Rudolph A. Marcus (Montreal, 1928) recibió el premio Nobel de Química en 1992 “por sus contribuciones a la teoría de las reacciones de transferencia de electrones en los sistemas químicos”. Se doctoró en la Universidad McGill, Montreal, en 1946 y fue profesor en las universidades de Nueva York, Brooklyn, Illinois y Caltech. Sus amplias investigaciones, siempre relacionando teoría y experimento, trataron de reacciones en fase gaseosa y metodología de la síntesis, de fotoelectroquímica, de la transferencia de electrones, etc. En su discurso del Nobel, titulado “Reacciones de transferencia electrónica en química: teoría y experimentos”, comenzó exhibiendo y comentando un esquema de muchos experimentos realizados en los años 1950 y 60, desarrollando a continuación la teoría de la transferencia electrónica. Marcus obtuvo el mecanismo y la velocidad de la transferencia de un electrón desde la ‘esfera exterior’, para lo que es necesario que las dos especies estén separadas y que el electrón, débilmente enlazado, efectúe el salto entre dos estados con la misma energía. Las sencillas ecuaciones matemáticas empleadas relacionan magnitudes teóricas y experimentales del proceso redox, en el que la altura de la barrera de energía determina la velocidad de reacción. Las ecuaciones permiten el cálculo de la energía libre de Gibbs de activación utilizando los datos de la polarización del disolvente, el tamaño de los reactivos y la distancia a la que se produce la transferencia. La ecuación que conecta la velocidad de transferencia del electrón y el cambio de energía libre de la reacción (considerado como la ‘fuerza motriz’) describe una parábola que presenta una controvertida ‘región invertida’. Dicha región indica que cuanto más alta es la fuerza motriz de la reacción, menor es la velocidad de transferencia electrónica. Esta conclusión no fue admitida hasta que Miller y colaboradores lo demostraron experimentalmente en 1984. Marcus, con su teoría, consiguió determinar los cambios que tienen lugar en las moléculas de los reactivos en las reacciones de oxidación – reducción debidos a la movilidad de los electrones, obteniendo así explicaciones sencillas de reacciones químicas complejas tales como la fotosíntesis, el funcionamiento de las pilas o la corrosión.

Barry SHARPLESS (Filadelfia, 1941) obtuvo la mitad del premio de Química en 2001 ”por su trabajo sobre las reacciones de oxidación catalizadas quiralmente”. William KNOWLES (Taunton, MA, 1917 – Chesterfield, MO, 2012) y Ryoji NOYORI (Kobe, Japón, 1938) compartieron la mitad de dicho premio “por su trabajo sobre las reacciones de hidrogenación catalizadas quiralmente”.

Barry SHARPLESS, de educación cuáquera, es un apasionado de la pesca que se doctoró en la Universidad de Stanford, trabajó en el MIT y que desde 1990 fue profesor en el Scripps Reasearch Institute de La Jolla. En su discurso del Nobel, titulado “Investigando sobre una nueva reactividad”, contó que su primer proyecto con Eugene van Tamelen, su director de tesis, trató de la oxidación selectiva de poliolefinas y del acoplamiento de alcoholes mediante un catalizador de titanio. Además, utilizó la reacción de Wittig de obtención de alquenos a partir de aldehídos y cetonas. Dijo Sharpless que las olefinas abren el portal del mundo quiral, del mundo de los enantiómeros. Descubrió la epoxidación asimétrica, una reacción enantioselectiva para preparar epóxidos a partir de alcoholes alílicos primarios y secundarios. Utilizó terc-butil hidroperóxido (TBHP) como oxidante en presencia del catalizador tetra(isopropóxido) de titanio, Ti(OR)4, añadiendo el ligando dietiltartrato que acelera el proceso. Sharpless también empleó el tetróxido de osmio, OsO4, como catalizador de la dihidroxilación y enzimas para catalizar la epoxidación. Asimismo, estudió la conversión de los epóxidos en otras funciones susceptibles de aplicaciones prácticas, como es la obtención de aminoalcoholes situados en carbonos vecinos, lo que supone obtener las moléculas de los medicamentos betabloqueantes, como el propanolol, tan empleados en muchos de los trastornos cardiacos.

