Introducción a la ciencia II. Ciencias Biológicas (5 page)

Así, Berthelot creó las bases para un nuevo tipo de química orgánica: la síntesis de las moléculas que la Naturaleza no podía aportar. Esto significaba la posible formación de una clase de «sustancias sintéticas» que podían ser un sustituto —quizás un sustituto inferior— de algún compuesto natural que era difícil o imposible de obtener en la cantidad necesaria. Pero también significaba la posibilidad de «sustancias sintéticas» que mejoraran las existentes en la Naturaleza.

Esta idea de aventajar a la Naturaleza de una forma u otra, más que simplemente de suplementarla, ha crecido hasta proporciones colosales desde que Berthelot mostró el camino a seguir. Los primeros frutos en este nuevo campo se obtuvieron en el terreno de los colorantes.

Los comienzos de la química orgánica tuvieron lugar en Alemania. Wöhler y Liebig eran ambos alemanes, y otros hombres de gran capacidad los siguieron. Antes de mediados del siglo XIX, no existían químicos orgánicos en Inglaterra ni siquiera remotamente comparables a los de Alemania. En realidad, las escuelas inglesas tenían una opinión tan baja de la Química que hablaban sobre el tema sólo durante las horas de comida, no imaginando (o quizá deseando) que muchos estudiantes estuvieran interesados. Por lo tanto, es fruto del azar que la primera proeza en síntesis, con repercusiones universales, fuera realmente llevada a cabo en Inglaterra.

Se produjo de la siguiente forma. En 1845, cuando el
Royal College of Science
, en Londres, decidió finalmente dar un buen curso de Química, importó a un joven alemán para que enseñara, este era August Wilhelm von Hofmann, de sólo 27 años en aquel entonces, y fue elegido por sugerencia del esposo de la reina Victoria, el príncipe consorte Alberto (que era de origen alemán).

Hofmann estaba interesado en una serie de cuestiones, entre ellas el alquitrán, que había estudiado con motivo de su primer proyecto de investigación bajo la dirección de Liebig. El alquitrán es un material gomoso negro, obtenido a partir del carbón cuando éste se calienta intensamente en ausencia del aire. El alquitrán no es un material muy atractivo; pero constituye una valiosa fuente de sustancias químicas orgánicas. Por ejemplo, hacia 1840, sirvió como fuente de partida de grandes cantidades de benceno razonablemente puro y de un compuesto que contenía nitrógeno denominado «anilina», relacionado con el benceno, que Hofmann había sido el primero en obtener a partir del alquitrán.

Aproximadamente 10 años después de haber llegado a Inglaterra, Hofmann se tropezó con un muchacho de 17 años que estudiaba Química en el College. Su nombre era William Henry Perkin. Hofmann tenía buen ojo para el talento y conocía el entusiasmo cuando lo veía. Tomó al joven como ayudante y lo puso a trabajar en los compuestos del alquitrán. El entusiasmo de Perkin era inagotable. Construyó un laboratorio en su propio hogar y trabajó en él tanto como en el de la Escuela.

Hofmann, que también estaba interesado en las aplicaciones médicas de la química, pensó en voz alta, un día en 1856, sobre la posibilidad de sintetizar la quinina, una sustancia natural utilizada en el tratamiento de la malaria. Por aquel tiempo, aún no habían llegado los días en que se escribieran fórmulas estructurales. Lo único que se sabía acerca de la quinina era su composición, y nadie en aquel entonces tenía la más remota idea de cuán compleja podía ser su estructura. (Hasta 1908 no se dedujo correctamente la estructura de la quinina.)

Totalmente ignorante de su complejidad, Perkin, a la edad de 18 años, se enfrentó con el problema de sintetizar la quinina. Comenzó con la aliltoluidina, uno de sus compuestos del alquitrán. Esta molécula parecía tener, aproximadamente, la mitad del número de los diversos tipos de átomos que poseía la quinina en su molécula. Unió dos de estas moléculas y añadió algunos de los átomos de oxígeno que faltaban (por adición de algo de dicromato potásico, que se sabía que adicionaba átomos de oxígeno a las sustancias químicas con las que entraba en contacto), dado que Perkin creía que de esta forma podría obtener una molécula de quinina.

