Referentes en organocatálisis del CONICET comentan sus impresiones sobre el Premio Nobel de Química

La Real Academia Sueca de Ciencias otorgó este miércoles el Premio Nobel de Química a los científicos Benjamin List, del Instituto Max Planck de Alemania, y David MacMillan, de la Universidad de Princeton de Estados Unidos, “por el descubrimiento y desarrollo de la organocatálisis asimétrica”. Dicho descubrimiento permite construir moléculas de manera más ecológica y motorizó avances importantes en el área de la investigación farmacéutica.

“Esta técnica se ha desarrollado a una velocidad asombrosa. Usando estas reacciones, los investigadores ahora pueden construir de manera más eficiente cualquier cosa, desde nuevos productos farmacéuticos hasta moléculas que pueden capturar la luz en las células solares”, explicó el jurado de la Academia.

“Muchas áreas de investigación e industrias dependen de la capacidad de los químicos para construir moléculas que puedan formar materiales elásticos y duraderos, almacenar energía en baterías o inhibir la progresión de enfermedades”, explicaron, indicando que ello requiere de catalizadores (sustancias que controlan y aceleran las reacciones químicas, sin llegar a formar parte del producto final). Por ejemplo, los catalizadores de los automóviles transforman las sustancias tóxicas de los gases de escape en moléculas inofensivas. Y nuestros cuerpos también contienen miles de catalizadores en forma de enzimas, que cincelan las moléculas necesarias para la vida.

En este sentido, en el año 2000, List y MacMillan desarrollaron un tercer tipo de catalizador, alternativo a los ya conocidos –metales y enzimas-, llamado organocatálisis asimétrica: un tipo de catalizador basado en moléculas orgánicas “simple e ingenioso”, según definieron los jurados del Premio Nobel. “El trabajo de ambos químicos llevó la construcción molecular a un nivel completamente nuevo”, aseguraron.

La organocatálisis asimétrica permite la construcción de moléculas asimétricas -sustancias químicas que existen en dos versiones, donde una es una imagen tipo espejo de la otra- a una velocidad mayor a la habitual, lo que abrió un campo de múltiples usos que van desde nuevos productos farmacéuticos hasta experimentación con moléculas que pueden capturar la luz en celdas solares.

“List y MacMillan realizaron sus contribuciones de forma paralela y este premio es realmente muy merecido, porque sus desarrollos han sido muy importantes y cambiaron la visión de lo que es la catálisis”, señala Rolando Spanevello, investigador del CONICET en el Instituto de Química de Rosario (IQUIR, CONICET). “Fue a principios del 2000, cuando salieron dos trabajos que fueron seminales en la disciplina: uno de List y el otro de MacMillan, y a partir de entonces la organocatálisis creció de forma exponencial. Ambos eran muy jóvenes cuando aparecieron estas publicaciones. De ahí en adelante, continuaron haciendo desarrollos impresionantes. Hoy, es muy común ver que la organocatálisis se usa en distintas áreas de la ciencia, la industria y la tecnología”, agrega Ariel Sarotti, también investigador del CONICET en el IQUIR.

“List es un excelente químico, un excelente jefe y también una gran persona, no puedo decir más que buenas cosas de él”, comenta por su parte Gabriela Gerosa, que en 2017, mientras cursaba su doctorado como becaria del CONICET en el IQUIR, viajó por seis meses para hacer una estadía en el laboratorio del científico laureado. Una vez doctorada, hace dos años y medio, regresó a Alemania para quedarse a trabajar de manera permanente en su laboratorio, en el Instituto Max Planck de Alemania. “No esperábamos este reconocimiento, es todo muy inesperado pero también muy merecido: además de ser un gran profesional, List es muy carismático, super internacional, en nuestro grupo somos de todo el mundo, es muy abierto y social. Nosotros, después de hora, siempre nos quedamos charlando de la vida con él. Ahora le estamos organizando una fiesta para agasajarlo”, contó Gerosa desde Alemania.

Catalizadores orgánicos y “verdes”

“Los catalizadores son sustancias que permiten inducir y acelerar transformaciones químicas. Tradicionalmente , estos catalizadores cuentan con un núcleo metálico en su estructura. Lo que mostraron List y MacMillan es la posibilidad de sintetizar en el laboratorio moléculas orgánicas que pueden funcionar como catalizadores sin incluir un elemento metálico”, explica Spanevello.

“Cuando se utiliza un catalizador metálico, se corre el riesgo de que queden trazas de metal en el seno de la transformación química y eso puede ir en detrimento del producto sintetizado, sobre todo, en el caso de la industria farmacéutica, dado que los metales pueden ser tóxicos. Con los organocatalizadores se evita este problema”, agrega Spanevello .

“Uno de los inconvenientes del uso de metales es su posible toxicidad, pero también trae aparejados otros problemas prácticos. Los catalizadores metálicos suelen ser muy sensibles a las condiciones experimentales, como la humedad, entonces hay que trabajar en entornos muy especiales para evitar que catalizador se descomponga, y eso, llevado a una escala grande como puede ser la industria farmacéutica, trae costos asociados bastantes importantes”, advierte Sarotti.

Una solución para la química medicinal

La rápida expansión en el uso de catalizadores orgánicos se debe principalmente a su capacidad para impulsar la catálisis asimétrica. Cuando se construyen moléculas, a menudo ocurren situaciones en las que se pueden formar dos moléculas diferentes, que, al igual que ocurre con las manos, son la imagen especular de la otra. Los químicos a menudo sólo querrán uno de estos, particularmente cuando producen productos farmacéuticos.

“La naturaleza tiende a producir enantiómeros, que son imágenes tridimensionales especulares no superponibles. Es lo que ocurre con las manos: una es el reflejo de la otra, pero no se pueden superponer entre sí y cuando las pones ambas con las palmas hacia abajo, los pulgares apuntan en diferentes direcciones. Con los pies pasa lo mismo y eso implica que uno no se puede poner el zapato derecho en el pie izquierdo. En los sistemas biológicos, el problema es que las moléculas especulares no superponibles, llamadas quirales, pueden interactuar con el sistema de maneras muy diferentes”, afirma Spanevello.

“Las moléculas quirales, si bien son parecidas, en sistemas biológicos cumplen roles completamente distintos. Una droga, en una de sus formas quirales puede tener la actividad biológica deseada y en su otra forma puede incluso ser antagonista o tener efectos secundarios graves. Por lo tanto, es necesario poder sintetizar solamente una de esas formas y no la otra. Lo que tradicionalmente se hace es sintetizar las dos formas en igual proporción y luego se las separa, pero esto es muy poco práctico. Los organocatalizadores te permiten solo sintetizar el quiral que vos necesitas. En el marco de la química medicinal esto es extraordinariamente importante”, señala Sarotti.