1. Complexiteit en grootte:

* Grote moleculen: Het synthetiseren van grote, complexe moleculen zoals eiwitten of nucleïnezuren blijft een belangrijke uitdaging. Het aantal mogelijke opstellingen van atomen en functionele groepen neemt exponentieel toe met de grootte, waardoor het moeilijk is om de vorming van specifieke structuren te voorspellen en te beheersen.

* Chiraliteit: Veel moleculen bestaan ​​in meerdere chirale vormen (stereoisomeren), elk met mogelijk verschillende eigenschappen. Het beheersen van de vorming van een specifieke enantiomeer tijdens synthese kan complex zijn.

2. Reactieselectiviteit en -controle:

* ongewenste zijreacties: Chemische reacties produceren vaak ongewenste bijproducten, verminderen de opbrengst en complicerende zuivering.

* reactieomstandigheden: Veel reacties vereisen specifieke temperatuur-, druk- en oplosmiddelomstandigheden die moeilijk te bereiken zijn of precies kunnen regelen, wat de opbrengst en zuiverheid beïnvloedt.

* Katalysatorontwikkeling: Het vinden of ontwerpen van efficiënte en selectieve katalysatoren voor specifieke reacties kan een uitdaging zijn, waardoor de reikwijdte van synthetische mogelijkheden wordt beperkt.

3. Kennishiaten:

* reactiemechanismen: Hoewel er aanzienlijke vooruitgang is geboekt, blijft het inzicht in de mechanismen van veel reacties onvolledig, waardoor rationeel ontwerp van synthetische routes wordt belemmerd.

* Voorspellende modellen: Het voorspellen van de uitkomst van complexe reacties, inclusief zijreacties en reactieroutes, blijft een belangrijke uitdaging.

* Onvoorziene reactiviteit: Nieuwe chemische structuren of functionele groepen kunnen onverwachte reactiviteit vertonen die synthese en productkarakterisering compliceert.

4. Economische en praktische overwegingen:

* Kosten en schaalbaarheid: Complexe syntheses kunnen duur en moeilijk op te schalen zijn voor de industriële productie, waardoor de praktische toepassing van veel synthetische routes wordt beperkt.

* tijd en bronnen: Het ontwikkelen en optimaliseren van synthetische routes kan tijdrovend en resource-intensief zijn, vooral voor complexe doelen.

* Milieu -impact: Het gebruik van gevaarlijke chemicaliën en oplosmiddelen in synthese kan milieuproblemen opleveren, waardoor duurzame alternatieven nodig zijn.

5. Beperkingen van de huidige technologie:

* instrumentatie: De huidige instrumentatie heeft beperkingen bij het oplossen van complexe mengsels, het karakteriseren van complexe structuren en het beheersen van reacties op moleculair niveau.

* Automatisering: Hoewel automatisering enkele stappen heeft gestroomlijnd, blijft volledig geautomatiseerde, foutloze synthese van complexe moleculen een uitdaging.

Ondanks deze beperkingen blijft het veld van rationele chemische synthese snel evolueren, met vorderingen in:

* Computationele chemie: Het ontwikkelen van voorspellende modellen en simulaties om synthetische paden beter te begrijpen en te ontwerpen.

* High-throughput screening: Efficiënt testen en optimaliseren van reacties en katalysatoren.

* biokatalyse: Gebruikmakend van enzymen en biologische systemen voor selectieve en efficiënte synthese.

* Kunstmatige intelligentie: Ontwikkeling van machine learning -algoritmen om reactieresultaten te voorspellen en de synthese te optimaliseren.

Deze vorderingen zijn de weg vrijgemaakt voor het overwinnen van enkele van de bestaande beperkingen en het verleggen van de grenzen van rationele chemische synthese, waardoor nieuwe moleculen met verschillende toepassingen in de geneeskunde, de materialenwetenschap en daarbuiten kunnen worden gebracht.