El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Premios Nobel - Química 1910 (Otto Wallach)

La última entrega de la serie sobre los Premios Nobelestuvo dedicada a Johannes Diderik van der Waals, ganador del Nobel de Física de 1910 por su trabajo en la ecuación de estado que lleva su nombre. Allí fuimos testigos de una de las tendencias que me parecen fundamentales en el cambio de siglo XIX-XX, y pido disculpas si soy pesado al repetirlo: el desdibujar de líneas entre cosas que se habían considerado muy diferentes anteriormente. Lo mismo nos había sucedido al hablar de algún Nobel de Química anterior al de hoy, con la diferencia entre lo vivo y lo no vivo; hoy volveremos a ver la misma tendencia al hablar del Nobel de Química de 1910, otorgado al alemán Otto Wallach, en palabras de la Real Academia Sueca de las Ciencias,

En reconocimiento a sus servicios a la química orgánica y la industria química por su trabajo pionero en el campo de los compuestos alicíclicos.

Sé que la descripción del Premio no resulta fascinante –y que me perdonen los químicos orgánicos–, y no será éste uno de los artículos más largos de la serie. Sin embargo, intentaré por una parte que cuando termines de leer tengas una idea de qué son los terpenos –el tipo de compuestos alicíclicos en los que trabajó fundamentalmente Wallach– y por qué son importantes biológica e industrialmente, y por otra soltar un par de opiniones personales relacionadas con esto y con el momento que estamos viviendo (como siempre, cuando vaya a dar mi opinión avisaré, para que puedas tratarla como lo que es: la diatriba de un bocazas).

Como siempre repito en esta mitad de la serie, yo no soy químico, de modo que corregidme sin piedad cuando meta la pata, sobre todo con los nombres, porque mis fuentes suelen estar en inglés (mis libros de química lo están, y si tengo que consultar Wikipedia intento evitar la versión en español porque en inglés es muchísimo más completa), con lo que aunque intento traducir bien los nombres de compuestos, a veces meto cada anglicismo que tira para atrás.

Dicho esto, conozcamos a los terpenos y a su “padre”, el barbudo Otto Wallach.

Desde tiempo inmemorial se habían conocido unas sustancias oleosas generalmente llamadas aceites esenciales (el vago nombre te dice ya lo poco que se sabía sobre su naturaleza). Desde luego, la definición no era rigurosa, pero solían tener unas características similares: eran comúnmente volátiles y como consecuencia de fuerte olor –a veces agradable, a veces terrible– y provenían de distintas especies vegetales. Algunos eran empleados con fines medicinales, otros simplemente por el olor, y otros por sus propiedades químicas.

De todos estos aceites, el más conocido de todos era el aguarrás o aceite de trementina. El nombre de trementina proviene del griego terebinthine, un árbol que en castellano llamamos cornicabra pero cuyo nombre científico es Pistacia terebinthus (y que está, por cierto, relacionado con el árbol del que vienen los pistachos). Los antiguos griegos destilaban la resina de ese árbol para obtener un aceite volátil muy útil como disolvente (seguro que lo conoces como disolvente de pintura, por ejemplo): la trementina. Posteriormente se obtuvo trementina también de la resina de otros árboles y creo que hoy en día no es siquiera el mismo compuesto químico aunque se siga llamando así, porque se obtiene del petróleo. Cuento esto del nombre de la trementina porque, como veremos luego, es relevante. El caso es que, si has olido resina de pino alguna vez, se trata de uno de estos aceites esenciales (luego veremos de qué está hecha exactamente la resina).

Resina de pino
Resina de pino (Meanos/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Sin embargo, aunque se utilizaban muchos de estos aceites esenciales de intenso olor por su naturaleza volátil, su composición química era un misterio. Había varios problemas: en primer lugar, durante mucho tiempo la química orgánica ni siquiera se consideró una opción. Como hemos dicho alguna otra vez en la serie, las sustancias provenientes de los seres vivos se consideraban completamente diferentes de las sustancias inorgánicas, con reglas distintas y en muchos casos no sometidos a reglas – el “milagro de la vida” y esas cosas.

