Cómo las ‘moléculas cyborg’ le dieron forma al mundo moderno [ENTREVISTA]

La Síntesis Orgánica —o la construcción planificada de moléculas orgánicas mediante reacciones químicas— está presente en la elaboración de muchos y distintos productos actualmente. Se puede ver en la industria farmacéutica, la cosmética, la electrónica, la galvanopastia, los revestimientos o los plásticos. De ella provienen los compuestos organometálicos, compuestos químicos rentables y reactivos idealmente adecuados para investigación y desarrollo, y suponen el presente y el futuro de la química aplicada a la industria y a la mejora de nuestras vidas. El profesor Juan Cámpora, científico del Instituto de Investigaciones Químicas de la Universidad de Sevilla, España, denomina a estos compuestos “moléculas cyborg”, y explicó — en diálogo con N + 1 —  la vital importancia de este campo de la química para el mundo moderno tal y como lo conocemos.

N+1: ¿Por qué el sobrenombre ‘cyborg’ a los compuestos organometálicos por qué son tan importantes?
J: Los compuestos organometálicos contienen átomos de metales —por ejemplo, hierro, níquel, oro— incorporados en una estructura típicamente orgánica, que está formada principalmente por carbono e hidrógeno, y por tanto es de tipo biológico o directamente relacionada con lo biológico. Por su parte, ese átomo de metal proporciona propiedades muy especiales a la molécula organometálica. Es algo parecido a lo que le ocurre a Alex Murphy en Robocop, como saben bien los malhechores de la ‘peli’, que prueban el sabor de sus puños de acero. Me explico: los enlaces metal-carbono o metal-hidrógeno poseen una reactividad única, que permite llevar a cabo transformaciones químicas muy especiales, nada fáciles de llevar a cabo en moléculas orgánicas convencionales. Un ejemplo de estas reacciones es la formación de nuevos enlaces carbono-carbono de modo selectivo, es decir, de una manera que los químicos podemos controlar. Más aún: con frecuencia, estas reacciones químicas son catalíticas, es decir, que cada molécula de compuesto organometálico se las arregla para transformar un gran número de moléculas orgánicas (una situación análoga a cuando Murphy pone fuera de combate a un gran número de "malos" él solito). De este modo, los compuestos organometálicos son actualmente la principal herramienta para la Síntesis Orgánica, es decir, para producir moléculas orgánicas artificiales cada vez más complejas a voluntad. De ahí el nombre de ‘moléculas cyborg’ a estos compuestos que revolucionan la química.

^{Sir Edward Frankland, el padre de la química organometálica.}

¿Qué es exactamente y qué compone un compuesto organometálico?
Antes de definir qué es un compuesto organometálico, debemos saber que los compuestos orgánicos son aquellos cuya base son los elementos carbono e hidrógeno, con la participación ocasional más o menos frecuente de algunos elementos ligeros tales como el oxígeno, el nitrógeno, o el azufre. Los compuestos organometálicos son, entonces, compuestos orgánicos en cuya molécula existe al menos un átomo de un elemento metálico, el cual se une directamente a un átomo de carbono o de hidrógeno. Este último matiz permite diferenciarlos de un grupo muy numeroso de sustancias orgánicas que también contienen átomos metálicos, pero de manera que no forman enlaces directos con el carbono o el hidrógeno —estos últimos, a su vez, no poseen las propiedades que hacen interesantes a los compuestos organometálicos.

¿Qué utilidad o función tienen en nuestras vidas diarias los compuestos organometálicos?
A parte de su vertiente académica, los organometálicos son sumamente prácticos. Es curioso que, siendo compuestos artificiales —no existen en los seres vivos— su primera aplicación práctica fuese en la medicina. Uno de los primeros fármacos sintéticos (después de la aspirina), fue un compuesto organometálico de arsénico para el tratamiento de la sífilis conocido en Europa como Salvarsan. El Salvarsan puede ser considerado el primer antibiótico, y le valió a su creador, Robert Ehrlich, el Premio Nobel de Medicina en 1908. Otro organometálico muy conocido es el tetraetilplomo, que se usó como aditivo antidetonante para la gasolina hasta finales del siglo pasado. Pero, sin duda, la aplicación más importante de los organometálicos es la de catalizadores, en el campo de la síntesis y la producción química industrial: son las principales herramientas para crear nuevos enlaces químicos. Por ejemplo, los usa la industria petroquímica para fabricar plásticos a partir de los componentes del petróleo. ¿Podemos imaginar el mundo moderno sin plásticos o, simplemente, sin juntas de goma para hacer uniones herméticas? Pero no solo eso: gracias a los compuestos organometálicos, tenemos un dominio cada vez mayor del arte de sintetizar moléculas orgánicas complejas. Esto es fundamental para fármacos pero también para la producción industrial de numerosos productos que usamos en nuestra vida cotidiana como los jabones, perfumes e higiene personal en general, productos fitosanitarios y agroquímicos para la agricultura, aceites lubricantes, colorantes, y mucho más. Por último, habría que mencionar que los compuestos organometálicos también reciben otros usos: como sensores selectivos para diferentes sustancias, en dispositivos luminosos, etc.

