En química, especialmente la química orgánica, las reacciones químicas deben ser eficientes, selectivas, con buen rendimiento y de bajo costo. Adicionalmente, ahora se requiere que sean ecológicamente sustentables, lo cual parece un objetivo casi imposible de alcanzar, una utopía química, una quimera. Imaginemos ahora obtener un producto único, específico, en pocos pasos, con buen rendimiento y cuyos residuos sean reutilizables o que se puedan eliminar adecuadamente. ¡Maravilloso, sería el proceso químico soñado!
Este año, el Premio Nobel de Química ha sido otorgado a los investigadores Benjamin List, del Instituto Max Planck de Investigación en Carbono de Alemania y David MacMillan de la Universidad de Princeton en Estados Unidos, dos científicos, que han trabajado para lograr ejecutar este tipo de procesos, a través de la Organocatálisis Asimétrica. Este proceso químico utiliza moléculas orgánicas pequeñas, con pocos átomos de carbono, como aceleradores o catalizadores, donde prevalece una ruta sobre las otras, lo que origina un único producto. Con ello están siguiendo además los principios de la denominada Química Verde, o sea, una química más sostenible por ser menos contaminante.
Este premio reconoce las investigaciones realizadas por ellos durante las últimas décadas, las cuales han aportado una nueva alternativa a los procesos de catálisis orgánica tradicional. Hasta ahora, muchos de estos procesos involucraban la utilización de catalíticos metálicos, como oro, platino o cobre, entre otros. Desde mediados del siglo 20, la utilización de metales en síntesis química era la alternativa más atractiva, ya que aportaba selectividad y una buena eficiencia en las reacciones con alto grado de complejidad, imitando las enzimas que son los catalíticos naturales por excelencia. Sin embargo, esto planteó nuevos problemas, por un lado, solventar la producción de esos reactivos metálicos, la alta sensibilidad de los metales al oxígeno y al agua y por otra parte, el manejo y descarte adecuado de los residuos o sub-productos, una vez completado el proceso. Básicamente, era poner en la balanza: eficiencia y selectividad versus alto costo y contaminación.
En la síntesis farmacéutica, generalmente todo producto se obtiene en dos formas: una forma activa, la que se vende en el mercado y la otra, que puede ser una forma inactiva o una que produce graves efectos para la salud. Para que esto último no ocurra, los procesos deben tener alta selectividad y especificidad, esto es obtener el producto adecuado y de la forma correcta, lo cual ha justificado la utilización de los catalizadores metálicos.
Desde el año 1997, Benjamin List investigó los “anticuerpos catalíticos”, enzimas del sistema inmunológico que llevan a cabo reacciones químicas. Las enzimas son moléculas grandes constituidas por bloques de aminoácidos, que aceleran la velocidad de las reacciones con o sin ayuda de metales. List comenzó a pensar si era posible que un solo aminoácido o una molécula similar llevara a cabo el mismo proceso. Sabía que existía un antecedente, donde se había utilizado la prolina, un aminoácido de 5 átomos de carbono, como catalizador, por lo que decidió hacer la prueba usando la prolina para catalizar una reacción aldólica, donde a partir de dos compuestos se forma un solo producto a través de una nueva unión entre átomos de carbono y los resultados fueron excelentes. De esta forma se abrieron las puertas a nuevos procedimientos de laboratorio que son más eficientes, más selectivos y menos contaminantes. Paralelamente, David MacMillan, quien estudió la catálisis asimétrica usando metales, había decidido dar un giro total a sus investigaciones para enfocarse en procesos que fueran de mayor utilidad. Así comenzó a diseñar moléculas orgánicas con características especiales, que sirvieran como catalizadores orgánicos. Estos compuestos contenían nitrógeno, un elemento que tiene afinidad por los electrones, que funciona como activador de otros átomos y además puede formar puentes de hidrógeno con agua u otras moléculas. Una vez diseñados estos catalizadores, los probó en una reacción de Diels-Alder, que sirve para construir compuestos cíclicos de carbono, la cual se completó con alta selectividad. ¡Era el inicio del siglo 21, había nacido la Organocatálisis!
Curiosamente los catalizadores usados por ambos investigadores están constituidos solamente por átomos de hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno, no hay metales ni otros elementos menos comunes en sus estructuras, además ambos ensayaron con reacciones orgánicas clásicas, como lo son la reacción aldólica y la Diels-Alder, cuyos mecanismos, rendimientos y procesos han sido ampliamente estudiados y lo más importante, estas reacciones se usan en la producción de moléculas complejas a nivel farmacéutico, lo que magnifica la utilidad de estos descubrimientos.
En resumen, los investigadores químicos laureados este año han demostrado que las reacciones químicas pueden ser mejoradas; es digno de admiración la simpleza de dichos mecanismos y cómo asemejan las herramientas y procesos que usa la naturaleza. lo que constituye un verdadero hito científico de la ciencia Química, que impactará directamente en la humanidad.
La autora es investigadora y catedrática
