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Catálisis para eneantómeros puros
Con
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Francis Villatoro explica cómo Kenso Soai intentó amplificar el efecto observado por Kagan en los años 80 para controlar la producción de enantiómeros con alta pureza.
…un mecanismo que en la organosíntesis de moléculas quirales tenía un cierto efecto no lineal, pues en los 80 era algo muy natural, algo que todo el mundo estaba buscando no linealidades por todos lados. Entonces, encontrar eso no era algo tan sorprendente. Otra cuestión es si tú eres capaz de utilizar ese procedimiento para que el desequilibrio sea enorme. Es decir, si tú eres capaz de meter un efecto mariposa, que haga que una pequeña mariposa genere un huracán, que una pequeñísima desviación en el número de moléculas que sintetizas de un tipo, de una quiralidad, yo que sé, a la izquierda en lugar de la derecha, provoque que la reacción prácticamente se derive a producir solamente uno de los dos en Antómero. Y eso es lo que, basado en esos trabajos de Kagan de los 80, fue lo que se planteó hacer el japonés, Kenso Soai, que a mediados de los 90, trató de ver si había maneras de amplificar ese efecto que había visto Kagan. Porque Cagan lo había visto, pero no había un control, no había una manera de forzar que esa catálisis llevara realmente a un crecimiento exponencial de los eneantómeros que condujera, por ejemplo, a que el 99% de lo que tú fabricas tenga una queralidad controlada o que un 99 ,99% tenga una queralidad controlada De hecho, por ponerlo en cifras, el trabajo de Kagan, posteriormente, a partir de él, se había llegado a conseguir con una reacción, el ejemplo que ponen es el Noyori, que con un exceso enantiomérico de un 15%, se llegara a tener después en el producto un 98% de un enantiomero…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica el uso generalizado de compuestos aromáticos en diversas aplicaciones, desde medicamentos hasta catálisis orgánica, y menciona su relación con un premio Nobel de Química.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #6compuestos aromáticos en medicamentosligandos anillos aromáticos química orgánicanobel de química catalisis organicaorigen histórico nombre aromáticos…tema, Estamos pensando publicarlas juntas en el mismo número, ¿te parece bien? Me parece perfecto Bien está, como los artículos de la estructura de ADN que tanto ha vuelto a dar que hablar esta semana de Watson y Clinic y el de Franklin en el mismo número Pues sí, compuestos aromáticos ¿vale? En general fundamentales aparecen en medicamentos, colorantes, disolventes, en moléculas biológicas. La cosa es que algunos anillos aromáticos se pueden unir a metales y actúan como ligandos en química órgano metálica y órgano catálisis, que también está relacionado con el Nobel de Química que luego vamos a contar. El nombre aromáticos, bueno pues tiene cierta gracia, es histórico y es que los primeros compuestos identificados de este tipo pues olían bien, tenían olores agradables y así era la cosa antes fenomenológica. Juan Carlos, pero no hay una relación causa-efecto entre una cosa y otra, ¿verdad? O sea, que sean estructuras aromáticas no implica que huelen bien Hay compuestos aromáticos que huelen fatal y otros que no lo son, que huelen estupendamente, ¿no? Pero al…
Juan Carlos Gil destaca la importancia de investigar si es posible crear anillos anomáticos con átomos de silicio, sugiriendo que podrían conducir al desarrollo de nuevos materiales y catalizadores similares a los aromáticos de carbono.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16anillos anomáticos con siliciomateriales catalizadores aromáticos carbonoinvestigación juan carlos gil…pone en contra. Vale, pero ¿es posible algún otro anillo anomático con átomos de silicio que consigamos que no se pliegue de alguna forma? Que no se retuerza y que no forme finalmente tantos enlaces sigma que son más estables y forzarle a ponerle algunos pi. Esto es tremendamente importante esta pregunta; parece una chorrada, pero esos potenciales aromáticos de silicio podrían abrir toda una nueva familia de nuevos materiales y catalizadores como ya hacen los aromáticos de carbono, ¿no? Y vete tú a saber qué cosas. Así que esta es una pregunta que tiene muchísima gracia y que lleva mucha gente haciendo desde hace tiempo. Bueno, la respuesta es sí, en 2005 Ichinohe, algún grupo de japoneses de la Universidad de Tsukuba sintetizaron un anillo aromático de silicio, pero solo tres, un triangulito con una carga estérica tremenda, aquello está deseando saltar por los aires Es un…
Francis Villatoro opina sobre las tendencias del Comité Nobel y cómo la catálisis es un tema recurrente premiado en Química, especialmente en el siglo XXI.
