miniaturadeimagen|Clasificación de los productos químicos finos en oposición a los productos básicos y las especialidades.|400x400px Los productos químicos finos son sustancias químicas simples, puras y complejas, que se producen en cantidades limitadas en plantas multipropósito mediante procesos químicos o biotecnológicos de varios pasos. Se describen con especificaciones exactas, se utilizan para procesamiento adicional dentro de la industria química y se venden por más de 10 $/kg. La clase de los productos químicos finos se subdivide ya sea sobre la base del valor agregado (componentes básicos, productos intermedios avanzados o ingredientes activos) o el tipo de transacción comercial (productos estándar o exclusivos).
Los productos químicos finos se producen en volúmenes limitados (normalmente <1000 toneladas/año) y a precios relativamente altos ( >10 $/kg) de acuerdo con especificaciones exactas, principalmente mediante síntesis orgánica tradicional en plantas químicas de uso múltiple. Los procesos biotecnológicos van ganando terreno. El valor de producción global se estima en unos 85 000 millones de dólares. Los productos químicos finos se utilizan como materiales de partida para productos químicos especializados, en particular productos farmacéuticos, biofarmacéuticos y agroquímicos. La fabricación a medida para la industria de las ciencias de la vida juega un papel importante; sin embargo, una gran parte del volumen de producción total de productos químicos finos es fabricada internamente por los grandes usuarios. La industria está fragmentada y se extiende desde pequeñas empresas privadas hasta divisiones de grandes empresas químicas diversificadas. El término "productos químicos finos" se usa en distinción a los "productos químicos pesados" o "productos básicos", que se producen y manejan en grandes lotes y, a menudo, se encuentran en estado crudo.
Desde su inicio a fines de la década de 1970, los productos químicos finos se han convertido en una parte importante de la industria química. El valor de producción total de 85 000 millones de dólares se divide en alrededor de 60/40 entre la producción interna de los principales consumidores (la industria de las ciencias de la vida) y la industria de productos químicos finos propiamente dicha. Esta última persigue una estrategia de "empuje de la oferta" (mediante la cual los productos estándar se desarrollan internamente y se ofrecen de manera ubicua) y una estrategia de "demanda de la demanda" (según la cual los productos o servicios determinados por el cliente se proporcionan exclusivamente sobre una base cliente-proveedor). Los productos se utilizan principalmente como bloques de construcción para productos patentados. El equipamiento de las compañías de química fina de primer nivel se ha vuelto casi idéntico. El diseño, la disposición y el equipamiento de las plantas y laboratorios se ha vuelto prácticamente el mismo en todo el mundo. La mayoría de las reacciones químicas realizadas se remontan a los días de la industria de los colorantes. Numerosas regulaciones determinan la forma en que deben operarse los laboratorios y las plantas, contribuyendo así a la uniformidad.
Historia El término "productos químicos finos" se utilizó desde 1908.
La aparición de la industria química fina como una entidad distinta se remonta a finales de la década de 1970, cuando el éxito abrumador de los antagonistas del receptor H2 de histamina, Tagamet (cimetidina) y Zantac (clorhidrato de ranitidina), creó una fuerte demanda de químicos orgánicos avanzados utilizados en sus procesos de manufactura. Como las capacidades de producción internas de los originadores (las compañías farmacéuticas Smith, Kline & French y Glaxo) no pudieron seguir el ritmo de los crecientes requisitos, ambas compañías (ahora fusionadas como GlaxoSmithKline) subcontrataron parte de la manufactura a compañías químicas experimentadas en la producción de moléculas orgánicas relativamente sofisticadas. Lonza, Suiza, que ya había suministrado un intermedio temprano, el acetoacetato de metilo, durante el desarrollo del medicamento, pronto se convirtió en el principal proveedor de precursores cada vez más avanzados. La firma de un primer contrato de suministro simple se reconoce generalmente como el documento histórico que marca el inicio de la industria química fina. miniaturadeimagen|El comienzo: contrato de suministro entre Smith Kline & French y Lonza para precursores de cimetidina. En los años posteriores, el negocio se desarrolló favorablemente y Lonza fue la primera empresa de química fina que entró en una asociación estratégica con SK&F. De manera similar, Bellas Organics, Reino Unido, se convirtió en el proveedor del resto tioetil-N'-metil-2-nitro-1,1-etenodiamina de la ranitidina, el segundo antagonista del receptor H2, comercializado como Zantac por Glaxo. Otras compañías farmacéuticas y agroquímicas siguieron su ejemplo gradualmente y también comenzaron a subcontratar la adquisición de productos químicos finos. Un ejemplo en este caso es FIS, Italia, que se asoció con Roche, Suiza, para la fabricación de precursores personalizados de la clase de tranquilizantes benzodiazepinas, como Librium (clordiazepóxido HCl) y Valium (diazepam).
La creciente complejidad y potencia de los nuevos productos farmacéuticos y agroquímicos que requieren producción en plantas de usos múltiples, en lugar de plantas dedicadas, y más recientemente, el advenimiento de los productos biofarmacéuticos, tuvo un gran impacto en la demanda de productos químicos finos y en la evolución de la industria como una entidad distinta. Sin embargo, durante muchos años, la industria de las ciencias de la vida continuó considerando la producción cautiva de los ingredientes activos de sus medicamentos y agroquímicos como una competencia fundamental. Se recurrió a la subcontratación solo en casos excepcionales, como el déficit de capacidad, los procesos que requieren química peligrosa o nuevos productos sobre los que existían dudas acerca del éxito de su lanzamiento.
