OCW_Tema1_03_doc

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