Nobel de Química 2021: premian un método que revolucionó la forma de crear moléculas 

Este miércoles al mediodía en Alemania, una joven investigadora argentina, “Gaby” Gerosa, doctorada en el Instituto de Química de Rosario (Iquir) y que se encuentra haciendo un posdoctorado en el Instituto Max Planck de Investigación del Carbón, fue protagonista de uno de esos acontecimientos que se dan una vez en la vida. 

“De repente vi salir corriendo a varios integrantes del laboratorio –cuenta desde la ciudad germana de Mülheim an Der Ruhr, mientras se prepara para salir de festejo–. Cuando me acerqué a preguntar qué pasaba, me dijeron: ‘¡Tu jefe se acaba de ganar el Nobel de Química!”. 

El director de Gerosa es nada menos que Benjamin List, uno de los que (trabajando en forma independiente y prácticamente simultánea) desarrollaron lo que se considera “un avance revolucionario: una herramienta sencilla, ingeniosa y elegante para crear nuevas moléculas, la organocatálisis asimétrica”. El científico con el que compartirá el premio, dotado de 10 millones de coronas suecas, es el británico David MacMillan, actualmente profesor de la Universidad de Princeton. 

List (“jovial, sencillo y generoso”, según la visión de la investigadora argentina), se comunicó por teléfono con el comité Nobel en el momento del anuncio y dijo sentirse “asombrado, shockeado”. “Estoy de vacaciones en Amsterdam con mi mujer, y cuando atendí la llamada, creí que era una broma”, confesó. A MacMillan no lo habían localizado y esperaban que se enterara por el correo electrónico.

Ambos, List y Mac Millan, hoy de 53 años, dieron con la idea que los volvió célebres hace dos décadas. “Empezaron muy, muy jóvenes, trabajando uno en Alemania y el otro en los Estados Unidos –destaca Rolando Spanevello, investigador del Instituto de Química de Rosario (de doble dependencia, Conicet/UNR)–. La catálisis es una transformación química en la que uno tiene un sustrato y lo transforma en otro, ya sea por el uso de un reactivo o empleando un ‘catalizador’ en una muy pequeña proporción (5 o 10%) que induce la transformación, pero no es consumido por ella. Hace arrancar la reacción, participa, y después sale del proceso y queda latente para volver a reciclarse. Los catalizadores por lo general son un elemento metálico o pueden ser híbridos (un metal y una molécula orgánica). Lo que hicieron estos científicos fue desarrollar catalizadores sin el componente metálico: es solamente una molécula orgánica la que genera el proceso catalítico. Esto tiene una gran importancia, porque en muchas transformaciones, por ejemplo de la industria farmacéutica, el metal del catalizador puede quedar como una traza en el proceso de fabricación de un medicamento y eso no es aceptable por la toxicidad que implica”.

Económico y amigable con el ambiente

Todos los catalizadores descubiertos antes de 2000 eran metales o enzimas. Los primeros tienen el inconveniente de que son muy sensibles al oxígeno y al agua, por lo que para que funcionen necesitan un entorno libre de oxígeno y humedad, difícil de lograr en la producción en gran escala. Además, pueden ser perjudiciales para el ambiente. Las últimas son moléculas muy grandes, complejas y difíciles de sintetizar. “En cambio, los organocatalizadores desarrollados por List y MacMillan tienen estructura muy pequeña,  uno las puede sintetizar a medida de la transformación que se necesita realizar y son más amigables con el ambiente”, destaca Spanevello.

Otro aspecto fundamental de este descubrimiento es que permite realizar una catálisis “asimétrica”. “La síntesis asimétrica es la que permite obtener moléculas ‘quirales’, como se denomina a las que tienen imágenes especulares –explica Gerardo Burton, investigador del Conicet en la Unidad de Microanálisis y Métodos Físicos en Química Orgánica (Uminfor) de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA–, son como la mano derecha y la izquierda. Sus propiedades biológicas dependen de su forma y orientación espacial, porque solo una de ellas ‘encaja’ en los receptores celulares. En su época, Pasteur las discriminaba separando los cristales que veía a través del microscopio. Así empezó todo. Pero esos métodos son laboriosos y muy poco eficientes: uno pierde la mitad, porque una sirve y la otra hay que tirarla. Es importante tener métodos que permitan obtener desde el vamos solo las que nos interesan. Ellos introdujeron el concepto de usar moléculas orgánicas relativamente sencillas que podían hacer esa inducción de quiralidad y, en muy pequeña cantidad, acelerar o dirigir la reacción hacia un lado y no hacia el otro”. 

Spanevello lo explica de este modo: “Muchas moléculas [de interés] poseen una orientación espacial tridimensional definida. En algunos casos, tienen lo que se denomina una ‘imagen especular no superponible’. Por ejemplo, nuestras manos: una es el reflejo de la otra, pero si superponemos la derecha sobre la izquierda con las palmas para abajo, vamos a ver que ambos pulgares apuntan hacia lados opuestos. Eso tiene una enorme incidencia en la biología. En los sistemas biológicos, muchas moléculas tienen que ‘encajar’ tridimensionalmente. Es lo que sucede con nuestros pies: también son imágenes especulares uno de otro, pero no puedo ponerme el zapato izquierdo en el pie derecho porque no coincide…”

Este hecho es de fundamental importancia no solo en la industria de fármacos, sino también en la de perfumes y esencias (porque nuestros receptores olfativos y de gusto son biológicos y tienen esa percepción de la quiralidad), en la producción de agroquímicos…  “La quiralidad está relacionada con la vida”, concluye Spanevello. 

Una idea brillante

Los catalizadores hacen posible crear todo tipo de moléculas, desde plástico y perfumes hasta aromas alimentarios. 

La idea brillante de List, nacido en Frankfurt, Alemania, fue preguntarse si realmente se necesitaba una enzima completa para obtener un catalizador o bastaba con una parte (un aminoácido, los “ladrillos” que componen las proteínas, que juegan un papel clave en los procesos biológicos). Probó con uno llamado prolina y "Funcionó de manera brillante", dice la academia en su comunicado. No solo mostró que era un catalizador eficiente, sino que podía impulsar la catálisis asimétrica: de las dos posibles imágenes en espejo, era mucho más común una que la otra. Envió su trabajo a publicación en febrero de 2000.

En tanto MacMillan, nacido en Bellshill, Reino Unido, trabajó con catalizadores metálicos que se destruían fácilmente con la humedad. Se preguntó si podría desarrollar un tipo de catalizador más duradero utilizando moléculas orgánicas simples. "Uno de estos demostró ser excelente en catálisis asimétrica”. Mandó a publicar su manuscrito en enero del mismo año. 

“Desde entonces, los desarrollos en esta área pueden compararse con la fiebre del oro –agregan los jurados de este año–. Se diseñaron una multitud de organocatalizadores económicos y estables, y un proceso de producción en una secuencia ininterrumpida (reacción en cascada) que puede reducir considerablemente el desperdicio en la fabricación de productos químicos y hacerla miles de veces más eficiente”. 

“El Nobel a esta área de estudio es un orgullo inesperado, no es habitual que premien a la química orgánica pura –comenta Eduardo Buxaveras Pérez de Armiñán, investigador del Conicet en el Instituto de Química del Sur (Inquisur)–. Estos avances nos permiten obtener una cantidad de compuestos que no podríamos lograr de otra forma”.