Productos En términos de estructura molecular, se distingue primero entre productos de bajo peso molecular (LMW, por sus siglas en inglés) y de alto peso molecular (HMW). El umbral generalmente aceptado entre LMW y HMW es un peso molecular de aproximadamente 700 Da. Los productos químicos finos de LMW, también denominados moléculas pequeñas, se producen por síntesis química tradicional, por microorganismos (fermentación o biotransformación) o por extracción de plantas y animales. En la producción de productos de ciencias de la vida modernos, prevalece la síntesis total a partir de productos petroquímicos. Los productos de HMW, respectivamente moléculas grandes, se obtienen principalmente a través de procesos de biotecnología. Dentro de los LMW, los compuestos N-heterocíclicos son la categoría más importante; dentro de los HMW, lo son los péptidos y proteínas.
Pequeñas moléculas Como los compuestos aromáticos se han agotado en gran medida como bloques de construcción para productos de ciencias de la vida, las estructuras N-heterocíclicas prevalecen en la actualidad. Se encuentran en muchos productos naturales, como la clorofila, la hemoglobina, y las vitaminas biotina, ácido fólico, niacina (PP), piridoxina (vitamina B6), riboflavina (vitamina B2) y tiamina (vitamina B1). En los productos de ciencias de la vida sintéticos, los restos N-heterocíclicos están ampliamente difundidos tanto en productos farmacéuticos como en agroquímicos. Por lo tanto, los β-lactámicos son elementos estructurales de los antibióticos de penicilina y cefalosporina; los imidazoles se encuentran en los herbicidas modernos, por ejemplo Arsenal (imazapyr), y productos farmacéuticos, por ejemplo, los antiulcerantes Tagamet y Nexium (omeprazol), los antimicóticos Daktarin (miconazol), Fungarest (ketoconazol) y Travogen (isoconazol). Los tetrazoles son partes fundamentales de la clase de sartán de antihipertensivos, por ejemplo, Candesartan cilexetilo, Avapro (irbesartán), Cozaar (losartán) y Diovan (valsartán). miniaturadeimagen|Estructura química de Diovan (valsartán). Una gran variedad de productos farmacéuticos y agroquímicos se basan en pirimidinas, como la vitamina B1 (tiamina), los antibióticos de sulfonamida, por ejemplo, Madribon (sulfadimetoxina) y, medio siglo después, los herbicidas con sulfonilurea, por ejemplo, Eagle (amidosulfurón) y Londax (bensulfurón-metilo). Los derivados de las benzodiazepinas son los elementos estructurales fundamentales de los medicamentos pioneros para el SNC, como Librium (clordiazepóxido) y Valium (diazepam). Los derivados de piridina se encuentran tanto en los conocidos herbicidas Diquat y clorpirifos, como en los modernos insecticidas nicotinoides, como el imidacloprid. Incluso los pigmentos modernos, como los difenilpirazolopirazoles, las quinacridonas, y los plásticos de ingeniería, como los polibenzimidazoles, las poliimidas y las resinas de triazina, exhiben una estructura N-heterocíclica.
Moléculas grandes Las moléculas grandes, también llamadas de alto peso molecular (HMW), son en su mayoría oligómeros o polímeros de moléculas pequeñas o cadenas de aminoácidos. Así, dentro de las ciencias farmacéuticas, los péptidos, proteínas y oligonucleótidos constituyen las categorías principales. Los péptidos y proteínas son oligómeros o policondensados de aminoácidos unidos entre sí por un grupo carboxamida. El umbral entre los dos está alrededor de los 50 aminoácidos. Debido a sus funciones biológicas únicas, una parte importante y creciente del descubrimiento y desarrollo de nuevos fármacos se centra en esta clase de biomoléculas. Sus funciones biológicas están determinadas por la disposición exacta o secuencia de diferentes aminoácidos en su composición. Para la síntesis de péptidos, cuatro categorías de productos químicos finos, comúnmente denominados bloques de construcción de péptidos (PBB, por sus siglas en inglés), son clave, a saber, aminoácidos (materiales de partida), aminoácidos protegidos, fragmentos de péptidos y los péptidos en sí mismos. En el camino, los pesos moleculares aumentan de aproximadamente 102 a 104 y los precios unitarios de alrededor de 100 $ a 105 $ por kilogramo. Sin embargo, solo una pequeña parte de la producción total de aminoácidos se utiliza para la síntesis de péptidos. De hecho, el ácido L-glutámico, la D,L-metionina, el ácido L-aspártico y la L-fenilalanina se utilizan en grandes cantidades como alimentos y aditivos para piensos. Se comercializan alrededor de 50 fármacos peptídicos. La cantidad de aminoácidos que forman un péptido específico varía ampliamente. En el extremo inferior están los dipéptidos. Los medicamentos más importantes con un resto dipéptido (L-alanil-L-prolina) son los medicamentos cardiovasculares "-pril", como Alapril (lisinopril), Captoril (captopril), Novolac (imidapril) y Renitec (enalapril). También el edulcorante artificial aspartamo (N-L-α-aspartil-L-fenilalanina 1-metil éster) es un dipéptido. En el extremo superior está la hirudina anticoagulante, PM ≈ 7000, que está compuesta por 65 aminoácidos.
Además de los productos farmacéuticos, los péptidos también se utilizan para el diagnóstico y las vacunas. El volumen de producción total (excluyendo el aspartamo) de péptidos puros sintetizados químicamente es de aproximadamente 1500 kilogramos y las ventas se acercan a los 500 millones de dólares a nivel de ingrediente farmacéutico activo (API) y a los 10 000 millones a nivel de fármaco terminado. La mayor parte de la producción de fármacos peptídicos, que comprende también la primera generación de fármacos contra el sida (los "...navires"), se subcontrata a unos pocos fabricantes especializados por contrato, como Bachem (Suiza), Chengu GT Biochem (China), Compañía China de Péptidos (China), Lonza (Suiza) y Polypeptide (Dinamarca).