En segundo lugar, una vez la química orgánica empezó a despegar en el XIX, estos compuestos eran endiabladamente difíciles de estudiar por su inestabilidad. No sólo eran muy volátiles –como digo, por eso huelen tanto– sino que además reaccionaban con muchas sustancias cotidianas y cambiaban su composición con bastante facilidad. Y, para rizar el rizo, el misterio principal: muchos de estos compuestos tenían carbono e hidrógeno en exactamente las mismas proporciones. No sólo eso, sino que muchos tenían el mismo número de átomos de cada uno –es decir, la misma fórmula empírica– pero situados de diferentes maneras.

De modo que, durante décadas, aunque existían en los laboratorios, estos compuestos fueron en su mayor parte ignorados por los químicos teóricos. Así estaban las cosas, de hecho, cuando Otto Wallach entra en escena.

Otto Otto_Wallach
Otto Wallach (1847-1931).

Wallach era ya un químico orgánico de nivel. Se había doctorado en la Universidad de Göttingen con una tesis sobre los isómeros del tolueno, había trabajado nada más y nada menos que con Friedrich August Kekulé, uno de los químicos más importantes de la segunda mitad del siglo XIX, y había obtenido una cátedra en la Universidad de Bonn. Allí estaba hacia 1880, trabajando precisamente con Kekulé, que en ciertos aspectos parece haber sido su mentor, cuando Kekulé le señaló un armario que guardaba botellas casi olvidadas con diferentes aceites esenciales.

Imagino a Wallach, que por entonces tenía unos treinta y tres años, abriendo el viejo armario y echando un vistazo a las botellas cubiertas de polvo llenas de esos malditos aceites volátiles, docenas de ellos, que habían sido descartados como objeto de investigación por tantos químicos antes que él. No era un asunto, como sucede otras veces en la génesis de un Nobel, que constituyera un enorme misterio al que todos dedican atención: se me ocurren pocos campos de investigación en un principio tan poco atractivos.

Sin embargo, Wallach aceptó el desafío y empezó a experimentar.

Al hacerlo, obligando a estos compuestos a reaccionar con cloruro y bromuro de hidrógeno entre otros reactivos, Wallach se dio cuenta de que era en primer lugar posible clasificar estos compuestos según su fórmula empírica, es decir, según el número de átomos de cada tipo que los constituían. Como decíamos antes, muchos de ellos tenían las mismas proporciones de carbono y oxígeno, pero no la misma cantidad. Por ejemplo, un grupo de ellos tenía la fórmula empírica C10H16, mientras que otro grupo tenía C15H24. Como ves, la misma proporción, pero en el segundo caso había 1,5 veces el número de átomos que en el primero. Otro grupo, por el contrario, era de fórmula C20H32, justo el doble que el primero que hemos mencionado pero, una vez más, en la misma proporción.

De modo que estaba bastante claro que todos ellos estaban formados por una especie de “unidad básica” que se repetía un número determinado de veces. Sin embargo, como puedes ver al comparar C10H16 con C15H24, esa unidad básica debe ser aún menor que el primero: debe ser C5H8.

Todos estos compuestos, que hoy denominamos terpenos por el nombre alemán del aguarrás, terpentin, eran por lo tanto una especie de construcciones de Lego formadas por un número determinado de “piezas” C5H8, a veces complicadas por la adición de algún grupo funcional determinado.

Isopreno
Isopreno (Brools/CC 3.0 Attribution-Sharealike License).

Esa unidad básica es el isopreno, o más técnicamente, 2-metil-1,3-butadieno, formado naturalmente por cinco átomos de carbono y ocho de hidrógeno. El isopreno, por cierto, está por todas partes, no sólo en los terpenos. Parece ser una “pieza de Lego” muy versátil y utilizada en muchos sistemas biológicos. Aunque por sí solo, en piezas “sueltas” es un líquido incoloro muy volátil, puede formar polímeros muy largos y estables. Puedo asegurarte que lo has tocado alguna vez en su forma polimerizada, porque la goma de borrar no es otra cosa que isopreno polimerizado y hemos hablado de él por esa razón en El Tamiz hace bastante tiempo.