Habla: Francis VillatoroSignificado #7 · Palabras #2premio nobel catalizadores orgánicosquiralidad preestablecida en compuestosprocesamiento industrial de quiralidadescatálisis tema recurrente nobel químicaacademia sueca premios nobel químicaquinto premio catálisis siglo xxicatálisis academia suecahenry kagan universidad parís sudkenzo soai quiralidad sistemas vivosaminoácidos glúcidos quiralidades celularesenantómeros moléculas orgánicas juan carlos…veces. Decía que igual depende de lo que incluyamos en la definición de científico. Si incluimos gente del mundo sanitario y del mundo tecnológico, ahí sí suben el caché en cuanto pueden. Es otro sistema, la verdad. No lo digo como algo bueno. Claro, claro. Los que no patentamos nuestras cosas. Claro. A eso me refería. Bueno, pues si les parece vamos rápidamente de forma resumida con el de química, que este también a mí me suena mucho porque esto de fabricar compuestos con una quiralidad preestablecida; de hecho lo hemos comentado aquí, creo que fue en 2021 cuando hubo un premio Nobel también por el procesamiento industrial de usar catalizadores orgánicos que seleccionaban una de las dos quiralidades. Me suena también muy familiar, no lo veo tan original. ¿Qué opina Francis? Bueno, el Comité Nobel cada década tiene ciertas tendencias hacia ciertos temas y en el tema de los premios Nobel de Química la catálisis es uno de los grandes temas premiados históricamente y sobre todo en el siglo en el que estamos. Ha habido ya, como mínimo, este es el quinto premio en este siglo a la catálisis, o sea, hay un grupo de personas ahí en Suecia, en la Academia Sueca, que tienen una cierta, digamos, afinidad por la catálisis y les encanta premiarla. Aquí se premia a Henry Kagan, de 95 años, que es de la Universidad París Sud de París, en Francia, y un japonés, Kenzo Soai, de 75 años, que es un poquito más joven Y ellos desarrollaron un tema que, bueno, de eso lo hemos hablado muchas veces aquí en Coffee Break, es el tema de la quiralidad en la vida, de la quiralidad en los sistemas vivos que los aminoácidos, los glúcidos tienen quiralidades determinadas para ser útiles para las células y eso pues probablemente sea un accidente histórico pero eso también implica que tiene que haber mecanismos, y esto Juan Carlos lo sabrá mejor que yo, mecanismos bioquímicos de síntesis en las células que hacen que se fabriquen con preferencia esos enantómeros, esas moléculas orgánicas con una quiralidad concreta. ¿Y por qué eso es interesante? Porque para la industria farmacéutica necesitamos fabricar compuestos con una quiralidad adecuada para que actúen sobre esas moléculas que son quirales en las células vivas. Y resulta que durante mucho tiempo fabricar en…
Francis Villatoro explica por qué es un tema recurrente en química la síntesis de moléculas con quiralidad específica y cómo esto tiene una gran importancia industrial.
