miniatura|350x350px|Síntesi de l'ibuprofèn a partir del isobutilbenzè. La síntesi química és el procés d'obtenir compostos químics a partir de substàncies més simples.
La paraula «síntesi» en el sentit actual de la paraula va ser introduïda pel químic alemany Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (1818-1884).
La síntesi química és la creació de nous compostos químics a partir de materials de partida disponibles mitjançant una sèrie de reaccions químiques controlades. Aquest camp d'estudi ha estat un motor darrere de molts avenços científics i tecnològics, cosa que ha permès el descobriment de nous materials, productes farmacèutics i solucions d'emmagatzematge d'energia.
El descobriment de nous compostos químics sovint sorgeix de l'exploració de rutes sintètiques poc convencionals o de l'aprofitament de recursos poc utilitzats, com el metabolisme secundari microbià. Mentre que la química sintètica pot generar ràpidament molts compostos, els productes naturals d'organismes vius solen mostrar més diversitat estructural i activitat biològica. Els avenços en metagenòmica i tècniques de cultiu han obert noves vies cap als «microorganismes ocults» que contenen una gran quantitat d'estructures químiques per descobrir, ampliant els horitzons de la síntesi química.
Els fonaments de la síntesi química es poden rastrejar fins a descobriments clau que van ampliar la nostra comprensió de l'estructura molecular i la reactivitat. El treball seminal en química orgànica, catàlisi i anàlisi retrosintètica ha permès als químics dissenyar vies sintètiques i enginyar racionalment nous compostos amb precisió. Per exemple, els coneixements sobre els mecanismes de les policètides sintetases iteratives, descrits en el context de la biosíntesi de l'aflatoxina, han facilitat la reenginyeria racional d'aquests complexos sistemes enzimàtics per produir productes no naturals.
Segons l'Organització Mundial de la Salut (OMS), hi ha més de 15 milions de substàncies químiques disponibles comercialment, amb aproximadament entre 60 000 i 70 000 substàncies químiques en ús regular. Aquest nombre augmenta cada any, amb un creixement exponencial de nous productes químics. El progrés científic ha permès un gran desenvolupament de les tècniques de síntesi química, en un principi s'obtenien aquests productes de manera casual i actualment es poden fer servir simulacions d'ordinador abans d'experimentar en laboratori.
miniatura|450x450px|Síntesis industrial de la vitamina C a partir de la glucosa.
Objectius Els objectius principals de la síntesi química a més de produir noves substàncies químiques són el desenvolupament de mètodes més econòmics i eficients per a sintetitzar substàncies naturals ja conegudes com pot ser l'àcid acetil salicílic (present en les fulles del salze) o l'àcid ascòrbic o vitamina C que ja es troba de manera natural en molts vegetals.
També la síntesi química permet d'obtenir productes que no existeixen de manera natural com l'acer, els plàstics o els adhesius.
Procediment La síntesi química comença seleccionant els compostos químics que es coneixen com a reactius. Diversos tipus de reaccions químiques es poden aplicar per sintetitzar un producte final o un producte intermedi i pot ser que calgui una sèrie de passos abans d'aïllar els productes. El rendiment és la quantitat de producte obtingut i s'expressa en grams o en percentatge de la quantitat teòrica que s'hauria d'haver produït. Hi pot haver reaccions indesitjades que disminueixen els rendiments.
Síntesi orgànica
La síntesi orgànica és una branca de la síntesi química que s'ocupa de la síntesi de compostos orgànics. La síntesi orgànica és el procés de construir molècules orgàniques a través de reaccions químiques. És una àrea clau d'estudi en la química orgànica, que implica la transformació de materials de partida simples en estructures més complexes. La síntesi orgànica s'utilitza àmpliament per crear productes farmacèutics, agroquímics i polímers, així com per investigar l'estructura i la reactivitat dels compostos orgànics. El camp inclou tant la síntesi total, que és la construcció completa d'una molècula complexa a partir de precursors bàsics, com la semisíntesi, que modifica productes naturals existents. La síntesi orgànica sovint implica tècniques com les transformacions de grups funcionals, la formació d'enllaços i el control de l'estereoquímica, utilitzant diversos reactius i catalitzadors per aconseguir resultats químics específics.