Sin embargo, los polímeros de isopreno que Wallach fue clasificando no tenían tantos eslabones de isopreno. Los formados por un solo isopreno se denominan hemiterpenos, pero claro, sólo hay uno, el propio isopreno, porque pocas combinaciones se pueden hacer con uno solo. Sin embargo, cuando se añaden otros eslabones de isopreno, pueden lograrse moléculas con una geometría realmente complicada: el isopreno puede unirse a sí mismo y la molécula convertirse en un anillo (una molécula cíclica) o no hacerlo, de modo que se tiene simplemente una cadena larga (una molécula lineal).

Así, con dos isoprenos se tienen los denominados monoterpenos, cuya fórmula empírica es C10H16. Pero claro, como tantas veces en química orgánica, la fórmula empírica dice muy poco: la geometría y dónde están los enlaces determinan las propiedades de la sustancia. De hecho, Wallach comprobó que el aguarrás no era sino una mezcla de monoterpenos, fundamentalmente alfa-pineno y beta-pineno, los dos isómeros del pineno (formado, claro está, por dos isoprenos).

Y es que la resina del pino es, en su mayor parte, una mezcla de monoterpenos (una vez más, fundamentalmente pineno, que se llama así por el pino). Pero seguro que has oído alguna vez el nombre de otros compuestos que son derivados de monoterpenos; al ser derivados de un terpeno se los denomina terpenoides, pues tienen algún otro grupo funcional. Algunos monoterpenoides muy conocidos son el mentol, el eucaliptol o el alcanfor.

Los terpenos de tres isoprenos se llaman sesquiterpenos (son los de fórmula empírica C15H24), y los de cuatro isoprenos diterpenos. El diterpenoide –derivado de un diterpeno– más famoso es seguramente el retinol, una forma de vitamina A. Pero también hay terpenos con más unidades de isopreno que seguro que conoces; por ejemplo, el licopeno del tomate es un tetraterpeno, es decir, un terpeno de ocho isoprenos, como también lo son los carotenos. Finalmente, como dijimos antes, el caucho natural es un politerpeno, un terpeno de muchas unidades de isopreno.

No voy a seguir nombrando terpenos, no te preocupes: mi intención es mostar la importancia del descubrimiento y análisis de Wallach. El alemán identificó una unidad básica de construcción de multitud de compuestos orgánicos, muchos de ellos esenciales para la vida. Además, nos libró del término “aceite esencial” con una definición nada rigurosa para dar una mucho más concreta: compuestos formados por una o más unidades de isopreno.

Entre otras cosas, Wallach pudo identificar cuántas unidades de isopreno había en multitud de aceites esenciales; tras su trabajo, en vez de haber docenas y docenas de nombres inconexos, normalmente nombres de plantas, la lista se redujo muchísimo, ya que muchos de esos aceites no eran más que una mezcla de varios terpenos que él pudo identificar sin problemas. Un campo que antes era caótico, borroso y muy confuso se convirtió en algo asequible y racional. Tras el paso de Wallach fue posible no sólo analizar terpenos, sino manipularlos y hacerlos reaccionar para conseguir moléculas concretas: el alemán no sólo nos había hecho comprender las cosas y entender aspectos biológicos, sino que había abierto la puerta a la industria química de los terpenos en particular y los compuestos alicíclicos en general.

Aquí es donde te aviso: este párrafo va a ser un sermón de opinión personal. No voy a repetir “en mi opinión” en cada frase porque todo el párrafo lo es. En una época en la que, desgraciadamente, las patentes de software están a la orden del día, Otto Wallach –como lo hizo Wilhelm Röntgen– nos sirve como un ejemplo del pasado que sigue siendo relevante. A lo largo de sus investigaciones en el laboratorio, Wallach descubrió multitud de procesos con los que obtener compuestos concretos; procesos muy útiles para el desarrollo de la industria química de la época y, por lo tanto, muy valiosos. Y el alemán no patentó absolutamente ninguno de ellos, sino que los dejó libres de forma gratuita para que cualquiera pudiera beneficiarse de ellos, haciendo así avanzar la química de principios del siglo XX de una manera imposible de otro modo.

