การสังเคราะห์แบบสมบูรณ์ (Total synthesis ) ซึ่งเป็นสาขาเฉพาะทางในเคมีอินทรีย์มุ่งเน้นการสร้างสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งสารประกอบที่พบในธรรมชาติ โดยใช้วิธีการในห้องปฏิบัติการ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}มักเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ จากสารตั้งต้นพื้นฐานที่มีจำหน่ายทั่วไป เป้าหมายของการสังเคราะห์แบบสมบูรณ์อาจเป็นสารประกอบ ออร์กาโนเมทัลลิกหรืออนินทรีย์ก็ได้[ ^{5 ] [ 6 ] ใน}ขณะที่การสังเคราะห์แบบสมบูรณ์มุ่งเป้าไปที่การสร้างสารประกอบทั้งหมดจากสารตั้งต้นที่เรียบง่าย การดัดแปลงหรือสังเคราะห์สารประกอบเหล่านี้บางส่วนเรียกว่าการสังเคราะห์แบบกึ่งสมบูรณ์ (Semisynthesis )

การสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติถือเป็นเครื่องมือสำคัญในสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ มากมาย ในเคมีอินทรีย์ การสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติใช้ทดสอบวิธีการสังเคราะห์ใหม่ๆ ตรวจสอบความถูกต้องและพัฒนาแนวทางใหม่ๆ ในเคมีทางการแพทย์ การสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติมีความสำคัญต่อการสร้างสารประกอบที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งช่วยขับเคลื่อนความก้าวหน้าในการค้นพบยาและการพัฒนาการรักษา^{[ 7 ]}ในทำนองเดียวกัน ในชีววิทยาเคมี การสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติ เป็นเครื่องมือวิจัยสำหรับการศึกษาระบบและกระบวนการทางชีวภาพ^{[ 8 ]}นอกจากนี้ การสังเคราะห์ยังช่วยในการวิจัยผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติโดยช่วยยืนยันและอธิบายโครงสร้างของสารประกอบที่แยกได้ใหม่^{[ 9 ] [ 10 ]}

สาขาการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติมีความก้าวหน้าอย่างมากตั้งแต่ต้นศตวรรษที่ 19 โดยมีการปรับปรุงเทคนิคการสังเคราะห์ วิธีการวิเคราะห์ และความเข้าใจเกี่ยวกับปฏิกิริยาทางเคมีที่พัฒนาขึ้น^{[ 11 ]}ปัจจุบัน วิธีการสังเคราะห์สมัยใหม่มักจะผสมผสานวิธีการอินทรีย์แบบดั้งเดิม การเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ และกลยุทธ์เคมีเอนไซม์ เพื่อให้ได้การสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพและซับซ้อนมากขึ้น ซึ่งเป็นการขยายขอบเขตและการประยุกต์ใช้ของกระบวนการสังเคราะห์

องค์ประกอบสำคัญของการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ได้แก่การวิเคราะห์ย้อนกลับการสังเคราะห์ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวางแผนเส้นทางการสังเคราะห์โดยการทำงานย้อนกลับจากโมเลกุลเป้าหมายเพื่อออกแบบเส้นทางการสร้างที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด การควบคุมสเตอริโอเคมีมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรับรองการจัดเรียงอะตอมสามมิติที่ถูกต้อง ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำงานของโมเลกุล การเพิ่มประสิทธิภาพปฏิกิริยาช่วยเพิ่มผลผลิต การเลือกสรร และประสิทธิภาพ ทำให้ขั้นตอนการสังเคราะห์มีความสะดวกมากขึ้น สุดท้าย การพิจารณาการขยายขนาดช่วยให้นักวิจัยสามารถปรับการสังเคราะห์ในระดับห้องปฏิบัติการสำหรับการผลิตที่มากขึ้น ขยายการเข้าถึงผลิตภัณฑ์ที่สังเคราะห์ขึ้น สาขาที่กำลังพัฒนาอย่างต่อเนื่องนี้ยังคงผลักดันความก้าวหน้าในการพัฒนายา วิทยาศาสตร์วัสดุ และความเข้าใจของเราเกี่ยวกับความหลากหลายของสารประกอบธรรมชาติ^{[ 12 ]}

มีผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหลายประเภทที่ใช้การสังเคราะห์แบบสมบูรณ์ ซึ่งรวมถึง (แต่ไม่จำกัดเพียง): เทอร์พี น อัลคาลอยด์ [ ^{7 ] โพ}ลีคีไทด์ [ ^{13 ] [ 14 ] และ}โพลีอีเทอร์^{[ 15 ]}บางครั้งเป้าหมายของการสังเคราะห์แบบสมบูรณ์จะถูกอ้างถึงตามแหล่งกำเนิดของสิ่งมีชีวิต เช่น พืช สิ่งมีชีวิตในทะเล และเชื้อรา^{[ 9 ]}คำว่าการสังเคราะห์แบบสมบูรณ์นั้นใช้ไม่บ่อยนัก แต่ก็ยังใช้ได้อย่างถูกต้องกับการสังเคราะห์โพลีเปปไทด์และโพลีนิวคลีโอไทด์จากธรรมชาติฮอร์โมนเปปไทด์ออกซิโทซินและวาโซเพรสซินถูกแยกและรายงานการสังเคราะห์แบบสมบูรณ์ครั้งแรกในปี 1954 ^{[ 16 ]}ไม่ใช่เรื่องแปลกที่เป้าหมายของผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจะมีส่วนประกอบโครงสร้างหลายอย่างจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติหลายประเภท

แม้ว่าจะไม่เป็นความจริงจากมุมมองทางประวัติศาสตร์ (ดูประวัติของสเตียรอยด์ คอร์ติโซน ) แต่การสังเคราะห์ทั้งหมดในยุคปัจจุบันส่วนใหญ่เป็นความพยายามทางวิชาการ (ในแง่ของกำลังคนที่ใช้ในการแก้ปัญหา) ความต้องการทางเคมีของอุตสาหกรรมมักแตกต่างจากจุดเน้นทางวิชาการ โดยทั่วไป หน่วยงานเชิงพาณิชย์อาจเลือกแนวทางเฉพาะของการสังเคราะห์ทั้งหมดและใช้ทรัพยากรจำนวนมากกับ เป้าหมาย ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ โดยเฉพาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากการสังเคราะห์แบบกึ่งสมบูรณ์สามารถนำไปใช้กับยา ที่ซับซ้อนซึ่งได้มาจากผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ ถึงกระนั้น เป็นเวลาหลายทศวรรษ^{[ 17 ]}ที่มีการอภิปรายอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับคุณค่าของการสังเคราะห์ทั้งหมดในฐานะกิจการทางวิชาการ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}แม้ว่าจะมีข้อยกเว้นอยู่บ้าง แต่ความคิดเห็นทั่วไปคือการสังเคราะห์ทั้งหมดได้เปลี่ยนแปลงไปในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา จะยังคงเปลี่ยนแปลงต่อไป และจะยังคงเป็นส่วนสำคัญของการวิจัยทางเคมี^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]}ภายในการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ มีการมุ่งเน้นมากขึ้นในการปรับปรุงความสามารถในการใช้งานและการตลาดของวิธีการสังเคราะห์ทั้งหมด กลุ่ม ของฟิล เอส. บารานที่สคริปส์ซึ่งเป็นผู้บุกเบิกที่โดดเด่นด้านการสังเคราะห์เชิงปฏิบัติ ได้พยายามสร้างการสังเคราะห์ที่ปรับขนาดได้และมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งจะมีประโยชน์ใช้สอยได้ทันทีมากขึ้นนอกแวดวงวิชาการ^{[ 24 ] [ 25 ]}

ในปี ค.ศ. 1828 ฟรีดริช โวห์เลอร์ค้นพบว่าสารอินทรีย์ยูเรียสามารถผลิตได้จากสารตั้งต้นอนินทรีย์ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญทางแนวคิดในวิชาเคมี เนื่องจากเป็นตัวอย่างแรกของการสังเคราะห์สารที่เคยรู้จักกันเฉพาะในฐานะผลพลอยได้จากกระบวนการทางชีวภาพ^{[ 2 ]}โวห์เลอร์ได้รับยูเรียโดยการนำซิลเวอร์ไซยาเนต มาทำปฏิกิริยา กับแอมโมเนียมคลอไรด์ซึ่งเป็นการสังเคราะห์แบบง่ายๆ เพียงขั้นตอนเดียว:

AgNCO + NH Cl → (NH ) CO + AgCl

การบูรเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่หายากและมีราคาแพงและมีความต้องการทั่วโลกฮัลเลอร์และบลองก์สังเคราะห์มันจากกรดการบูร^{[ 2 ]}อย่างไรก็ตาม สารตั้งต้นคือกรดแคมโฟริกมีโครงสร้างที่ไม่เป็นที่รู้จัก เมื่อกุสตาฟ คอมป์ปา นักเคมีชาวฟินแลนด์สังเคราะห์กรดแคมโฟริกจากไดเอทิลออกซาเลตและกรด 3,3-ไดเมทิลเพนทาโนอิกในปี 1904 โครงสร้างของสารตั้งต้นทำให้นักเคมีในยุคนั้นสามารถอนุมานโครงสร้างวงแหวนที่ซับซ้อนของการบูรได้ ไม่นานหลังจากนั้นวิลเลียม เพอร์กินได้ตีพิมพ์การสังเคราะห์การบูรอีกครั้งงานเกี่ยวกับการสังเคราะห์ทางเคมีทั้งหมดของการบูรทำให้คอมป์ปาสามารถเริ่มต้นการผลิตเชิงอุตสาหกรรมของสารประกอบนี้ได้ที่ เมือง ไทนิออนโคสกีประเทศฟินแลนด์ในปี 1907

โรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ดนักเคมีชาวอเมริกันเป็นบุคคลสำคัญในการพัฒนาการสังเคราะห์โมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนทั้งหมด โดยมีเป้าหมายบางส่วนคือคอเลสเตอรอลคอร์ติโซนสไตรค์นีนกรดไลเซอร์จิกรี เซอร์พี นคลอโรฟิลล์คอ ล ชิซีนวิตามินบีและโปรสตาแกลนดิน F- 2a ^{[ 2 ]}

วินเซนต์ ดู วิกโนด์ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ในปี 1955 จากการสังเคราะห์พอลิเปปไทด์ธรรมชาติออกซิโทซินและวาโซเพรสซิน ทั้งหมด ซึ่งรายงานในปี 1954 พร้อมคำยกย่องว่า "สำหรับผลงานของเขาเกี่ยวกับสารประกอบกำมะถันที่มีความสำคัญทางชีวเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสังเคราะห์ฮอร์โมนพอลิเปปไทด์เป็นครั้งแรก" ^{[ 26 ]}

นักเคมีผู้มีความสามารถอีกคนหนึ่งคือเอเลียส เจมส์ คอรีย์ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1990 จากผลงานตลอดชีวิตในด้านการสังเคราะห์แบบสมบูรณ์และการพัฒนาการวิเคราะห์แบบย้อนกลับ (retrosynthetic analysis )

• การสังเคราะห์ควินินทั้งหมด^{[ 27 ] [ 2 ]}สังเคราะห์ครั้งแรกโดย Robert Burns Woodward และ William von Eggers Doering ในปี พ.ศ. 2487 ความสำเร็จนี้มีความสำคัญเนื่องจากควินินมีความสำคัญในฐานะยาต้านมาลาเรีย
• การสังเคราะห์สไตรคนินแบบสมบูรณ์การสังเคราะห์ครั้งแรกโดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ด ในปี 1954 ถือเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญเนื่องจากโครงสร้างโมเลกุลมีความซับซ้อนมาก
• มอร์ฟีน : สังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกโดยมาร์แชลล์ ดี. เกตส์ ในปี 1952 และต่อมามีนักเคมีคนอื่นๆ พัฒนาวิธีการสังเคราะห์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น รวมถึงโทชิอากิ ฟุกุยามา ในปี 2017
• การสังเคราะห์คอเลสเตอรอลทั้งหมด^{[ 28 ]}สังเคราะห์โดย Robert Burns Woodward ในปี พ.ศ. 2494 ซึ่งถือเป็นความสำเร็จที่สำคัญในการสังเคราะห์สเตียรอยด์
• คอร์ติโซน : สารสเตียรอยด์อีกชนิดหนึ่งที่สังเคราะห์ขึ้นโดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ด ในปี 1951
• กรดไลเซอร์จิก : สังเคราะห์โดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ด ในปี 1954 สารนี้เป็นสารตั้งต้นที่สำคัญของแอลเอสดี
• รีเซอร์พีน : การสังเคราะห์นี้สำเร็จโดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ด ในปี 1956 ซึ่งโดดเด่นด้วยความซับซ้อนและความสำคัญของโมเลกุลในฐานะยาต้านความดันโลหิตสูง
• คลอโรฟิลล์ : สังเคราะห์ขึ้นโดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ด ในปี 1960 ความสำเร็จนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากคลอโรฟิลล์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการสังเคราะห์แสง
• คอลชิซีน : สารสังเคราะห์ที่โดดเด่นอีกชนิดหนึ่งโดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ด ซึ่งสังเคราะห์เสร็จในปี 1963
• โพรสตากลันดิน F : สังเคราะห์โดย EJ Corey ในปี 1969 ซึ่งถือเป็นความสำเร็จที่สำคัญในการสังเคราะห์โพรสตากลันดิน
• การสังเคราะห์ วิตามินบีทั้งหมด^{[ 29 ]}เสร็จสมบูรณ์โดยโรเบิร์ต เบิร์นส์ วูดเวิร์ดและทีมของเขาในปี พ.ศ. 2515 การสังเคราะห์นี้ถือเป็นหนึ่งในการสังเคราะห์ที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีมา โดยเกี่ยวข้องกับขั้นตอนมากกว่า 100 ขั้นตอน
• การสังเคราะห์แพคลิแท็กเซล (แท็กซอล) แบบครบวงจร : โรเบิร์ต เอ. โฮลตัน สังเคราะห์แพคลิแท็กเซลเป็นครั้งแรกในปี 1994 และต่อมาโดยเคซี นิโคลาอูในปี 1995 การสังเคราะห์ยาต้านมะเร็งชนิดนี้ถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในสาขาเคมีทางการแพทย์
• เบรเฟลดิน เอ : สารประกอบแมโครไลด์เชิงซ้อนนี้ สังเคราะห์โดย เอส. รากาแวน ในปี 2017 และมีศักยภาพในการเป็นสารต้านมะเร็ง
• ไรยาโนดีน : สารไดเทอร์พีนอยด์เชิงซ้อนนี้ สังเคราะห์โดย Sarah E. Reisman ในปี 2017 และมีฤทธิ์ทางชีวภาพที่สำคัญ