Chimica organica - analisi retrosintetica

L'analisi retrosintetica: un approccio razionale alla sintesi organica

1^a parte

Rita Menicagli

Riassunto

L'analisi retrosintetica costituisce un importante metodo per pianificare la sintesi di un prodotto organico indipendentemente dalla complessità molecolare. La tecnica permette infatti, mediante processi di scissione di legami C-C e C-eteroatomo, di ricostruire a ritroso (prodotto → reagente) gli stadi di "costruzione molecolare" che costituiranno il processo di sintesi. Dopo una breve introduzione dedicata alla "nomenclatura" utilizzata in retroanalisi, gli stadi più significativi della metodologia sono illustrati mediante il commento ai percorsi retroanalitici di alcuni composti organici e dalla conseguente formulazione di una idonea strategia di sintesi.

Abstract

Retronalysis is an important methodology for planning the synthesis of an organic compound independently of its molecular structure. The technique allows, by suitably breaking C-C and C-heteroatom bonds, to go backwards (target → reagents) along all the steps of "molecular building" that will be the synthetic process. After a short introduction concerning the retroanalytical nomenclature, the most representative steps of the methodology are described by explaining the retronalytical pathways of some organic compounds and the following planning of an ideal synthesis strategy.

La chimica organica e la sintesi

La chimica organica è stata quindi pensata ed insegnata come una serie di reazioni caratteristiche di classi di composti (fenoli, alcoli, alogeni, acidi carbossilici...) o di subunità strutturali (nitroolefine, 1,3-dicarbonili, dieni, β-chetoacidi, carbossili (α, β-insaturi)...): per quanto riguarda infine la sintesi, l'attenzione è sempre stata concentrata sui processi necessari per trasformare un determinato reagente nel prodotto desiderato. Molte sintesi sono state ideate scegliendo convenienti precursori e quindi seguendo azioni idonee a trasformarli nei prodotti finali.

Attorno alla metà degli anni '60 è stato sviluppato un approccio più razionale che, partendo dalla valutazione critica delle caratteristiche strutturali della molecola da sintetizzare e non da quelle dei materiali di partenza, procede modificando la struttura del prodotto finale in senso opposto (prodotto → reagente) a quello nel quale procederà la sintesi (reagente → prodotto).

Il metodo dell'analisi retrosintetica

Questo metodo, noto come analisi retrosintetica, ha potenzialità e vantaggi notevoli in quanto il suo uso:

• Semplifica ed accelera il processo di individuazione di una sequenza di reazioni idonee per risolvere un problema di sintesi
• Facilita l'insegnamento della connessione tra la struttura di una racemo e le caratteristiche delle intermedie di sintesi e la reattività
• Ha permesso lo sviluppo di un programma interattivo, di notevole validità, per la pianificazione di sintesi organiche mediante l'uso del computer

L'analisi retrosintetica è quindi una tecnica di individuazione di un problema di sintesi basato sulla trasformazione della molecola da sintetizzare (obiettivo sintetico = synthetic Target = TGT) in strutture progressivamente più semplici fino all'individuazione di un precursore commercialmente disponibile.

Esperienza personale

L'esperienza mi ha insegnato che spesso i primi approcci di uno studente con la chimica organica e specialmente con problemi connessi con la sintesi, sono frustranti: la necessità di pianificare una serie di reazioni per convertire un prodotto in un altro promuove, di solito, un processo disordinato di adattamento delle reazioni, che ricorda o conosce meglio, al quesito da risolvere; in questo modo l'individuazione delle giuste reazioni per effettuare una determinata trasformazione diventa frutto di memoria e fortuna.

Questo modo irrazionale di affrontare il problema frequentemente si conclude con una scelta sbagliata che, ripetuta a lungo nel tempo, fa maturare la convinzione che solo con una memoria enciclopedica e una buona dose di fortuna, sia possibile affrontare i problemi della chimica e sintesi organica.

La chimica organica è stata considerata, per anni, la disciplina che studia le strutture delle molecole organiche e le loro trasformazioni: su questa base, le reazioni sono state classificate in relazione alla natura dei substrati che le subiscono (sostituzioni aromatiche, aciliche..., addizioni ad alcheni, alchini, carbossili..., condensazioni di aldeidi e chetoni, esteri).

(*) Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale dell'Università degli Studi di Pisa, Via Risorgimento 35, 56126 Pisa

Maggio - Giugno 2004

Figura 1

La trasformazione di una molecola nel suo precursore sintetico si effettua mediante una operazione che è l'esatto contrario di un processo...