Charles J. PEDERSEN (Corea, 1904 – Salem, NJ, 1989), Jean Marie LEHN (Rosheim, Francia, 1939) y Donald J. CRAM (Chester, VT, 1919 – Palm Desert, CA, 2001) compartieron el premio Nobel de Química en 1987 “por el desarrollo y empleo de moléculas con interacciones de gran selectividad específicas de su estructura”.

Charles J. PEDERSEN, hijo de marino noruego y japonesa, nació en Corea y se educó en inglés con marianistas en Yokohama. Estudió ingeniería química en la Universidad de Dayton y química orgánica en el MIT. Trabajó como químico en la empresa Du Pont Co. durante 42 años en Wilmington y Salem. Investigó en la química de la coordinación y, principalmente, en las propiedades catalíticas de los metales de transición. En 1967 descubrió los éteres corona, unas moléculas constituidas por un anillo flexible de átomos de carbono con átomos de oxígeno situados a intervalos regulares que atrapan átomos metálicos en el centro del anillo. En su lección del Nobel, titulada “El descubrimiento de los éteres corona”, explicó cómo obtuvo el dibenzo-18-corona-6, un anillo de 18 átomos que incluye dos bencenos y una corona de 6 átomos de oxígeno con enlaces éter, CH2-O-CH2, así como otros análogos: benzo-15-corona-5, dibenzo-21-corona-7, ambos de estructura plana, y el diciclohexil-24-corona-8 que no es plano. Los tamaños de los cuatro compuestos anteriores están comprendidos entre 17 y 43 angstroms. Pedersen añadió que se habían preparado hasta 60 moléculas diferentes formadas por entre 12 y 60 átomos en el anillo poliéter incluyendo de 4 a 10 átomos de oxígeno, y que algunas de ellas también contenían átomos de nitrógeno o azufre. Con el esqueleto hidrocarbonado orientado hacia el exterior y los oxígenos hacia el interior, los poliéteres complejan, en el centro del anillo, cationes de los metales alcalinos y alcalinotérreos, así como los de transición Cu I, Ag, Au, Zn, Cd, Hg II y La.

Jean Marie LEHN ya de adolescente montó en su casa un pequeño laboratorio. En 1963 se doctoró en química orgánica física en el ‘Centre National de la Research Scientiphique’. Durante un año trabajó con Woodward en Harvard participando en la síntesis de la vitamina B12 y estudió cuántica con Roald Hoffmann. En la Universidad de Estrasburgo utilizó para muchos procesos la Resonancia Magnética Nuclear y la computación cuántica ab initio. En 1967 observó que los antibióticos naturales eran capaces de hacer permeables las membranas a los cationes, quiso hacer moléculas que imitasen este comportamiento y diseñó los criptatos. Sus trabajos en este campo los expuso en su macrolección del Nobel (48 páginas y 193 citas, la más larga de la historia) titulada “Química supramolecular: ámbito y perspectivas. Moléculas. Supermoléculas. Ingenios moleculares”. Lehn definió la química supramolecular como la química que mediante el enlace intermolecular asocia las estructuras y funciones de dos o más especies químicas. El reconocimiento entre especies para formar enlaces receptor-sustrato puede ser esférico, tetraédrico o lineal, sean de la misma clase, metálicos, anfifílicos o aniónicos, dijo. Con estas bases, Lehn sintetizó una serie de supermoléculas que cumpliesen diferentes funciones. Unas en las que la catálisis supramolecular se efectúe mediante reacciones de clivaje o de formación de enlaces. Otras en las que moléculas receptoras lipofílicas actúen en procesos de transporte con gradientes de pH, redox o lumínico. Lehn distinguió dos clases de moléculas: los receptores internos, con cavidades mediante las cuales interaccionan, y los exorreceptores, que interaccionan con los sustratos en superficie. A estos los llamó metalonucleatos. De las supermoléculas, Lehn pasó a la definición de los conjuntos polimoleculares. En ellos, los reconocimientos, transferencias y transformaciones se realizan a través de fotones, electrones o iones, lo que supone la introducción de receptores fotoactivos, o de cadenas poliolefínicas para la transferencia de electrones en los procesos redox, o de receptores macrocíclicos para los canales iónicos. Esta ingeniería molecular y supramolecular abre perspectivas hacia la realización de ingenios moleculares que podrían llevar a cabo operaciones de reconocimiento, reacción y transferencia de información a nivel molecular, concluyó.

Donald j. CRAM, tras una infancia narrada al estilo Tom Sawyer, reconoció que, después, la investigación científica fue su dios. Se doctoró en Harvard al acabar la Segunda Guerra Mundial y en 1947 ingresó en la Universidad de California, Los Ángeles. En su conferencia del Nobel, titulada “El diseño de anfitrión-invitados y sus complejos” empezó diciendo que las publicaciones de Pedersen y Lehn demostraron las oportunidades que ofrecían la química de los complejos, por lo que pensaron que con moléculas relativamente sencillas tipo sandwich podían simular a las enzimas. Los complejos están formados por un anfitrión y un invitado unidos por muchos lugares al igual que el receptor y el donante en la química biológica. Cram y sus colaboradores trabajaron con estructuras de corona (Pedersen), de cripta (Lehn) y otras en forma de percha, nido y cápsula. Distinguieron también modelos preorganizados de sistemas ligandos (‘spherands’) y sus complejos de metales alcalinos u otros (‘spheraplexes’). Además, como el reconocimiento de la quiralidad es fundamental en el campo biótico, sintetizaron un anfitrión enantioméricamente puro para distinguir enantiómeros en la formación de complejos de aminoácidos y ésteres. Para la síntesis de imitadores de enzimas tomaron como modelo la transacilasa, enzima que opera en la biosíntesis de ácidos grasos con un mecanismo de acción conocido. Demostraron que las síntesis eran posibles si los complejos imitadores podían actuar en una amplia gama de velocidades de reacción y tenían sensibilidad para la inhibición competitiva. Cram llamó ‘cavitands’ (cavitandos) a los imitadores sintéticos que contienen superficies cóncavas (cavidades) de dimensiones moleculares a las que convergen grupos funcionales que ligan sustratos y catalizan; y ‘carcerands’ (carceleros) a las celdas moleculares de las que el invitado no puede escapar.