El Premio Nobel de Química reconoció hallazgos que permiten “controlar” las formas de las moléculas

La Asamblea Nobel del Instituto Karolinska otorgó el Premio Nobel de Química 2026 a Henri B. Kagan, catedrático emérito de la entonces Universidad de París-Sur (Francia) y a Kenso Soai, catedrático emérito de la Universidad de Ciencias de Tokio (Japón), “por el descubrimiento de los efectos no lineales y la autocatalisis en la síntesis orgánica asimétrica”. Sus hallazgos han aportado herramientas fundamentales para la fabricación de productos farmacéuticos, aromas, fragancias y químicos agrícolas.

Kagan descubrió una nueva forma de manipular las reacciones químicas, que permite crear un mayor exceso de una de las imágenes especulares de lo que antes se creía posible. Este descubrimiento ha supuesto una revolución para los químicos que desarrollan reacciones para la fabricación de diferentes productos y nuevos materiales.

“Muchas moléculas pueden existir en dos formas, que son imágenes especulares entre sí -es decir, una es la imagen en el espejo de la otra- que no pueden superponerse, como una mano derecha y una mano izquierda. A esta propiedad se la llama quiralidad. Lo interesante es que ambas formas, conocidas como enantiómeros, pueden parecer idénticas a simple vista y tener las mismas propiedades físicas, pero a nivel biológico pueden comportarse de manera muy distinta”, explica Ariel Sarotti, investigador del CONICET en el Instituto de Química de Rosario (IQUIR, CONICET-UNR).

La quiralidad es especialmente importante en los seres vivos. Por ejemplo, los aminoácidos que forman las proteínas pueden existir en formas especulares, pero, en muchos procesos biológicos se utiliza principalmente una de ellas. El problema aparece, entonces, al fabricar medicamentos. Una forma de las formas de una molécula puede producir el efecto terapéutico buscado, mientras su imagen especular puede tener un efecto diferente y provocar consecuencias no deseadas. Por eso conseguir una reacción química que produzca una determinada forma y cumpla un efecto deseado es clave.

“En los sistemas biológicos, los enantiómeros pueden comportarse de manera muy diferente. Esto se debe a que las moléculas que forman los organismos vivos también tienen una estructura tridimensional y pueden reconocer de manera diferente a cada una de estas dos formas. En algunos casos, un enantiómero puede tener un efecto farmacológico deseado mientras que el otro puede tener una actividad diferente, e incluso resultar perjudicial. Por eso, los químicos estamos muy interesados en desarrollar métodos que permitan obtener selectivamente una sola de las dos formas, evitando la formación de la otra. A esto se lo denomina síntesis asimétrica, un área que ha sido reconocida con varios Premios Nobel de Química”, señala Sarotti.

De acuerdo con Sarotti, uno de los pilares de la síntesis asimétrica es el desarrollo de catalizadores quirales, es decir, moléculas que, al participar en una reacción, inclinan la balanza hacia una de las dos formas (moléculas “mano derecha” o moléculas “mano izquierda”). Para lograrlo el propio catalizador también tiene que ser quiral. Durante mucho tiempo se creyó que la pureza quiral del producto dependía de manera proporcional de la pureza quiral del catalizador. Es decir, cuanto menos puro fuera el catalizador, menos puro sería el producto obtenido. Lo que demostró Kagan es que esto no siempre ocurre. En determinadas condiciones, un catalizador que tiene solamente un pequeño exceso de una de las dos formas puede generar un producto con un exceso mucho mayor de esa misma forma. Es decir, la respuesta no es proporcional o “lineal”.

“A este fenómeno se lo conoce como efecto no lineal y constituye una forma de amplificación de la información quiral. La autocatálisis lleva esta idea un paso más allá. Ocurre cuando el producto de una reacción actúa como catalizador y favorece la formación de más productos de su misma forma, mientras que la forma minoritaria queda prácticamente sin efecto. De este modo, un pequeño exceso inicial de una de las dos formas puede amplificarse progresivamente, como una bola de nieve, hasta obtener un producto con una pureza quiral muy elevada”, explica Sarotti.

