Una reacci¨®n muy ¨²til

El Nobel de Qu¨ªmica este a?o era un premio de pron¨®stico seguro, de esos que, si existiesen las apuestas en este campo, no har¨ªan ricos a los ganadores. Muchos se lo hab¨ªamos anticipado a nuestros alumnos de licenciatura o de doctorado. Si no lo conced¨ªan este a?o ser¨ªa el siguiente. Y sin embargo, hab¨ªa un elemento de incertidumbre que era causa de cierta pol¨¦mica: ?Acompa?ar¨ªa alguien a Grubbs y a Schrock como un tercer premiado? La revista Chemistry and Engineering News, que publica la Asociaci¨®n Americana de Qu¨ªmica (la ACS, la asociaci¨®n profesional en el ¨¢mbito de la ciencia m¨¢s numerosa del mundo), se hac¨ªa eco ya en 2002 de la pol¨¦mica en un largo art¨ªculo que recog¨ªa las opiniones de varios expertos.

En el caso de Chauvin ha bastado con una sola publicaci¨®n cient¨ªfica para merecer el galard¨®n

Ahora se pueden sintetizar perfumes con olor a almizcle de gran valor

Richard R. Schrock (del Massachusetts Institute of Technology) y Robert H. Grubbs (California Institute of Technology) han desarrollado durante los ¨²ltimos 30 a?os la qu¨ªmica sobre la que se basan las aplicaciones actuales de la reacci¨®n llamada met¨¢tesis de olefinas. El primero dise?¨® nuevos carbenos de wolframio, molibdeno y otros metales que, aunque son muy reactivos como catalizadores, tienen la limitaci¨®n de ser sensibles al agua, ox¨ªgeno y a grupos funcionales comunes de muchas mol¨¦culas org¨¢nicas (alcoholes, fenoles, ¨¢cidos). Uno de estos complejos de molibdeno es denominado catalizador de Schrock.

Grubbs descubri¨® catalizadores de rutenio que, aunque algo menos reactivos, son mucho m¨¢s robustos, especialmente en lo que se refiere a su tolerancia por las mol¨¦culas org¨¢nicas m¨¢s complejas. Por esta raz¨®n, los compuestos conocidos como catalizadores de Grubbs de primera y segunda generaci¨®n (o, simplemente: Grubbs I y Grubbs II) son, con mucho, los m¨¢s populares en laboratorios de investigaci¨®n. Sin embargo, ni Grubbs ni Schrock fueron los descubridores de la reacci¨®n.

El descubrimiento de la met¨¢tesis de olefinas (o alquenos: compuestos org¨¢nicos con enlaces dobles carbono-carbono, C=C) se debe a Herbert S. Eleuterio en los a?os cincuenta, trabajando con catalizadores de wolframio en la Du Pont de Nemours, empresa estadounidense en la que se han descubierto muchos de los pol¨ªmeros m¨¢s importantes.

Tras el trabajo de Eleuterio, G. Natta (Nobel de Qu¨ªmica 1963) y N. Calderon (Goodyear Tire and Rubber Co.) describieron resultados semejantes. Fue Calderon el que dio el nombre de met¨¢tesis de olefinas a la reacci¨®n (met¨¢tesis significa cambio de posici¨®n) y propuso una explicaci¨®n (mecanismo de reacci¨®n) basada en la participaci¨®n de unos cuasi-ciclobutanos.

Una segunda interpretaci¨®n mecan¨ªstica, m¨¢s rigurosa que la anterior, fue sugerida por Grubbs. Sin embargo, ninguna de ¨¦stas explicaba satisfactoriamente la formaci¨®n de las mezclas de olefinas que se observaban experimentalmente. Fue Yves Chauvin (del Institut Fran?ais du P¨¦trole), junto con su doctorando J.-L. H¨¦risson, quien, en 1971, describi¨® en un trabajo fundamental el mecanismo que implicaba la "existence d'un centre de croissance stable" en las reacciones de polimerizaci¨®n (es decir: un carbeno met¨¢lico, un compuesto con enlace doble metal-carbono, M=C).

