El Premio Nobel de Química 2021 fue concedido al científico escocés David Macmillan y al alemán Benjamin List. Ganaron el prestigioso galardón por crear una herramienta que sirve para construir moléculas que es barata y amigable con el ambiente.

Desarrollaron una técnica que permite fabricar más fácilmente productos, como los medicamentos. La herramienta se conoce como organocatálisis asimétrica. Macmillan investiga ahora en la Universidad de Princeton en los Estados Unidos, y Benjamin List en el Instituto Max-Planck de Alemania. Con creatividad, desafiaron conceptos que estaban establecidos en la química.

La catálisis es sin dudas una de las fronteras de la química. Se trata de encontrar la ruta para que los átomos que forman parte de los materiales de partida se reordenen para dar los productos deseados. Esto conduce muchas veces a nuevos productos o a procesos que producen más cantidad de producto o que lo hacen usando menos energía. Esto último también hay que considerarlo porque energía significa hoy significa usar combustibles fósiles y en consecuencia emisiones de dióxido de carbono”, dijo Luis Baraldo, doctor en química y profesor de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires. También es investigador en el Instituto de Química Física de los Materiales, Ambiente y Energía (INQUIMAE), dependiente del Conicet y la Universidad de Buenos Aires.

El mérito de los ganadores del Premio de Química 2021 es que lograron introducir el uso de compuestos orgánicos como catalizadores, que se suman a otras familias de catalizadores como las enzimas y los compuestos metálicos. Esta idea no es completamente nueva, pero los ganadores del Premio la desarrollaron en forma sistemática, agregó el doctor Baraldo. Las moléculas que se producen por la organocatálisis servirán para distintos objetivos. Pero se harán de forma más eficiente, es decir, con más átomos que van a los productos deseados y menos a los productos que no nos interesan. Por lo cual, implica menos consumo de materias primas, menos residuos, y menor consumo de energía. Son todas acciones que en el mundo necesitamos desesperadamente, señaló Baraldo.

Los catalizadores son sustancias que controlan y aceleran las reacciones químicas, sin llegar a formar parte del producto final. Por ejemplo, los catalizadores de los coches transforman las sustancias tóxicas de los gases de escape en moléculas inocuas. El cuerpo humano también contiene miles de catalizadores en forma de enzimas, que están involucrados con las moléculas necesarias para la vida.

También los catalizadores se usan para acelerar las reacciones químicas en muchas industrias, y durante mucho tiempo se pensó que sólo había dos tipos de catalizadores: los metales y las enzimas. Pero Macmillan y List desarrollaron de manera independiente un tercer tipo de catálisis, que se basa en pequeñas moléculas orgánicas. Johan Åqvist, presidente del Comité Nobel de Química, calificó el nuevo concepto de “tan simple como ingenioso”.

La herramienta reconocida con el Nobel puede utilizarse para construir cualquier cosa, desde nuevos fármacos hasta moléculas capaces de capturar la luz en células solares. “Ya está beneficiando mucho a la humanidad”, dijo Pernilla Wittun Stafshede, profesora de biología química de la Universidad Tecnológica de Chalmers, en Gotemburgo, que estuvo en la conferencia de prensa durante el anuncio del Premio Nobel de Química 2021.

Este concepto de catálisis es tan sencillo como ingenioso, y lo cierto es que mucha gente se ha preguntado por qué no se nos ocurrió antes, afirmó Johan Åqvist, que preside el Comité Nobel de Química. Los catalizadores orgánicos tienen una estructura estable de átomos de carbono a la que se pueden unir grupos químicos más activos. A menudo contienen elementos comunes como el oxígeno, el nitrógeno, el azufre o el fósforo. Esto significa que estos catalizadores son respetuosos con el ambiente y baratos de producir.

La rápida expansión del uso de los catalizadores orgánicos que posibilitaron los científicos Macmillan y List se debe principalmente a su capacidad para impulsar la catálisis asimétrica. Cuando se construyen moléculas, a menudo se dan situaciones en las que se pueden formar dos moléculas diferentes que, al igual que nuestras manos, son la imagen especular de la otra. A menudo, los químicos sólo quieren una de ellas, sobre todo cuando producen productos farmacéuticos.

La organocatálisis se fue desarrollado a una velocidad asombrosa desde el año 2000. Hoy Benjamin List y David MacMillan siguen siendo líderes en su campo y han demostrado que los catalizadores orgánicos pueden utilizarse para impulsar una multitud de reacciones químicas. Según el comité del Nobel, gracias a estas reacciones, los investigadores científicos en el mundo “pueden construir de forma más eficiente desde nuevos productos farmacéuticos hasta moléculas capaces de capturar la luz en las células solares. De este modo, los organocatalizadores están aportando el mayor beneficio a la humanidad”.

Un ejemplo de cómo la organocatálisis ha conducido a construcciones moleculares más eficientes es la síntesis de la molécula natural de la estricnina. Se utiliza habitualmente como plaguicida para matar pequeños vertebrados, como los roedores. Es conocida por los libros de Agatha Christie, la reina del misterio. Sin embargo, para los químicos, la estricnina es como un cubo de Rubik: un reto que se quiere resolver en el menor número de pasos posible.

Cuando se sintetizó la estricnina por primera vez, en 1952, fueron necesarias 29 reacciones químicas diferentes y sólo el 0,0009% del material inicial formó estricnina. El resto se desperdiciaba. En 2011, se logró utilizar la herramienta de la organocatálisis y una reacción en cascada para fabricar estricnina en solo 12 pasos, y el proceso de producción fue 7.000 veces más eficiente.

También la herramienta de la organocatálisis tuvo un impacto significativo en la investigación farmacéutica, que a menudo requiere una catálisis asimétrica. Hasta que los químicos pudieron llevar a cabo la catálisis asimétrica, muchos productos farmacéuticos contenían las dos imágenes especulares de una molécula; una de ellas era activa, mientras que la otra podía tener a veces efectos no deseados. Un ejemplo catastrófico de esto fue el escándalo de la talidomida en los años sesenta: una imagen especular del fármaco talidomida causó graves deformidades en miles de embriones humanos en desarrollo.