"Ahora el campo de la química orgánica está terminado ..."

Adolf von Baeyer 

Esa afirmación, hecha por quien obtuvo el Premio Nobel de Química en 1905, era una respuesta al anuncio de la síntesis total del azúcar glucosa por Emil Fischer, también Premio Nobel de Química (1902) y quizás el químico orgánico más brillante que haya existido. Aunque es probable que esa afirmación de Baeyer fuese una broma, reflejaba también su visión reduccionista, que limitaba la química orgánica a sustancias naturales bien definidas como los azúcares, los terpenos y los alcaloides, dejando fuera sustancias menos definidas como las proteínas o los ácidos nucleicos.

Esa visión, compartida entonces por otros, contribuyó a la separación entre la química orgánica y la bioquímica en dos áreas distintas. Mientras los bioquímicos iban avanzando en el estudio de las proteínas y los ácidos nucleicos, hasta fundar la moderna biología molecular, la química orgánica, que había nacido como la química de lo natural, se fue centrando cada vez más en lo artificial, lo sintético así como en desentrañar el complejo lenguaje que surgía de las infinitas combinaciones moleculares entre el carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y unos pocos elementos más.

Sin embargo, la química de los productos naturales no se ha llegado a abandonar nunca. Muchos de los avances más importantes han venido de la mano de la química de las esencias aromáticas, alcaloides y feromonas, áreas que han estado íntimamente unidas al desarrollo de la industria farmacéutica, la del control de plagas y la de los perfumes. Por otra parte, en la actualidad, la química biológica o bioorgánica, surge como una de las subdisciplinas que muestran más vigor, ocupando rápidamente el nicho tradicional del trabajo de los bioquímicos, centrados ahora en estudios de sistemas más complejos.

La química orgánica ha sido la protagonista del impresionante desarrollo de la industria farmacéutica, desde la introducción de la aspirina a finales del siglo XIX. Así, dicha disciplina ha contribuido como ninguna a convertir enfermedades comunes en raras y a controlar la mayor parte de las infecciones con decenas de antibióticos, cada vez más potentes y selectivos. El desarrollo de potentes antitumorales, muchos inspirados en moléculas de origen natural, ha contribuido a mejorar el pronóstico de los enfermos de cáncer. Por otra parte, el descubrimiento de métodos de control de la natalidad, invención que tiene su raíz en los trabajos pioneros en la síntesis de la progesterona realizados por Russell Marker y de Carl Djerassi, ha sido unos de los principales responsables de la liberación de la mujer en los países desarrollados durante el pasado siglo. 

Claroscuros

Junto a estos aspectos claramente positivos, la química, como cualquier otra actividad humana, no está exenta de claroscuros. De hecho, es la única de las grandes ciencias cuyo nombre se identifica con frecuencia sólo con sus aspectos negativos. Conviene recordar que la química es también la única con una industria que se llama como propia disciplina. Uno de los mejores ejemplos que ilustran la dualidad de la química es del desarrollo del DDT como insecticida. Este compuesto, al que el público identifica hoy en día casi de forma unánime como un potente tóxico, no sólo no lo es sino que él solo contribuyó a salvar la vida de unos 500 millones de personas del tercer mundo, muy por encima de lo logrado por cualquier fármaco desarrollado por el ser humano. Esta afirmación puede resultar tan chocante como lo es el recordar que el químico Paul Hermann Möller de la compañía suiza Geigy recibió el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1948 por el desarrollo del DDT como insecticida.

"The synthesis of substances occurring in Nature, perhaps in greater measure than activities in any other area of organic chemistry, provides a measure of the condition and power of the science."

R. B. Woodward  

La química orgánica ha tenido como principal motor la síntesis de nuevas moléculas y la invención de nuevas reacciones para prepararlas. Su nacimiento como disciplina en 1828 vino de la mano de Friedrich Wöhler, cuya síntesis de la urea (H2NCONH2), un genuino producto orgánico, a partir del cianato amónico, una sal inorgánica, marca también el final de la teoría del vitalismo. En uno de los intentos científicos más descabellados fue el de William Henry Perkin, que en 1856 descubrió el colorante malva al intentar sintetizar la quinina, un medicamento para el tratamiento de la malaria. Este sonoro fracaso, que sin embargo hizo rico a Perkin y dio origen a la industria de los colorantes, resulta poco sorprendente si se tiene en cuenta el total desconocimiento de la estructura de la quinina en aquel tiempo. Una vez armados de una teoría estructural coherente de las moléculas orgánicas de la mano de F. August Kekule y Archibal S. Couper, los químicos pudieron abordar la preparación de moléculas mucho más complejas que la modesta urea, completándose las síntesis totales de alcaloides famosos como la estricnina, antibióticos como las cefalosporinas hasta moléculas del nivel de complejidad de la vitamina B12 o la brevetoxina, una potente toxina de origen marino.

Figura 1. Moléculas complejas sintetizadas en el siglo XX: Estricnina (1954) y Cefalosporina C (1972) por el grupo de R. B. Woodward (Harvard University), Vitamina B12 por el esfuerzo conjunto de los grupos de R. B. Woodward (Harvard University) y A. Eschenmoser (ETH, Zürich) y Brevetoxina por el grupo de K. C. Nicolaou (Scripps).