El caso es que en 1909, un año antes de recibir el Nobel, Wallach publicó un tocho de 600 páginas titulado Terpene und Campher (Terpeno y alcanfor) que se convertiría en la Biblia de sus alumnos. Y esos alumnos, que habían trabajado con él en el laboratorio realizando los experimentos necesarios para identificar y modificar todos esos compuestos, una vez salidos de la Universidad se convirtieron en otro enorme impulso para la industria química alemana relacionada con este asunto. En poco más de una década la cantidad de aceites esenciales producidos en Alemania se cuadruplicó, en gran parte gracias al trabajo de Wallach.

El alemán no fue un brillante teórico, ni descubrió secretos del Universo que revolucionasen nuestra visión del mundo. Sin embargo, era un experimentador meticuloso y perseverante, y logró solventar los obstáculos –como la reactividad y volatilidad de estos compuestos– que otros antes que él habían sido incapaces de superar. No sólo consiguió desvelarnos la naturaleza de multitud de sustancias a nuestro alrededor e incluso en nuestro organismo, sino que impulsó nuestra industria química a un ritmo impresionante. Por eso hemos decidido concederle el más alto honor que nuestra Academia pued… ¡ah, no, que yo no otorgo el Nobel! Mejor cedo la palabra al Profesor Montelius, que el diez de diciembre de 1910 anunció:

Su Majestad, Sus Altezas Reales, Damas y Caballeros.

En la reunión del 12 de noviembre, la Real Academia Sueca de las Ciencias ha decidido otorgar el Premio Nobel de Química de este año al Geheimrat [un título del Sacro Imperio Romano Germánico, algo así como consejero] Otto Wallach, catedrático de la Universidad de Göttingen, por los servicios que ha proporcionado en el desarrollo de la química orgánica y la industria química con su trabajo pionero en el campo de los compuestos alicíclicos.

Como es bien conocido, las plantas contienen compuestos de olor más o menos fuerte, que desempeñan un importante papel en sus funciones vitales y particularmente en su fecundación. Estos compuestos fueron siempre agrupados, desde tiempo antiguo, bajo el nombre de “aceites esenciales” a causa de su volatilidad. Desde muy pronto se aislaron a partir de estos aceites esenciales ciertos hidrocarburos, denominados terpenos porque el aguarrás [aceite de trementina, en alemán terpentin] está formado por una mezcla de estos hidrocarburos.

Estos hidrocarburos ocupaban una posición especial en cuanto al aspecto químico en comparación con otros. Todos tenían la misma composición centesimal y casi todos tenían incluso el mismo peso atómico [hoy en día, masa atómica], alcanzaban el punto de ebullición más o menos a la misma temperatura; sin embargo, mostraban ciertas diferencias en el olor, las propiedades ópticas y las reacciones químicas, de modo que no podían considerarse la misma sustancia. A lo largo del tiempo se han descrito casi un centenar de estos terpenos en la literatura química y normalmente se les ha dado el nombre a partir de la planta de la que fueron aislados. Por su inestabilidad, eran particularmente difíciles de manejar y la teoría química no podía acomodar tan enorme cantidad de isómeros; por tanto, un estudio profundo de este campo parecía prácticamente imposible.

En esas circunstancias, el hecho de que este campo antes tan misterioso se nos presente ahora tan claramente en los aspectos teórico y experimental debe considerarse uno de los mayores triunfos de las ciencias químicas en los últimos años. El honor pertenece, principalmente, a Otto Wallach, quien no sólo fue un pionero de este campo desde sus comienzos sino que además ha continuado, a lo largo del tiempo, a liderarlo en cierta medida.

