Herbert A. HAUPTMAN (Nueva York, 1917 – Buffalo, NY, 2011) y Jerome KARLE (Nueva York, 1818 – 2013) compartieron el premio Nobel de Química en 1985 “por sus extraordinarios logros en el desarrollo de métodos directos para la determinación de estructuras cristalinas”.

HAUPTMAN comenzó su relación con Karle en el Naval Research Laboratory de Washington en 1947. Sus estudios en matemáticas se complementaron con la preparación de Karle en química física y hacia 1953 fueron capaces de desarrollar un sistema de ecuaciones con las que, a partir de las medidas de intensidad de los rayos X, era posible determinar las estructuras moleculares. En su conferencia del Nobel, titulada “Métodos directos y dispersión anómala”, Hauptman informó del progreso de sus investigaciones. Comenzó diciendo que, en un diagrama de rayos X de una sustancia cristalina, la densidad electrónica determina el patrón de difracción, es decir, las magnitudes y las fases de los máximos de difracción. Estos datos son en general suficientes, sabiendo que el cristal está compuesto de átomos discretos cuyos números atómicos se conocen, para determinar las estructuras cristalinas. En el caso de un cristal centro simétrico o de cristales que posean otros elementos de simetría, dijo, se debe fijar en ellos el origen e introducir distribuciones de probabilidad de diversos factores de estructura para la determinación de las fases. A las combinaciones lineales de las fases las llamaron ‘invariantes’ y ‘semi-invariantes’ de estructura, que sirvieron para conectar las intensidades de difracción observadas con las fases necesarias de los factores de estructura. Hauptman explicó cómo se podían calcular las distribuciones de probabilidad teniendo en cuenta el entorno de vecindad. Y enunció el principio fundamental de la determinación de estructuras por métodos directos: el conjunto de los cosenos de las semi-invariantes conduce a los valores de las fases individuales. En 1954 se doctoró en la Universidad de Maryland con una tesis puramente matemática: “Un algoritmo euclidiano n – dimensional”. Hacia 1980, cuando trabajaba en el Medical Foundation of Buffalo (que después llevaría su nombre), Hauptman inició el sistema de combinar los métodos directos con la dispersión anómala en un intento de facilitar la solución de las estructuras de los cristales macromoleculares, demostrando que la presencia de uno o dos dispersores anómalos facilita la solución del problema de las fases.

Jerome KARLE se doctoró en 1944 en la Universidad de Michigan, donde dedujo una teoría sobre los patrones de difracción de electrones en las monocapas orientadas de hidrocarburos de cadena larga. En 1946, él y su esposa Isabella entraron en el Naval Research Laboratory, donde se les unió Hauptman. En su conferencia del Nobel, titulada “Recuperando información de fases a partir de los datos de intensidad”, explicó que en un cristal las unidades atómicas o moleculares están dispuestas de modo que presentan periodicidad tridimensional. Por ello, es posible describir estos ordenamientos con series de Fourier que representen la estructura cristalina mediante la distribución de la densidad electrónica en el cristal. Esto es equivalente, dijo, a situar la posición de los átomos en las regiones con mayor densidad electrónica. La técnica experimental empleada es la difracción de rayos X, con la que se obtiene un patrón de dispersión diferente para cada sustancia cristalina. Los coeficientes de las series de Fourier son números complejos y las fases de dichos números no son fácilmente asequibles, enfatizó: son necesarias varias etapas matemáticas para establecer relaciones entre fases y magnitudes y entre fases solas y, finalmente, desarrollar procedimientos prácticos para la determinación de las estructuras. Karle empleó varias fórmulas para la determinación de la fase en cristales centro-simétricos y no centro-simétricos; en éstos, que son mayoría, se requirió la teoría de invariantes y semi-invariantes. Además, utilizó cuidadosamente las medidas de probabilidad en cada etapa de una determinación de fase. La determinación práctica de las estructuras fue laboriosamente ejecutada por Isabella Kale. Entonces, dijo su marido, no existían los potentes ordenadores actuales ni los rayos X generados por sincrotrón. A continuación, Karle enumeró en su conferencia las múltiples aplicaciones que se derivan del conocimiento de las estructuras: la relación con su función en metales, minerales, macromoléculas y virus, con sus propiedades físicas, químicas y biológicas, con las síntesis y los mecanismos de reacción…Y prosiguió exponiendo algunas complejas estructuras por ellos elucidadas: los cuatro confórmeros del ciclo-hexaglicil, el dihidrato de L-arginina, la estéreo configuración de los alcaloides batracotoxina e histrionicotoxina, etcétera, recordando la importancia que han tenido estos métodos en el conocimiento de vitaminas, antibióticos y hormonas.

Paul BERG (Nueva York, 1926) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 1980 “por sus estudios fundamentales de la bioquímica de los ácidos nucleicos, especialmente del ADN recombinante”. Walter GILBERT (Boston, 1932) y Frederick SANGER (Redcombe, UK, 1818 – Cambridge, UK, 2013) compartieron la mitad del mismo premio “por sus contribuciones a la determinación de la secuencia de bases en los ácidos nucleicos”.

Paul BERG estudió bioquímica y sirvió como piloto de caza submarinos en la Segunda Guerra Mundial. Se doctoró en 1952 con una tesis sobre el metabolismo C1 en el que actúan como cofactores las vitaminas B12 y B9 (ácido fólico). Estudió en Copenhague con H.Kalckar. Trabajando con A.Kornberg (premio Nobel de Medicina o Fisiología con Severo Ochoa en 1959) descubrieron una nueva enzima de activación, la sintetasa específica, que forma aminoacil adenilatos con los aminoácidos; estos compuestos se unen al ARN de transferencia dando aminoacil–ARNt, que es el intermediario activado en la síntesis de proteínas. Así, Berg se encontró haciendo la transición de la bioquímica clásica a la biología molecular, preocupándose por cómo actúan los genes y cómo se forman las proteínas.

En su lección de aceptación del Nobel, titulada “Disecciones y reconstrucciones de genes y cromosomas” Berg relató su trabajo con Renato Dulbecco (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1975) en el Salk Institute con los virus tumorales de los simios SV40. El genoma del virus reside en una molécula de ADN circular con 5-8 genes y contiene 5243 pares de nucleótidos. Después, Berg y sus colaboradores consiguieron insertar ‘in vitro’ el ADN de un plásmido bacteriano en el ADN del SV40. Para ello, tuvieron que convertir en lineales las moléculas circulares extracromosómicas del plásmido, quitarles nucleótidos y añadirles ‘colas’ capaces de formar enlaces covalentes. De esta manera crearon la primera molécula de ADN ‘fabricada’ con partes de organismos diferentes, un ADN híbrido que fue conocido con el nombre de ADN recombinante. Había nacido, en 1972, la ingeniería genética, que podría, dijo Berg, dar paso a una nueva medicina: por ejemplo, a la sustitución de genes defectuosos por normales; pero para la terapia génica, insistió, se necesita un mayor conocimiento de cómo están organizados los genes, cómo funcionan y cómo son regulados, para lo que se precisa la colaboración de especialistas de áreas diversas. No obstante, uno de los primeros resultados prácticos de la tecnología recombinante fue el desarrollo de una cepa de bacterias que contenían un gen capaz de producir insulina, la hormona de los mamíferos.

