La comprobación definitiva de estructuras aisladas o sintetizadas por otras vías de manera accidental o expresamente. Este punto cobró especial importancia inicialmente para la determinación estructural de los metabolitos secundarios. Por ejemplo, la estructura molecular de la quinina fue establecida en 1908, casi 100 años después de haber sido aislada.

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c) La necesidad de reducir el costo y el tiempo para la obtención de un producto sintético, es decir, mejorar el método sintético ya establecido. Por ejemplo, la tropinona, precursor de la atropina, un alcaloide ampliamente usado como antídoto de gases tóxicos en la Primera Guerra Mundial, fue sintetizada por Willstätter en 1903, por una larga secuencia de más de 15 pasos y con rendimiento total menor del 1%, pero 14 años más tarde, Robinson la obtuvo en sólo 2 pasos y con mejor rendimiento.

INTRODUCCIÓN

Al analizar las condiciones que debe cumplir un camino sintético apropiado, encontramos a veces situaciones contradictorias.Por ejemplo, las síntesis deben ser poco costosas, no solamente con relación a los reactivos empleados sino también en función del tiempo, que incluye la purificación de los productos.

INTRODUCCIÓN

Ahora bien, no necesariamente una síntesis con un número reducido de pasos (menos reactivos y menos tiempo) da rendimientos altos en el producto deseado, es decir es deseable que las reacciones sean suficientemente “limpias”, lo que facilita la separación de productos colaterales o de isómeros.

INTRODUCCIÓN

Con esto en mente, antes de emprender una síntesis debe estimarse:1. El conocimiento detallado de la estructura del compuesto a sintetizar: naturaleza y posición de los sustituyentes, geometría y estereoquímica de los productos iniciales, finales e intermedios. 2. El conocimiento, de ser posible, del mecanismo de las reacciones que se van aplicar, lo cual dependerá de la selección de reactivos, sustratos y condiciones de reacción.

INTRODUCCIÓN

Un problema sintético sencillo con el cual normalmente el lector está familiarizado, es aquel que requiere obtener un producto a partir de un sustrato dado o fácilmente reconocible. Por ejemplo, cómo obtener el difenilmetanol a partir de difenilmetano. En análisis que se hace es:

INTRODUCCIÓN

1. Escribir las estructuras de los productos de partida y final.

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2. Analizar las estructuras: en este caso sólo difieren en un grupo OH y las preguntas serán:2a. ¿Es una transformación de un solo paso o de varios pasos? 2b. Si es de un solo paso, ¿cuáles son las condiciones? 2c. Si es de varios pasos, ¿cuál es la secuencia con que ellos ocurren y en cuáles condiciones tiene lugar cada uno?

INTRODUCCIÓN

Analizando la estructura deseada la primera pregunta que surge será: ¿Cómo se obtienen los alcoholes? (hemos reconocido el grupo funcional: un alcohol en el producto final).La próxima pregunta será: ¿Cómo se obtiene RX y cuál X es el más apropiado? Aquí entra en juego el conocimiento de química orgánica. Le sigue ¿Cómo se obtienen los haloalcanos?

INTRODUCCIÓN

Para el químico orgánico sintético es fundamental tener una buena base teorica ya que a ella tendra que acudir a la hora de predecir la posibilidad de que ocurra una reacción o para analizar como un cierto producto pudo haberse formado. La práctica de la síntesis orgánica exige dominar las reacciones clásicas y fundamentales de la química orgánica pues ellas deben manejarse como herramientas de trabajo en las varias conversiones químicas requeridas en la síntesis de un cierto compuesto.

INTRODUCCIÓN

No solo hay que dominar la química orgánica fundamental sino también conocer los principales y los más modernos métodos sintéticos los cuales, en un momento dado, pueden ser decisivos para que una cierta transformación deseada se pueda llevar a cabo exitosamente. Tal vez en ninguna otra área de la química orgánica es el trabajo tan variado, imaginativo y motivante, ya que en adición a los múltiples esfuerzos preparativos hay que acudir a las técnicas espectrométricas modernas en la identificación de los productos y para monitorear el curso de las reacciones.

INTRODUCCIÓN

CONCEPTO FORMAL DE SÍNTESIS ORGÁNICA. Es el conjunto de procedimientos químicos que permiten obtener un compuesto orgánico complejo a partir de materiales simples. Desde un punto de vista industrial el producto final debe poseer un valor económico y obtenerse a partir de productos químicos abundantes y baratos. En ocasiones, se plantean síntesis con un interés meramente teórico, en las que no se persigue obtener productos con interés industrial, sino la mejor compresión de los mecanismos o el estudio de moléculas (interés académico). nuevas.

