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El premio Nobel y las mujeres

Niklas Elmehed. © Nobel Media

El día 3 de octubre se ha anunciado el premio Nobel de Química 2018. El galardón ha recaído en los bioquímicos Frances Arnold, George Smith y Gregory Winter. Una mitad del premio para Arnold “por la evolución dirigida de enzimas”, y compartiendo el otro medio entre Smith y Winter “por colocar péptidos y anticuerpos en la superficie de virus bacteriófagos”.

Como no soy bioquímico, no me quiero meter en charcos de los que no voy a saber salir. En mi página de infografías favoritas de todos los tiempos, Compound Interest, puedes encontrar una explicación sencilla del trabajo por el que estos científicos han sido destacados de entre toda la comunidad mundial por haber “tomado el control de la evolución y haber usado sus mismos principios para desarrollar proteínas que resuelven muchos problemas de la humanidad”, en palabras de la Real Academia de sueca de Ciencias que es la responsable de esta herencia de Alfred Nobel. Resumiendo, y ya me meto un poco en el agua, han usado los principios evolutivos de selección para la mejora en el funcionamiento de enzimas, catalizadores biológicos, y modificando virus para que poder ser reconocidos más fácilmente por anticuerpos.

2018 Nobel Prize in Chemistry

Pero sí quiero señalar que Frances Arnold, profesora en el famoso Caltech de Pasadena, es la quinta mujer que recibe el premio desde sus comienzos en 1901. Antes que ella, las mujeres que lo habían recibido fueron Marie Curie y su hija Irène Joliot-Curie, en 1911 y 1935, respectivamente, por sus trabajos en el descubrimiento y la obtención de nuevos elementos; Dorothy Crowfoot Hodgkin, en 1964, por sus trabajos en difracción de rayos X de proteínas; y Ada E. Yonath, en 2009, también por sus estudios de determinación estructural mediante difracción, de estructuras tan complejas como los ribosomas.

En este mismo año 2018, el premio Nobel de Física también ha recaído, en parte, en una mujer: la canadiense Donna Strickland, por su trabajo el campo de los láser y sus aplicaciones. Si el escaso número de antes ya era llamativo, Strickland es solo la tercera mujer en la historia ganadora del Premio Nobel de Física, tras Marie Curie en 1903 y Maria Goeppert-Mayer en 1963.

Se puede entender la situación en gran parte del s. XX, pero terminando ya el 2018, la diferencia entre hombres y mujeres en Ciencia que consiguen esta distinción es llamativa, cuando la proporción de científicos vs. científicas está casi seguro vencida hacia estas últimas.

Máquinas moleculares

Viaje alucinante es una película de los años 60, cuyo guion fue novelizado por Isaac Asimov (y no al revés, como suele ser habitual en el cine). La película, y la novela, tratan de un grupo de técnicos y médicos, miniaturizados junto con un pequeño submarino, para ser introducidos en el torrente sanguíneo de un tránsfuga de la antigua URSS que tiene una importante información y que está en coma. Sin avanzar mucho, el final tiene una interesante y morbosa paradoja.

A principio de los 2000, otro gran novelista de ciencia ficción, Michael Crichton (autor, entre otras cosas, de Parque Jurásico) escribió otra novela, Presa, en la que una empresa de nanotecnología había diseñado nanobots supuestamente también para un uso médico, aunque su uso final era militar. Estos nanobots son capaces de tomar energía de la luz solar e, incluso, replicarse. Sin avanzar mucho, la cosa no parece que vaya a acabar muy bien.

Y hay más ejemplos de que lo de miniaturizar máquinas puede llegar a ser útil (sin meternos mucho si para bien, o para mal) en nuestro futuro. Pero para llegar a ese futuro, tiene que haber un presente en el que comience esa tecnología. ¡Seguro que los hermanos Wright no pensaban en vuelos transcontinentales cuando hicieron su primer vuelo en su “avión” de papel y madera!

En octubre de 2016, se otorgó el Premio Nobel de Química a los pioneros en el diseño de entidades moleculares de tamaño nanoscópico que son el embrión de esas futuras máquinas nanobot. Los Profesores Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stodart y Bernard L. Feringa recibieron el premio for the design and synthesis of molecular machines”. Es decir, por dar esos primeros pasos en el diseño y síntesis de máquinas moleculares.