Walter GILBERT se doctoró en 1957 en la Universidad de Cambridge con una tesis sobre la dispersión de partículas elementales dirigida por Abdus Salam, premio Nobel de Física en 1979. Tras ser profesor asistente de física teórica se cambió a la investigación experimental en biología molecular. Trabajó con James Watson (premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1962) en la identificación del ARN mensajero, una copia de vida corta de un gen del ADN que lleva información del genoma a los ribosomas, la fábrica de las proteínas. Tras ser usado unas pocas veces, el ARNm se rompe y se recicla en otros ARN. Gilbert, según sus propias palabras, demostró que una sola molécula mensajera servía a muchos ribosomas y que la cadena creciente de polipéptido permanecía siempre unida al ARN de transferencia. Así se efectuaba la síntesis de las proteínas: la cadena se transfiere de un ARNt a otro a medida que crece según la orden dictada por el ARNm, orden que a su vez procede del código genético del ADN.

Gilbert, en su conferencia del Nobel titulada “Secuenciación del ADN y estructura de los genes”, señaló que, con Müller Hill, aislaron el represor lactosa, una proteína producida por un gen en cantidades mínimas, por lo que es difícil de identificar, caracterizar y purificar. La función del represor ‘lac’ consiste en controlar un segundo gen, desenchufándolo si su producto no se necesita; parece ser que esto lo consigue uniéndose al gen operador alineándose con él en virtud de su forma alargada. Así, el ‘lac’ actúa como represor del operón de la lactosa, que es el conjunto de genes (regulador –lac-, operador y estructurales) que metabolizan la lactosa. Gilbert aisló el fragmento de ADN al que se une el represor, lo cual fue el principio del estudio del genoma: éste puede ser descrito estableciendo el orden en que están colocados los nucleótidos (formados por pentosa-base nitrogenada-grupo fosfato) que constituyen la molécula de ADN. En 1976, Maxam y Gilbert desarrollaron un método para secuenciar rápidamente el orden de los nucleótidos. Para ello, empleando el represor, marcaron con el radioisótopo fósforo 32 el extremo de una de las hebras de ADN, trataron los nucleótidos con reacciones químicas específicas para cada una de las bases nitrogenadas, separaron los productos de las cuatro bases mediante electroforesis en gel de poliacrilamida, y dedujeron la secuencia a partir del patrón de las bandas radiactivas obtenidas. Además de estos logros, Gilbert también hizo una primera propuesta de la estructura de los genes, diferenciando los exones, una región del gen que codifica proteínas a través del ARNm, de los intrones, largas cadenas del ADN que no codifican y que separan unos exones de otros.

Frederick SANGER manifestó que secuenciar ácidos nucleicos es parecido a hacerlo con proteínas, trabajo que realizó con éxito en 1943 y que le valió su primer premio Nobel de Química en 1958. En 1962 se trasladó al Laboratorio de Biología Molecular de Cambridge donde estaban Perutz, Crick, Kendrew, H.E.Huxley, Klug y los ácidos nucleicos. En 1977 desarrolló el método de secuenciación enzimática, que expuso en su conferencia del Nobel titulada “Determinación de las secuencias de nucleótidos en el ADN”. Empezó trabajando con el ADN de una sola hebra de un bacteriófago y con un oligonucleótido sencillo (ON) capaz de hibridarse con una región del ADN. El ON se emplea como sustrato de la enzima ADN polimerasa, que va añadiendo mononucleótidos a la cadena y copia el ADN. Sanger, en su discurso, mostró el mapa genético del primer ADN completamente secuenciado: el de un bacteriófago con 5386 nucleótidos. También exhibió un mapa de los genes del ADNt mitocondrial de doble hebra identificando los que codifican proteínas. El método Sanger ha servido de base para la secuenciación automática que se emplea en la actualidad.

Sir Aaron KLUG (Lituania, 1926) recibió el premio Nobel de Química en 1982 “por el desarrollo de la microscopía electrónica y la dilucidación estructural de los complejos biológicamente importantes ácido nucleico-proteína”. Nació en Lituania, pero creció en Durban (Sudáfrica) y estudió en la Universidad de Ciudad del Cabo, especialmente rayos X, cristalografía, cuántica y análisis de Fourier. Obtuvo una beca para el laboratorio Cavendish, en Cambridge, RU, donde se doctoró con una tesis sobre el flujo de calor en las transiciones de fase en aleaciones, dirigida por el físico matemático D.R.Hartree. Después, con F.J.W.Roughton, estudió la difusión del oxígeno en los glóbulos rojos y calculó la constante de velocidad de la reacción del O2 con la hemoglobina. Tras pasar por el Birkberck College, donde trabajó con Rosalind Franklin, Donald Caspar y Francis Crick, entró, en 1962, en el MRC Laboratory of Molecular Biology, Cambridge, UK, donde investigaban otros grandes de la biología molecular estructural, esa ciencia que trata de describir la maquinaria biológica en detalle molecular, es decir, químico.

El microscopio electrónico de transmisión fue construido por Knoll y Ruska en 1933 y seis años después el propio Knoll (quizá con la ayuda de von Arpenue) construyó el microscopio de barrido. Klug, como relató en su conferencia del Nobel titulada “De las macromoléculas a los montajes biológicos”, puso en funcionamiento un combinado de ambos sistemas microscópicos que contaba con reconstrucción tridimensional de imagen, la cual permite pasar de una imagen 2D a otra 3D; por ejemplo, se pueden separar las contribuciones de dos capas cristalinas que se solapan mediante análisis de Fourier. Klug utilizó su ‘sistema de microscopía electrónica cristalográfica o de Fourier’, como él la denominaba porque estaba suplementada con análisis de rayos X, para el estudio de los virus, recordando que fue Rosalind Franklin quien le introdujo en el tema. (Si no hubiese fallecido quizá estuviese dando esta conferencia en mi lugar, dijo). Klug estudió el virus del mosaico del tabaco (VMT) deduciendo su forma cilíndrica y su tamaño (3000 angstrom de longitud, 180 de diámetro y 40 millones de dalton de masa). La cubierta consta de 2130 subunidades de proteínas idénticas empaquetadas en disposición helicoidal alrededor de una molécula de ARN de un solo filamento constituido por 6390 nucleótidos. Además, mostró una tabla mostrando las muchas publicaciones que se habían hecho en el laboratorio MRC: virus helicoidales, virus icosaedros y los fagos T2 y T4. También estudió Klug otros complejos diferentes de los virus: el ARNt y la cromatina. Dedujo que el ARNt tiene una estructura tridimensional en forma de L, con dos segmentos de doble hélice perpendiculares entre sí. Con respecto a la cromatina, partió de la base de que el nucleosoma, que consta de un octámero formado por dos moléculas de las cuatro histonas (proteínas), es la unidad fundamental. La molécula de ADN se enrolla en torno al nucleosoma y otra histona, la H1, se sitúa en las zonas donde se une y donde sale el ADN y las estabiliza. Cada nucleosoma se conecta al siguiente mediante un fragmento de ADN y forma una cadena, que se enrolla y pliega dando lugar a una fibra de cromatina. Esta se compacta para formar los brazos del cromosoma. Y Sir Aaron, judío practicante, siguió investigando.

