全合成

全合成は、有機化学の専門分野であり、実験室的手法を用いて、特に自然界に存在する複雑な有機化合物を構築することに焦点を当てています。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}これは多くの場合、市販されている基本的な出発物質から天然物を合成することを含みます。全合成の対象は、有機金属化合物または無機化合物である場合もあります。^{[ 5 ] [ 6 ]}全合成は単純な出発物質から完全な構築を目指しますが、これらの化合物を修飾または部分的に合成することは半合成として知られています。

天然物合成は、さまざまな科学分野において重要なツールとして機能しています。有機化学では、新しい合成方法をテストし、革新的なアプローチを検証および発展させます。医薬品化学では、天然物合成は生物活性化合物の作成に不可欠であり、創薬および治療開発の進歩を促進します。^{[ 7 ]}同様に、化学生物学では、生物システムおよびプロセスを研究するための研究ツールを提供します。^{[ 8 ]}さらに、合成は、新たに単離された化合物の構造を確認および解明するのに役立つため、天然物研究を支援します。^{[ 9 ] [ 10 ]}

天然物合成の分野は、19世紀初頭から合成技術、分析方法、化学反応性の理解の進歩により、著しく発展してきました。^{[ 11 ]}今日では、現代の合成アプローチは、効率的で複雑な合成を実現するために、従来の有機的方法、生体触媒、化学酵素戦略を組み合わせることが多く、合成プロセスの範囲と適用性を広げています。

天然物合成の主要構成要素には、逆合成解析が含まれます。これは、標的分子から逆算して合成経路を計画し、最も効果的な構築経路を設計するものです。立体化学的制御は、分子の機能に不可欠な原子の正しい三次元配置を保証するために重要です。反応の最適化により、収率、選択性、および効率が向上し、合成ステップがより実用的になります。最後に、スケールアップの検討により、研究者はラボスケールの合成を大規模生産に適用することができ、合成された製品へのアクセスが拡大します。この進化する分野は、医薬品開発、材料科学、および天然化合物の多様性に関する理解の進歩を促進し続けています。^{[ 12 ]}

全合成が適用される天然物には数多くの種類があります。これらには、テルペン、アルカロイド^{[ 7 ]} 、ポリケチド^{[ 13 ] [ 14 ]}、ポリエーテル^{[ 15 ]}などが含まれます（ただし、これらに限定されません） 。全合成のターゲットは、植物、海洋、菌類などの生物由来で呼ばれることもあります^{[ 9 ]}。全合成という用語は、天然ポリペプチドやポリヌクレオチドの合成にはあまり頻繁には使われませんが、正確に適用されます。ペプチドホルモンであるオキシトシンとバソプレシンは1954年に単離され、その全合成が初めて報告されました^{[ 16 ]。}天然物のターゲットが、複数の天然物クラスの複数の構造要素を持つことは珍しくありません。

歴史的観点からは真実ではないものの（ステロイドであるコルチゾンの歴史を参照）、現代における全合成は、主に学術的な取り組みであった（問題に投入される人的資源の観点から）。工業化学のニーズは、学術的な焦点とは異なることが多い。一般的に、商業的な企業は、全合成の取り組みの特定の方向性を取り上げ、特に半合成が複雑な天然物由来の医薬品に適用できる場合、特定の天然物ターゲットに相当な資源を費やすことがある。それでも、数十年にわたり^{[ 17 ]、}学術的な取り組みとしての全合成の価値について議論が続けられてきた。^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}例外もあるが、一般的な意見としては、全合成はここ数十年で変化しており、今後も変化し続け、化学研究の不可欠な部分であり続けるだろうというものである。^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}これらの変化の中で、全合成法の実用性と市場性を向上させることにますます焦点が当てられてきた。スクリップス研究所のフィル・S・バラン研究室は、実用的な合成の先駆者として知られており、学術界以外でもよりすぐに利用できるような、拡張性と高効率性を備えた合成法の開発に尽力してきた。^{[ 24 ] [ 25 ]}

フリードリヒ・ヴェーラーは1828年に、有機物質である尿素が無機原料から生成できることを発見した。これは、生命過程の副産物としてのみ知られていた物質の合成の最初の例であり、化学における重要な概念的マイルストーンとなった。^{[ 2 ]}ヴェーラーは、シアン酸銀を塩化アンモニウムで処理することにより尿素を得た。これは単純な一段階合成である。

