Premio Nobel a una química más ecológica, rápida, barata y segura.

Aunque la publicidad ha trazado una especie de barrera infranqueable entre el mundo natural y los químicos, la realidad es que todo es químico. Estamos compuestos por átomos de diferentes elementos que se organizan formando moléculas. La sal es una sustancia química, igual que la hemoglobina de nuestra sangre y la serotonina de nuestras neuronas. Y, en este mundo donde todo es químico, los expertos en esta disciplina se han convertido en los reyes de la industria. La química, a diferencia de otras disciplinas, siempre ha buscado transformar el mundo y no solo dar cuenta de cómo es. Incluso la protociencia que era la alquimia se centraba en provocar cambios deliberados.

No obstante, pasó mucho tiempo hasta que la química se comprendió a sí misma lo suficiente como para, hermanada con la técnica, desarrollar métodos eficaces para modificar las sustancias a su antojo. Eso sí, en cuanto lo consiguió, se abrió una nueva realidad ante ella. Ahora podía construir sustancias a gusto de la industria, diseñando fármacos y todo tipo de productos sin depender de que estuvieran ya presentes en la naturaleza. El premio Nobel de Química de este año es a uno de los últimos grandes pasos en este viaje hacia la transformación del mundo, concretamente un salto que hizo de la síntesis de sustancias, una tecnología más rápida, barata, ecológica y segura. El mundo era de los químicos, y a su cabeza, los galardonados Benjamin List y David MacMillan por el desarrollo de la organocatálisis asimétrica.

Cómo diseñar lo que no ves

Para que quede claro más allá de toda duda, se estima que un 35% del producto interior bruto mundial implica, ahora mismo, el uso de técnicas de catálisis química y, aunque no siempre ha sido así, su potencial estaba claro desde hace muchas décadas. Cuando escuchamos “catálisis” es posible que nuestro cerebro no evoque nada concreto, pero que nos suene haberlo oído antes, y es que está presente en casi todas las reacciones químicas que la industria lleva a cabo. Un catalizador es una sustancia que acelera o facilita que tenga lugar una reacción química, pero que no cambia durante todo el proceso. Es su presencia, en cierto modo, lo que se vuelve clave para que se reduzcan los tiempos y costes de producción de algunos productos, algo determinante en la farmacología y, sin lo cual, muchos tratamientos se verían obligados a aumentar su precio.

El problema es que, hasta el año 2000, tan solo se empleaban, mayormente, dos tipos de catalizadores. Por un lado, metales como el platino, permitían ceder y almacenar electrones de la forma indicada para facilitar las reacciones químicas entre otras sustancias. El problema es que los metales son muy sensibles al oxígeno y al agua, por lo que, aunque en condiciones de laboratorio podían usarse aislándolos al extremo, cuando se pretende escalar la producción hasta cotas industriales, esta limitación se convierte en un verdadero quebradero de cabeza. Por otro lado, los residuos de la catálisis metálica suelen implicar metales pesados, altamente contaminantes para el entorno.

Más pequeño

La otra alternativa empleaba, en lugar de metales, enzimas, que son grandes moléculas que están presentes en nuestro cuerpo y que catalizan las reacciones químicas que nos mantienen con vida. Estas no solo son tremendamente precisas, sino que reducen notablemente los residuos contaminantes, aunque reducir es algo relativo. En su descomunal tamaño (para ser moléculas) las enzimas suelen contener también metales pesados y esto mantenía una parte del problema.

Fue entonces cuando Benjamin List se dio cuenta de que, a pesar de que en estas enzimas había metales pesados, estos no eran los responsables de su actividad catalítica, que en realidad se restringía a pequeñas partes de esas “monstruosas” moléculas. Rastreando entre bibliografía de 1970, List encontró un artículo donde se hablaba de la actividad catalítica de la prolina, un ladrillo básico de las moléculas proteicas que forman a las dichosas enzimas. La genialidad estuvo en que, a diferencia de sus antecesores, List entendió que esta podía ser utilizada para la industria, aportando enormes ventajas.