En esta publicaci¨®n en franc¨¦s, con una errata en la fecha y en una revista relativamente oscura (Die Makromoleculare Chemie), pero fruto de un trabajo experimental riguroso realizado con medios que hoy nos parecen rudimentarios (caracterizaci¨®n estructural basada tan s¨®lo en la espectroscopia infrarroja, con indeterminaciones del 5% en la relaci¨®n de productos), se propone el esquema mecan¨ªstico esencialmente aceptado en la actualidad. En este caso, casi como ya ocurriera con Derek Barton (Premio Nobel 1969 por su trabajo en an¨¢lisis conformacional), ha sido suficiente una ¨²nica publicaci¨®n cient¨ªfica para merecer la menci¨®n de la academia sueca.

Por cierto, una curiosidad para los aficionados a lo cuantitativo en lo referente a la citaci¨®n: el trabajo que ha llevado a Chauvin al premio Nobel ha sido mencionado s¨®lo unas 70 veces en 30 a?os, bastantes menos que las citas que ha merecido el trabajo de Calderon (m¨¢s de 200).

Tambi¨¦n hay que reconocer que quien primero demostr¨® rigurosamente que los carbenos met¨¢licos eran los catalizadores de esta reacci¨®n fue Thomas Katz (de la Columbia University). Aunque lleg¨® tan lejos como para descubrir que la met¨¢tesis se pod¨ªa aplicar tambi¨¦n a la reacci¨®n de acetilenos (alquinos) con olefinas, su trabajo no tuvo continuidad ya que Katz es uno de esos qu¨ªmicos que, una vez explorado un campo, prefieren emprender otros retos.

Tambi¨¦n en otro caso famoso, el de la reacci¨®n de Diels-Alder, los que obtuvieron el premio Nobel (en 1950) fueron los que reconocieron el potencial de la reacci¨®n. En contraste, en el caso de la reacci¨®n de Wittig, su descubridor (Premio Nobel en 1979) tambi¨¦n reconoci¨® su trascendencia para la formaci¨®n de olefinas y formul¨®, en lo esencial, correctamente su mecanismo. Esta reacci¨®n supuso en su momento una revoluci¨®n semejante a la provocada por la met¨¢tesis, ya que permiti¨® por primera vez preparar de forma selectiva mol¨¦culas org¨¢nicas de la importancia de la vitamina A, carotenos o feromonas de insectos

Tras los trabajos de Chauvin, Schrock, Grubbs y muchos otros, el campo de la met¨¢tesis utilizando catalizadores organomet¨¢licos se ha diversificado de forma extraordinaria aplic¨¢ndose en ¨¢reas muy diversas. Ejemplos ilustrativos son las s¨ªntesis de sustancias como la civetona y muscona, perfumes con olor a almizcle de gran valor. La civetona se obtiene de gl¨¢ndulas de las civetas macho africanas, a las que se mantiene de por vida en peque?as jaulas, mientras que para obtener la muscona es preciso matar a los ciervos almizcleros. Sin embargo, gracias al desarrollo de nuevas variantes de la met¨¢tesis, ambos perfumes se pueden sintetizar hoy en d¨ªa en el laboratorio con gran eficacia, lo que supone un logro de valor ecol¨®gico que al menos civetas y ciervos almizcleros agradecen.

La reacci¨®n de met¨¢tesis de olefinas y otras que utilizan catalizadores met¨¢licos han dado lugar a una revoluci¨®n tranquila que est¨¢ transformando nuestra ciencia, avanzando hacia el objetivo de lograr una qu¨ªmica sostenible. La cat¨¢lisis organomet¨¢lica, a medio camino entre la qu¨ªmica inorg¨¢nica y la org¨¢nica, es una de las m¨¢s activas en la actualidad y cuenta en nuestro pa¨ªs con grupos de excelencia tanto en estudios mecan¨ªsticos como en el desarrollo de nuevos m¨¦todos. Sin duda, podemos seguir apostando por futuros premios al desarrollo de otras reacciones que tambi¨¦n est¨¢n contribuyendo a cambiar radicalmente la manera de entender y practicar la s¨ªntesis qu¨ªmica, permiti¨¦ndonos avanzar con mayor rapidez y selectividad en la s¨ªntesis de mol¨¦culas complejas, que son la base de los materiales y f¨¢rmacos del futuro.

Antonio M. Echavarren es investigador del Instituto Catal¨¢n de Investigaci¨®n Qu¨ªmica (ICIQ), en Tarragona, y catedr¨¢tico de la Universidad Aut¨®noma (Madrid