Existe
una necesidad cada vez mayor de productos químicos
complejos. La humanidad busca nuevos medicamentos que
puedan curar el cáncer o detener los efectos devastadores
que los virus causan en el cuerpo humano. La industria
electrónica está buscando sustancias que puedan emitir
luz, y la industria agrícola quiere sustancias que puedan
proteger los cultivos. El premio Nobel de química 2010
premia una herramienta que ha mejorado la capacidad de los
químicos para satisfacer todas estas expectativas muy
eficientemente: las reacciones de acoplamiento cruzado
catalizadas por paladio. |
A
finales de la década de los ochenta, la esponja
Discodermia dissoluta fue recogida por buzos
en el mar Caribe a una profundidad de 33 metros. Algo
muy primitivo, a primera vista, pero su incapacidad
para escapar de sus enemigos ha transformado a
Discodermia dissoluta y otras esponjas marinas en
expertos químicos. Han desarrollado una habilidad para
producir grandes y complejas moléculas de productos
tóxicos que las protegen de posibles depredadores.
Los investigadores han
descubierto que muchos de estos venenos tienen
propiedades terapéuticas; funcionan como antibióticos,
antivirales o antiinfamatorios. En el caso de
Discodermia dissoluta
los test de
laboratorio revelaron que la sustancia que produce, la
discodermolida podía ser usada en
quimioterapia. Entre otras cosas, detenía el
crecimiento de las células cancerosas. |
Discodermia dissoluta |
Encontar
una sustancia con tal potencial es una emocionante
experiencia en si misma, pero sin el descubrimiento
premiado por el Premio Nobel de Química 2010, la
historia de la discodermolida, probablemente habría
terminado aquí. El proceso habría entrado en un punto
muerto debido a la falta de material, ya que no es
posible desarrollar nuevos medicamentos a partir de
una sustancia que se encuentra sólo en pequeñas
cantidades en las profundidades del mar. Sin embargo,
las
reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por
paladio, desarrolladas por Richard F. Heck, Ei-ichi
Negishi y Akira Suzuki
suministraron a los químicos una herramienta para
poder producir artificialmente discodermolida. La
variante de la reacción desarrollada por Negishi fue
usada en el paso central de la síntesis. Otros
científicos han optimizado posteriormente el proceso
logrando obtener cantidades suficientes de la
sustancia para iniciar test clínicos en humanos que
padecían cáncer. |
Los
científicos aíslan primero la sustancia
discodermolida de una esponja que vive en el mar
Caribe. A continuación sintetizan la sustancia en
el laboratorio. En uno de los pasos críticos del
procedimiento usan la variante de Negishi de la
reacción de acoplamiento cruzado catalizada por
paladio. La discodermolida ataca a las células
cancerosas de la misma forma que el Taxol, uno de
los drogas más comunes empleadas contra el cáncer.
Cuando los
químicos quieren construir moléculas complejas
como la discodermolida usan moléculas más pequeñas
que utilizan como bloques de construcción. Sin
embargo unir estas moléculas unas con otras es
mucho más fácil de decir que de hacer.
Los átomos de
carbono en las moléculas comparten sus electrones
con otros átomos, tienen por tanto ocho electrones
en su última capa y son estables. No existe
ninguna razón para reaccionar con un átomo de
carbono de otra molécula.
La tarea del químico consiste en aumentar su
reactividad y lograr que reaccionen con otros
átomos de carbono.
La reacción de acoplamiento cruzado catalizada
por paladio salva este problema y
suministra un proceso muy preciso para la síntesis
orgánica. El átomo de paladio hace de "punto de
encuentro" de átomos de carbono que al estar
próximos pueden unirse entre sí.
Richard Heck
comenzó a experimentar con paladio como
catalizador y en 1968 publicó sus trabajos. Entre
otras cosas había sido capaz de enlazar un anillo
de átomos de carbono con un fragmento más corto de
carbono con el fin de obtener el estireno, un
componente importante en el poliestireno
(plástico). |
jj |
En 1977
Ei-ichi Negishi desarrolló una
variante sustituyendo el magnesio por l zinc. El
átomo de carbono se vuelve entonces menos
reactivo, pero el átomo de zinc transfiere el
átomo de carbono al de paladio. Cuando el átomo de
carbono encuentra posteriormente a otro átomo de
carbono unido al de paladio tienden a unirse con
él.
Dos
años más tarde Akira Suzuki usó el
boro. Este es el agente activador más débil usado
hasta ahora y presenta una menor toxicidad que el
zinc, lo cual es una ventaja cuando se trata de
aplicaciones a gran escala.
Uno
de los ejemplos más espectaculares de las
reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas
por paladio consistió en la síntesis
artificial de la palytoxina, una
enorme molécula, un auténtico dinosaurio entre
los productos químicos. Es un veneno natural
que fue aislado de un coral en Hawai en 1971.
La palytoxina consta de 129 átomos de carbono,
223 átomos de hidrógeno, tres átomos de
nitrógeno y 54 átomos de oxígeno. En 1994 los
científicos consiguieron sintetizar en el
laboratorio esta enorme molécula con la ayuda
de la reacción de Suzuki.
Actualmente científicos de todo el mundo
utilizan los océanos como una gran farmacia.
Se han aislado miles de sustancias de
organismos que viven en el mar y estas
sustancias han inspirado grandes progresos
científicos. Los químicos también han
utilizado las reacciones de acoplamiento
cruzado para modificar sustancias medicinales. |
Molécula de la palytoxina |
En
la industria electrónica también se han
empleado para, por ejemplo, lograr mejores
fuentes de luz para los diodos. Los diodos
orgánicos (Organic Light Emitting Diodes, u
OLEDs) funcionan gracias a moléculas
orgánicas que emiten luz. Son usados en la
industria electrónica en la producción de
monitores extremadamente delgados, de tan solo
unos milímetros. Las reacciones catalizadas
por paladio se han usado con el fin de
optimizar la luz azul de los OLEDs.
La
reacción de acoplamiento cruzado catalizada
por paladio está aún en pleno desarrollo, a
pesar de que ya han pasado más de cuarenta
años desde que Richard Heck comenzó a
experimentar con ella en su laboratorio de
Delaware. El descubrimiento de Richard Heck,
Ei-ichi Negishi y Akira Suzuki, ya es muy
importante para la humanidad. Sin embargo,
teniendo en cuenta los desarrollos que de
ellas se están haciendo en laboratorios del
mundo entero, estas reacciones serán aún más
importantes en el futuro. |
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