El Nobel de Química premia una nueva herramienta para construir moléculas

El Nobel de Química premió este miércoles la invención de una nueva herramienta para construir moléculas, la organocatálisis, con gran impacto en la industria farmacéutica y que ha contribuido a hacer una química más ecológica. El alemán Benjamin List y el británico David MacMillan desarrollaron por separado hace dos décadas un nuevo tipo de catálisis, la organocatálisis asimétrica, basada en pequeña moléculas orgánicas, señaló la Real Academia de las Ciencias Sueca.

"Este concepto de catálisis es tan simple como ingenioso; de hecho, muchos se preguntan por qué no se nos ocurrió antes", dijo el presidente del Comité del Nobel de Química, Johan Åqvist, para quien los premiados han llevado la construcción molecular "a otro nivel". Gracias a esta herramienta es posible construir grandes volúmenes de moléculas asimétricas de forma más simple: las farmacéuticas pueden producir de forma artificial sustancias curativas y optimizar la producción de medicamentos ya existentes, como ocurre en el caso de tratamientos para la depresión o infecciones respiratorias. Y al tener los catalizadores orgánicos una estructura estable de átomos de carbono, a menudo con elementos comunes como oxígeno, nitrógeno o fósforo, son más ecológicos y baratos de producir.

La miembro del comité del Nobel de Química Pernilla Wittung-Stafshede dijo en la rueda de prensa de presentación que los premiados desarrollaron "una técnica realmente elegante" e "iniciaron una forma totalmente nueva de pensar en cómo unir las moléculas químicas". Con esta técnica se logran reacciones químicas que "son precisas, baratas, rápidas y respetuosas con el medioambiente", agregó la experta. List intervino en la rueda de prensa por teléfono desde Ámsterdam, donde está de vacaciones. "Ha sido una enorme sorpresa absolutamente inesperada. Realmente de han alegrado el día. Gracias". El científico alemán explicó que los catalizadores usados antes de sus descubrimientos eran "un millón de veces menos eficientes" y reconoció que, al inicio, no fue capaz de prever todo el potencial de esta técnica, aunque cuando vio como iban funcionado sintió que "podía ser algo grande".

UNA HERRAMIENTA FUNDAMENTAL DE LA QUÍMICA

Los químicos empezaron a explorar en el siglo XIX las formas en que las sustancias reaccionaban unas con otras, pero fue el sueco Jacob Berzelius quien hacia 1835 encontró un patrón y habló de fuerza catalítica y de catálisis. Desde entonces se han descubierto multitud de catalizadores, sustancias que controlan y aceleran las reacciones químicas, que han permitido extraer miles de sustancias usadas en plásticos, perfumes, aromatizantes alimenticios o medicinas. Pero todos los catalizadores descubiertos hasta 2000 pertenecían a dos grupos: metales o enzimas.

Su habilidad para acomodar electrones o suministrárselos a otras moléculas convierte a los metales en excelentes catalizadores, pero su gran sensibilidad al oxígeno y al agua exige un entorno libre de estos, algo difícil de lograr en industrias a gran escala. A menudo los metales catalizadores son además pesados, por lo que pueden ser dañinos para el medio ambiente. Muchas enzimas, encargadas de producir las reacciones químicas necesarias para la vida, son especialistas en catálisis asimétrica y capaces de construir moléculas complicadas con gran precisión, de ahí que en la década de 1990 los científicos intentasen desarrollar nuevas variantes.

AMINOÁCIDOS Y MOLÉCULAS ORGÁNICAS

Benjamin List trabajaba por entonces con anticuerpos catalíticos, rediseñados para producir reacciones químicas, y se planteó si era necesario que los aminoácidos fueran parte de una enzima para catalizar una reacción o si un aminoácido solo, u otra molécula simple, podría hacer la misma tarea. Así decidió probar si la prolina, uno de los aminoácidos que forman las proteínas de los seres vivos, podía catalizar una reacción aldólica, que une átomos de carbono de diferentes moléculas. List demostró que la prolina no solo era un catalizador eficiente, sino que podía producir catálisis asimétrica, además de ser más simple, barata y ecológica que los metales y las enzimas, y publicó sus resultados en el año 2000.

Durante la época en que List realizaba esos experimentos, David MacMillan, trabajaba en mejorar la catálisis asimétrica pero usando metales, una idea que acabó desechando para centrarse en diseñar moléculas orgánicas simples. MacMillan pensó que si quería que catalizasen una reacción debían formar un ion de iminio, que contiene un átomo de nitrógeno, con una inherente afinidad por los electrones: de este modo seleccionó varias moléculas orgánicas con las propiedades necesarias y comprobó que funcionaban de forma eficiente.

El investigador británico ideó también el término para el nuevo concepto de catálisis, la organocatálisis, un campo que se ha desarrollado a gran velocidad desde entonces y que tanto List como MacMillan siguen liderando. List (Frankfurt, Alemania, 1968) se doctoró en la Universidad Goethe en 1997 y dirige el Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón.

MacMillan (Bellshill, Reino Unido, 1968) se doctoró por la Universidad de California y, en la actualidad, ejerce la docencia en la de Princeton, ambas estadounidenses. Los galardonados suceden en el palmarés del Nobel de Química a la francesa Emmanuelle Charpentier y la estadounidense Jennifer Doudna, premiadas el año pasado por el descubrimiento de las tijeras genéticas CRISPR-Cas9, un método para la edición genética. Ambos se dividirán a partes iguales los 10 millones de coronas suecas (980.000 euros, 1,1 millones de dólares) con que está dotado el Nobel. La ronda de ganadores continuará mañana con el Nobel de Literatura, seguirá el viernes con el de la Paz y se cerrará el lunes con el de Economía.