Una reacción muy útil

El Nobel de Química este año era un premio de pronóstico seguro, de esos que, si existiesen las apuestas en este campo, no harían ricos a los ganadores. Muchos se lo habíamos anticipado a nuestros alumnos de licenciatura o de doctorado. Si no lo concedían este año sería el siguiente. Y sin embargo, había un elemento de incertidumbre que era causa de cierta polémica: ¿Acompañaría alguien a Grubbs y a Schrock como un tercer premiado? La revista Chemistry and Engineering News, que publica la Asociación Americana de Química (la ACS, la asociación profesional en el ámbito de la ciencia más numerosa del mundo), se hacía eco ya en 2002 de la polémica en un largo artículo que recogía las opiniones de varios expertos.

En el caso de Chauvin ha bastado con una sola publicación científica para merecer el galardón

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 últimos 30 años la química sobre la que se basan las aplicaciones actuales de la reacción llamada metátesis de olefinas. El primero diseñó nuevos carbenos de wolframio, molibdeno y otros metales que, aunque son muy reactivos como catalizadores, tienen la limitación de ser sensibles al agua, oxígeno y a grupos funcionales comunes de muchas moléculas orgánicas (alcoholes, fenoles, ácidos). Uno de estos complejos de molibdeno es denominado catalizador de Schrock.

Grubbs descubrió catalizadores de rutenio que, aunque algo menos reactivos, son mucho más robustos, especialmente en lo que se refiere a su tolerancia por las moléculas orgánicas más complejas. Por esta razón, los compuestos conocidos como catalizadores de Grubbs de primera y segunda generación (o, simplemente: Grubbs I y Grubbs II) son, con mucho, los más populares en laboratorios de investigación. Sin embargo, ni Grubbs ni Schrock fueron los descubridores de la reacción.

El descubrimiento de la metátesis de olefinas (o alquenos: compuestos orgánicos con enlaces dobles carbono-carbono, C=C) se debe a Herbert S. Eleuterio en los años cincuenta, trabajando con catalizadores de wolframio en la Du Pont de Nemours, empresa estadounidense en la que se han descubierto muchos de los polímeros más importantes.

Tras el trabajo de Eleuterio, G. Natta (Nobel de Química 1963) y N. Calderon (Goodyear Tire and Rubber Co.) describieron resultados semejantes. Fue Calderon el que dio el nombre de metátesis de olefinas a la reacción (metátesis significa cambio de posición) y propuso una explicación (mecanismo de reacción) basada en la participación de unos cuasi-ciclobutanos.

Una segunda interpretación mecanística, más rigurosa que la anterior, fue sugerida por Grubbs. Sin embargo, ninguna de éstas explicaba satisfactoriamente la formación de las mezclas de olefinas que se observaban experimentalmente. Fue Yves Chauvin (del Institut Français du Pétrole), junto con su doctorando J.-L. Hérisson, quien, en 1971, describió en un trabajo fundamental el mecanismo que implicaba la "existence d'un centre de croissance stable" en las reacciones de polimerización (es decir: un carbeno metálico, un compuesto con enlace doble metal-carbono, M=C).

En esta publicación en francés, 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 (caracterización estructural basada tan sólo en la espectroscopia infrarroja, con indeterminaciones del 5% en la relación de productos), se propone el esquema mecanístico esencialmente aceptado en la actualidad. En este caso, casi como ya ocurriera con Derek Barton (Premio Nobel 1969 por su trabajo en análisis conformacional), ha sido suficiente una única publicación científica para merecer la mención de la academia sueca.

Por cierto, una curiosidad para los aficionados a lo cuantitativo en lo referente a la citación: el trabajo que ha llevado a Chauvin al premio Nobel ha sido mencionado sólo unas 70 veces en 30 años, bastantes menos que las citas que ha merecido el trabajo de Calderon (más de 200).

También hay que reconocer que quien primero demostró rigurosamente que los carbenos metálicos eran los catalizadores de esta reacción fue Thomas Katz (de la Columbia University). Aunque llegó tan lejos como para descubrir que la metátesis se podía aplicar también a la reacción de acetilenos (alquinos) con olefinas, su trabajo no tuvo continuidad ya que Katz es uno de esos químicos que, una vez explorado un campo, prefieren emprender otros retos.

También en otro caso famoso, el de la reacción de Diels-Alder, los que obtuvieron el premio Nobel (en 1950) fueron los que reconocieron el potencial de la reacción. En contraste, en el caso de la reacción de Wittig, su descubridor (Premio Nobel en 1979) también reconoció su trascendencia para la formación de olefinas y formuló, en lo esencial, correctamente su mecanismo. Esta reacción supuso en su momento una revolución semejante a la provocada por la metátesis, ya que permitió por primera vez preparar de forma selectiva moléculas orgánicas 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 metátesis utilizando catalizadores organometálicos se ha diversificado de forma extraordinaria aplicándose en áreas muy diversas. Ejemplos ilustrativos son las síntesis de sustancias como la civetona y muscona, perfumes con olor a almizcle de gran valor. La civetona se obtiene de glándulas de las civetas macho africanas, a las que se mantiene de por vida en pequeñas jaulas, mientras que para obtener la muscona es preciso matar a los ciervos almizcleros. Sin embargo, gracias al desarrollo de nuevas variantes de la metátesis, ambos perfumes se pueden sintetizar hoy en día en el laboratorio con gran eficacia, lo que supone un logro de valor ecológico que al menos civetas y ciervos almizcleros agradecen.

La reacción de metátesis de olefinas y otras que utilizan catalizadores metálicos han dado lugar a una revolución tranquila que está transformando nuestra ciencia, avanzando hacia el objetivo de lograr una química sostenible. La catálisis organometálica, a medio camino entre la química inorgánica y la orgánica, es una de las más activas en la actualidad y cuenta en nuestro país con grupos de excelencia tanto en estudios mecanísticos como en el desarrollo de nuevos métodos. Sin duda, podemos seguir apostando por futuros premios al desarrollo de otras reacciones que también están contribuyendo a cambiar radicalmente la manera de entender y practicar la síntesis química, permitiéndonos avanzar con mayor rapidez y selectividad en la síntesis de moléculas complejas, que son la base de los materiales y fármacos del futuro.

Antonio M. Echavarren es investigador del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), en Tarragona, y catedrático de la Universidad Autónoma (Madrid