Dos investigadores que desarrollaron técnicas para acelerar y controlar las reacciones químicas han ganado el Premio Nobel de Química 2021. Benjamin List y David MacMillan desarrollaron por separado un nuevo tipo de catálisis a principios de la década de 2000. La técnica, llamada organocatálisis asimétrica, se usa ampliamente hoy en día para la producción de medicamentos y otras sustancias químicas. Fundamentalmente, los catalizadores que desarrollaron pueden distinguir la izquierda de la derecha, sintetizando moléculas que son diferentes de su imagen especular.
La pareja desarrolló “una herramienta verdaderamente elegante para hacer moléculas, más simple de lo que uno podría imaginar”, dijo la miembro del comité del Nobel de química Pernilla Wittung-Stafshede en el anuncio del premio. “Hasta el año 2000, solo conocíamos dos formas de catalizadores. Pero luego todo cambió. Benjamin List y David MacMillan informaron de forma independiente que se pueden utilizar moléculas orgánicas pequeñas para hacer el mismo trabajo que las enzimas grandes y los catalizadores metálicos en reacciones precisas, económicas, rápidas y respetuosas con el medio ambiente”.
“No esperaba esta gran sorpresa, realmente me alegraste el día de hoy”, dijo List a los periodistas en una conferencia de prensa después del anuncio. “Cuando hice este experimento [por primera vez], no sabía qué pasaría y pensé que tal vez era una idea estúpida, o que alguien ya lo había probado. Cuando vi que funcionaba, sentí que esto podría ser algo grande”.
Catalizadores alternativos
Los catalizadores, sustancias que aceleran reacciones sin agotarse, son herramientas fundamentales para los químicos. List, que tiene su sede en el Instituto Max Planck para la Investigación del Carbón en Mülheim an der Ruhr, Alemania, y MacMillan, en la Universidad de Princeton en Nueva Jersey, desarrollaron catalizadores que pueden impulsar la catálisis asimétrica, en la que una reacción produce más de la versión zurda de una molécula que la diestra o viceversa.
En 2000, List demostró que el aminoácido prolina podría actuar como catalizador en una reacción aldólica, en la que los átomos de carbono de dos moléculas diferentes se unen entre sí, y que podría impulsar la catálisis asimétrica. Casi al mismo tiempo, MacMillan diseñó pequeñas moléculas orgánicas que pueden proporcionar o aceptar electrones y, por lo tanto, catalizar reacciones de manera eficiente.
Hasta sus avances, la sabiduría común entre los químicos era que un catalizador que sintetiza moléculas quirales (las de una mano particular) tenía que ser una enzima o contener un metal de transición como el hierro. “Fue un cambio conceptual”, dice la química Cathleen Crudden de la Queen’s University en Kingston, Canadá. “Durante mucho tiempo, la gente pensó que los metales y las enzimas eran los únicos”.
Los “organocatalizadores” desarrollados por List, MacMillan y sus colaboradores no tenían metales. Y a diferencia de las enzimas, típicamente grandes complejos hechos de proteínas, eran moléculas orgánicas pequeñas, “lo cual, creo, es súper emocionante”, dice la química Claudia Felser del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos en Dresden, Alemania. Los organocatalizadores son más baratos de producir y más sostenibles que los que contienen metales, y el interés en el campo se ha disparado desde su descubrimiento.
Regalo de la naturaleza
En una variedad de fenómenos y en escalas muy diferentes, la naturaleza parece preferir a menudo una mano sobre otra, agrega Felser. Esto se refleja en el hecho de que el Universo está compuesto principalmente de materia, no de antimateria, y que la vida utiliza aminoácidos y azúcares de la mano derecha.
“¿Por qué en el mundo la biología está sola? ¿Por qué tenemos esta preferencia en la naturaleza? No lo sabemos”, dijo List. “Esta destreza se transfiere en la reacción catalítica a los sustratos para que obtengas más de estas moléculas. Es un gran regalo, diría yo, que la naturaleza nos proporcione estas moléculas”.
“Para mí, la quiralidad es la pregunta más interesante en física y química y tal vez incluso en biología”, dice Felser, y agrega que el anuncio de hoy puede ser “inspirador para que las generaciones más jóvenes busquen más violaciones de simetría en la naturaleza”.
“En mi opinión, la verdadera revolución de lo que tenemos, de nuestros descubrimientos, apenas está surgiendo ahora”, dijo List. Añadió que recibir el Premio Nobel le permitiría una libertad aún mayor para perseguir nuevas ideas en su investigación. “Espero estar a la altura de este reconocimiento y seguir descubriendo cosas increíbles”.
Fuente: Nature.
