BLOQUE TEMÁTICO 1.- Conceptos Básicos Conceptos Generales en Síntesis Daniel Collado Martín Departamento de Química Orgánica Facultad de Ciencias Tipos de Síntesis Síntesis total síntesis química de un compuesto a partir de productos relativamente sencillos, asequibles comercialmente. Síntesis parcial o semisíntesis síntesis de un compuesto a partir de un precursor elaborado, que se obtiene por aislamiento a partir de fuentes naturales, procesos de fermentación, etc. Por ejemplo la síntesis de cortisona a partir de estigmasterol, un fitoesterol. Biotecnología Biotecnología 2 Biotecnología la aplicación de principios científicos para el procesamiento de materiales por agentes biológicos y proporcionar así productos y servicios Biotransformaciones es un proceso biotecnológico que utiliza el crecimiento de biomasa para la formación de productos químicos muy específicos, para lo cual los microorganismos deben contar con las condiciones ambientales óptimas de desarrollo. Ventajas del uso de microorganismos 1. Vía de síntesis corta. 2. Obtención de compuestos más puros. 3. Obtención de compuestos ópticamente activos. 4. Condiciones de reacción suaves. 5. Uso de nutrientes naturales y soluciones buffers económicas. 6. Empleo de bajas temperaturas (excepto para la esterilización) 7. Se desarrolla en medio acuoso (excepto para la extracción del producto) 8. Producción reducida de residuos químicos y reciclaje de los solventes de extracción. Esquema de un biorreactor con mecanismo air lift 3 Biotecnología O Biotransformaciones de Esteroides O La mayoría de esteroides que se fabrican hoy en día se hacen mediante un proceso mixto de biotransformación microbiana y transformaciones químicas. Rhizopus arrhiaus Aspergilus ochraceus Themmostylum priforme ATCC 8992 O Mucor griseocyanus O O HO OH O 11 O -hidroxi-progesterona Síntesis química 14 OH O -hidroxi-progesterona 6- -14 OH -hidroxi-progesterona OH O O OH O cortisona 4 Biotecnología Biotransformaciones de Penicilinas Las penicilinas se pueden clasificar en 4 grandes grupos, según las condiciones de producción: Penicillium chrysogenum Fuente: http://de.wikipedia.org Penicilinas naturales: Producidas como resultado de un proceso de fermentación típico. Este grupo incluye básicamente la penicilina G. Penicilinas biosinté éticas: Resultado de la adición al fermentador de precursores específicos de la cadena lateral con el objetivo de producir tan sólo la penicilina deseada. Las penicilinas que se pueden obtener con este método son la penicilina G, la O y la V. Penicilinas sinté éticas: Obtenidas por síntesis químicas. Su producción es compleja y cara. Penicilinas semisinté éticas: Obtenidas a partir de la adición química de cadenas laterales al ácido 6-amino penicilánico, la cual se ha obtenido previamente por tratamiento químico o enzimático de la penicilina G. 5 Biotecnología Biotransformaciones de Vitaminas Actualmente el ácido ascórbico se obtiene mediante procesos de fermentación bacterias partiendo de diversas materias primas. 6 La principal herramienta para la síntesis química de moléculas orgánicas complejas es el análisis retrosintético. Síntesis Química Análisis retrosintético Proceso racional de búsqueda a partir de un compuesto orgánico final (compuesto objetivo) los compuestos iniciales e intermedios adecuados para la síntesis química. paracetamol O OH O OH a N a H HN b sintones desconexión O OH H2N equivalente sintético Sintón: fragmento de una molécula a la que se le asocia una polaridad (+ o -) Cl equivalente sintético Desconexión Reacción química 7 Síntesis Química Análisis retrosintético En todo análisis retrosintético, se debe: El análisis retrosintético de moléculas con más de un grupo funcional puede conducir a un elevado número de posibles alternativas. 1. 2. 3. Elegir las desconexiones más razonables Tener en cuenta el orden reacciones Problemas de quimioselectividad Posibles desconexiones. No todas son igual de válidas. En todo análisis retrosintético, se debe tener en cuenta los siguientes conceptos: Quimioselectividad; Regioselectividad; Estereoselectividad 8 Síntesis Química Análisis retrosintético Quimioselectividad: cuando un grupo funcional reacciona sin alterar grupos funcionales iguales o similares. Regioselectividad: cuando una reacción puede dar potencialmente dos o más isómeros posicionales y da preferentemente uno de ellos. Esteroselectividad: cuando una reacción puede transcurrir a través de varios mecanismos y lo hace preferentemente a través de uno de ellos obteniéndose así, un estereoisómero del producto final de forma mayoritaria. Estereoespecíífica es aquella que tiene un curso estérico perfectamente definido por el mecanismo de reacción 9 Análisis retrosintético Síntesis Química Se pueden establecer metodologías generales para la síntesis de grupos funcionales. retrosíntesis R1 R2 OH R3 R1 O R1 CN R2 síntesis R1 R2-M CN R1 N H3O+ M R1 O R2 R2 R3 1. R3-M 2. H3O+ R1 R2 OH R3 E OH R1 R2 E R3 Mé étodos de sííntesis de alcoholes y cetonas 10 Análisis retrosintético Síntesis Química retrosíntesis O O a Y O R2 H N R1 C a Y = Cl cloroformiato Y = OR carbonato O b R2 R1 N C O isocianato b a+b O Cl Cl fosgeno síntesis HCl O Cl R1 NH2 R1 HN Cl O R1 Cl N C O R2 OH R2 OH R2 O O Cl R1 NH2 O R1 N H O R2 Métodos de síntesis de ésteres y carbamatos 11