El grupo de Sauvage ha diseñado sistemas basados en moléculas circulares, enganchadas entre ellas como eslabones de cadenas, con la posibilidad de que una gire con respecto a la otra. Por su lado, el escocés, afincado en los EEUU, Stodart ha diseñado moléculas alargadas que alojan otra circular que puede moverse de un lado a otro, o girar con respecto al eje que forma la primera. Por último, el grupo de Feringa, ha diseñado el primer motor molecular, moléculas que giran por efecto de la luz o del calor.

El siguiente paso es el diseño de sistemas móviles eficaces, que puedan transportar fármacos o proteínas hacia las células. Para empezar, de nuevo, algunos grupos, como el de Feringa, se han volcado en el diseño y síntesis de nanocars, pequeños coches moleculares, que pueden moverse sobre una superficie, ayudados por impulsos eléctricos o luminosos.

Nanocar

En su disertación del Premio Nobel, Feringa explica con detalle la situación de esta tecnología.

https://youtu.be/4V6Vp2uVQxM

Tanto es el interés que, en abril de 2017, tendrá lugar en Toulouse la NANOCAR RACE,  una carrera de nanocars que se podrá seguir en directo en el canal de Youtube del CNRS francés.

Como ya pronosticaba hace años otro visionario, esta vez uno de los científicos más brillantes de todos los tiempos (y protagonista de pizarras y comentarios de Sheldon Cooper en The Big Bang Theory), el Premio Nobel de Física Richard Feynman: “There’s Plenty of Room at the Bottom”

https://youtu.be/4eRCygdW–c

NEGISHI

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En noviembre de 2015, en la preciosa Universidad de Alcalá, tuve la oportunidad de conocer en persona a Ei-ichi Negishi, Premio Nobel de Química en 2010, y autor de la reacción del mismo nombre que permite la formación de enlaces C-C mediante acoplamiento cruzado catalizado por paladio. Negishi recibió el premio Nobel, junto con Heck (recientemente fallecido) y Suzuki, por haber desarrollado diferentes, aunque similares, procesos catalizados para la formación de esos enlaces C-C, con grandes repercusiones en procesos de síntesis orgánica, incluyendo síntesis totales, a partir de los cuales se fabrican múltiples compuestos, desde fármacos a nuevos materiales.

En esta reacción, un alquilderivado de cinc reacciona con un haluro de alquilo, para formar un nuevo enlace carbono-carbono, en concreto biarilos asimétricos, todo ello catalizado por complejos de paladio (0):

RZnX + R’X –> R-R’ + ZnX2

El proceso sigue el siguiente mecanismo: a partir de un complejo de paladio (0) se produce una adición oxidante del haluro de alquilo (u otro precursor similar), para dar un complejo de paladio (II). El alquilo de cinc produce una transmetalación que genera dos grupos alquilo sobre el paladio. Estos dos grupos alquilo se eliminan acoplándose y produciendo una reducción del metal, lo que regenera el catalizador.

[Fuente: http://www.organic-chemistry.org]

En el siguiente video, podéis encontrar mucha más información sobre este genio de la Química, como un ejemplo de dedicación a la investigación.

https://youtu.be/u3ISoAxAY4U

 

Linus Pauling

El pasado día 28 de febrero se conmemoraba el aniversario del nacimiento de Linus Pauling, uno de los químicos más influyentes de todos los tiempos. A partir de una educación en Ingeniería Química, dirigió su investigación, y su vida, al estudio del enlace entre los átomos. Tras realizar su doctorado en el CalTech, en Química Física, consiguió una beca Guggenheim para viajar a Europa, donde se encontró con algunos de los físicos que estaban estableciendo las bases de la teoría atómica y el enlace químico, como Böhr, Sommerfeld o Schrödinger. A partir de ese contacto con la química cuántica, y utilizando sus conocimientos sobre la determinación de las estructuras cristalinas, mediante difracción de rayos X, comenzó a proponer sus teorías sobre el enlace quimico. El resultado de ese trabajo se recoge en uno de los libros más importantes sobre Química jamás escrito “The Nature of the Chemical Bond and the Structure of Molecules and Crystals“, que aparece como la referencia más citada de la literatura científica.IMG_38960115473298