Habla: Francis VillatoroSignificado #18 · Palabras #3quiralidad específica importancia industrialcatálisis asimétrica calidad controladapremios catálisis asimétrica…O sea, un tema de estos que tienen a veces los químicos: que si resuelven un cierto problema, va a haber ahí una cantidad enorme de dinero invertida en eso y una vez que se resuelva el problema, en muy pocos años, toda la industria va a usar su tecnología. Por eso os sonará el tema de la síntesis de moléculas con una cierta quiralidad porque es un tema de enorme importancia industrial y que mueve mucho dinero, y ha habido premios ya concedidos a ese tipo de catálisis: una catálisis asimétrica que garantice la producción de ciertos productos con una calidad controlada. Aquí el gran reto fue tratar de hacer eso inicialmente, claro, el mayor de los dos que han recibido. El premio Nobel, Enric Pagán, o como se diga en francés, fue ver cómo se podía. Esto lo hizo aproximadamente a mediados de los 80, y fue una cosa entre serendipia y cosa buscada: el sintetizar porque claro si la célula viva lo hace tú en tu laboratorio…
Francis Villatoro describe un fenómeno curioso observado en reacciones químicas específicas: una pequeña asimetría inicial entre dos quiralidades tiende a amplificarse con el tiempo.
Habla: Francis VillatoroSignificado #4asimetría inicial en reacciones químicaseneantómeros con exceso catalizadocrecimiento no lineal de quiralidades…porque claro si la célula viva lo hace tú en tu laboratorio también tienes que ser capaz de hacerlo. Es decir, lo que no tú dices pues puedo o descubrir cómo lo hace la célula viva o buscar inspiración e intentar hacerlo yo por mi cuenta de alguna manera. Yo descubrieron una cosa muy curiosa, y es que en ciertas reacciones químicas muy concretas la cantidad de de de de que generaban las dos quiralidades, cuando había una pequeña asimetría, esa pequeña asimetría crecía un poco. Es decir, cuando uno de los eneantómeros se producía un poquito en exceso, el crecimiento, conforme sería esa reacción catalizada, crecía más rápido de lo que se esperaba de un crecimiento lineal; es decir, había implicado un mecanismo no lineal y eso, en la década de los 80. Recordemos que fue la década de la no linealidad, fue la década del caos. Fue la década en la que los fractales, el caos, el efecto mariposa estaban en todas las ciencias, ¿vale? Es una cosa que en los 60 y principios de los 70 era como una cosa de reducto y que en los 70 empieza a explotar y que en los 80 permeó toda la opinión…
Francis Villatoro explica cómo Kenso Soai intentó amplificar el efecto observado por Kagan en los años 80 para controlar la producción de enantiómeros con alta pureza.
Habla: Francis VillatoroSignificado #1 · Palabras #1efecto mariposa reacciones químicasreacción prácticamente derive antómerokenso soai amplifica efecto kagancatálisis para eneantómeros purosquiralidad controlada en fabricación…un mecanismo que en la organosíntesis de moléculas quirales tenía un cierto efecto no lineal, pues en los 80 era algo muy natural, algo que todo el mundo estaba buscando no linealidades por todos lados. Entonces, encontrar eso no era algo tan sorprendente. Otra cuestión es si tú eres capaz de utilizar ese procedimiento para que el desequilibrio sea enorme. Es decir, si tú eres capaz de meter un efecto mariposa, que haga que una pequeña mariposa genere un huracán, que una pequeñísima desviación en el número de moléculas que sintetizas de un tipo, de una quiralidad, yo que sé, a la izquierda en lugar de la derecha, provoque que la reacción prácticamente se derive a producir solamente uno de los dos en Antómero. Y eso es lo que, basado en esos trabajos de Kagan de los 80, fue lo que se planteó hacer el japonés, Kenso Soai, que a mediados de los 90, trató de ver si había maneras de amplificar ese efecto que había visto Kagan. Porque Cagan lo había visto, pero no había un control, no había una manera de forzar que esa catálisis llevara realmente a un crecimiento exponencial de los eneantómeros que condujera, por ejemplo, a que el 99% de lo que tú fabricas tenga una queralidad controlada o que un 99 ,99% tenga una queralidad controlada De hecho, por ponerlo en cifras, el trabajo de Kagan, posteriormente, a partir de él, se había llegado a conseguir con una reacción, el ejemplo que ponen es el Noyori, que con un exceso enantiomérico de un 15%, se llegara a tener después en el producto un 98% de un enantiomero…