Artturi Ilmari VIRTANEN (Helsinki, 1895 – 1973) recibió el premio Nobel de Química en 1945 “por su investigación e invenciones en la química de la agricultura y de la nutrición, especialmente por su método de preservación del forraje”. Se doctoró en 1919 en la Universidad de Helsinki, estudió Química Física en Zurich con G.Wiegner (1920), y bacteriología con C.Barthel (1921) y enzimología con H. von Euler (1922-3) en Estocolmo. Fue instructor de química (1924-39) y profesor de bioquímica (1939-48) en la Universidad de Helsinki. En 1929 estudió la fermentación de dioxiacetona a glicerol y ácido glicérico en presencia de fosfatos por efecto de la bacteria ‘colli’ : esta fue la primera fermentación elucidada químicamente de principio a fin. El premio Nobel se lo concedieron por el método AIV (sus siglas) de preservar el forraje como si fuera fresco para que las vacas dieran la misma cantidad de leche en los largos inviernos que en los veranos. El método lo puso a punto con su trabajo en su propia granja. Así lo explicó en su conferencia del Nobel titulada “La fijación biológica del nitrógeno y la preservación del forraje en agricultura, y su importancia en la nutrición humana”. En ella comenzó tratando el problema de la fijación del nitrógeno en los nódulos formados por las bacterias en las raíces de las plantas leguminosas. Discutió el papel de la leghemoglobina y propuso un mecanismo hipotético para la fijación del N2 a través de la hidroxilamina. Con respecto a la preservación de las cosechas de forraje, señaló que las sustancias nutritivas se rompían por varias causas: por la respiración de las plantas, por la fermentación debida a los microorganismos que genera ácidos láctico y butírico, y por rotura de las proteínas, también debida a los microorganismos, que produce amoniaco. En su investigación descubrió que la velocidad de descomposición aumentaba con el valor del pH, por lo que acidificó los forrajes almacenados hasta pH 3-4 utilizando preferentemente ácidos fuertes (clorhídrico y sulfúrico) porque había que gastar menos. Con este sencillo método consiguió inhibir las fermentaciones a amoniaco y butírico y reducir al mínimo la evolución a CO2. Virtanen también explicó cómo había estudiado la influencia de su método sobre la nutrición de personas y animales. Sólo encontró ventajas, por ejemplo, dijo, hay vitamina C en el forraje conservado y no en el heno seco.

Luis Federico LELOIR (París, 1906 – Buenos Aires, 1987) consiguió el premio Nobel de Química en 1970 “por su descubrimiento de los nucleótidos-azúcar y su papel en la biosíntesis de los carbohidratos”. El argentino Luis Federico vino de París, donde murió su padre poco antes de que él naciera. En 1932 se graduó como doctor en Medicina en la Universidad de Buenos Aires y trabajó en el Instituto de Fisiología en el metabolismo de los carbohidratos. En 1936 estuvo en el Biochemical Laboratory of Cambridge, UK, con el profesor F.G.Hopkins, premio Nobel de Fisiología en 1929. En el Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires, del que fue director, desarrolló su actividad científica y obtuvo sus principales hallazgos, que describió en su conferencia del Nobel titulada “Dos décadas de investigación sobre la biosíntesis de sacáridos”. Leloir descubrió los nucleótidos-azúcar y aisló, entre otros, uridinadifosfato glucosa (UDP-glucosa), constituido por uracilo-ribosa-pirofosfato-glucosa. Estos compuestos resultaron ser clave en los procesos del metabolismo de los carbohidratos. Por ejemplo, en la asimilación de la lactosa, un disacárido formado por los monosacáridos galactosa y glucosa, los nucleótidos-azúcar UDP-galactosa y UDP-glucosa son cofactores en la transformación de galactosa en glucosa, mediante la acción de las tres enzimas necesarias. Si hay deficiencia enzimática, la galactosa no se transforma en glucosa, se acumula y origina galactosemia, una enfermedad que produce lesiones en el hígado y en el sistema nervioso central. Leloir también descubrió que la biosíntesis de carbohidratos no es inverso al metabolismo, sino que es un proceso con otras etapas. Por ejemplo, la UDP-glucosa y la glucosa1fosfato en presencia de la enzima glucógeno sintetasa producen glucógeno, un polisacárido formado por cadenas ramificadas de glucosa que constituya la reserva energética del organismo. Asimismo, Leloir señaló que se habían detectado muchas reacciones de transferencia en las que participan nucleótidos-azúcar, pero que en algunos casos las transferencias no son directas sino a través de lípidos como intermediarios. Así, con el soporte del undecaprenol pirofosfato o del poliprenol (con 20 unidades de isopreno) se van añadiendo moléculas de azúcares sencillos para dar polisacáridos.

En todo el desarrollo de su conferencia, Leloir no se olvidó de citar, reiterativamente, los nombres de los colaboradores que trabajaron con él en cada una de las investigaciones. Loor al maestro.

William N. LIPSCOMB (Cleveland, OH, 1919 – Cambridge, MA, 2011) recibió el premio Nobel de Química en 1976 “por sus estudios sobre los boranos que iluminan los problemas del enlace químico”. Fue discípulo de Linus Pauling y se doctoró en 1945. Profesó en la Universidad de Minnesota en 1946 y en la de Harvard en 1959. Publicó el libro ‘Hidruros de Boro’ en 1963. En su conferencia del Nobel, titulada “Boranos y compuestos relacionados”, relató cómo a partir de 1946 se dedicó al estudio de las estructuras geométricas tridimensionales y electrónicas de los boranos mediante difracción de rayos X a baja temperatura y cálculos mecanocuánticos. Para estos compuestos, dijo, se necesita una teoría del enlace diferente de la típica de la química del carbono debido a su estructura poliédrica, que requiere enlaces multicentrados que incluyan orbitales localizados y deslocalizados. Recordó que Alfred Stock y sus colaboradores, entre 1919 y 1936, prepararon B2H6, B4H10, B5H9, B7H11, B6H10 y B10H14, intercambiables entre ellos, y que después se sintetizaron B6H12, B8H12, B8H18, B9H15, B10H16, B8H22, iso-B8H22 y B20H16. Primero se sintetizó el diborano, B2H6, y a partir de él se obtuvieron otros, actuando el BH3, que no se ha aislado, como producto intermedio de las reacciones. Todos los hidruros de boro se mostraron muy reactivos cuando se ponían en contacto con otras sustancias, por lo que se han empleado para realizar muchas reacciones de interés. Los boranos, enfatizó Lipscomb, son compuestos deficientes de electrones, esto es, tienen más pares de átomos adyacentes y cercanos que se pueden considerar unidos que pares de electrones que los unan. Para representar las complicadas estructuras de los boranos desarrolló una formulación empírica (semitopológica, la llaman) que utiliza los enlaces BH (terminal), BB (dos centros y dos electrones), BHB y BBB abierta y cerrada (tres centros y dos electrones que llenan el orbital molecular enlazante). Con estos elementos, empleados internacionalmente en la actualidad, Lipscomb presentó las estructuras de varios boranos superiores. También dijo que omitía otras muchas. Imitémosle.

Ernst O. FISCHER (Munich, 1918 – 2007) y Geoffrey WILKINSON (Todmorden, UK, 1921 – Londres, 1996) compartieron el premio Nobel de Química en 1973 “por su trabajo pionero, realizado independientemente, sobre la química de los compuestos organometálicos llamados sandwich”.