^{Los plásticos, una de las grandes aplicaciones de la química organometálica.}

¿Qué es la química organometálica y en qué se diferencia de la química orgánica?

Ya dijimos que la química orgánica se ocupa de los elementos “clásicos”, como el carbono, hidrógeno, oxígeno, etc. En contraste, se podría decir  la Química Organometálica es la extensión de la Química Orgánica al resto de los elementos de la Tabla Periódica. Mientras que en la Química Orgánica se suelen manejar a lo sumo una docena de elementos químicos “no metálicos”, en la Naturaleza se pueden encontrar más de 90 elementos químicos diferentes, y casi todos ellos son metales. Es, por tanto, un campo extenso. Una diferencia muy importante entre los compuestos orgánicos y los organometálicos es que, mientras los primeros incluyen todos los que se encuentran en los seres vivos, los compuestos organometálicos son casi siempre artificiales y no se suelen encontrar en la Naturaleza salvo excepciones muy contadas.

¿Qué importancia tuvo la síntesis del dietilzinc por parte de Edward Frankland en 1849 para la química organometálica?
Creo que, sin duda, pioneros como Sir Edward Frankland merecerían tener en la actualidad un mayor grado de reconocimiento público. Esto no solo por el valor científico de sus descubrimientos, que en su día contribuyeron de forma decisiva a la elaboración de la Química contemporánea, sino porque era un auténtico héroe dispuesto a arriesgar su vida para obtener estos conocimientos. Frankland informó en 1848 por primera vez sobre el dietilzinc, sintetizado a partir de cinc y yoduro de etilo, siendo el primer compuesto de organocinc descubierto. Fue el propio Frankland el que propuso por primera vez el término "organometálico" para referirse a los nuevos compuestos que había preparado.

Por qué se discute desde el principio de isolobularidad el enlace químico y la reactividad de los compuestos organometálicos?
Bueno, uno de los aspectos en los que más ha contribuido la Química Organometálica al avance de la Ciencia en general es en la elaboración de las ideas sobre cómo los átomos se unen unos con otros para formar enlaces químicos. Los químicos somos gente práctica, que queremos tener ideas aplicables en el mundo real, conceptos intuitivos que nos permitan describir el mundo de los átomos y moléculas de un modo que las personas pueden comprender. Esto lo solemos hacer a través de analogías, que nos permiten hacer paralelos entre lo que sabemos y lo que desconocemos, y de este modo establecer puentes que nos permitan ir más lejos. En el caso de los metales, no es nada fácil predecir cómo estos lóbulos van a formar nuevos enlaces, o van a evolucionar en las reacciones químicas. Hoffmann desarrolló la analogía isolobular para facilitar la comprensión de la estructura de los enlaces químicos y cómo éstos evolucionan durante las reacciones. Para ello relacionó la estructura de los enlaces en las moléculas organometálicas con las que se dan en los compuestos orgánicos, más sencillos y familiares. La analogía isolobular ha sido muy útil porque, como otras ideas de la química, resultó ser muy general, y es posible exportarla al análisis de casos que exceden el ámbito organometálico.

^{Juan Cámpora es Profesor de Investigación en el Instituto de Investigaciones Químicas desde 2012.}

Parece que los avances científicos en química no llegan tanto a los medios en general, como ocurre con los de otras disciplinas, ¿A qué cree se debe esta situación y cómo revertirla?
Esto podría ser por una combinación de factores. Por una parte, porque la Química tiene un lenguaje especial, que implica el uso de nombres y fórmulas cuyo significado se le escapa al público que no tienes conocimientos básicos. Pero quizá también influya la imagen negativa que muchas veces se otorga a todo lo que recibe el adjetivo “químico”. La imagen del laboratorio de Química, con probetas burbujeantes y ominosos vapores que se deslizan pesadamente hacia el suelo, se invoca con frecuencia para crear un ambiente terrorífico. Sin embargo, la excitación de los descubrimientos en Química, o las extraordinarias aportaciones de esta ciencia a la Sociedad y a nuestro confort cotidiano suelen pasar desapercibidos. Todo esto requiere seguramente una reflexión detenida, pero una cosa es cierta: en la coyuntura actual, con los problemas medioambientales que afrontamos y una población de casi 8000 millones de personas en aumento desenfrenado, la Química es una de las más importantes bazas con las que cuenta la Humanidad para asegurar su futuro.

Entrevista hecha por Ángel Suárez
España