التخليق الكلي

يركز التخليق الكلي ، وهو فرع متخصص في الكيمياء العضوية ، على بناء مركبات عضوية معقدة، لا سيما تلك الموجودة في الطبيعة، باستخدام أساليب المختبر. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} ويتضمن غالبًا تخليق منتجات طبيعية من مواد أولية أساسية متوفرة تجاريًا. ويمكن أن تكون أهداف التخليق الكلي عضوية فلزية أو غير عضوية . ^{[ 5 ] [ 6 ]} وبينما يهدف التخليق الكلي إلى البناء الكامل من مواد أولية بسيطة، يُعرف تعديل هذه المركبات أو تخليقها جزئيًا باسم التخليق الجزئي .

يُعدّ تخليق المنتجات الطبيعية أداةً بالغة الأهمية في مختلف المجالات العلمية. ففي الكيمياء العضوية، يُستخدم لاختبار أساليب التخليق الجديدة، والتحقق من صحة المناهج المبتكرة وتطويرها. وفي الكيمياء الطبية، يُعدّ تخليق المنتجات الطبيعية أساسيًا لإنتاج المركبات النشطة بيولوجيًا، مما يُسهم في دفع عجلة التقدم في اكتشاف الأدوية وتطوير العلاجات. ^{[ 7 ]} وبالمثل، في علم الأحياء الكيميائي ، يُوفّر أدوات بحثية لدراسة الأنظمة والعمليات البيولوجية. ^{[ 8 ]} إضافةً إلى ذلك، يُساعد التخليق في أبحاث المنتجات الطبيعية من خلال المساعدة في تأكيد وتوضيح هياكل المركبات المعزولة حديثًا. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

شهد مجال تصنيع المنتجات الطبيعية تقدماً ملحوظاً منذ أوائل القرن التاسع عشر، بفضل التحسينات في تقنيات التخليق، والأساليب التحليلية، وفهم متطور للتفاعلية الكيميائية. ^{[ 11 ]} واليوم، غالباً ما تجمع مناهج التخليق الحديثة بين الطرق العضوية التقليدية، والتحفيز الحيوي، والاستراتيجيات الكيميائية الإنزيمية لتحقيق عمليات تخليق فعالة ومعقدة، مما يوسع نطاق وتطبيقات عمليات التخليق.

تشمل المكونات الرئيسية لتخليق المنتجات الطبيعية التحليل التخليقي العكسي ، الذي يتضمن تخطيط مسارات التخليق من خلال العمل عكسيًا بدءًا من الجزيء المستهدف لتصميم مسار البناء الأكثر فعالية. يُعد التحكم في التكوين الفراغي أمرًا بالغ الأهمية لضمان الترتيب ثلاثي الأبعاد الصحيح للذرات، وهو أمر حاسم لوظيفة الجزيء. يُحسّن تحسين التفاعل من المردود والانتقائية والكفاءة، مما يجعل خطوات التخليق أكثر عملية. أخيرًا، تسمح اعتبارات التوسع للباحثين بتكييف عمليات التخليق على نطاق المختبر لإنتاج كميات أكبر، مما يُوسع نطاق إمكانية الوصول إلى المنتجات المُصنّعة. يستمر هذا المجال المتطور في تغذية التقدم في تطوير الأدوية وعلوم المواد وفهمنا لتنوع المركبات الطبيعية. ^{[ 12 ]}

توجد فئات عديدة من المنتجات الطبيعية التي يُطبَّق عليها التخليق الكلي. تشمل هذه الفئات (على سبيل المثال لا الحصر): التربينات ، والقلويدات ، ^{[ 7 ]} والبوليكيتيدات ، ^{[ 13 ] [ 14 ]} والبولي إيثرات . ^{[ 15 ]} يُشار أحيانًا إلى أهداف التخليق الكلي بأصلها الكائني، مثل النباتات، والكائنات البحرية، والفطريات. [ ^{9 ] يُستخدم} مصطلح التخليق الكلي بشكل أقل شيوعًا، ولكنه لا يزال دقيقًا، لوصف تخليق عديدات الببتيد وعديدات النوكليوتيدات الطبيعية . تم عزل هرموني الببتيد الأوكسيتوسين والفازوبريسين ، ونُشرت أولى عمليات التخليق الكلي لهما في عام 1954. ^{[ 16 ]} ليس من النادر أن تحتوي أهداف المنتجات الطبيعية على مكونات هيكلية متعددة من فئات مختلفة من المنتجات الطبيعية.