Ernst Otto FISCHER era hijo de un profesor de física. Después de participar en la Segunda Guerra Mundial sirviendo al ejército alemán, se doctoró en Química Inorgánica en 1952 con un estudio sobre las reacciones del níquel II y continuó investigando en los complejos de los metales de transición con ciclopentadienos e indenos. Tras una estancia en EEUU, en 1959 fue profesor en la Universidad de Munich, y en 1964 sucedió a su maestro, el profesor Hieber, en el Colegio Técnico. En su lección de recepción del Nobel, titulada “En la ruta de los complejos de carbeno y carbino”, explicó su trabajo sobre los enlaces y los resultados espectroscópicos de los complejos del carbeno, un radical de carbono divalente, con los metales de transición. Obtuvo complejos en los que el metal M, cromo o wolframio, estaba unido a cinco grupos carbonilo CO y a un carbeno C, y este a un grupo metoxi (o tiometil) y a un fenilo: (CO)5MC(OCH3)R , o (OC)5MC(SCH3)C6H5 . Estos complejos pueden sufrir la eliminación del ligando carbeno al reaccionar con un haluro de hidrógeno HX para dar CH3O-C-C6H5 y (OC)5XMH. La reacción tiene lugar en disolución de diclorometano a -78ºC. Los complejos de carbeno se emplean en un buen número de reacciones de obtención. Ernst Fischer explicó también su trabajo con los complejos de los metales de transición con carbino, un radical monovalente con tres electrones no enlazados que actúa como intermediario de vida corta en las reacciones. La fórmula general de estos complejos es (CO)4XMCR , donde M es cromo, molibdeno o wolframio, X es cloro, bromo o iodo y R es metilo, etilo o fenilo. Y todo esto es parte de la ruta de E. O. Fischer.

Geoffrey WILKINSON entró a trabajar, aceptado por el profesor Seaborg, en el Radiation Laboratory de California en 1946. Visitó Inglaterra y en 1950 entró en el MIT para trabajar con los complejos de los metales de transición. Tras pasar por Harvard y Copenhage fue profesor de Química Inorgánica, en 1955, en el Imperial College de la Universidad de Londres. Wilkinson comenzó su conferencia del Nobel, titulada “La larga investigación de los alquilos de metales de transición estables”, manifestando la gran importancia de los muchos compuestos con enlace carbono – metal de transición, como el cobalto en la vitamina B12, o el empleo del titanio y el cromo, catalizadores para obtener polietileno y polipropileno. El primer alquilo metálico aislado, dijo, fue el trimetilplatino y el más espectacular el ferroceno, (C5H5)2Fe , con el metal unido a los dobles enlaces de dos moléculas de ciclopentadieno: un orbital molecular pi lleno del anillo se solapa con un orbital d vacío del Fe, y lo mismo para el otro C5H5- , con lo que el átomo Fe queda entre los dos anillos del ciclopentadieno en una estructura sandwich (que otros traducen por emparedado). Wilkinson realizó una vasta investigación sobre compuestos organometálicos, de la que se pueden extraer algunos ejemplos. El feniltitanio alcóxido, C6H5Ti(OC3H7)3 , y otros iguales con Mo, Fe, Mn o Pt en vez del Ti. Los complejos olefínicos, como el (C8H12)2IrSnCl3 , que obtuvo con tricloruro de estaño unido al iridio. Los complejos tipo Werner, como el (NH3)5RhC2H5 . Los complejos alílicos, como el CH2CHCH2Mn(CO)4 . La investigación con diferentes alquilos, probando que cuando hay ligandos que forman enlaces pi los complejos son más estables, como el C5H5W(CO)3CH3 . Wilkinson obtuvo y estudió muchos complejos que se emplearon en catálisis heterogéneas, en superficies o en disolución, y homogéneas, como la oxidación, isomerización y polimerización de olefinas.

Herbert C. BROWN (Londres, 1912 – Lafayette, IN, 2004) y George WITTIG (Berlín, 1897 – Heidelberg, 1987) compartieron el premio Nobel de Química en 1979 “por el desarrollo del uso de compuestos que contienen boro y fósforo, respectivamente, en reactivos importantes en síntesis orgánica”.

Herbert Charles BROWN era hijo de judíos que emigraron de Ucrania a Londres en 1908 y de ahí a Chicago. Herbert se doctoró en la Universidad de Chicago en 1938 y llegó a profesor en la Universidad Purdue de Lafayette, Indiana, donde en 1978 fue emérito hasta su fallecimiento. Brown dio a su conferencia del Nobel un título curioso: “De las pequeñas bellotas a los altos robles: de los boranos a los organoboranos”. En ella, comenzó contando que en su tesis doctoral, dirigida por el profesor Schlesinger, probó las reacciones del diborano, B2H6, entonces una sustancia rara y que se obtenía en escasa cantidad, con aldehídos, cetonas y esteres. Su maestro y él obtuvieron los borohidruros de aluminio, berilio, litio y uranio; éste, U(BH4)4, resultó ser un compuesto con la suficiente volatilidad como para emplearlo en el enriquecimiento de uranio, pero fue superado por el UF6. Posteriormente, ya en Purdue, empleó el hidruro de boro y sodio, NaBH4, como agente reductor, aunque reconoció que el poder reductor aumentaba en el orden Li, Mg y Al en vez de Na. (El hidruro de litio y aluminio, LiAlH4, es un reductor más empleado que los de boro). Brown inventó el proceso de hidroboración, que es la adición de hidrógeno y boro al doble enlace realizada por el diborano quizá en su forma monómera (hipotética) BH3. En la adición, el hidrógeno se une al carbono con menos H (anti-Markovnikov) y el boro se une al carbono en el que sea menor la tensión del doble enlace. Los organoboranos así obtenidos son versátiles: se emplean para sintetizar compuestos organometálicos y para realizar síntesis que no se logran con los reactivos de Grignard. También se sintetizaron algunas de las feromonas emitidas por los insectos, que son moléculas sencillas, para utilizarlas en el control de las poblaciones.

Georg WITTIG se doctoró en Marburg en 1926. Sucedió a Staudinger en Freiburg y a Freudenberg en Heidelberg, donde fue profesor emérito en 1967. Actualmente sigue siendo recordado, sobre todo, porque desarrolló la química de los ‘ylide’ fosforosos (ilidos en español), con los que, en 1954, inventó un nuevo método de síntesis: la reacción de Wittig. En su lección de aceptación del premio, titulada humorísticamente (salvando la ye) “De los diylos a los ylidos y a mi ydilio”, explicó, entre otras cosas, cómo se produce y para qué sirve la reacción que lleva su nombre. Uno de los métodos para preparar un idilo consiste en la reacción entre trifenilfosfina y haluro de metilo en disolución de una base:

CH3X + (C6H5)3P –> (NaOH) –> (C6H5)3P=CH2 + XNa + H2O

Con el ilido se pueden sintetizar, por ejemplo, alquenos en la reacción con benzofenona: (C6H5)2C=O + (C6H5)3P=CH2 –> (C6H5)2C=CH2 , obteniéndose en este caso 1,1-difenileteno. El mecanismo de la reacción supone el ataque nucleofílico del ilido al carbonilo formando una betaína que, tras sufrir una eliminación, da lugar al producto. En su conferencia, Wittig explicó también cómo había obtenido acetato de vitamina A, y además, que había conseguido la adición de fenilsodio a trifenilboro obteniendo el complejo (C6H5)4BNa, un reactivo que sirve para determinar iones potasio, rubidio y cesio.

