06 octubre, 2010

Nobel de química para desarrolladores de la química orgánica sintética

Hoy se anunció el Nobel de química el cual va para tres investigadores independientes: el Prof. Richard F. Heck, de la Universidad de Delaware (USA), el Prof. Ei-ichi Negishi de la Universidad de Purdue (USA) y el Prof. Akira Suzuki de la Universidad de Hokkaido (Sapporo, Japón) por desarrollar métodos que usan como catalizador el Paladio para la formación de enlaces carbono-carbono mediante emparejamientos cruzados.

¿Donde radica la importancia de este trabajo? Los enlaces Carbono-Carbono (C-C) son la base de toda la química orgánica, así como de las moléculas que permiten la vida en la Tierra. Si podemos crear nuevos enlaces C-C, podemos crear nuevos compuestos orgánicos con propiedades asombrosas, y es por esta razón que en los años 1912, 1950, 1979 y 2005 fueron galardonados con el Nobel de Química investigadores que sintetizaron enlaces C-C con diferentes metodologías y resultados. Por ejemplo, en el 2005, el Nobel de química fue por la formación de enlaces doble de C=C usando como catalizador el Paladio; este año, es por la formación de enlaces simples de C-C. A toda esta área de investigación se la conoce como la química orgánica sintética.

La clave de toda esta revolución en la química fueron los metales de transición gracias a su habilidad para activar compuestos orgánicos y a su vez crear nuevos enlaces. De todos los metales de transición el más usado fue el Paladio (Pd), gracias al descubrimiento de que este elemento podía catalizar la formación de acetaldehído por oxidación del etileno. A partir de este momento se descubrieron nuevas bondades del Paladio, sobre todo, la carbonilación de muchos compuestos orgánicos para formar nuevos enlaces C-C.

¿Y como se da la reacción con el Paladio? El principio del emparejamiento cruzado es cuando dos moléculas orgánicas: un compuesto organohaluro (molécula orgánica unida a un halógeno, RX) que actúa como electrofílico y un compuesto organometálico (molécula orgánica unida a un metal, RM) o una olefina (molécula orgánica que presenta al menos un enlace doble, R=C) que actúa como nucleofílico. Estas dos moléculas son ensambladas en el Pd mediante enlaces C-Pd. Primero el Pd reacciona con el organohaluro y luego ese complejo intermediario (RX-Pd) reacciona con la olefina o el organometal. Estas dos moléculas (RX y RM o R=C)se acercarán tanto que mediante ataques nucleofílicos se enlazarán formando un nuevo enlace simple C-C.

Uno de los pioneros en este campo fue Heck, quien en 1968 logró formar enlaces simples C-C, usando al Pd como catalizador y a temperatura ambiente. Heck demostró que se podría alquilar una olfeina (unir un alcano a un alqueno vía enlace C-C). Además, esta reacción no requería agregar algún tipo de aditivo a excepción del Pd. En 1972, Heck hizo algunas modificaciones a su reacción incrementando su utilidad de sintetizar nuevos compuestos mediante la formación de nuevos enlaces C-C. En su primera reacción de 1968, unió un grupo fenil al etileno. En 1972 ya tenía la capacidad de reemplazar el grupo R por otros compuestos orgánicos. Además, el Pd regresaba nuevamente a su estado inicial para comenzar otro ciclo de reacciones!. Por esos mismos años, otros investigadores encontraron nuevas reacciones. Por ejemplo, Moritani y Fujiwara logaron formar estirenos a partir del benceno y una olefina catalizados por el Pd.

Un problema que tenía estos novedosos métodos de formación de nuevos enlaces C-C usando el Pd como catalizador era que los organometales que se usaban como agentes nucleofílicos no tenían un buen rendimiento. En 1977 Negishi hizo un gran avance al usar un organozinc (molécula orgánica unida al Zn) como agente nucleofílico. Los resultados fueron muy alentadores ya que el rendimiento obtenido de nuevos enlaces C-C era superior al obtenido con cualquier otro organometal. Gracias a este avance, ahora se podían usar más grupos funcionales para la formación de nuevos enlaces C-C porque, otra ventaja que ofrecía el organozinc, era su alta selectividad.

Luego vino Suzuki y sus colaboradores en 1979 con una nueva metodología, más sencilla, usando un organoboro (molécula orgánica unida al B) y en un medio básico. El medio básico activaba el organoboro pasándolo a un intermediario de organoborato el cual facilitaba la transferencia del compuesto orgánico al Pd y la formación de nuevos enlaces C-C. La gran ventaja de este avance era que la naturaleza estable del organoboro en medios alcalinos facilitaba mucho la reacción a diferencia de otros organometales. El organoboro también permitía la formación de nuevos enlaces C-C a partir de más grupos funcionales gracias a su alta quimioselectividad. Y otra ventaja más es que los organoboros no son tóxicos y por esa razón son ampliamente usados en la industria farmacéutica.

Ahora ven la importancia de los trabajos de cada uno de estos tres investigadores: Heck, Negishi y Suzuki, que después de más de 30 años han sido reconocidos con el Nobel de Química. Se puede considerar a ellos tres como los padres de la química orgánica sintética. Gracias a estos trabajos las industrias farmacéuticas tiene la capacidad de sintetizar químicamente una gran variedad de moléculas biológicas y principios activos con fines terapéuticos.

Por ejemplo, gracias al método de Heck se han sintetizado más de 100 productos naturales entre los principales podemos mencionar al Taxol® (Paclitaxel), molécula muy usada en el tratamiento del cáncer. Otro ejemplo muy importante es la síntesis del esqueleto de la morfina, el cual puede convertirse a morfina mediante unos pocos pasos más. También se han reportado la síntesis de esteroides y diterpenoides, moléculas orgánicas sumamente complejas. Los métodos de Negishi y Suzuki han sido usado para la síntesis de otros compuestos naturales como la Pumiliotoxina A (un alcaloide tóxico encontrado en la piel de ciertas ranas) así como un potente antitumoral, la (+)-dinemicina A.

Y no sólo estos métodos han sido sumamente beneficiosos y la clave del desarrollo de la industria farmacéuica, sino también de la industria agrícola. Usando el método de Heck se han podido sintetizar herbicidas como el Prosulfuron®. En fin son cientos de productos naturales que han podido ser sintetizados químicamente gracias a las investigaciones de estos tres brillantes científicos. Bien merecido el Nobel.

Vía Nobelprize.org

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