Los nuevos métodos de síntesis y, en especial, los que hacen uso de la catálisis, han tenido un desarrollo espectacular en los últimos años. Sólo en la última década, el comité Nobel ha concedido tres premios a la invención y desarrollo de nuevas reacciones orgánicas, poniendo el acento en transformaciones catalíticas. En el 2001, Knowles, Noyori y Sharpless fueron premiados por sus contribuciones en las reacciones catalíticas de hidrogenación y oxidación asimétricas. Poco después, el Premio Nobel de 2005 recayó en Chauvin, Grubbs y Schrock por los trabajos que permitieron esclarecer el mecanismo de las reacciones de metátesis y por la invención de nuevos catalizadores más selectivos. Finalmente, el galardón de 2010, concedido a Heck, Negishi y Suzuki por el desarrollo de las reacciones de acoplamiento catalizadas por paladio, vuelve a reconocer el papel central de la química organometálica y la síntesis orgánica en nuestra ciencia. Resulta difícil exagerar el impacto que han tenido todas estas reacciones en la práctica de la síntesis orgánica en laboratorios de investigación y, de una manera muy particular, en la industria.

Figura 2. El premio Nobel de química de 2010 se concedió a Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi y A. Suzuki por el desarrollo de la reacción de acoplamiento catalizada por paladio en síntesis órganica.

Los premios Nobel de 1902 (H. E. Fischer), 1905 (von Baeyer), 1910 (Wallach), 1912 (Grignard, Sabatier), 1915 (Willstätter), 1927 (Wieland), 1928 (Windaus), 1930 (H. Fisher), 1937 (Haworth, Karrer), 1938 (Kuhn), 1939 (Butenandt, Ruzicka), 1947 (Robinson), 1950 (Diels, Alder), 1953 (Staudinger), 1965 (Woodward), 1969 (Barton, Hassel), 1975 (Cornforth, Prelog), 1979 (Brown, Wittig), 1984 (Merrifield), 1987 (Cram, Lehn, Pedersen), 1990 (Corey), 1994 (Olah), 2001 (Knowles, Noyori, Sharpless) y 2005 (Chauvin, Grubbs, Schrock) también se concedieron a la síntesis o a otras áreas de la química orgánica, resultando así una de las subdisciplinas de la química más galardonadas con este premio.

Todos estos logros, que parecen difíciles de superar, han hecho proponer a algunos el fin de la síntesis orgánica como actividad científica, que quedaría convertida en una mera técnica. Sin embargo, los que trabajamos en esta área sabemos muy bien que estamos muy lejos de poder preparar cualquier molécula compleja en un tiempo corto y con un esfuerzo humano razonable.

"So it is not surprising that organic synthesis is far from the level that many people assume. Progress is continuing, but there will not be any dramatic developments. It is more like a glacier that gradually moves forward until it is has been finally covered an entire region, but it will still be centuries before synthesis has acquire the status that many people already ascribe to it today."

Gilbert Stork  

Retos pendientes

Quedan aún muchos retos en síntesis. Por citar sólo unos pocos ejemplos, aún somos incapaces de activar selectivamente los enlaces carbono-hidrógeno de un alcano simple como el pentano para formar alcoholes como el 1-pentanol, el 2-pentanol o el 3-pentanol de forma selectiva. Tampoco somos capaces de sustituir un hidrógeno del benceno por un OH para obtener fenol de una forma directa a temperatura ambiente y con alto rendimiento. Por otra parte, aunque hayamos aprendido mucho en la aplicación de catalizadores metálicos, apenas hemos esbozado la de metales tan abundantes como el hierro y la activación del nitrógeno atmosférico en condiciones suaves es prácticamente desconocida.

El problema del origen de la vida es otro de los grades retos. El entender cómo se auto-asocian, no sólo entidades moleculares, sino reacciones catalíticas hasta llegar a ser capaces de auto-replicación, es un problema de una gran complejidad, pero exclusivamente químico. Quizás los problemas más importantes se encuentren en las nuevas fuentes de energía renovables y, especialmente, en la energía fotovoltaica. Conseguir nuevas moléculas y materiales que permitan transformar la energía solar en eléctrica de una forma práctica o la invención de sistemas nuevos de fotosíntesis artificial son retos apasionantes de la química orgánica. Finalmente, la nanotecnología molecular y supramolecular, punto de encuentro de químicos orgánicos y físicos, permite abordar problemas químicos desde nuevas perspectivas.

"La química orgánica está a punto de enloquecerme. Se me figura como un bosque tropical primigenio lleno de las cosas más notables, una selva infinita y terrible en la que uno no se atreve a penetrar porque parece no haber salida."

F. Wöhler, 1935

La química orgánica es, a la vez, una disciplina que apasiona e intimida por su extensión y complejidad. Esta complejidad es ahora mayor, al haberse incorporado la química de otros elementos metálicos y no metálicos al arsenal de las transformaciones orgánicas. Esta revolución silenciosa producida en las últimas décadas ha hecho que, en la actualidad, hayan desaparecido las barreras tradicionales entre la química orgánica y la organometálica, áreas que ya son una sola.

¿Existirá la química orgánica dentro de 50 años? La síntesis orgánica, la catálisis organometálica y la organocatálisis, la química bioorgánica, la nanotecnología molecular y la química supramolecular, todas ellas actualmente en la frontera del conocimiento, mantendrán viva muchos años esta área central de la química.

Bibliografía