TIPOS DE SÍNTESIS

Desde que Wohler sintetizó la urea en 1828, millones de moléculas orgánicas, de mayor o menor complejidad, han sido sintetizadas hasta nuestros días. El proceso sintético puede ser considerado como un arte o como una ciencia.

TIPOS DE SÍNTESIS

Asi, Woodward (Premio Nobel de Química en 1965) lo describió como una fuente de emoción, provocación y aventura, atribuyéndole el calificativo de «arte noble». Por el contrario, Corey (Premio Nobel de Química en 1990) considera que la síntesis orgánica es una actividad esencialmente lógica y racional.

WOODWARD COREY

TIPOS DE SÍNTESIS

Ambos autores tienen razón y, como la mayoría de las actividades intelectuales del hombre, la síntesis orgánica participa de ambas cosas a la vez, pero los fines pueden ser diferentes: — Verificar definitiva y rigurosamente una estructura propuesta. — Disponer de cantidades sustanciales de productos en condiciones económicamente ventajosas. — Preparar nuevos productos con una actividad específica. — Disponer de sustratos adecuados para estudios mecanísticos o espectróscopicos.

TIPOS DE SÍNTESIS

TIPOS DE SÍNTESIS

SÍNTESIS LINEALES Y SÍNTESIS CONVERGENTES. Las moléculas complejas contienen un variado número de grupos funcionales que, anclados convenientemente en diversos lugares del esqueleto carbonado, dan lugar a estructuras de procedencia natural o diseñadas por el hombre.

TIPOS DE SÍNTESIS

TIPOS DE SÍNTESIS

La creación y transformación de los grupos funcionales necesarios para sintetizar la molécula deseada, requiere una secuencia de pasos (o etapas) dirigidos, que puede llevarse a cabo de forma lineal o convergente.

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis lineal En la síntesis lineal las reacciones se realizan de manera consecutiva desde los productos de partida. El ejemplo siguiente ilustra una secuencia lineal de tres pasos que origina el producto final con un rendimiento global del 73% (0.93 x 100 = 72,9).

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis convergente Sin embargo, la síntesis convergente implica la preparación independiente de parte de los productos que intervienen en la secuencia sintética. El ejemplo ilustra una secuencia convergente de dos pasos en la que el producto final se obtiene con un rendimiento global del 81% (0,92 x 100 = 81).

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis convergente Sin embargo, la síntesis convergente implica la preparación independiente de parte de los productos que intervienen en la secuencia sintética. El ejemplo ilustra una secuencia convergente de dos pasos en la que el producto final se obtiene con un rendimiento global del 81% (0,92 x 100 = 81).

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis Total y Parcial. Para que una síntesis de productos naturales o de diseño, sea considerada como síntesis total, debe de partir de reactivos que se puedan obtener desde de sus elementos. Ahora bien, hay que tener en cuenta que los únicos compuestos orgánicos que se preparan a partir de los elementos son el acetileno y el metanol.

TIPOS DE SÍNTESIS

TIPOS DE SÍNTESIS

Cuando se utilizan productos de partida elaborados y que resultan fácilmente accesibles (procedimientos descritos o comerciales), la síntesis se denomina síntesis parcial o semisíntesis.

TIPOS DE SÍNTESIS

Sin embargo, en la síntesis orgánica moderna ambos términos han evolucionado, y se utiliza el término de síntesis total para aquellos procesos dirigidos a la preparación de moléculas a partir de fragmentos sencillos. En la práctica, la realización de sintesis totales implica las siguientes fases: 1.° Selección de la molécula objetivo: producto natural o de diseño. 2.° Elaboración de la estrategia sintética: análisis retrosintético.

TIPOS DE SÍNTESIS

3.° Selección de los reactivos y condiciones: tácticas.4.° Ejecución experimental de la síntesis: destreza y trabajo experimental en el laboratorio. Las síntesis parciales tienen la ventaja general de que son más cortas porque el material de partida ofrece ciertos hechos estructurales y funcionales (grupos funcionales, estereoquímica de algunos centros, parte del esqueleto, etc.) del compuesto a sintetizar.

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis estereoselectivas y estereoespecíficas.Para una elaboración racional de un plan de síntesis se deben considerar dos aspectos fundamentales y relacionados: la construcción del esqueleto carbonado y la manipulación de los grupos funcionales. Además, cualquier plan realista tendrá en cuenta todos los problemas y factores estereoquímicas implicados en el mismo.

TIPOS DE SÍNTESIS

La síntesis de cualquier molécula oigánica que contenga uno o más de un elemento estereogénico deberá planearse de modo que resulte lo más estereoselectiva posible. El siguiente ejemplo ilustra la molécula del antibiótico monensina, poliéter que contiene diecisiete centros estereogénicos.