Dudley P. HERSCHBACH (San José, CA, 1932), Yuan T. LEE (Taiwan, 1936) y John C. POLANYI (Berlín, !929) compartieron el premio Nobel de Química en 1986 “por sus contribuciones relacionadas con las dinámicas de los procesos químicos elementales”.

Dudley HERSCHBACH se doctoró en Química Física en 1958 en la Universidad de Harvard con una tesis titulada “Rotación interna y microscopia de microondas”. Desde 1963 fue profesor en Harvard, donde desarrolló el método de haces moleculares cruzados para el estudio de reacciones rápidas elementales. El aparato utilizado para realizar los experimentos consta de un horno de vaporización (por ejemplo de metales alcalinos), rendijas para alinear las partículas en un haz, y un rotor que selecciona velocidades. Si el haz se mueve en un vacío por debajo de la cienmilésima de torr no colisionará con moléculas residuales hasta encontrar otro haz cruzado. Los productos de las colisiones se hacen pasar por la rendija del detector, que es móvil para captar los productos a los diversos ángulos emitidos. Herschbach, en su lección del Nobel titulada “Dinámica molecular de reacciones químicas elementales “, dio cuenta de algunas de las reacciones que habían estudiado. La primer experiencia, dijo, fue la reacción K + CH3I = CH3 + KI , en la que la distribución angular del producto KI da información sobre el reparto de la energía de reacción entre traslación, rotación y vibración en las moléculas producidas. Algunas de las muchas reacciones estudiadas son: K + Br2 = KBR + Br ; K + CCl4 = KCl + CCl3 (con Rb y Cs en vez de K para comparar la distribución de los ángulos de dispersión); Na + KBr = NaBr + K* (con KBr excitado vibracionalmente y K* presentando fluorescencia).

Yuan LEE, un estudiante taiwanés de gran mérito, se doctoró en 1965 en la Universidad de California Berkeley, donde fue capaz de diseñar y construir un aparato de haces moleculares cruzados y obtener los mapas de contorno de distribución de los productos. En 1967 se incorporó al equipo de Herschbach en Harvard. (Entonces llegó Lee, dijo Herschbach). Construyeron la supermáquina de haces moleculares, provista como detector de un espectrómetro de masas móvil ultrasensible, a la que llamaron HOPE. Las primeras reacciones que estudiaron con ella fueron : Cl + Br2 = Br Cl + Br y la reacción de Polanyi H + Cl2 = HCl + Cl . Después investigaron moléculas más grandes, con las que hicieron medidas de las distribuciones angulares y velocidades de los productos, pruebas experimentales directas de las superficies de energía potencial y elucidaron mecanismos de reacción. En su conferencia del Nobel, titulada “Estudios de haces moleculares de procesos químicos elementales”, Lee dijo que el método sirve para controlar la energía de los reactivos, para comprender la dependencia de la reactividad química de la orientación molecular, para explorar la naturaleza de los productos intermedios de la reacción y su subsiguiente dinámica de desintegración, y para identificar los mecanismos de reacción complejos que implican radicales poliatómicos. Y se preguntaba: ¿Para qué el conocimiento de las reacciones elementales? Y contestó que sirve para entender, predecir y controlar muchos procesos químicos macroscópicos dependientes del tiempo que son importantes en la naturaleza o en la sociedad humana. Lee, tras un año como profesor en la Universidad de Chicago, volvió a Berkeley en 1974 y se nacionalizó estadounidense, pero tuvo que renunciar a la nacionalidad cuando accedió a la dirección del centro de investigación más importante de Taiwan.

John POLANYI es hijo del famoso químico, economista y filósofo Michael Polanyi (1891-1976), húngaro de ascendencia judía y religión católica, que escapó de los nazis a Gran Bretaña con su familia en 1933. John, que en principio se dedicó a la poesía, estudió química y se doctoró en la Universidad de Manchester en 1952. Después, en Canadá, trabajó con Herzberg. En 1958 descubrió la quimioluminiscencia infrarroja, esto es, la emisión de luz infrarroja por las moléculas producidas en una reacción química que resultan excitadas vibracionalmente. Desde 1956 ha sido profesor de la Universidad de Toronto; en el presente es profesor honorario. También ha sido un luchador político contra los conflictos armados.

John Charles Polanyi tituló su lección del Nobel “Algunos conceptos en dinámica de reacciones”. En ella explicó que llevaba a cabo sus experimentos en dos cámaras de reacción. En una de ellas, que constaba de tres ventanas de observación y tres zonas con revestimiento reflectante, trabajaba inyectando átomos y moléculas por separado en lo que llamó estado de ‘relajación medida’, porque medía la relajación de vibración a lo largo del flujo. En la otra cámara trabajaba en régimen de ‘relajación detenida’ por la extracción rápida de los productos excitados. Así estudió un buen número de reacciones elementales que emitían quimioluminiscencia infrarroja, la primera la llamada reacción de Polanyi: H + Cl2 = HCl + Cl en la que se observa la radiación infrarroja emitida por el HCl formado. De la reacción H + F2 = HF (v’) + F , expuso una tabla de constantes de velocidad a distintas temperaturas. Otras de las muchas reacciones estudiadas fueron: H + O3 = OH + O2 y Cl + OH (v) = HCl (v’) + O , esta última con dos emisiones de quimioluminiscencia. Después de la concesión del premio Nobel, Polanyi abandonó la quimioluminiscencia y se dedicó a la microscopia de efecto túnel.

Manfred EIGEN (Bochum, Alemania, 1927) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 1967. Ronald G.W. NORRISH (Cambridge, UK, 1897 – 1978) y George PORTER (Stainforth,UK, 1920 – Canterbury, UK, 2002) compartieron la mitad del mismo premio. Los tres lo merecieron “por sus estudios de las reacciones extremadamente rápidas, perturbando el equilibrio mediante pulsos muy cortos de energía”.

Manfred EIGEN se doctoró en 1951 con una tesis sobre el calor específico del agua pesada y de las disoluciones acuosas de electrolitos en la Universidad de Gotinga. Después pasó al Instituto de Química Física del Max Planck, también en Gotinga. En su conferencia del Nobel, titulada “Reacciones rápidas inconmensurables”, explicó como para el estudio de las reacciones químicas tan rápidas que se consideraban no medibles (inconmensurables, del orden de los nanosegundos) acudió a las técnicas de perturbación del equilibrio. Las técnicas aplicables son varias: realizar una descarga eléctrica a un flujo de gases; producir un cambio de la densidad de presión mediante ondas ultrasónicas en líquidos y gases; emplear pulsos de ondas eléctricas rectangulares en disoluciones muy diluidas; o hacer uso de pulsos súbitos de luz ultravioleta. En todos los casos se logra una relajación del equilibrio que se desglosa en un espectro de tiempos de relajación que debe ser detectado. El tiempo de relajación es el tiempo que tarda la reacción en cubrir una determinada fracción de su paso hacia el equilibrio. Eigen, en los años 1951 – 53, se dedicó a la medida de la absorción de ultrasonidos en reacciones iónicas en disolución. En 1954, él y su colega y amigo Leo de Maeyer fueron los primeros en medir la velocidad de la reacción de neutralización entre iones hidronio e hidroxilos, obteniendo un valor para la constante de velocidad de k = 1,4 · 10 (exp) 11 litros / mol · segundo, un alto valor que indica la enorme, pero al fin medible, rapidez de la reacción. Mediante pulsos de corta duración puede medirse el efecto de disociación del campo, y de ahí se determina el tiempo de relajación del estado de equilibrio químico.