Más preciso

Paralelamente, David MacMillan estaba trabajando en otro problema relacionado con las enzimas, uno especialmente importante para la farmacología. Y es que, aunque dos moléculas pueden tener exactamente la misma composición, pueden ensamblarse como imágenes especulares la una de la otra, algo que llamamos quiralidad y que podemos entender fácilmente mirando nuestras manos. Son iguales, pero a la vez no idénticas, una es el reflejo de la otra. En química, esta diferencia quiral puede cambiarlo todo. Una misma molécula es responsable del olor de naranjas y limones, pero el aroma que detectamos es diferente en función de qué “quiralidad” tengan estas. Del mismo modo el problema con la talidomida se debió a esto mismo: aquel fármaco para tratar las nauseas del embarazo que causó serias malformaciones en los recién nacidos era una mezcla donde una “versión quiral” de la molécula tenía, efectivamente, la función que los farmacólogos buscaban, pero la otra era altamente tóxica.

Por aquel entonces se conocía una forma de controlar qué variante de estas moléculas quirales se producía por una reacción química (catálisis asimétrica) y David MacMillan sabía que una buena forma de hacerlo era empleando catalizadores metálicos, pero la industria renegaba de esta solución, en parte por las dificultades que entrañaba el uso a gran escala de estos metales. MacMillan se decidió a encontrar una solución y dio con unas moléculas orgánicas (aquellas cuya estructura se basa en largas cadenas de átomos de carbono) que cumplían a la perfección sus propósitos. Ahora, la producción era más sencilla y barata sin por ello descuidar la seguridad.

La magia de lo evidente

La idea de empezar a usar compuestos orgánicos relativamente sencillos para catalizar reacciones químicas era simple. Muchos químicos se sorprendieron de no haber caído antes en ello, pero la realidad es que no lo hicieron, fuera evidente o no. Fueron MacMillan, List y todos los que les siguieron quienes revolucionaron la industria. Y más allá de palabras vacías, para poner el salto en cifras, estaríamos hablando de que algunas reacciones se volvieron 7000 veces más eficientes, como fue el caso de la síntesis de estricnina, reduciendo incluso el número de pasos necesarios para producirla, de 29 a 12. Cada paso ahorrado implica menos residuos a gestionar y, a priori, menor impacto ambiental.

Aquella nueva tecnología requería un nombre y, los galardonados con el Nobel de Química de este año decidieron bautizarla como organocatálisis asimétrica. Con el nombre querían dejar claros cuatro conceptos: que es una técnica para facilitar reacciones químicas (catalizadora), que no usa enzimas ni metales, sino moléculas orgánicas más sencillas y que es capaz de sintetizar mayormente moléculas de una misma orientación quiral. El último concepto era más sutil, y es que, en la generalidad del nombre, que no incide en la molécula orgánica concreta que debe ser usada, se esconde una invitación a investigar. Y es que hace apenas un par de décadas que existe esta nueva familia de “herramientas” y todavía quedan muchas por descubrir, porque el futuro también es químico.

QUE NO TE LA CUELEN:

• Por estas fechas, los químicos suelen hacer notar que el comité del Nobel de Química tiende a elegir, sobre todo, investigaciones relacionadas con las disciplinas más biológicas. La bioquímica, aunque parte de la química, no da cuenta de la enorme complejidad y variedad de esta disciplina. Cierto es que la bioquímica tiene un especial peso en la industria y, en sobre todo, en las ciencias de la vida, pero la química inorgánica también está constantemente innovando y de ella dependen muchos estudios acerca de las propiedades de los materiales y de la revolución técnica que protagonizan.

REFERENCIAS (MLA):

• Press release: The Nobel Prize in Chemistry 2021. NobelPrize.org. Nobel Prize Outreach AB 2021. Wed. 6 Oct 2021.