Wallach empezó a trabajar en este campo en 1884. Tras seis años, compiló los resultados obtenidos hasta entonces en una publicación. Había logrado encontrar métodos de caracterizar de manera distintiva los diversos terpenos, de modo que era posible reconocerlos en mezclas y separar unos de otros en esas mezclas. Con estos métodos había sido también capaz de reducir el número de los terpenos conocidos hasta entonces a un número sorprendentemente bajo –ocho– al que se añadieron posteriormente unos pocos más descubiertos desde ese momento. Además, logró demostrar que los compuestos terpenoides sufren cambios muy fácilmente al ponerse en contacto con los reactivos más comunes y se transforman de unos en otros, lo que hace especialmente difícil y delicada la investigación en el campo de la química de los terpenos. Al investigar tantos compuestos como le fue posible, consiguió determinar qué condiciones excluían la isomerización; también desarrolló la técnica general para realizar estas investigaciones.

A través de este trabajo pionero, Wallach abrió un nuevo campo de investigación, que podía ser desarrollado a partir de entonces con esperanzas de éxito. Y es cierto que este campo fue inmediatamente atacado por un gran número de investigadores de distintos países. Durante la década siguiente, la química orgánica se caracterizó por el estudio de los así llamados compuestos alicíclicos, de los que los terpenos y el alcanfor y sus compuestos derivados constituyen la parte más importante.

El propio Wallach, superando dificultades considerables con un éxito admirable gracias a su perseverancia, realizó progresos continuos en el campo que él mismo había abierto. Logró preparar un número extraordinario de compuestos nuevos y determinó su estructura. Además de los terpenos propiamente dichos, también investigó y caracterizó científicamente diversos productos naturales ya conocidos o descubiertos recientemente, como alcoholes, cetonas, sesquiterpenos y politerpenos que pertenecen al grupo de los terpenos, y que tienen gran importancia por razones biológicas y técnicas. Por esta razón la serie de los compuestos alicíclicos ha ganado, desde los años ochenta, un tamaño e importancia que la convierten en un igual de las otras tres series principales de la química orgánica. Wallach ha contribuido más a este hecho que cualquier otro investigador.

Las investigaciones que Wallach no sólo influenciaron decisivamente la química teórica, sino también la industria química, principalmente por la rama de esa industria que procesa los aceites esenciales. De acuerdo con las estadísticas recientemente publicadas, la producción anual de estos preparados únicamente en Alemania ha crecido desde los 12 millones de marcos en 1885 hasta unos 45-50 millones de marcos. El trabajo científico de Wallach ha contribuido a esto directa e indirectamente – directamente al convertir los terpenos y sus derivados en algo conocido y determinable analíticamente, con lo que la tecnología dispone de nuevos métodos de manufactura y es posible evitar las adulteraciones que antes sucedían tan comúnmente; e indirectamente por el hecho de que un gran número de sus alumnos han sido contratados por esa industria y aplicado sus métodos de trabajo y su preciso modo de realizar investigaciones. El propio Wallach nunca ha patentado sus descubrimientos, sino que siempre ha puesto sus conclusiones a la disposición de la industria de manera gratuita.

La Real Academia Sueca de las Ciencias ha querido rendir tributo a este trabajo, que desde el principio ha sido planeado cuidadosamente, ejecutado con gran habilidad y una enorme energía, y se ha convertido a lo largo del tiempo en algo cada vez más profundo y rico, mediante el que la ciencia ha conquistado nuevos campos y se ha logrado un trabajo pionero en el desarrollo de la industria química, otorgando el Premio Nobel de Química del año 1910 al Doctor Otto Wallach.

Profesor Wallach. La Real Academia Sueca de las Ciencias le ha concedido el Premio Nobel de Química de este año en reconocimiento a los importantes servicios que ha proporcionado usted al desarrollo de la química orgánica y de la industria química mediante su trabajo pionero en el campo de los compuestos alicíclicos.

Se ha demostrado una vez más que los resultados obtenidos mediante la investigación científica, que en un principio parecerían ser tan sólo de interés teórico, pueden tener en realidad una importancia práctica enorme.