Eigen expuso en su conferencia los resultados de las medidas de la constante de velocidad para la sustitución de H2O en la formación de complejos de casi todos los metales del sistema periódico, deduciendo que la mayoría de los valores son específicos del ion metálico y relativamente independientes de la naturaleza del ligando. También facilitó las medidas del tiempo de relajación en el equilibrio ceto – enólico. Finalmente, mostró un esquema de reacción del control alostérico de enzimas, presentando las conformaciones en las que reside la actividad de la enzima.

Ronald NORRISH fue hecho prisionero durante la Gran Guerra y no pudo ser repatriado hasta 1919. Después permaneció durante 28 años como profesor de Química Física (fotoquímica, espectroscopia y cinética de reacciones) en la Universidad de Cambridge, prosiguiendo como emérito. Tuvo muchos alumnos destacados, uno de los cuales fue George Porter, que colaboró con él tras la Segunda Guerra Mundial. Tituló su lección de aceptación del Nobel “Algunas reacciones rápidas de gases estudiadas con fotolisis flash y espectroscopia cinética”. La fotolisis flash (que otros traducen por fotólisis instantánea o fotólisis de destello) es un método importante para estudiar reacciones muy rápidas en fase gaseosa o líquida. Lo desarrollaron Norrish y Porter para aplicarlo a problemas cinéticos. El procedimiento consiste en producir, mediante una batería de condensadores, un flash luminoso de muy alta intensidad y una duración del orden de los microsegundos junto al recipiente de reacción. En condiciones adecuadas, se producirán en el sistema átomos, radicales libres y especies excitadas (tripletes y singletes) de vida muy corta, y estos producirán reacciones que se pueden seguir por espectroscopia de absorción, por lo que al procedimiento se le llama también espectroscopia cinética. Los autores diluían la muestra con argón para evitar la gran elevación de temperatura que produciría una pirolisis más que una fotolisis.

Norrish expuso en su lección un número abundante de reacciones con oxígeno y ozono, tales como: O + H2O = OH* + OH ; O + O3 = O2 + O2* (donde las especies excitadas, señaladas con asterisco, tienen energía de vibración). También puso ejemplos de mecanismos de reacción: O3 + luz = O2 + O , con propagación y terminación de la cadena, y procesos explosivos como la oxidación de hidruros.

Sir George PORTER sirvió en el radar durante la Segunda Guerra Mundial. Colaboró con Norrish, su director de tesis, desde 1945 hasta 1954, cuando se trasladó de Cambridge a la Universidad de Sheffield como profesor de Química Física. Editó un libro titulado “Progress in reaction kinetics” y sucedió, en 1966, a Sir Lawrence Bragg. Tuvo una muy frecuente presencia en los foros científicos internacionales. En su lección del Nobel, titulada “Fotolisis flash y algunas de sus aplicaciones” expuso varias de sus aportaciones. Por ejemplo, el papel de la presencia de un ‘tercer cuerpo M’ en el mecanismo de las reacciones: I + M = IM ; IM + I = I2 + M. Con distintos M obtuvo la constante de velocidad a 27ºC de la recombinación de átomos de iodo y las energías de activación. Expuso también la obtención de radicales libres aromáticos: la fotolisis de tolueno, fenol y o-clorofluorbenceno daban, respectivamente, bencilo, fenoxilo y o-fluorfenilo. Demostró que por fotolisis flash de moléculas orgánicas en disolventes ordinarios (por ejemplo, antraceno en ciclohexano) se produce fosforescencia en el estado triplete. Además, los procesos químicos que se dan en el estado triplete suponen transferencia de protones, electrones y átomos de hidrógeno. Y terminó su alocución preguntándose: ¿llegaremos con nanosegundos a estudiar los estados singlete excitados? (Se le podría haber contestado: ¡que viene el láser!).

Sir John W. CORNFORTH (Sydney, 1917 – Brighton,UK, 1913) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 1975 “por su trabajo sobre la estereoquímica de las reacciones catalizadas por enzimas”. Dos jóvenes australianos, estudiantes destacados, consiguieron en 1939 beca para trabajar con el profesor Robert Robinson en Oxford, UK. Sus nombres: John Cornforth y Rita Harradence. Se casaron en 1941, año en el que John leyó su tesis doctoral, y permanecieron juntos de por vida, con Rita, bioquímica, colaborando con su marido y ayudándole a comunicarse con el exterior, ya que era completamente sordo. Sir y Lady Cornforth hicieron muchas publicaciones.

Cornforth, trabajando con Robinson y Woodward, consiguió la síntesis total de esteroides no aromáticos, y con Popják degradó los 17 átomos de carbono de la estructura en anillo del colesterol. Investigó la estructura y las transformaciones de las moléculas en las reacciones catalizadas por enzimas, demostrando, mediante el empleo de deuterio y tritio, que la enzima reemplaza un átomo de hidrógeno. Cornforth hacía química tridimensional, como demostró en su conferencia del Nobel, titulada “Asimetría y acción enzimática”, en la que dijo que “la estereoespecificidad es esencial en la catálisis enzimática. La vida depende de la exacta replicación de moléculas y su complejidad requiere a menudo que una enzima acepte una especie molecular y la transforme en productos igualmente específicos. Pero la especificidad oculta que hemos ayudado a revelar va más lejos que esto: una enzima debe catalizar reacciones estrictamente estereoespecíficas aun cuando esta especificidad no sea requerida por la relación estructural del sustrato en su paso a producto. En verdad, tenemos muchos ejemplos en los que una enzima puede aceptar más de una especie como sustratos y transformarlos mediante un control absoluto, aunque oculto, de la estereoquímica de la reacción”.

Vladimir PRELOG (Sarajevo, 1906 – Zurich, 1998) obtuvo la mitad del premio Nobel de Química en 1975 “por su investigación en la estereoquímica de las moléculas orgánicas y sus reacciones”. Trabajando en Praga y en Zagreb se doctoró en ingeniería en 1929. Se trasladó a Zurich con la ayuda del profesor Ruzicka, al que sucedió en 1957 como jefe del laboratorio de química orgánica del Federal Institute of Technology. En 1959 adoptó la ciudadanía suiza, aunque él se consideraba ciudadano del mundo. Su campo de investigación fue la estereoquímica que, según Eliel, “no es una rama de la química sino una manera de ver la química”. En la conferencia del Nobel, titulada “Quiralidad en química”, Prelog estudió la conexión entre la estructura tridimensional y las reacciones de las moléculas orgánicas. A lo largo de su exposición hizo una serie de definiciones que podrían resumirse, con optimismo, en las siguientes.

