Se otorga el premio Nobel de química a Richard Heck, a Ei-ichi Negishi y a Akira Suzuki, por el desarrollo de procesos para producir (sintetizar) compuestos orgánicos usando paladio como catalizador en un sistema que se llama acoplamientos cruzados.
Sus biografías están siendo publicadas en los diarios, de modo que nos dedicaremos a explicar en qué consistió su trabajo y por qué es de mucho impacto para la sociedad. Nuestra fuente es: Jan E. Bäckvall, Profesor de Química Orgánica de la Universidad de Estocolmo y miembro del Comité Nobel para Química. Su escrito se encuentra en línea para ser consultado en el sitio oficial del premio Nobel.
Existe un conjunto de elementos químicos que se llaman metales de transición. Si tenemos una tabla periódica a la mano, veremos en la parte central de la misma un bloque marcado con la letra d.
El uso de la letra d para ese conjunto de elementos situados en el centro de la tabla periódica es porque en los átomos los electrones se van acomodando en capas marcadas con las letras: s, p, d, e, etcétera. En especial los elementos químicos del bloque d tienen lleno de electrones las primeras dos capas (s y p) pero tienen la capa d sin llenar completamente.
Ese hecho determina propiedades químicas específicas que son características de estos elementos químicos, entre los cuales se puede mencionar al hiero, cobalto, cobre, zinc, paladio, entre otros. Se recomienda consultar una tabla periódica a colores y encontrar que del elemento 21 al 30, después del 39 al 48, etcétera, están marcados como metales de transición.
En particular el que juega un papel fundamental en los procesos es el paladio, su símbolo es Pd, su número atómico es 46 y es un metal de color blanco, que se usa, por ejemplo, en los filtros de los automóviles para evitar hasta el 90% de los gases nocivos que estos emiten.
El paladio es uno de esos metales que participan en procesos de catálisis, es decir, en modificaciones de la velocidad con la que ocurren las reacciones químicas, haciendo que sean más rápidas o más lentas, según se necesite. Por ejemplo, los convertidores catalíticos de los autos tienen platino, rodio y paladio, que actúan sobre los gases provenientes del motor para acelerar su reacción química haciendo que se oxiden de inmediato y salgan a la atmósfera como gases inocuos, en el mejor de los casos, con una eficiencia de hasta 90%.
En el caso de las reacciones químicas con sustancias orgánicas, llamadas así porque muchas de ellas aparecen como resultado de seres vivos o de restos de ellos, el control de los procesos de reacción química es muy complicado porque las posibilidades de enlaces que se llevan a cabo entre átomos, o que se rompen, es muy grande. ¿Por qué? Porque las moléculas involucradas están compuestas por muchos átomos.
En estas reacciones químicas es fundamental la presencia de los átomos de carbono y el interés en los enlaces químicos de estos átomos se ha notado en el otorgamiento de premios nobel en los más de cien años que lleva de existir el premio. Por ejemplo, en 1912 se otorgó por la reacción de Grignard, en 1950 por la reacción de Diles-Alder, en 1979 por la de Witting y en 2005 por la de Chauvin, Grubbs y Schrok. Todas ellas involucrando enlaces con átomos de carbono.
La diferencia entre las reacciones anteriores y la de Heck, Negishi y Suzuki, es que estos últimos manejan enlaces químicos sencillos, con un electrón aportado por el carbono, en lugar de enlaces dobles, con dos electrones aportados por el carbono.
El paladio juega un papel fundamental y la idea es simple: el paladio gasta uno de sus enlaces en ligarse a un átomo de carbono y otro de sus enlaces en ligarse a otro carbono, acercándolos. Una vez que esos dos carbonos están muy cerca, abandonan al átomo de paladio y se ligan entre ellos, que era la intención original del científico o del técnico que aplica ahora el procedimiento.
El trabajo de Heck, uno de los tres ganadores del Nobel, inició en 1968 y se extendió durante más de cuatro años hasta que consiguió lo que se llama ahora el mecanismo de reacción de Heck.
Otro de los ganadores del Nobel, Negishi, inició sus trabajos en 1976 y alcanzó grandes logros al año siguiente, hasta que en 1978 logró establecer sus mejores resultados, que cristalizaron en el trabajo de Suzuki, quien a partir de 1979 avanza, junto con sus colaboradores, en el desarrollo de un proceso químico que se llama la reacción de Suzuki.
Cabe aclarar que se trata de equipos de trabajo, no de acciones individuales y que los ganadores del Nobel eran los líderes de grupo. Además, se apoyaron en resultados parciales de muchos otros grupos de investigadores que hacen una lista larga de líderes de otros grupos de trabajo.
¿Por qué es importante este procedimiento de catálisis usando paladio?
Se usa en la síntesis orgánica orientada a blancos, llamada así porque se producen nuevos compuestos químicos sin necesidad de trabajar con productos indeseados que no son de interés y que obligan a purificar las sustancias hasta quedarse con la que sí interesa.
Así se producen, entre otros compuestos químicos, esteroides, estricnina y el ácido escopadúlcico diterpenoide B31, que tiene propiedades citotóxicas y antitumorales.
También se produce la Pumiliotoxina A, una sustancia tóxica que se produce en la piel de las ranas y que ellas usan para su defensa.
Se produce una sustancia antiviral conocida con el nombre de hennoxazole A34. Un herbicida llamado Prosulforon, que produce y vende la empresa Ciba-Geigy.
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