Nobel de Química para Kagan y Soai por resolver el misterio de la asimetría química

El Nobel de Química de este miércoles fue concedido al francés Henri B. Kagan y al japonés Kenso Soai por sus aportes para resolver uno de los grandes misterios de la química: cómo puede surgir de manera espontánea la asimetría molecular que caracteriza a los sistemas vivos.

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La Real Academia Sueca de las Ciencias reconoció el descubrimiento de los efectos no lineales y la autocatálisis en la síntesis orgánica asimétrica, investigaciones que permiten impulsar reacciones capaces de conducir a la homoquiralidad.

La distinción ha sido recibida con entusiasmo por investigadores españoles que llevan décadas trabajando en este campo, entre ellos la química Carmen Claver, catedrática de la Universidad Rovira i Virgili de Tarragona, quien considera a Kagan un pionero y una referencia fundamental para el desarrollo posterior de la catálisis asimétrica.

“Para mí y para los colegas que han trabajado conmigo es un reconocimiento”, explicó Claver a EFE.

Un misterio químico de más de un siglo

La homoquiralidad es la propiedad por la cual los sistemas vivos utilizan una sola forma geométrica de las moléculas quirales, aquellas que existen en dos variantes que son imágenes especulares entre sí, como ocurre con los aminoácidos.

Aunque esas dos formas pueden parecer iguales, el organismo puede distinguirlas. En el caso de un medicamento, por ejemplo, una de ellas puede producir el efecto beneficioso buscado, mientras que la otra puede ser menos eficaz o generar efectos no deseados.

“Solo una es la que, por ejemplo, en farmacia, tiene que interaccionar con nuestro organismo”, explica Claver.

La historia de esta investigación se remonta al siglo XIX, cuando el francés Louis Pasteur, considerado el padre de la microbiología moderna, descubrió mediante experimentos con ácido tartárico que algunas sustancias presentan dos variantes especulares, conocidas posteriormente como enantiómeros.

En otro experimento, Pasteur observó que las bacterias fermentaban el enantiómero presente en las uvas, pero no su imagen especular. A partir de ello surgió la idea de que la química de la vida es quiral.

A comienzos del siglo XX, el alemán Willy Marckwald realizó la primera reacción asimétrica exitosa utilizando un catalizador. Décadas después, en 1953, el físico británico Charles Frank elaboró un modelo matemático para intentar explicar cómo pudo surgir la asimetría de la química de la vida.

Kagan y Soai completaron la explicación

El modelo planteaba tres condiciones para que una reacción pudiera generar homoquiralidad: la existencia de un catalizador quiral y una reacción asimétrica; que se favoreciera la formación de una de las imágenes especulares mientras se inhibía la otra; y que la propia reacción generara el catalizador, un proceso conocido como autocatálisis.

Varios investigadores desarrollaron reacciones significativamente asimétricas, trabajos que fueron reconocidos con los Nobel de Química de 2001 y 2021 y que respondieron a la primera de esas condiciones. Los trabajos de Kagan y Soai permitieron completar las otras dos, según explicó la Academia.

A comienzos de la década de 1980, Kagan trabajaba en la Universidad París Sur en el refinamiento de reacciones asimétricas para producir enantiómeros de gran pureza.

En ese momento se creía que la quiralidad del catalizador se transfería al producto y que existía una relación lineal entre ambos. Sin embargo, en 1986 Kagan descubrió una nueva manera de manipular las reacciones químicas y consiguió producir un exceso mayor de una de las imágenes especulares de lo que hasta entonces se consideraba posible.

El investigador describió tres reacciones asimétricas que mostraban los denominados efectos no lineales. Su trabajo despertó el interés de numerosos científicos.

Fue Kenso Soai, investigador de la Universidad de Tokio, quien llevó esas ideas hasta otro nivel. En 1995 describió la primera reacción con potencial para convertirse en homoquiral y, ocho años después, presentó una reacción en la que únicamente se formaba una de las dos imágenes especulares posibles.

