LA CIENCIA DETRÁS DEL PREMIO NOBEL DE QUÍMICA 2021
Dr. David Cruz Cruz
Departamento de Química, División de Ciencias Naturales y Exactas
Campus Guanajuato, Universidad de Guanajuato
El pasado 6 de octubre, la Real Academia de las Ciencias de Suecia, anunció a los ganadores del premio Nobel de Química 2021. Dicha academia, decidió otorgar el máximo galardón a los profesores Benjamin List del Instituto Max-Plank en Alemania y a David W.C. MacMillan de la Universidad de Princeton en USA, por sus investigaciones, las cuales derivaron en la conceptualización y desarrollo de la Organocatálisis Asimétrica.
Durante años, la construcción de arquitecturas moleculares quirales ha sido un área de estudio que ha atraído gran atención debido a las consecuencias que estas provocan en los organismos vivos. La síntesis de este tipo de compuestos ha causado gran impacto debido principalmente a que los receptores biológicos de los sistemas vivos son capaces de diferenciar estructuras estereoisoméricas y provocar una respuesta específica para cada una de ellas. Por lo tanto, el desarrollo de estrategias sintéticas a través de reacciones que conduzcan a la formación completa o mayoritaria de uno de todos los posibles productos estereoisoméricos, es un tema que ha adquirido gran interés dentro de la química orgánica moderna.
En este contexto, la Síntesis Asimétrica, es el área de la química orgánica dedicada al estudio de metodologías sintéticas que controlan la estructura tridimensional de arquitecturas moleculares. Este concepto puede definirse como la transformación en la cual una unidad aquiral de una molécula es convertida en una unidad quiral, a través de un reactivo o conjunto de reactivos, de tal manera que los nuevos productos quirales se obtienen en proporciones diferentes. La importancia de esta técnica radica en que a través del diseño y empleo de la metodología adecuada es posible obtener productos enantiomericamente enriquecidos.
Si bien existen diferentes maneras de llevar a cabo Síntesis Asimétrica, todas ellas parten del principio básico de que, para producir un compuesto quiral a través de una reacción química, es necesario tener una especie quiral ya sea en el material de partida, reactivos, disolvente o catalizador. Lo anterior lleva a la afirmación de que, en ausencia de cualquier ambiente quiral en una reacción, todos los nuevos productos con isomería geométrica se obtendrán en cantidades iguales.
Desde los inicios de la Síntesis Asimétrica, el número de metodologías disponibles para la preparación enantioselectiva de compuestos orgánicos se ha incrementado enormemente. Muchas de las reacciones introducidas actualmente involucran procesos catalíticos, es decir, el empleo de pequeñas cantidades de una sustancia, capaz de acelerar la velocidad de la reacción (catalizador), al mismo tiempo que transfiere asimetría a los nuevos productos enantioméricos. La importancia de la catálisis radica en que reduce costos, consumo de energía, es selectiva y en algunos casos los catalizadores pueden ser reutilizados. Bajo este concepto, la Catálisis Asimétrica se ha convertido en una de las herramientas más poderosas para la obtención enantioselectiva de compuestos orgánicos.
Hasta hace algunos años la Catálisis Asimétrica fue dominada por dos conceptos catalíticos de gran importancia: Catálisis asimétrica empleando metales de transición y catálisis asimétrica empleando sistemas biológicos (enzimas). En el primero, compuestos orgánicos quirales unidos a metales de transición son utilizados como catalizadores para llevar a cabo transformaciones asimétricas. Dentro de las ventajas de esta técnica se encuentran el alto grado de selectividad en la obtención de compuestos quirales, empleo de cantidades mínimas de catalizador y disponibilidad de una gran variedad de catalizadores para llevar a cabo diferentes reacciones que en ocasiones es posible reutilizar.
Por otro lado, es conocido que las enzimas, sistemas biológicos responsables de regular las reacciones químicas del los seres vivos, son capaces de llevar a cabo una gran variedad de reacciones químicas de forma selectiva, gracias a que presentan sitios activos quirales dentro de su estructura, por lo tanto, a través de esta técnica se han obtenido de forma efectiva un gran número de compuestos enantioméricamente enriquecidos con alto grado de pureza.
Previo al año 2000, el uso de pequeñas moléculas orgánicas libres de metales para catalizar diferentes transformaciones asimétricas se había mantenido poco documentado. Sin embargo, gracias a los trabajos de los profesores Benjamin List y David W.C. MacMillan, tuvo lugar el “redescubrimiento” y conceptualización de la Organocatálisis Asimétrica. A partir de entonces, dicha técnica ha experimentado un enorme crecimiento y ha sido motivo de un sinnúmero de publicaciones en la que se describen una gran variedad de estrategias sintéticas, donde la creatividad y el ingenio para la obtención de compuestos enantioméricamente puros parece no tener límites.
En términos generales, la Organocatálisis ofrece atractivos beneficios: Se evita el uso de metales, los cuales pueden resultar tóxicos; por lo regular los organocatalizadores no son sensibles al aire o humedad, es decir, son estables; son fáciles de manipular y son considerados como ambientalmente amigables. Actualmente, quizás uno de los mayores éxitos de la Organocatálisis se debe principalmente a la invención y desarrollo de modos catalíticos de activación, inducción y reactividad.
En ese sentido, la Organocatálisis comienza a involucrarse de manera directa a la solución de problemas reales, ya sea desde el punto de vista académico o industrial. Lo anterior, es reflejo del alcance de la Organocatálisis y pone de manifiesto la importancia de mantener su continuo desarrollo. El futuro de esta técnica no solamente está en la búsqueda de nuevas reactividades aun no disponibles, sino en la aplicación del conocimiento en beneficio de la humanidad.
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