على الرغم من عدم صحة ذلك من منظور تاريخي (انظر تاريخ الستيرويد، الكورتيزون )، إلا أن التخليق الكلي في العصر الحديث كان في معظمه جهدًا أكاديميًا (من حيث القوى العاملة المُخصصة لحل المشكلات). غالبًا ما تختلف الاحتياجات الكيميائية الصناعية عن التركيزات الأكاديمية. عادةً ما تتبنى الكيانات التجارية مسارات محددة من جهود التخليق الكلي وتُنفق موارد كبيرة على أهداف مُحددة من المنتجات الطبيعية ، خاصةً إذا كان من الممكن تطبيق التخليق الجزئي على الأدوية المُعقدة المُشتقة من المنتجات الطبيعية . مع ذلك، ولعقود ^{[ 17 ]} ، استمر النقاش حول قيمة التخليق الكلي كمشروع أكاديمي. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} وبينما توجد بعض الاستثناءات، فإن الرأي العام هو أن التخليق الكلي قد تغير في العقود الأخيرة، وسيستمر في التغير، وسيظل جزءًا لا يتجزأ من البحث الكيميائي. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]} وفي إطار هذه التغييرات، ازداد التركيز على تحسين جدوى وتسويق طرق التخليق الكلي. سعت مجموعة فيل إس. باران في معهد سكريبس ، وهي مجموعة رائدة في مجال التركيب العملي، إلى ابتكار طرق تركيب قابلة للتطوير وعالية الكفاءة، والتي من شأنها أن تُستخدم بشكل فوري خارج الأوساط الأكاديمية. ^{[ 24 ] [ 25 ]}

اكتشف فريدريك فولر عام 1828 إمكانية إنتاج مادة عضوية، هي اليوريا ، من مواد أولية غير عضوية. شكّل هذا الاكتشاف علامة فارقة في علم الكيمياء، إذ كان أول مثال على تخليق مادة لم تكن معروفة إلا كناتج ثانوي للعمليات الحيوية. ^{[ 2 ]} وقد حصل فولر على اليوريا بمعالجة سيانات الفضة بكلوريد الأمونيوم ، وهي عملية تخليق بسيطة تتم في خطوة واحدة.

AgNCO + NH₄Cl _→ (NH₂ ₎ ₂CO ₊ AgCl

كان الكافور منتجًا طبيعيًا نادرًا وباهظ الثمن، وله طلب عالمي. قام هالر وبلانك بتخليقه من حمض الكافور؛ ^{[ 2 ]} إلا أن المادة الأولية، حمض الكافوريك، كانت ذات بنية غير معروفة. عندما قام الكيميائي الفنلندي غوستاف كومبا بتخليق حمض الكافوريك من ثنائي إيثيل أوكسالات وحمض 3،3-ثنائي ميثيل بنتانويك في عام 1904، سمحت بنية المواد الأولية للكيميائيين المعاصرين باستنتاج البنية الحلقية المعقدة للكافور. بعد ذلك بوقت قصير، نشر ويليام بيركن تخليقًا آخر للكافور. سمح العمل على التخليق الكيميائي الكامل للكافور لكومبا ببدء الإنتاج الصناعي للمركب في تاينيونكوسكي ، فنلندا ، في عام 1907.

كان الكيميائي الأمريكي روبرت بيرنز وودوارد شخصية بارزة في تطوير التخليق الكلي للجزيئات العضوية المعقدة، ومن بين أهدافه الكوليسترول ، والكورتيزون ، والستريكنين ، وحمض الليسرجيك ، والريزيربين ، والكلوروفيل ، والكولشيسين ، وفيتامين ب ₁₂ ، والبروستاجلاندين F-2a . ^{[ 2 ]}

حصل فنسنت دو فينيو على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1955 لتخليقه الكامل للببتيد الطبيعي الأوكسيتوسين والفازوبريسين ، والذي تم الإبلاغ عنه في عام 1954 مع نص التنويه "لعمله على مركبات الكبريت ذات الأهمية البيوكيميائية، وخاصة لأول تخليق لهرمون ببتيدي". ^{[ 26 ]}

ومن الكيميائيين الموهوبين الآخرين إلياس جيمس كوري ، الذي فاز بجائزة نوبل في الكيمياء عام 1990 لإنجازاته طوال حياته في مجال التخليق الكلي وتطوير التحليل التخليقي العكسي .