La Academia calificó este resultado como una hazaña que, hasta entonces, solo había logrado la propia vida. La denominada “reacción Soai” es considerada uno de los experimentos químicos más elegantes y despertó un nuevo interés por los orígenes de la vida y por la posibilidad de producir aminoácidos y azúcares homoquirales.

“Henri Kagan y Kenso Soai han proporcionado una solución a un misterio de más de un siglo: cómo la homoquiralidad puede surgir de forma espontánea”, señaló el presidente del Comité Nobel de Química, Heiner Linke.

Una química fundamental para medicamentos y agroquímicos

Los descubrimientos de ambos investigadores tienen aplicaciones que van mucho más allá de la investigación sobre los orígenes de la vida.

La catálisis asimétrica permite orientar las reacciones químicas para obtener preferentemente la forma molecular que interesa, una capacidad de especial importancia para la industria farmacéutica, pero también para la producción de agroquímicos, aromas, fragancias y nuevos materiales.

Para Claver, el reconocimiento a Kagan llega después de una larga trayectoria científica. “Cuando en 2001 se dio el premio Nobel de catálisis asimétrica homogénea, ya echamos en falta a Kagan”, recuerda la investigadora, quien considera que el reconocimiento se produjo con retraso, aunque celebra que finalmente haya llegado.

Kagan, nacido en Boulogne-Billancourt en 1930, es profesor emérito de la Universidad de París Sur. Soai, nacido en Hiroshima en 1950, también es profesor emérito, en su caso de la Universidad de Tokio.

Ambos compartirán los 12 millones de coronas suecas, equivalentes a unos 1,2 millones de dólares o 1,1 millones de euros.

España, una comunidad científica activa

El Nobel también ha puesto el foco en un área en la que España mantiene una importante trayectoria científica.

Claver comenzó su carrera en la Universidad de Zaragoza junto al profesor Luis Oro y posteriormente continuó sus investigaciones en Tarragona. Según la científica, existen grupos destacados en Zaragoza y Tarragona, así como en la Universidad Autónoma de Barcelona, la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad de Barcelona.

También mencionó centros de investigación como el Instituto Catalán de Investigaciones Químicas y otros grupos de Sevilla.

“He mencionado los más pioneros, pero seguramente me he dejado algunos”, precisó.

Los científicos españoles trabajan en diferentes vertientes de la catálisis asimétrica. Algunos desarrollan nuevas formas de sintetizar moléculas, mientras otros diseñan los catalizadores capaces de dirigir las reacciones. También hay grupos que utilizan cálculos computacionales para comprender lo que sucede a escala molecular.

“Yo diría que en catálisis homogénea asimétrica y en síntesis asimétrica, España tiene una contribución científica muy interesante”, afirmó Claver.

Esta presencia se refleja en publicaciones, conferencias internacionales, congresos y colaboraciones con empresas interesadas en desarrollar moléculas específicas para sus productos.

El reto de una química más sostenible

En el grupo de Claver, una de las principales líneas de investigación ha sido el diseño de catalizadores más eficaces y, especialmente en los últimos años, más sostenibles.

El objetivo es conseguir catalizadores menos costosos y más sencillos de fabricar, pero también más estables y selectivos. Una reacción más precisa reduce la cantidad de productos sobrantes que deben eliminarse posteriormente y, con ello, el consumo de recursos y el impacto ambiental.

“Si con un proceso químico obtienes una mezcla y solo te sirve uno, tienes que eliminar el otro”, explicó Claver.

La investigadora recibió la noticia del Nobel mientras se encuentra en Francia impartiendo clases en el marco del máster Erasmus Mundus SuCat, una formación especializada en catálisis sostenible que reúne a universidades europeas.

“Estamos entusiasmados, es una alegría”, resumió Claver, para quien el premio supone también un reconocimiento a una comunidad científica que trabaja para hacer la química más precisa y sostenible.