En esa línea, Soai desarrolló un sistema autocatalítico asimétrico capaz de amplificar una asimetría inicialmente muy pequeña hasta conducir a un producto con un predominio prácticamente completo de uno de los enantiómeros. Según el comunicado de la Real Academia Sueca de Ciencias, “la reacción de Soai es uno de los experimentos químicos más espectaculares que se han llevado a cabo jamás”.

“Soai descubrió uno de los ejemplos más extraordinarios de autocatálisis asimétrica conocidos hasta la actualidad. Su trabajo, además, ofrece pistas sobre una de las grandes preguntas de la ciencia: por qué la vida utiliza casi exclusivamente una sola de las dos ‘manos’ de sus moléculas”, comenta Sarotti.

“En la denominada reacción de Soai, el producto quiral participa como catalizador de su propia formación y favorece la generación del mismo enantiómero. Como consecuencia, una diferencia enantiomérica inicialmente muy pequeña puede amplificarse de manera progresiva. Esta observación constituyó una demostración experimental extraordinaria de cómo una pequeña ruptura inicial de la simetría puede evolucionar hacia un sistema con un marcado predominio de una determinada configuración”, agrega Darío Gerbino, investigador del CONICET en el Instituto de Química del Sur (INQUISUR, CONICET-UNS).

Para Gerbino, los descubrimientos de Kagan y Soai modificaron la manera de entender la quiralidad, al mostrar que la asimetría molecular no debe considerarse únicamente como una propiedad estructural, “sino también como el resultado de procesos dinámicos capaces de transmitirla y amplificarla”.

El valor fundamental de los hallazgos

De acuerdo con el comunicado de la Academia Sueca, los efectos no lineales que descubrió Kagan se han convertido en una herramienta importante para los químicos a la hora de diseñar nuevas reacciones. El hecho de que una reacción sea no lineal proporciona a los químicos información sobre cómo se produce. Esta información puede utilizarse para optimizar la reacción, de modo que puedan obtener los enantiómeros más puros posibles del producto. Esto es vital para todas las empresas que fabrican sustancias destinadas a interactuar con seres vivos, como productos farmacéuticos, aromas, fragancias y productos químicos agrícolas. En algunos casos, también es importante en la producción de nuevos materiales.

“Los trabajos de Kagan tuvieron aplicaciones muy concretas. Uno de sus métodos de síntesis asimétrica encontró una aplicación industrial muy importante, por ejemplo, en la fabricación de un medicamento ampliamente utilizado para tratar la acidez y el reflujo gástrico. El efecto no lineal, además, permite en determinadas reacciones obtener productos con una elevada pureza enantiomérica a partir de catalizadores que no son completamente puros, algo que puede resultar útil desde el punto de vista práctico”, indica Sarotti.

Aunque la reacción de Soai es artificial, diferente de la química de la vida, ha despertado un gran entusiasmo entre los químicos. Ahora, en todo el mundo, los investigadores están intentando repetir el logro de Soai, pero con el objetivo de producir aminoácidos y azúcares homoquirales.

Gerbino destaca que aunque los aportes de ambos ganadores tienen importantes implicancias para la síntesis asimétrica, también aportan un marco para abordar una de las preguntas fundamentales de la química: “¿Cómo pudo originarse y amplificarse la homoquiralidad característica de los sistemas biológicos, es decir, por qué muchos de los componentes moleculares esenciales de la vida presentan predominantemente una única configuración?”.

Para Sarotti, en este sentido, los hallazgos de Soai tienen un valor fundamental, puesto que “su reacción funciona como una especie de lupa química, que puede tomar una diferencia inicialmente diminuta entre las dos ‘manos’ de una molécula y amplificarla enormemente. Estudios realizados con este sistema y con otros relacionados han mostrado que distintos factores externos, como ciertas formas de luz o superficies minerales, pueden favorecer inicialmente una de las dos formas. Esto resulta especialmente interesante para comprender cómo una pequeña asimetría química pudo haberse amplificado en las condiciones de la Tierra primitiva y contribuir, eventualmente, a la predominancia de una sola ‘mano’ molecular en los seres vivos”, concluye.