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QuímicaBiografía

Knowles, William S. (1917-2012)

Químico estadounidense, nacido en Taunton el 1 de junio de 1917 y fallecido el 13 de junio de 2012. Fue galardonado con el Premio Nobel de Química 2001, por sus trabajos sobre el desarrollo de procedimientos para la síntesis de moléculas quirales mediante el uso de catalizadores, los llamados catalizadores quirales, y especialmente por sus estudios en el campo de los catalizadores de hidrogenación asimétrica.

Knowles se doctoró en Química por la Universidad de Columbia de Nueva York en 1942, y toda su carrera profesional ha transcurrido en la empresa de productos químicos Monsanto, de Saint Louis (Missouri), donde comenzó a trabajar incluso antes de doctorarse y en la que se jubiló en 1986. Todas sus investigaciones las ha realizado, por tanto, en esta empresa; Knowles agradece a la Compañía Monsanto el haberle permitido dedicarse a la investigación básica desde la década de 1960, y cuyos resultados se han traducido en la obtención del Premio Nobel de Química en octubre del 2001, que lo comparte con otros dos químicos, el estadounidense Barry Sharpless y el japonés Ryoji Noyori.

Las investigaciones de Knowles comenzaron con la búsqueda de nuevos métodos y técnicas que permitieran una nueva forma de agrupar moléculas y, junto a Noyori y a Sharpless, fue pionero en el uso de complejos metálicos moleculares como catalizadores en síntesis asimétrica. Knowles dio los primeros pasos en el campo concreto de la hidrogenación asimétrica, a mediados de la década de 1960, y sus investigaciones, junto con las de Noyori, tuvieron grandes e importantes aplicaciones en los campos de la medicina y de la industria. Esas investigaciones consistieron en hacer posible la síntesis quiral, aquélla que permite sintetizar dos moléculas con la misma composición química pero con distinta ordenación espacial, es decir, que no son superponibles pero sí imágenes especulares (como el caso de nuestras manos); se dice entonces que esas dos moléculas son isómeros ópticos o enantiómeros, y se habla de orientación a derechas (el enantiómero D, del latín dexter) o a izquierdas (el enantiómero L, del latín laevus), o también se habla de la forma levo y la forma dextro.

Éste fenómeno de síntesis de moléculas quirales con una orientación específica y no la otra, que tan común es en la naturaleza gracias a las enzimas, pues la mayoría de los procesos vitales solo requieren la participación de proteínas L, ácidos nucleicos D, y azúcares D (a veces resultando la otra forma incluso perjudicial para la salud), y que por tanto, la naturaleza ha ido perfeccionado durante millones de años para la intervención de dichas moléculas en los procesos biológicos, resulta en la síntesis química un proceso de enorme dificultad; por ello, el desarrollo de procedimientos para la preparación selectiva de moléculas quirales ha sido un trabajo merecedor del Premio Nobel.

Knowles realizó la síntesis asimétrica, es decir, la síntesis preferente de uno de los dos isómeros ópticos o enantiómeros de una misma molécula, utilizando como catalizadores (aceleradores de la velocidad de las reacciones químicas) complejos metálicos o metales de transición, y aplicándolos a procesos de hidrogenación (adición de hidrógeno a compuestos orgánicos no saturados).

Previamente a los trabajos de Knowles ya se conocía la existencia de esos complejos metálicos como catalizadores de hidrogenación, gracias a los trabajos de Osborn y Wilkinson, pero sus productos no eran quirales. Knowles, utilizando las fosfinas quirales desarrolladas previamente por Horner y Mislow, y basándose en los trabajos anteriores de Osborn y Wilkinson, introdujo como ligando una fosfina quiral en el catalizador de Wilkinson y obtuvo un exceso del 15% de uno de los dos isómeros ópticos. De esta manera y de forma inmediata, su investigación dio paso a la síntesis de un gran número de diferentes fosfinas quirales, y detectó que algunas de ellas (preferentemente la difosfina ligando DiPAMP), unidas al rodio, producían una hidrogenación selectiva de la molécula de fenilalanina, proporcionando L-DOPA con un altísimo rendimiento, practicamente del 100%. Su investigación dio paso al proceso industrial del aminoácido L-DOPA como fármaco, que se utiliza actualmente en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, y a partir del cual el organismo humano puede sintetizar el neurotransmisor dopamina. El descubrimiento de la utilidad de la L-Dopa en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson fue descubierto por Arvid Carlsson, lo que le valió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina del 2000, un año antes.

La importancia de sintetizar uno y sólo uno de los enantiómeros o isómeros ópticos queda reflejada en los desgraciados hechos que tuvieron lugar en la década de 1960, cuando los médicos recetaban a las mujeres embarazas un medicamento conocido como Talidomida, para paliar el malestar y las náuseas, el cual se suministraba como una mezcla de las formas L y D del ácido N-ftaliglutámico; y resulta que uno de los dos isómeros era dañino para el desarrollo del feto, causando malformaciones fetales.

Así, las investigaciones de Knowles, junto a las de Nory, proporcionaron los conocimientos necesarios para solucionar problemas que necesitaban una solución urgente, principalmente en el campo de la medicina.

Autor

  • María Isabel Bermejo Bermejo