TIPOS DE SÍNTESIS

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis estereoselectivas Se entiende por síntesis estereoselectiva aquella que da lugar a un estereoisómero en proporción considerablemente superior a todos los demás posibles. Cuando los estereoisómeros son enantiómeros se habla de síntesis enantioselectiva, si por el contrario son diastereómeros se denomina síntesis diastereoselectiva.

TIPOS DE SÍNTESIS

TIPOS DE SÍNTESIS

Por el contrario, la síntesis asimétrica supone la síntesis de moléculas quirales a partir de moléculas no quirales en las que se produce una inducción estereose lectiva mediante un auxiliar quiral, resultando la formación predominante de uno de los enantiómeros. Se habla de enantioselectividad.

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis estereoespecíficas Las síntesis estereoespecíficas son aquellas en las que a partir de un estereoisómero se produce exclusivante otro esteroisómero. Como puede entenderse estas síntesis quedan englobadas dentro de las estereoselectivas y, de hecho actualmente se las denomina como tales. Un ejemplo típico lo ilustra la trans-adición de bromo al (E)-2-buteno para dar el meso-2,3-dibromobutano.

TIPOS DE SÍNTESIS

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis regioselectiva y regioespecífica.Si en una molécula hay dos o más grupos funcionales iguales o diferentes que pueden reaccionar ambos con el mismo reactivo bajo ciertas condiciones, pero se logra atacar una sola de las funciones susceptibles, la reacción es regioespecífica. Si se trata de un ataque preferencial, es decir ambos grupos funcionales reaccionan pero uno se convierte en mayor proporción que el otro, la reacción es regioselectiva. El término regio indica región de la molécula.

TIPOS DE SÍNTESIS

REGIOSELECTIVO

REGIOESPECIFICO

TIPOS DE SÍNTESIS

Síntesis “académicas” vs síntesis “industriales” Las Síntesis Académicas tambien Llamadas Síntesis de Laboratorio, tienen como principal obejtivo la investigación de los mecanismos de reacción, nuevas rutas sintéticas, la identificación de productos intermedios de reacción, obetnción de productos no necesariamente con fines de aplicación y todos los aspectos termodinamicos y cinéticos de una reacción especifica. En otras palabras, es de la Visión Teórica de las Reacciones Orgánicas.

TIPOS DE SÍNTESIS

SÍNTESIS INDUSTRIAL Los métodos industriales tienen así los siguientes requerimientos: 1. Precio y disponibilidad de la materia prima 2. Precio del proceso 3. Factibilidad de procesos continuos, de control y de manipulación automatizada. Esto último impone una nueva restricción a los procesos industriales.

TIPOS DE SÍNTESIS

Si bien en el laboratorio las condiciones pueden ser cuidadosamente controladas lo que se define como point type synthesis, es decir se obtiene el máximo provecho bajo condiciones críticas y de ocurrir pequeñas desviaciones el rendimiento puede bajar drásticamente. En la industria las síntesis deben manejarse dentro de un margen más amplio de condiciones: plateau type synthesis, sin cambios significativos en el rendimiento.

TIPOS DE SÍNTESIS

En cuanto a la materia prima, en el laboratorio se usan reactivos más o menos puros, elaborados o comprados a través de catálogos, a empresas especializadas. En la industria la materia prima es variable y no necesariamente se trata de compuestos puros.Generalmente, la fuente de compuestos carbonados o productos básicos para la industria proviene de productos agrícolas, forestales, productos animales y productos mineros (carbón y petróleo).

TIPOS DE SÍNTESIS

Por ejemplo, las grasas y aceites vegetales (coco, soya, palma, algodón...) y animales (sebo) son fuentes de ácidos grasos lineales (y por tanto de compuestos de cadenas largas no ramificadas) y de glicerina. De acuerdo con su proveniencia, pueden contener fracciones ricas en ácidos grasos saturados C-16 y C-18 (palma y coco), o insaturados (soya, algodón), o poliinsaturados (ricino, pescados).

TIPOS DE SÍNTESIS

La industria nacional relacionada con los procesos quimicos (bebidas, alimentos,plásticos, colorantes, etc) debe empezar a construir laboratorios eficientes de investigación y desarrollo de tal forma que deje de ser exclusivamente de producción con base a técnicas y procesos importados. Pudiendo acudir a personal nacional en lugar de extranjeros.

TIPOS DE SÍNTESIS

Los químicos orgánicos sintéticos formados en el pais, y por ello conocedores de los recursos y realidades existentes, constituyen en buena parte el personal llamado a ocupar las posiciones de liderazgo en los laboratorios de investigación y desarrollo vitales para aminorar la dependencia tecnológica y cientifíca.