AgNCO + NH₄Cl _→ (NH₂ ₎ ₂CO ₊ AgCl

カンファーは希少で高価な天然物であり、世界的に需要があった。ハラーとブランはカンファー酸からカンファーを合成したが^{[ 2 ]}、その前駆体であるカンファー酸の構造は不明であった。1904年にフィンランドの化学者グスタフ・コンパがジエチルオキサラートと3,3-ジメチルペンタン酸からカンファー酸を合成したとき、その前駆体の構造から当時の化学者たちはカンファーの複雑な環状構造を推測することができた。その直後、ウィリアム・パーキンがカンファーの別の合成法を発表した。カンファーの完全な化学合成に関する研究により、コンパは1907年にフィンランドのタイニオンコスキでこの化合物の工業生産を開始した。

アメリカの化学者ロバート・バーンズ・ウッドワードは、複雑な有機分子の全合成の開発において傑出した人物であり、彼の研究対象にはコレステロール、コルチゾン、ストリキニーネ、リゼルグ酸、レセルピン、クロロフィル、コルヒチン、ビタミンB12 _、プロスタグランジンF-2aなどがあった。^{[ 2 ]}

ヴァンサン・デュ・ヴィニョーは、天然ポリペプチドであるオキシトシンとバソプレシンの全合成により、 1955年のノーベル化学賞を受賞しました。この受賞は1954年に発表され、「生化学的に重要な硫黄化合物の研究、特にポリペプチドホルモンの最初の合成に対して」という表彰状が添えられていました。^{[ 26 ]}

もう一人、才能あふれる化学者として、エリアス・ジェームズ・コーリーが挙げられる。彼は1990年に、全合成における生涯の業績と逆合成解析法の開発により、ノーベル化学賞を受賞した。

• キニーネの全合成^{[ 27 ] [ 2 ]} 1944年にロバート・バーンズ・ウッドワードとウィリアム・フォン・エガース・ドーリングによって初めて合成されたこの成果は、抗マラリア薬としてのキニーネの重要性から重要なものでした。
• ストリキニーネの全合成1954年にロバート・バーンズ・ウッドワードによって初めて合成されたこの合成は、その分子の構造の複雑さゆえに画期的な成果であった。
• モルヒネ：1952年にマーシャル・D・ゲイツによって初めて合成され、その後、2017年に福山俊明を含む他の化学者によってより効率的な合成法が開発された。
• コレステロールの全合成^{[ 28 ]}は、1951年にロバート・バーンズ・ウッドワードによって合成され、ステロイド合成における重要な成果となった。
• コルチゾン：1951年にロバート・バーンズ・ウッドワードによって合成された、もう一つの注目すべきステロイド。
• リゼルグ酸：1954年にロバート・バーンズ・ウッドワードによって合成された、LSDの重要な前駆体である。
• レセルピン：1956年にロバート・バーンズ・ウッドワードによって合成されたこの化合物は、その複雑さと、降圧剤としての分子の重要性で注目に値する。
• クロロフィル：1960年にロバート・バーンズ・ウッドワードによって合成されたこの成果は、光合成におけるクロロフィルの重要な役割を考えると、非常に意義深いものであった。
• コルヒチン：ロバート・バーンズ・ウッドワードによるもう一つの注目すべき合成であり、1963年に完成した。
• プロスタグランジンF2α _： 1969年にEJコーリーによって合成されたこの化合物は、プロスタグランジン合成における重要な成果であった。
• ビタミンB12_の全合成^{[ 29 ]} 1972年にロバート・バーンズ・ウッドワードとそのチームによって完了したこの合成は、100以上のステップを含む、これまでに達成された最も複雑な合成の1つと考えられています。
• パクリタキセル（タキソール）の全合成：1994年にロバート・A・ホルトンによって初めて合成され、その後1995年にKC・ニコラウによって合成されたこの抗がん剤の合成は、医薬品化学における大きなブレークスルーとなった。
• ブレフェルジンA：2017年にS.ラガバンによって合成されたこの複雑なマクロライドは、抗がん剤としての可能性を秘めている。
• リアノジン：2017年にサラ・E・ライスマンによって合成されたこの複雑なジテルペノイドは、重要な生物活性を持つ。

• 有機合成アーカイブ
• 全合成のハイライト
• トータルシンセシスニュース
• 反応および試薬の指標を含む全合成スキーム
• 有機化学におけるグループミーティングの問題（2012年4月26日にWayback Machineにアーカイブ済み）