William KNOWLES se doctoró en 1942 en la Universidad de Columbia y después entró en la Monsanto Co. En su conferencia del Nobel, titulada “Hidrogenaciones asimétricas”, recordó que muchas moléculas son quirales, esto es, se presentan en dos formas estructurales no superponibles (enantiómeros) que no tienen las mismas propiedades reactivas frente a otros enantiómeros. Por ejemplo, dijo, en el glutamato monosódico el isómero D no reacciona cuando el isómero L sí lo hace. Cuando se sintetiza un compuesto con isómeros ópticos, se obtiene una mezcla de ellos, una mezcla racémica de la que frecuentemente es necesario separar los componentes. No obstante, seleccionar es un proceso laborioso que requiere muchos reciclados y cristalizaciones fraccionadas. Knowles explicó cómo descubrió que los catalizadores de los metales de transición pueden favorecer las reacciones de hidrogenación estereoespecíficas, esto es, que discriminasen, en el procedimiento de síntesis, entre los isómeros D y L (ahora llamados R y S, dijo). Para la hidrogenación de dobles enlaces con H2 gas utilizaron, como Wilkinson, un catalizador de rodio, y siguieron el procedimiento de obtención de L-dopa de Hoffman-La Roche. (La L-dopa fue empleada para paliar los efectos de la enfermedad de Parkinson). Probaron fosfina con diferentes pequeños grupos. El mejor resultado lo obtuvieron con metil-ciclohexil-o-anisil fosfina (CAMP) en el catalizador Rh(CAMP)2COD para la síntesis de L-dopa, pero después cambiaron a R,R-diPAMP (con fenilo en vez de ciclohexilo), más fácil de obtener y con mejores resultados. Obtuvieron L-dopa con el 95 de exceso enantiomérico (diferencia entre el porcentaje de L y el de D). Knowles dijo que la clave de la hidrogenación asimétrica es la estructura del ligando quiral. Y, mostrando su faceta industrial, reconoció que las fosfinas empleadas son caras, porque su preparación requiere de muchas etapas, pero que un mol da para muchos moles de producto.

Ryoji NOYORI, hijo de un director de investigación de una compañía química, vivió su infancia rodeado de plásticos, fibras sintéticas y hambre tras la guerra. Estudió química en la Universidad de Kioto, donde se doctoró en 1967 con una tesis sobre la obtención de compuestos ópticamente activos usando como catalizador un complejo de cobre II dirigida por el profesor H.Nozaki. En 1969 fue al departamento del profesor Corey en la Universidad de Harvard, donde empezó sus trabajos sobre hidrogenación con complejos organometálicos, que después continuó, ya como profesor, en la Universidad de Nagoya. En su ‘lectura’ del Nobel, titulada “Catálisis asimétrica: ciencia y oportunidades”, enfatizó sobre la importancia de la obtención de enantiómeros puros, recordando el desastre de la talidomida ocurrido en 1960: el isómero R tiene las propiedades sedantes deseadas, pero el S es teratogénico e induce malformaciones fetales. Todavía en 1990, dijo Noyori, el 90 % de los medicamentos sintéticos eran racémicos, esto es, mezclas equimoleculares de ambos enantiómeros. El problema ha ido mejorando debido a los nuevos procedimientos de síntesis de aminoácidos, ácidos láctico y tartárico, carbohidratos, terpenos y alcaloides. Noyori sintetizó BINAP, una ‘bella’ molécula quiral enantioméricamente pura de fórmula 2,2’-bis (difenilfosfino)-1,1’ (binaftil), con la que obtuvo los complejos de rodio I y rutenio II, catalizadores asimétricos que empleó para multiplicar la quiralidad molecular. Y explicó su funcionamiento: el metal del complejo enlaza dos moléculas, sean A y B, las une en una molécula quiral AB y las desorbe. Una pequeña cantidad del complejo genera una gran cantidad de producto. Los ligandos quirales modifican los átomos aquirales del metal generando suficiente reactividad y la estereo-selectividad deseada. Por ejemplo, Noyori empleó (R)-BINAP-Ru para hidrogenar asimétricamente beta cetoésteres y (S)-BINAP-Ru II dihaluros para obtener en gran escala antibióticos sintéticos con estructura de quinolona (como el levofloxacino) empleados para cubrir las resistencias a otros antibióticos. Entre otros muchos compuestos, Noyori sintetizó prostaglandinas con efecto neuroprotector, como anuncíó en el último apartado de su ‘lectura’, que tituló exultante “hacia la ciencia molecular cerebral”.