El camp de la síntesi orgànica ha evolucionat significativament, inspirant-se en la rica diversitat dels productes naturals. Durant gairebé dos segles, la síntesi de productes naturals ha estat un motor impulsor en el desenvolupament de la química orgànica. A mesura que les estructures objectiu s'han tornat cada cop més complexes, els objectius i els estàndards de la síntesi de productes naturals també han canviat amb el temps.
Malgrat que la síntesi orgànica ha estat una de les parts més importants de la química orgànica des del seu inici, el seu desenvolupament a partir d'una base sistemàtica és recent. Hi ha contribuït l'avenç experimental de la química teòrica i estructural, el descobriment de noves reaccions, el perfeccionament dels mètodes experimentals i el progrés en el coneixement dels mecanismes de reacció. miniatura|350x350px|Síntesi del paracetamol a partir del fenol. Hi ha dues maneres de planificar una síntesi: com una seqüència lineal o com una seqüència convergent des dels compostos de partida fins al producte final. En qualsevol cas, l'axioma fonamental és aconseguir el màxim rendiment en el mínim nombre d'etapes.
Cal considerar també dos aspectes fonamentals. D'una banda, la construcció del conjunt d'àtoms que constitueix l'esquelet de la molècula que es vol sintetitzar i, de l'altra, la introducció, la separació i la interconversió de grups funcionals.
Altres factors que cal controlar en una síntesi orgànica són la regioselectivitat, per la qual entra un reactiu o parts d'un reactiu en una posició donada, sovint previsible, i l'estereoselectivitat, per la qual entra un reactiu o parts d'un reactiu en direccions concretes, de manera que és previsible la disposició espacial resultant del compost. miniatura|Friedrich Wöhler el 1841. Els criteris per a avaluar l'eficiència de la síntesi són el nombre d'etapes, el rendiment de cadascuna, les condicions experimentals de reacció, la facilitat de purificació dels productes intermediaris i el cost i la disponibilitat de matèries primeres, reactius i temps.
Història miniatura|450x450px|Intent de síntesi de la quinina de Perkin. Hom pot establir el naixement de la síntesi orgànica el 1828 amb la preparació de la urea per Friedrich Wöhler (1800-1882) a partir de reactius inorgànics, i deu el seu posterior desenvolupament a la necessitat de trobar fonts alternatives de productes naturals que els proporcionessin en més escala i lliures de les restriccions derivades dels monopolis que diversos estats mantenien sobre llur producció. Això no obstant, la planificació racional de seqüències sintètiques no fou possible fins al desenvolupament de la teoria estructural, i una prova clara de la necessitat d’aquest coneixement previ fou el fracàs del químic anglès William H.Perkin (1838-1907) quan intentà sintetitzar la quinina amb la dimerització oxidativa de la N-al·liltoluïdina. Malgrat que aquesta reacció és factible en termes de fórmula molecular, resulta impossible si hom observa que no hi ha cap relació estructural entre ambdues molècules. miniatura|450x450px|Síntesi de la tropinona de Willstätter (1902). miniatura|450x450px|Síntesi de la tropinona de Robinson (1917). El darrer terç del aparegueren diversos mètodes sintètics, principalment de la química del composts aromàtics, però s'hagué d'esperar al començament del per aconseguir la primera síntesi d’una molècula natural complexa, la tropinona. Fou obra del químic alemany Richard Willstätter (1872-1942) a través d’una llarga seqüència de vint passos (1902) que començava amb la cicloheptanona i amb un rendiment de només el 0,75 %. Quinze anys després, la introducció de consideracions biogenètiques en la síntesi de productes naturals per part del químic anglès Robert Robinson (1886-1975), donà lloc al model de síntesi en condicions fisiològiques que li possibilità la síntesi de la tropinona en només tres passos.