Un centro quiral está constituido por un átomo de carbono unido a cuatro grupos diferentes. Los enantiómeros son isómeros especulares con actividad óptica que tienen quiralidad, esto es, que no son superponibles con sus imágenes especulares. Los enantiómeros tienen propiedades químicas idénticas excepto frente a reactivos ópticamente activos. Las moléculas quirales no tienen elementos de simetría y no son superponibles (las enzimas son todas quirales). En la reacción de los enantiómeros con las moléculas quirales, el estado de transición tiene una energía diferente para cada enantiómero: a esto se debe la especificidad de las reacciones bioquímicas y la posibilidad de separación de los enantiómeros. Los diasterómeros no son isómeros especulares, tienen propiedades químicas similares pero no idénticas y sus propiedades físicas son diferentes, por lo que pueden separarse mediante destilación, cristalización o cromatografía.

Prelog se mostró de acuerdo con Aldous Huxley en que es muy importante desarrollar un sistema de símbolos o modelos eficaz. En química orgánica el problema es peliagudo: por ejemplo, la molécula del antibiótico boromicina tiene 18 centros quirales, lo que suponen 2 (exp)18 = 262.144 estereoisómeros. Es por consiguiente necesario especificar un estereoisómero particular de manera simple y clara. Así, Prelog concluyó diciendo que “azúcares y aminoácidos, por ejemplo, son quirales, y aunque la energía de dos enantiómeros y la probabilidad de su formación en un entorno quiral son iguales, únicamente ‘un’ enantiómero está presente en la Naturaleza tanto en humanos, como en animales, plantas y microorganismos en cualquier lugar de la Tierra. Es posible que la creación de la materia viva fuera un suceso muy improbable que tuvo lugar una sola vez. (Otro problema a tener en cuenta) es la estereoespecificidad de las reacciones enzimáticas. Este misterio no será desvelado sin un conocimiento de los intrincados detalles de las reacciones enzimáticas. El protagonista en este campo es J.W.Cornforth”, dijo.

Christian B. ANFINSEN (Monessen, PA, 1916 – Randallstone, MD, 1995) recibió la mitad del premio Nobel de Química en 1972 “por su trabajo sobre la ribonucleasa, especialmente en lo relativo a la conexión entre la secuencia de los aminoácidos y la conformación biológicamente activa”. Anfinsen se doctoró en bioquímica en la Harvard Medical School en 1943. Tras pasar por varios laboratorios recaló en el National Institute of Health en Bethesda, MD. En 1959 escribió un libro titulado ‘Las bases moleculares de la evolución’. Después de sus premiados e influyentes estudios sobre la desnaturalización y renaturalización de las proteínas, trabajó con una nucleasa extracelular del ‘stafilococus aureus’ y describió sus propiedades físicas, enzimáticas e inmunológicas mediante técnicas químicas y espectroscópicas.

En su conferencia del Nobel, titulada “Estudios sobre los principios que gobiernan el plegado de las cadenas proteínicas”, Anfinsen mostró la secuencia de la ribonucleasa pancreática bovina, una enzima que hidroliza el ARN y que contiene 124 residuos de aminoácidos. En su estructura existen cuatro enlaces disulfuro. Señaló que se reduce y desnaturaliza tratándola con 2-mercaptoetanol en urea 8M, es decir, se transforma en una cadena polipeptídica arrollada al azar y sin ninguna acción enzimática; pero si se eliminan los agentes reductores por diálisis y se oxidan los grupos sulfhidrilos por el oxígeno del aire, la ribonucleasa se renaturaliza y resulta en una enzima igual a la ribonucleasa nativa. Anfinsen también encontró que se podía generar una ribonucleasa revuelta si la nativa se oxida en presencia de urea 8M. En esta variedad, los cuatro enlaces disulfuro son diferentes de los originales y esto produce una enzima con sólo el 1% de actividad. No obstante, la ribonucleasa revuelta puede volver a su estado original añadiendo trazas de 2-mercaptoetanol…y esperando. Con estos estudios, Anfinsen dio a luz un principio que llegó a transformarse en general: “La secuencia de los aminoácidos especifica la conformación”. Stryer, en su libro ‘Bioquímica’, cita que Anfinsen hizo un paralelismo entre la secuencia en la molécula, la armonía de la música de Mozart y la estructura termodinámica más estable.

Stanford MOORE (Chicago, IL, 1913 – New York, NY, 1982) y William H. STEIN (New York, NY, 1911 – 1980) compartieron la mitad del premio Nobel de Química en 1972 “por su contribución a la comprensión de la conexión entre la estructura química y la actividad catalítica del centro activo de la molécula de ribonucleasa”. Moore se doctoró en Química Orgánica en la Universidad de Wisconsin (1938) bajo la dirección de K.P.Link utilizando los métodos de microanálisis de Pregl. Después trabajó en el laboratorio de Max Bergmann en el Rockefeller Institute, donde profesó en 1952. Stein se doctoró en la Universidad de Columbia,NY (1938), entró en el Rockefeller, donde coincidió con Moore y profesó en 1954. Ellos dos, con Anfinsen , fueron los tres primeros en obtener la secuencia completa de una enzima; además, tuvieron éxito en obtener un conocimiento detallado del centro activo de la ribonucleasa y en elucidar la conexión entre su estructura y la capacidad de acelerar las reacciones bioquímicas.

En su conferencia conjunta del Nobel, titulada ”Las estructuras químicas de la ribonucleasa y desoxirribonucleasa”, Moore y Stein explicaron los pasos que habían dado en sus investigaciones. En primer lugar purificaron la ribonucleasa pancreática bovina mediante cromatografía en columna de resina como soporte y disolución tamponada a pH 6,45 de fosfato de sodio como eluyente. El análisis de los aminoácidos lo realizaron separándolos en una columna rellena de resina de poliestireno sulfonado instalada en un aparato de registro automático. Así obtuvieron los 124 residuos de aminoácido, que supusieron un peso molecular de 13.683. La determinación de la configuración de la ribonucleasa, dijeron, fue una consecuencia lógica del éxito de Sanger con la hormona insulina. Finalmente, expusieron la estructura de la desoxirribonucleasa, en la que la prolina estaba sustituida por la histidina.

Derek H. R. BARTON (Gravesend, UK, 1918 – College Station, TX, 1998) y Odd HASSEL (Oslo, 1897 – 1981) compartieron el premio Nobel de Química en 1969 “por sus contribuciones al concepto de conformación y su aplicación en química”.

Derek BARTON se doctoró en Química Orgánica en 1940 y fue profesor en la Universidad de Glasgow y en el Imperial College. Hacia 1950 inauguró el análisis conformacional, un método útil para la elucidación de la configuración, el planteamiento de síntesis orgánicas, el análisis de los mecanismos de reacción y la comprensión de los procesos enzimáticos. Su lección de aceptación del Nobel, titulada “Los principios del análisis conformacional” era, según dijo, más una historia que avances recientes. Así, recordó que van’t Hoff y Le Bel introdujeron la noción de estereoisómeros, esto es, la existencia de sustancias diferentes con la misma constitución debido a que la rotación de las moléculas estaba restringida alrededor de los dobles enlaces. Después, se supo que también estaba restringida la rotación alrededor de los enlaces sencillos en sustancias en las que los sustituyentes imponían un impedimento estérico. Y se llegó a la definición de conformación: “Las conformaciones de una molécula – de constitución y configuración definidas – son las disposiciones de los átomos de la molécula en el espacio que no son superponibles cada uno sobre otro”. Por ejemplo, en el etano, la energía requerida para rotar la molécula en torno al enlace C – C es sólo de 3 kcal/mol, por lo que la rotación puede considerarse libre, pero en la decalina (decahidronaftaleno, C10 H18) se pueden separar dos confórmeros cis y trans de puntos de ebullición 194 y 185ºC. El noruego Odd Hassel descubrió que el ciclohexano no podía tener la geometría hexagonal con la que se lo representaba, sino una estructura de ‘silla’ libre de tensiones angulares de enlace. La decalina consistía en dos anillos de ciclohexano unidos con forma de silla y los esteroides tenían una conformación de tres sillas.

