Los carbocationes

"La química crea sus propios objetos. Su poder creativo, similar al de las artes, la distingue fundamentalmente de las ciencias naturales e históricas" (M. Berthelot, 1860). Esta afirmación, que suscriben todos los químicos, sorprenderá a muchos dada la pobre reputación actual de la química, que contrasta de forma inexplicable con los logros tanto industriales como científicos alcanzados. La investigación premiada con el Nobel de Química de este año es un ejemplo del poder creativo de la química. Con sus descubrimientos sobre la química de los carbocationes, Olah prácticamente creó un área nueva de la química de los compuestos del carbono, contribuyendo decisivamente a la configuración moderna de la química orgánica.Georg A. Olah, nacido en Hungría en 1927 y nacionalizado en Estados Unidos, es en la actualidad profesor en la Universidad de Southern California y del Instituto Donald P. y Katherine B. Loke de Investigación en Hidrocarburos en Los Ángeles. Olah realizó la parte fundamental de su investigación sobre la química de los carbocationes entre los años sesenta y setenta, y ha continuado explorando su reactividad y sus aplicaciones industriales hasta la actualidad. Olah también ha realizado importantes contribuciones a la

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metodología de la síntesis orgánica, entre las que destacan métodos para la preparación de compuestos orgánicos fluorados y nitrocompuestos.

Los compuestos orgánicos, tanto productos naturales como derivados sintetizados, son productos neutros en los que cada átomo de carbono forma cuatro enlaces con los átomos que le rodean. En algunas de sus reacciones químicas se rompe uno de estos enlaces, dando lugar a la formación de un carbono con una carga positiva, es decir, un catión (ion positivo) del carbono. Olah propuso denominar a los cationes del carbono como carbocationes, sugerencia que fue pronto aceptada. Los carbocationes son muy reactivos y normalmente desaparecen rápidamente para formar nuevos derivados neutros. Son, por tanto, intermedios con una vida muy corta en las reacciones orgánicas, y hasta los años sesenta se conocía muy poco sobre su estructura y reactividad. La existencia de estos intermedios había sido propuesta entre los años veinte y treinta por grandes químicos de la talla de Hans Meerwein, sir Christopher Ingold y Frank C. Whitmore como una hipótesis razonable para explicar la reactividad, con frecuencia fascinante, de algunos compuestos orgánicos. Los carbocationes son también importantes intermedios en muchos procesos biológicos. La biosíntesis del colesterol, a través de varios intermedios carbocatiónicos, constituye un ejemplo.

Disoluciones estables

Los trabajos de Olah permitieron por primera vez observar con detalle estos intermedios reactivos. Olah ideó una manera de generar disoluciones estables de carbocationes a temperaturas muy bajas, normalmente en el intervalo de -60 grados a - 120 grados, a partir de precursores orgánicos adecuados. Para ello utilizó reactivos superácidos, denominados así por ser mucho más ácidos que el ácido sulfúrico, uno de los ácidos fuertes más comunes. Una vez formadas las disoluciones estables de los carbocationes en disolventes inertes se pudo estudiar su estructura, utilizando como técnica principal la resonancia magnética nuclear, la herramienta fundamental en la determinación de las estructuras de los compuestos orgánidos. El primer experimento, publicado en 1963, consistió en la generación de cationes simples que se caracterizan por tener el átomo de carbono cargado positivamente enlazado a otros tres átomos.

En medios superácidos era incluso posible formar carbocationes a partir de los hidrocarburos saturados, el grupo de compuestos orgánicos menos reactivo. Esta observación, de enorme valor fundamental, tuvo también importantes consecuencias prácticas en la preparación de gasolinas de alto octanaje, combustibles más eficaces en los motores de combustión. Hoy día se sintetizan grandes cantidades de hidrocarburos de índice de octano muy alto empleando reacciones de carbocationes formados en medios fuertemente ácidos.

En sólo unos pocos años, el grupo de Olah analizó con detalle la estructura de todos los. carbocationes hasta entonces propuestos. Al estudiar un pequeño grupo de carbocationes con diferentes propiedades, Olah se vio envuelto en una curiosa polémica con otro de los grandes químicos orgánicos de este siglo, Herbert C. Brown, Nobel de Química en 1979 por sus trabajos sobre los compuestos organometálicos del boro. Durante los años cincuenta habían proliferado propuestas de estructuras exóticas Para algunos carbocationes, denominados "no clásicos", algo más estables que los comunes. Brown contribuyó a poner orden en esta área demostrando lo impropio de la mayor parte de estas formulaciones.

Sin embargo, continuaba existiendo un pequeño subgrupo de intermedios que parecía desafiar a una formulación clásica. Los resultados experimentales de Olah, descritos en 1970, confirmaron la estructura "no clásica" para este tipo de carbocationes, caracterizados por poseer el átomo de carbono con la carga positiva enlazado con cinco átomos en lugar de tres, como en los carbocationes más comunes. A pesar de la evidencia experimental, Brown puso en duda la existencia de estos carbocationes. La polémica, que ha durado casi 20 años, se ha resuelto finalmente a favor de Olah gracias a la utilización de sofisticadas técnicas de análisis estructural y avanzados cálculos mecanocuánticos.

A. M. Echavarren es catedrático de Química Orgánica de la Universidad Autónoma de Madrid.