Puesto que usted nos ha llevado a un campo esencial en la química orgánica que era antes prácticamente desconocido, recibirá usted el Premio Nobel, el mayor honor que nuestra Academia puede conceder.

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Para saber más (esp/ing cuando es posible):

Ciencia, Premios Nobel, Química

7 comentarios

De: Argus
2012-03-08 16:46:32

¿Para cuándo la serie "Química sin fórmulas?" :-) No, en serio, me gustaría saber cómo con unos cuantos frascos, líquidos y polvos, se puede saber que algo que parece agua y apesta es C10H16.

Por otro lado, ¿Cómo se hace eso de dejar libre y de forma gratuita un descubrimiento o un hallazgo? Quiero decir, ¿cómo evitar que un mes después alguien lo copie y lo patente como propio?


De: Antonio
2012-03-08 17:19:41

El tema de las patentes de software es muy triste, porque eso de patentar ideas es absurdo y en detrimento de todos, además de los abusos que muchos hacen. Compañias dedicadas exclusivamente a crear patentes absurdas o comprar otras sólo para poder llevar a jucio a los demas y sacar dinero, patético. Eso pasa actualmente en Estados Unidos, y en Europa con ACTA y demás, ya veremos. Aquí de momento las patentes de software no són válidas, aunque hay presiones para que lo sean.

Saludos.


De: Marcelo García
2012-03-08 17:32:20

cloruro o bromuro de hidrógeno... (HCl y HBr) son ácido clorhídrico y ácido bromhídrico, siendo el primero de ellos uno de los 3 ácidos más fuertes que se conocen (nítrico y sulfúrico son los otros).


De: David...
2012-03-08 23:48:27

Me gustó el artículo, aunque siendo yo de Químicas echaba en falta algo más...

@Marcelo García:
Pues qué curioso, el ácido bromhídrico es más fuerte que el clorhídrico, y desde luego ni el ac. sulfúrico ni el nítrico son los más fuertes de todos... Aunque sí que son los más importantes a nivel de laboratorio.


De: Juan Carlos
2012-03-09 17:11:10

Interesante artículo, a pesar de que no soy quimico

Pero ese "Nobelestuvo" duele en los ojos :D

Saludos


De: luisahortua
2012-03-09 20:48:21

Hola muchachos!!!
estoy estudiando para el icfes... pues ya llevo un tiempo fuera del colegio... y me encanta su pagina!...
quisiera que me recomendaran otro lugar para estudiar quimica, pues creo q aqui estan empezando y ya queda poco tiempo (1 mes)...

Muchas gracias! ;)
Chao


De: Freddy
2012-03-13 17:26:25

@ Argus

Un buen lío lo de las patentes, yo sé poco del tema pero intentaré aclarar algo, ya que alguna experiencia he tenido, curiosamente también en el ámbito de la química.

Una patente tiene que ser una invención, es decir, debe contar con un elemento novedoso. Las leyes de patentes dependen del país donde se aplica, pero simplificando: si se hace público un descubrimiento (per ejemplo, se publica en un libro o artículo, o incluso en una tesis), luego no se puede patentar, ni siquiera por el autor del descubrimiento (al revés sí se puede hacer, se puede solicitar una patente y después publicarlo como artículo). Ya digo que depende del país, pero esto que he dicho es válido en Europa. En otros países, como en los EE.UU. por ejemplo, se permite un tiempo (creo que es un año) desde que se hace la publicación hasta que se solicita la patente.

Las patentes generan una gran controversia, y en líneas generales estoy bastante de acuerdo con Pedro. Sin embargo, también hay que tener en cuenta que la industria privada posiblemente no invertiría en I+D si no existiera la protección de esa investigación por las patentes, y aun así ya sabemos cómo está la inversión en I+D en este país... Por cierto, la protección de la patente no es para toda la vida, se extiende por 20 años, tras los cuales el descubrimiento pasa a ser público y cualquiera puede usarlo.

Saludos.


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