Naturalmente, esto no condujo a Perkin a ningún lado. Terminó obteniendo una masa pegajosa, sucia y de color pardorrojizo. Luego intentó obtener la sustancia buscada con la anilina en vez de la aliltoluidina, y así consiguió una masa pegajosa de color negruzco. En esta ocasión, sin embargo, le pareció que contenía un cierto tinte purpúreo. Añadió alcohol al revoltijo y el líquido incoloro se convirtió en otro de un maravilloso color purpúreo. Enseguida, Perkin pensó en la posibilidad de que había descubierto algo que podía servir como colorante. Éstas siempre han sido sustancias muy admiradas y costosas. Sólo existían unos pocos colorantes buenos, colorantes que teñían los productos fabricados de forma permanente y brillante, sin desaparecer con el lavado. Éstos eran el índigo azul negruzco, de la planta índigo, y el íntimamente relacionado «gualda» por el que las Islas Británicas fueron famosas ya en los antiguos tiempos romanos; existía la «púrpura de Tiro», procedente de un caracol (así denominada, debido a que la antigua Tiro se enriqueció fabricándola; en el Imperio romano que vino posteriormente, los niños de casa real nacían en una habitación con colgaduras coloreadas con la púrpura de Tiro, y de ahí la frase «nacido entre púrpura»); y existía la alizarina rojiza, de la planta rubia («alizarina» procede de las palabras árabes que significan «el jugo»). A estas herencias de los tiempos antiguos y medievales, los ulteriores tintoreros añadieron unos pocos colorantes tropicales y pigmentos orgánicos (utilizados hoy en día sobre todo en pinturas).

Esto explica la excitación de Perkin acerca de la posibilidad de que su sustancia púrpura pudiera ser un colorante. Por la sugerencia de un amigo, envió una muestra a una empresa en Escocia que estaba interesada en colorantes, y rápidamente recibió la respuesta de que el compuesto púrpura tenía buenas propiedades. ¿Podía proporcionarla a un precio módico? Seguidamente. Perkin procedió a patentar el colorante (existieron considerables controversias acerca de si un muchacho de 18 años podía obtener una patente, pero finalmente la obtuvo), dejar la escuela y entrar en los negocios.

Su proyecto no era fácil. Perkin tenía que empezar desde el principio, preparando sus propios materiales básicos a partir del alquitrán, con un equipo diseñado por él mismo. No obstante, en el curso de 6 meses estaba ya fabricando lo que él denominó «púrpura de anilina» un compuesto no hallado en la Naturaleza y superior a cualquier colorante natural en su gama de colores. Los tintoreros franceses, que adoptaron el nuevo colorante más rápidamente que los más conservadores ingleses, llamaron al color
mauve
, de la malva (del latín «malva»), y el colorante fue denominado la «mauveína». Rápidamente se inició la carrera (siendo denominado algunas veces este período como la «Década Mauve»), y Perkin se hizo rico. A la edad de 23 años, era la autoridad mundial en colorantes.

Se había roto el dique. Una serie de químicos orgánicos, inspirados en el sorprendente éxito de Perkin, se dedicaron a sintetizar colorantes y muchos obtuvieron resultados positivos. El propio Hofmann dirigió su atención hacia el nuevo campo, y, en 1858, sintetizó un colorante rojo púrpura que fue denominado posteriormente «magenta» por los tintoreros franceses (entonces como ahora, los árbitros de las modas del mundo). El colorante recibió este nombre por la ciudad italiana donde los franceses vencieron a los austríacos en una batalla en 1859.

Hofmann volvió a Alemania en 1865, llevando con él su interés hacia los colorantes violetas, todavía conocidos como «violetas de Hofmann». Hacia mediados del siglo XX se hallaban en uso comercial no menos de 3.500 colorantes sintéticos.

Así pues, los químicos sintetizaban ya los colorantes naturales en el laboratorio. Karl Graebe, de Alemania, y Perkin sintetizaron la alizarina en 1869 (Graebe obtuvo la patente un día antes que Perkin) y, en 1880, el químico alemán Adolf von Baeyer elaboró un método de síntesis del índigo. (Por su trabajo sobre colorantes, Baeyer recibió el premio Nobel de Química en 1905.)

Perkin se retiró de los negocios en 1874, a la edad de 35 años, y regresó a su primitivo amor, la investigación. Hacia 1875, había conseguido sintetizar la cumarina (una sustancia existente en la Naturaleza que tenía un agradable olor de heno recién segado); constituyó el comienzo de la industria de los perfumes sintéticos.

Perkin solo no podía mantener la supremacía británica frente al gran desarrollo de la química orgánica alemana y, a finales de siglo, las «sustancias sintéticas» se convirtieron casi en un monopolio alemán. Fue un químico alemán, Otto Wallach, quien efectuó estudios sobre los perfumes sintéticos, que había iniciado Perkin. En 1910. Wallach fue galardonado con el premio Nobel de Química por sus investigaciones. El Químico croata Leopold Ruzicka, profesor en Suiza, sintetizó por vez primera el almizcle, un importante componente de los perfumes. Compartió el premio Nobel de Química en 1939 (con Butenandt). Sin embargo, durante la Primera Guerra Mundial, Gran Bretaña y los Estados Unidos, desprovistos de los productos de los laboratorios químicos alemanes, se vieron forzados a desarrollar industrias químicas propias.

Los logros en la Química orgánica sintética se habrían sucedido en el mejor de los casos a tropezones, si los químicos hubieran tenido que depender de accidentes afortunados tales como aquel que había sido convenientemente aprovechado por Perkin. Por suerte, las fórmulas estructurales de Kekulé, presentadas tres años después del descubrimiento de Perkin, hicieron posible preparar modelos, por así decirlo, de la molécula orgánica. Los químicos ya no precisaban preparar la quinina basándose en simples conjeturas y la esperanza; tenían métodos para intentar escalar las alturas estructurales de la molécula, fase a fase, con previo conocimiento de hacia a dónde se dirigían y de lo que podían esperar.