Entre les dues guerres mundials es feren les síntesis d’un bon nombre d'alcaloides simples, però per al químic orgànic tenien una importància preponderant els estudis d’elucidació estructural de productes naturals més complexos. Així fou possible que entre 1945 i 1960 es duguessin a terme les primeres síntesis d'esteroides, així com la d’alguns alcaloides policíclics. En aquesta etapa destacaren els químics: Derek H.R.Barton (1918-1998), anglès; Albert Eschenmoser (1925-2023), suís; William S. Johnson (1913-1995), estatunidenc; el ja citat R. Robinson i l'estatunidenc Robert B. Woodward (1917-1979). miniatura|Elias J. Corey. A partir dels anys seixanta, el desenvolupament assolit per la síntesi orgànica ha estat extraordinari. Aquest fet té una varietat de causes, entre les quals cal esmentar, des del punt de vista econòmic, el baix cost de les primeres matèries fins a l’esclat de la crisi del petroli del 1973, i, des del punt de vista científic, tant el progrés experimentat amb la introducció o la perfecció de les tècniques espectroscòpiques i de separació cromatogràfica —el qual ha permès de fer el control de les seqüències sintètiques en cadascun de llurs estadis— com l’avenç experimentat en el coneixement de l'estereoquímica, els mecanismes de reacció i els mètodes sintètics de transformació de grups funcionals i de creació d’enllaços carboni-carboni. Fruit d’aquest desenvolupament han estat els primers intents de racionalització i sistematització de la síntesi orgànica; bé que originàriament, amb Woodward, aquests intents accentuaren els vessants creatiu i artesà de la tasca sintètica, és amb les idees de l'estatunidenc Elias.J. Corey (1928) que aquesta matèria ha adquirit una metodologia pròpia amb la formulació dels principis generals que regeixen el disseny d’una síntesi. Corey establí que la síntesi d’una molècula complexa ha de ser duta a terme d’acord amb els cinc criteris següents:
els distints elements implicats en la solució d’un problema sintètic (esquelet i grups funcionals) no són estrictament separables; els distints camins sintètics que a través de diversos intermedis poden conduir a una mateixa molècula complexa han de partir de substrats simples i assequibles; la norma per a elaborar aquests camins sintètics està en el reconeixement d’unitats estructurals (sintó), les quals poden recombinar-se mitjançant operacions sintètiques conegudes o concebibles; entre els distints camins, cal jutjar els mèrits i els desavantatges de cadascun, per a la qual cosa és necessari que la probabilitat d’aconseguir el canvi desitjat en cada pas de la seqüència sigui molt elevada, que existeixin camins alternatius per a aconseguir un mateix efecte quan algun dels passos sigui problemàtic, i que la solució del problema sintètic sigui simple, és a dir, que s’estableixi un nombre màxim de correlacions entre les operacions sintètiques individuals a fi que cadascuna permeti, ajudi o faciliti les altres d’alguna manera; i hom ha d’emprar, quan sigui possible, reaccions d’abast i mecanisme ben coneguts.
miniatura|450x450px|Síntesi del cisplatí. Les idees de Corey han trobat posteriorment aplicació en el disseny automàtic de síntesis orgàniques mitjançant l’ús de computadores i, des de fa pocs anys, de la intel·ligència artificial.
Síntesi inorgànica La síntesi inorgànica i la síntesi organometàl·lica s'apliquen a la preparació de compostos amb un contingut no orgànic important. Un exemple il·lustratiu és la preparació del fàrmac anticancerós cisplatí a partir de tetracloroplatinat de potassi.
Referències
Bibliografia
Vegeu també Síntesi orgànica