Totalsynthese

Als Totalsynthese bezeichnet man die chemische Synthese von Stoffen aus einfach zugänglichen Chemikalien. Insbesondere in der Naturstoffchemie spielt die Totalsynthese eine wichtige Rolle. Bei der Synthese von zum Teil hochkomplexen Naturstoffen wird mit vielfältigen Methoden gearbeitet.

Totalsynthesen waren lange Zeit die einzige Möglichkeit zur Validierung von Strukturvorschlägen. Nachdem ein Naturstoff isoliert wurde, wurde durch Experimente eine Struktur postuliert. Danach machten sich Synthesechemiker*innen an die Totalsynthese der postulierten Struktur. Danach verglich man in physikalischen Experimenten die beiden Stoffe. Waren sie dort identisch, wurde die postulierte Struktur damit bestätigt.

Heute kann man auf bessere spektroskopische Methoden wie die Kristallstrukturanalyse zurückgreifen. Andere Methoden wie die NMR-Analytik sind für organische Verbindungen ideal, Enantiomere zeigen jedoch keine Unterschiede in ihrem NMR Spektrum. Deswegen gibt auch heute die Totalsynthese immer noch die Sicherheit die richtige absolute Konfiguration postuliert zu haben.

Da viele Naturstoffe als Leitstrukturen in der Medizinalchemie verwendet werden, ist ihre synthetische Zugänglichkeit gefragt. Dies geschieht neben halbsynthetischen Verfahren und der Isolierung aus der Naturdroge über die Totalsynthese. Welches Verfahren eingesetzt wird, ist meist ökonomischen Gründe geschuldet. Bei einfach zugänglichen Naturstoffen wird sich kein Unternehmen die Mühe einer Totalsynthese machen. Bei neuen Medikamenten mit großen Potential aus seltenen Lebewesen dagegen schon.

An eine gelungene Totalsynthese stellen sich mehrere Anforderungen:

• Möglichst hohe Ausbeute

Ziel jedes Syntheseschrittes ist 100% Ausbeute. Viele Reaktionen ergeben oft nur eine magere Ausbeute. Erst die Optimierung mehrerer Faktoren (Temperatur, Lösungsmittel etc.) ermöglicht eine höhere Ausbeute.

• Enantioselektive Synthese

Beim Aufbau des Moleküles werden Stereozentren geschaffen. Ziel einer enantioselektiven Synthese ist die definierte Erzeugung eines Isomers unter Verhinderung der Bildung des zweiten Stereoisomers. Racemische Synthesen müssen aufgearbeitet werden und die Hälfte des Produktes geht verloren.

• Wenig Reaktionsschritte

Die Synthese sollte in möglichst wenigen Reaktionsschritten fertig sein.

• Ökologische Aspekt/Atomökonomie

Bei der Synthese sollten giftige Stoffe und Nebenprodukte vermieden werden. Zudem sollte Atomökonomisch gearbeitet werden. Das bedeutet, dass im besten Fall jedes Atom welches eingesetzt wird im Produkt zu finden ist. Oft wird jedoch bei der Synthese mit Schutzgruppen gearbeitet, die später abgespaltet werden.

• Komplexität

Die Komplexität der Verbindung sollte am Beginn einer Synthese gering bleiben und erst am Ende der Totalsynthese ansteigen. Insbesondere empfindliche Gruppen wie Epoxide können nicht durch eine gesamte Totalsynthese erhalten werden. Besonders elegant, sind Synthesen die in ihren letzten Schritten sogenannte Tandemreaktionen beinhalten. Bei diesen Reaktionen wird innerhalb eines Reaktionsschrittes mehrere Stereozentren enantioselektiv hergestellt.

Bei den Epothilonen wird eine Totalsynthese vorgestellt.