Los químicos aprendieron a transformar un grupo de átomos en otro, mediante un proceso de alteración. A abrir anillos de átomos y formar anillos a partir de cadenas abiertas; a separar entre sí grupos de átomos; y a añadir átomos de carbono, uno a uno, a una cadena. El método específico de realizar una tarea arquitectónica particular dentro de la molécula orgánica todavía se califica con frecuencia con el nombre del químico que por primera vez ha descrito los detalles. Por ejemplo, Perkin descubrió un método de adición de un grupo de dos átomos de carbono, por calentamiento de ciertas sustancias con los reactivos químicos llamados anhídrido acético y acetato sódico. A ésta se la denomina «reacción de Perkin». El maestro de Perkin, Hofmann, descubrió que un anillo de átomos que incluía un nitrógeno podía ser tratado con una sustancia denominada yoduro de metilo en presencia de un compuesto de plata, de tal forma que el anillo se rompía y se eliminaba con ello el átomo de nitrógeno. Ésta es la «degradación de Hofmann». En 1877, el químico francés Charles Friedel, trabajando con el químico norteamericano James Mason Crafts, descubrió una forma de unir una cadena corta de átomos de carbono a un anillo de benceno, utilizando calor y el cloruro de aluminio. A ésta se le denomina ahora la «reacción de Friedel-Crafts».

En 1900, el químico francés Victor Grignard descubrió que el metal magnesio, apropiadamente utilizado, podía realizar una considerable variedad de diferentes adiciones de cadenas de carbono; presentó el descubrimiento en su tesis doctoral. Por el desarrollo de estas «reacciones de Grignard» compartió el premio Nobel de Química en 1912. El químico francés Paul Sabatier, que lo compartió con él, había descubierto (junto con J. B. Senderens) un método en el que se utilizaba níquel finamente dividido para determinar la adición de átomos de hidrógeno en aquellos lugares en los que una cadena de átomos de carbono poseía un doble enlace. Ésta es la «reducción de Sabatier-Senderens».

En 1928, los químicos alemanes Otto Diels y Kurt Alder descubrieron un método de adición de los dos extremos de una cadena de carbono a los extremos opuestos de un doble enlace en otra cadena de carbono, formando así un anillo de átomo. Por el descubrimiento de esta «reacción Diels-Alder», compartieron en 1950 el premio Nobel de Química.

En otras palabras, anotando las variaciones en las fórmulas estructurales de sustancias sometidas a una serie de condiciones y reactivos químicos, los químicos orgánicos elaboraron una serie de reglas fundamentales, cuyo número crece lentamente, sobre cómo modificar un compuesto en otro a voluntad. Esto no era sencillo. Cada compuesto y cada cambio tenía sus propias peculiaridades y dificultades. Pero las vías principales habían sido abiertas, y el químico orgánico experimentado halló claros signos hacia el progreso en lo que anteriormente parecía una jungla.

Para aclarar la estructura de compuestos desconocidos también pudo ser utilizado el conocimiento de la forma en que se comportan los grupos particulares de átomos. Por ejemplo, cuando los alcoholes sencillos reaccionan con el sodio metálico y liberan hidrógeno, sólo se libera el hidrógeno unido a un átomo de oxígeno, no los hidrógenos unidos a los átomos de carbono. Por otra parte, algunos compuestos orgánicos tomarán átomos de hidrógeno en condiciones apropiadas, mientras que otros no lo harán. Se pone de manifiesto que los compuestos que añaden hidrógeno generalmente poseen enlaces dobles o triples y añaden el hidrógeno a estos enlaces. A partir de tal información, se originó un tipo totalmente nuevo de análisis químico de los compuestos orgánicos; se determinó la naturaleza de los grupos de átomos, más que el número y los tipos de diversos átomos presentes. La liberación de hidrógeno por adición de sodio significa la presencia de un átomo de hidrógeno unido al oxígeno en el compuesto; la adición de hidrógeno significa la presencia de enlaces dobles o triples. Si la molécula era demasiado complicada para su análisis global, podía ser escindida en porciones más simples mediante métodos bien definidos; las estructuras de las porciones más simples podían ser aclaradas y a partir de ellas deducirse la molécula original.

Utilizando la fórmula estructural como una herramienta y guía, los químicos pudieron deducir la estructura de algunos compuestos orgánicos de utilidad, existentes en la Naturaleza (análisis) y luego intentar duplicarlo o crear un compuesto algo similar en el laboratorio (síntesis). De todo ello resultó que lo raro, caro o difícil de obtener en la Naturaleza podía obtenerse a bajo precio y en cantidad en el laboratorio. O, como en el caso de los colorantes de alquitrán, el laboratorio podía crear algo qué satisficiera la necesidad mejor que lo hacían otras sustancias similares halladas en la Naturaleza.