• التخليق الكلي للكينين ^{[ 27 ] [ 2 ]} تم تخليق الكينين لأول مرة بواسطة روبرت بيرنز وودوارد وويليام فون إيغرز دورينغ في عام 1944، وكان هذا الإنجاز مهمًا نظرًا لأهمية الكينين كدواء مضاد للملاريا.
• التخليق الكلي للستريكنين: تم تخليق الستريكنين لأول مرة بواسطة روبرت بيرنز وودوارد في عام 1954، وكان هذا التخليق إنجازًا بارزًا نظرًا للتعقيد الهيكلي للجزيء.
• المورفين : تم تركيبه لأول مرة بواسطة مارشال دي جيتس في عام 1952، مع تطوير تركيبات أكثر كفاءة لاحقة من قبل كيميائيين آخرين، بما في ذلك توشياكي فوكوياما في عام 2017.
• التخليق الكلي للكوليسترول ^{[ 28 ]} تم تخليقه بواسطة روبرت بيرنز وودوارد في عام 1951، وكان هذا إنجازًا هامًا في تخليق الستيرويد.
• الكورتيزون : تركيب ستيرويدي بارز آخر قام به روبرت بيرنز وودوارد في عام 1951.
• حمض الليسرجيك : تم تصنيعه بواسطة روبرت بيرنز وودوارد في عام 1954، وكان هذا المركب مقدمة مهمة لـ LSD.
• ريزيربين : تم إنجاز هذا التركيب بواسطة روبرت بيرنز وودوارد في عام 1956، وكان هذا التركيب ملحوظًا لتعقيده وأهمية الجزيء كدواء خافض لضغط الدم.
• الكلوروفيل : تم تركيبه بواسطة روبرت بيرنز وودوارد في عام 1960، وكان هذا الإنجاز مهمًا نظرًا للدور الحاسم للكلوروفيل في عملية التمثيل الضوئي.
• الكولشيسين : تركيبة أخرى بارزة قام بها روبرت بيرنز وودوارد، اكتملت في عام 1963.
• بروستاجلاندين F _2α : تم تصنيعه بواسطة إي جيه كوري في عام 1969، وكان هذا إنجازًا مهمًا في تصنيع البروستاجلاندينات.
• التخليق الكلي لفيتامين ب ₁₂ ^{[ 29 ]} تم إنجازه بواسطة روبرت بيرنز وودوارد وفريقه في عام 1972، ويعتبر هذا التخليق أحد أكثر عمليات التخليق تعقيدًا على الإطلاق، حيث يتضمن أكثر من 100 خطوة.
• التخليق الكلي لباكليتاكسيل (تاكسول) : تم تخليق هذا الدواء المضاد للسرطان لأول مرة بواسطة روبرت أ. هولتون في عام 1994، ثم بواسطة كيه سي نيكولاو في عام 1995، وكان تخليق هذا الدواء المضاد للسرطان بمثابة اختراق كبير في الكيمياء الطبية.
• بريفيلدين أ : تم تصنيع هذا الماكروليد المعقد بواسطة إس. راغافان في عام 2017، ولديه إمكانات كعامل مضاد للسرطان.
• ريانودين : تم تصنيع هذا المركب المعقد من نوع دايتربينويد بواسطة سارة إي. ريسمان في عام 2017، وله نشاط بيولوجي مهم.

• أرشيف التخليق العضوي
• أبرز نتائج التخليق الكلي
• أخبار التخليق الكلي
• مخططات التخليق الكلي مع مؤشرات التفاعلات والكواشف
• مشاكل اجتماعات المجموعات في الكيمياء العضوية ( مؤرشفة بتاريخ 26 أبريل 2012 على موقع Wayback Machine)