Barton dijo que no era difícil establecer la conformación preferida con el análisis de rayos X, ya que en el estado cristalino coincidiría con la predicha por el análisis conformacional que, además, había sido puesto en base cuantitativa con ayuda de ordenadores por Ernest L. Eliel. Con respecto a las reacciones, añadió, las sustituciones pueden ser ‘syn’ o ‘anti’ según sea la estabilidad del estado de transición intermediario de la reacción. En este sentido, un requisito indispensable para entender la importante acción de una enzima es conocer la conformación de la enzima y del sustrato.

Odd HASSEL trabajó con Fajans y Fritz Haber y se doctoró en 1924 en la Universidad de Berlín. Fue el primer profesor de Química Física de Noruega en la Universidad de Oslo (1934 – 1964). En la década de los cuarenta publicó trabajos pioneros de gran repercusión y consecuencias sobre las diferentes conformaciones de moléculas con seis átomos de carbono. En su conferencia del Nobel, que no leyó en diciembre de 1969 como Barton sino en junio de 1970, no trató de los dos confórmeros del ciclohexano, silla y bote retorcido, ni de las otras estructuras de menor estabilidad; en ella habló de los complejos intermoleculares que se forman mediante una transferencia electrónica entre un donante y un receptor y la tituló “Aspectos estructurales del enlace interatómico con transferencia de carga”. Hassel expuso varios ejemplos: el aducto 1:1 en cadena que forma el 1,4-dioxano (C4H8O2) con el bromo, con enlaces O-Br-Br-O y el dioxano en su conformación de silla; el ditiano (C4H8S2) con el iodoformo formando una cadena 1:1; la hexametiléntetramina con el iodoformo (1:1) y con el bromoformo (1:2); y otros.

Robert S. MULLIKEN (Newburyport, MA, 1896 – Arlington, VA, 1986) recibió el premio Nobel de Química en 1966 “por su fundamental trabajo relativo a los enlaces químicos y la estructura electrónica de las moléculas por el método de los orbitales moleculares”. Robert era hijo de un profesor de Química Orgánica y se doctoró en la Universidad de Chicago en 1921, trabajando en electronegatividades y momentos dipolares.

En la conferencia del Nobel, titulada “Espectroscopia, orbitales moleculares y enlace químico”, introdujo la palabra espectroscopia, que no aparecía en la razón del premio, porque consideraba que era una guía esencial para llegar a la teoría. Pero, ¿qué son los orbitales moleculares (OM)? Mulliken da varias definiciones; pero, en esencia, el método OM pretende la descripción teórica del enlace químico. Como expone P.W.Atkins en ‘quanta, a handbook of concepts’, el electrón está distribuido con densidad variable alrededor del núcleo y su función de onda contiene información sobre su distribución en la molécula. De acuerdo con Born, el cuadrado de la función de onda en cualquier punto es proporcional a la probabilidad de encontrar el electrón en esa posición. Esta función de onda es el OM y su distribución interpreta la naturaleza del enlace. Mulliken dijo que la ecuación de Schrödinger sólo proporciona soluciones exactas para el orbital atómico (OA) del hidrógeno y para el OM de la molécula ion de hidrógeno, H2+, en ambos casos con un solo electrón. Para resolver la ecuación cuando se tratan moléculas con dos o más electrones se emplea la aproximación de Born – Oppenheimer (escogiendo geometrías) y la combinación lineal de orbitales atómicos (CLOA). En el H2, el OM se expresa como la suma de las funciones de onda de cada uno de los electrones de la molécula, resultando una acumulación de carga en la región internuclear. El método CLOA conduce a orbitales enlazantes y antienlazantes; por ejemplo, en la molécula de oxígeno, O2, los 16 electrones se colocan según las reglas del ‘aufbau’ (orden de ocupación de los niveles energéticos) en parejas enlazante – antienlazante que denotan la existencia de dos electrones con espines desapareados que justifican el paramagnetismo de la molécula. Mulliken exhibió detallados mapas de contorno del O2.

Mulliken hizo un repaso en su lección de los métodos de aproximación empleados para obtener las funciones de onda, como el cálculo del campo autoconsistente (SCF en sus siglas inglesas) que tiene en cuenta las distorsiones producidas por la repulsión entre los electrones. También habló de sustituir el método CLOA por el CLOAM (combinación lineal de orbitales atómicos y moleculares). Y enfatizó sobre el espectacular desarrollo de la capacidad de computación: En 1955 a C.W.Scherr le costó dos años un cálculo con todos los electrones de la molécula N2, y en 1966 se puede hacer en dos minutos (pero tras escribir el programa, que tiene su trabajo). La facilidad de programación de los métodos SCF ha hecho que la teoría OM reciba más atención que la teoría del enlace de valencia(EV) cuyos cálculos son difíciles por gran número de estructuras canónicas e iónicas que hay que tener en cuenta.

Gerhard HERZBERG (Hamburgo, 1904 – Ottawa, 1999) obtuvo el premio Nobel de Química en 1971 “por sus contribuciones al conocimiento de la estructura electrónica y la geometría de las moléculas, principalmente de los radicales libres”. Se doctoró en ingeniería en 1928 y ejerció trabajos posdoctorales con James Franck y Max Born. En 1935 huyó a Canadá con una beca de la Carnegie Fund y fue profesor de Física en la Universidad de Saskatchewan hasta 1945, año en el que pasó a ser profesor de Espectroscopia en Chicago hasta 1948, cuando volvió a Canadá para ejercer en el National Research Council. En su conferencia del Nobel, titulada “Estudios espectroscópicos de la estructura molecular”, dio cuenta de sus trabajos con moléculas diatómicas, poliatómicas y con radicales libres. Herzberg comenzó explicando que los espectros de bandas son espectros moleculares (como los de líneas son espectros atómicos) que muestran todas las transiciones entre los niveles de rotación y vibración entre dos estados electrónicos (que corresponden a una línea simple o a un multiplete en un espectro atómico). De los espaciados entre bandas, señaló, se pueden obtener las frecuencias de vibración, y de las separaciones entre líneas de un banda, los intervalos de rotación. Estos parámetros están relacionados con las constantes de inercia y con las distancias internucleares, es decir, con las estructuras geométricas. Algunos datos de los muchos que obtuvo con moléculas y radicales diatómicos son los siguientes: potencial de ionización de H2; energía de disociación de H2, HD y D2; la identificación del radical CH en el medio estelar; los estados electrónicos de algunos sistemas de 13 electrones (CN, CO+…). De las moléculas poliatómicas C2H2 y HCN da las estructuras geométricas, con ángulos de enlace, en su estado fundamental y en el primer estado excitado. También expuso los ángulos de enlace de radicales y moléculas de tres átomos: H2O, H2S, CH2, NH2, BH2…Y muchos ejemplos más empleando flash fotólisis, flash descarga y pulso radiólisis. Et vale.