การสังเคราะห์สารอินทรีย์
การสังเคราะห์สารอินทรีย์คือการออกแบบและการดำเนินการตามลำดับของปฏิกิริยาเพื่อสร้างโมเลกุลเป้าหมาย ตั้งแต่สารประกอบอย่างง่ายไปจนถึงผลิตภัณฑ์ธรรมชาติและยาที่ซับซ้อนที่สุด
Definition
การสังเคราะห์สารอินทรีย์เป็นสาขาหนึ่งของเคมีอินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการวางแผนและการดำเนินการสร้างโมเลกุลอินทรีย์ทีละขั้นตอนจากสารตั้งต้นที่ง่ายกว่า
Scope
สาขานี้ครอบคลุมการวิเคราะห์แบบย้อนกลับ (retrosynthetic analysis) และกลยุทธ์การสังเคราะห์, วิธีการสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอน, เคมีของหมู่ป้องกัน (protecting-group chemistry) และการเปลี่ยนหมู่ฟังก์ชัน (functional-group interconversion), การควบคุมเคมีเลือก (chemoselectivity), ภูมิภาคเลือก (regioselectivity) และสเตอริโอเลือก (stereoselectivity) รวมถึงหลักการของการสังเคราะห์แบบอสมมาตร (asymmetric synthesis)
Sub-topics
Core questions
- โมเลกุลเป้าหมายที่ซับซ้อนถูกแยกส่วนออกเป็นสารตั้งต้นที่มีอยู่ได้อย่างไร?
- ปฏิกิริยาใดที่สามารถสร้างพันธะคาร์บอน-คาร์บอนและพันธะคาร์บอน-เฮเทอโรอะตอมได้อย่างน่าเชื่อถือ?
- การเลือกและความสเตอริโอเคมีถูกควบคุมอย่างไรในเส้นทางที่มีหลายขั้นตอน?
Key theories
- การวิเคราะห์แบบย้อนกลับ (Retrosynthetic analysis)
- โมเลกุลเป้าหมายจะถูกวิเคราะห์ย้อนกลับโดยการตัดพันธะเชิงกลยุทธ์ (disconnections) เพื่อเปิดเผยสารตั้งต้นที่ง่ายกว่า (synthons) ซึ่ง Corey ได้วางรูปแบบให้เป็นตรรกะการวางแผนที่เป็นระบบ
- การเลือกในการสังเคราะห์ (Selectivity in synthesis)
- การสังเคราะห์ที่ประสบความสำเร็จต้องอาศัยการควบคุมเคมีเลือก (chemoselectivity), ภูมิภาคเลือก (regioselectivity) และสเตอริโอเลือก (stereoselectivity) ในแต่ละขั้นตอน ซึ่งมักจะทำได้โดยการเลือกใช้สารทำปฏิกิริยา, หมู่ป้องกัน และตัวเร่งปฏิกิริยา
Mechanisms
การวางแผนการสังเคราะห์อาศัยกลไกที่เชื่อถือได้ของปฏิกิริยาพื้นฐาน ได้แก่ การแทนที่ (substitution), การเติม (addition), การควบแน่น (condensation), การเกิดวง (cycloaddition) และการเร่งปฏิกิริยา (catalysis) ซึ่งรวมกันเป็นเส้นทางที่สมดุลระหว่างจำนวนขั้นตอน ผลผลิต และการเลือก กลยุทธ์เกี่ยวข้องกับการเลือกใช้ลำดับแบบบรรจบ (convergent) มากกว่าแบบเชิงเส้น (linear) และลดการจัดการหมู่ป้องกันให้เหลือน้อยที่สุด
Clinical relevance
การสังเคราะห์สารอินทรีย์เป็นแหล่งผลิตยาของโลก ตั้งแต่ยาโมเลกุลขนาดเล็กไปจนถึงผลิตภัณฑ์ธรรมชาติที่ซับซ้อน ความก้าวหน้าในระเบียบวิธีสังเคราะห์ช่วยขยายขอบเขตของยาที่เข้าถึงได้และราคาไม่แพงโดยตรง และช่วยให้การปรับปรุงทางเคมีทางการแพทย์ (medicinal-chemistry optimization) ของยาที่คาดหวังเป็นไปได้
History
จากการสังเคราะห์ยูเรียของ Wöhler ในปี 1828 การสังเคราะห์สารอินทรีย์ได้พัฒนาผ่านการสังเคราะห์แบบสมบูรณ์ (total syntheses) ของ Woodward ในช่วงกลางศตวรรษ และการวางรูปแบบการวิเคราะห์แบบย้อนกลับของ Corey (ซึ่งได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลในปี 1990) ทำให้การสังเคราะห์กลายเป็นสาขาวิชาที่เข้มงวดและมีกลยุทธ์
Key figures
- Robert Burns Woodward
- Elias James Corey
- Stuart Warren
Related topics
Seminal works
- warrenwyatt2008
- careysundberg2007b
Frequently asked questions
- ความแตกต่างระหว่างซินธอน (synthon) กับสารทำปฏิกิริยา (reagent) คืออะไร?
- ซินธอนคือชิ้นส่วนในอุดมคติ ซึ่งมักจะเป็นสปีชีส์ที่มีประจุ ซึ่งแสดงถึงบทบาทในการสร้างพันธะในการวิเคราะห์แบบย้อนกลับ ในขณะที่สารทำปฏิกิริยาคือสารประกอบจริงที่มีอยู่ซึ่งให้ซินธอนนั้นในปฏิกิริยาจริง
- เหตุใดการสังเคราะห์แบบบรรจบ (convergent syntheses) จึงเป็นที่นิยม?
- ในการสังเคราะห์แบบบรรจบ ชิ้นส่วนขนาดใหญ่จะถูกสร้างขึ้นแยกกันและนำมารวมกันในภายหลัง ดังนั้นการสูญเสียสารจึงกระจายไปตามสาขาต่างๆ แทนที่จะสะสมอยู่ในสายโซ่เชิงเส้นยาวๆ เพียงสายเดียว ทำให้ได้ผลผลิตโดยรวมสูงขึ้นสำหรับโมเลกุลเป้าหมายที่ซับซ้อน