En el libro se recogen conceptos tan conocidos por los estudiantes actuales como la resonancia o la hibridación, como bases para explicar el enlace covalente. Además, Pauling define el concepto de electronegatividad para explicar la tendencia a atraer los electrones del enlace por parte de uno de los átomos que lo forman. Con eso, se explica el continuo entre el enlace covalente y el enlace iónico, como extremo de esa polarización de los electrones.
A partir de esas teorías sobre el enlace químico y la estructura de las moléculas, se adentró en la biología molecular y la bioquímica. Su descubrimiento de la estructura de las proteínas, la alfa-hélice, junto con el descubrimiento de la doble hélice del ADN por Watson y Crick (y que él estuvo a punto de proponer previamente), suponen el comienzo de la biología molecular y la genética.
Todos estos estudios, y su influencia en el desarrollo de la Química, le valieron, en 1954, el Premio Nobel de Química.
Además, es la única persona que tiene dos Premios Nobel a título individual. El segundo fue el Premio Nobel de la Paz, en 1962, por su activismo político en contra del desarrollo de las armas nucleares y de cualquier guerra en general, activismo que influyó en su carrera profesional y personal.
Como curiosidad, rechazó dirigir la sección de química del Proyecto Manhattan para fabricar la primera bomba atómica, no solo por su pacifismo, sino también por las insinuaciones de Oppenheimer, director del proyecto, a su mujer, Ava Hellen.
Finalmente, Pauling también es conocido por su controvertida defensa de la ingesta en grandes cantidades de vitamina C para evitar múltiples enfermedades, sobre todo las de tipo vascular, e incluso el cáncer.
Más allá de estas anécdotas, siempre nos quedarán sus palabras sobre la Química como profesión, desde alguien que dedicó su vida a esta bella ciencia nuestra:

“Toda persona que elige la Química como profesión, no con ello establece un límite reducido a las actividades de su vida. Todavía se le abren muchos caminos: puede convertirse en un profesor y, al mismo tiempo, trabajar en el descubrimiento de algo nuevo, para aportar un conocimiento más profundo de la Ciencia; puede ser investigador, trabajando con sustancias inorgánicas u orgánicas, con metales o con drogas; puede ayudar a controlar los grandes procesos industriales y desarrollar otros nuevos; puede colaborar con investigadores médicos en el estudio de la enfermedad. Aun cuando elija otra profesión distinta a la Química, puede encontrar aplicación de sus conocimientos químicos, no sólo en su trabajo cotidiano, sino también en la superación de problemas inesperados”.

La expansión de la Química Inorgánica

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En 1866, nace Alfred Werner en la ciudad de Mulhouse, en la Alsacia, un rincón entre Francia, Alemania y Suiza. Este químico vocacional acabó siendo catedrático en Zúrich con solo 29 años. Para ese momento, ya había estudiado lo que denominaba la “valencia secundaria”. Su propuesta era, frente a la “valencia primaria” de todo elemento, que ahora denominamos estado de oxidación, la existencia de otra valencia secundaria, o de coordinación, que indicaba la posibilidad de rodearse de un número de átomos, iones o moléculas neutras, ordenadas espacialmente con unas estereoquímicas determinadas. Es lo que ahora conocemos como enlace y esfera de coordinación de un centro metálico. Sus estudios con complejos amoniacales de cobalto suponen el comienzo de la Química de la Coordinación. En estos estudios observó la gran tendencia al índice de coordinación 6, con geometría octaédrica, o la posibilidad de compuestos quirales más allá de la Química del carbono.
En 1913, recibió el Premio Nobel de Química por lo que suponía como inicio para el desarrollo de la Química Inorgánica moderna, que ha llegado hasta nuestros días, con las múltiples aplicaciones de los complejos de coordinación, desde la catálisis a la medicina.

“The Nobel Prize in Chemistry 1913 was awarded to Alfred Werner “in recognition of his work on the linkage of atoms in molecules by which he has thrown new light on earlier investigations and opened up new fields of research especially in inorganic” (Texto de la concesión del Premio Nobel)

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