Física y Quimica

Premio Nobel de Química 2010

Premios Nobel

 

 

 

Fotos y esquemas: Fundación Nobel

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Premio Nobel de Química 2010

Richard F. Heck

Ei-ichi Negishi

Akira Suzuki

"Por las reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio y su uso en síntesis orgánica"

Richard F. Heck (1931). USA

Ei-ichi Negishi (1935). China

Akira Suzuki (1930). Japón

 

Traducción del inglés Documento Fundación Nobel traducido

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).

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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.