Ignacio Crespo confirma lo comentado por Francis Villatoro sobre la dificultad de alcanzar el 100% de pureza en enantiómeros, explicando que se conocían métodos para forzar las reacciones de manera lineal.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #5dificultad pureza enantiómerosmétodos forzar reacciones linealescatalizador enantiómero concretomano sirviendo de moldereacciones químicas lineales crespocatalizador quiralidad doble productoquiralidad de moléculas vida…a partir de él, se había llegado a conseguir con una reacción, el ejemplo que ponen es el Noyori, que con un exceso enantiomérico de un 15%, se llegara a tener después en el producto un 98% de un enantiomero sobre el otro, que es ya una diferencia buena. pero efectivamente es lo que comentas Francis que llevarlo aún más allá hasta conseguir el 100% que era el objetivo era lo complicado porque sí que sabían por aquel entonces un poco cómo forzar las cosas al menos de manera lineal y es que si el catalizador ya tiene es un enantiómero concreto igual que si mi mano sirviera de molde para formar manos la derecha formaría manos derechas porque es la que encaja es algo similar la dificultad era por un lado lo que decías cómo conseguir que eso no sea lineal o sea que duplicando el catalizador que utilizo de una quiralidad consiga más del doble de productos de esa misma quiralidad, por ejemplo, y luego la otra y es la vida, por mucho que sepamos que utiliza catalizadores que ya tienen una quiralidad y que condiciona la quiralidad de sus productos, en un momento dado no los tuvo. En el origen de la vida no había semilla, no había molde. ¿Cómo puede ser que se generara la homoquiralidad que vemos en aminoácidos y en azúcares? Lo introducía como puntilla porque es bastante importante para cómo acaban los trabajos de SOAI a continuación.…
Ignacio Crespo plantea una posible solución trivial para el origen de la vida homoquiral, basada en la combinación de autocatálisis, catálisis enantioselectiva y antagonismo entre enantiómeros.
Habla: Ignacio CrespoSignificado #2 · Palabras #5autocatálisis origen vida homoquiralcatálisis enantioselectiva aminoácidos adnantagonismo enantiómeros inhibición producciónreacción autocatálisis juan carlos…o Medicina, era relevante tener claro lo que había dicho Crick que había ya sugerido la posibilidad de utilizar la luz pero no sabía cómo. En este caso pasa algo parecido, lo comentan en los documentos del propio comité, que en 1953 Charles Frank plantea ¿Que este problema que vemos del origen de la vida homoquiral en cuanto a sus aminoácidos y los azúcares del ADN y ARN podría resolverse de manera muy trivial, porque además lo hace así con una chulería teórica fantástica? Si encontramos un caso en el que la reacción tenga autocatálisis, que como decías Juan Carlos, pues se conocía en otras reacciones, pero no solo eso, también catálisis enantioselectiva, que es lo que comentas, que se priorice un enantiómero sobre el otro, y luego un antagonismo, que el enantiómero uno de los enantiómeros inhiba la producción del otro, entonces que de esa manera se retroalimenten. Dijo: bueno, no debería ser difícil encontrarlo, dejándole ahí a los aplicados el marrón. Y eso es un poco lo que plantea Soai. Soai, aplicando este caso particular que encuentra, consigue que, a partir de un exceso en antiomérico de, voy a intentar decir…
Francis Villatoro describe un experimento donde se logró obtener un 100% de uno de los enantiómeros a partir de una muestra inicial con ambos enantiómeros en proporciones iguales, gracias a una fluctuación aleatoria y el uso de un catalizador.
Significado #3enantiómeros catalizador fluctuación aleatoriamuestra inicial proporciones iguales enantiómerosfrancis villatoro experimento enantiómeros…de, voy a intentar decir todos los ceros, porque lo tengo aquí apuntado, 0,00005%, eso es bajísimo, a partir de tres rondas, tres generaciones, conseguía un 99,5% de un enantiómero sobre el otro. Claro, esto ya es hablar a otra escala, pero no se quedó ahí. Lo que hizo a continuación fue, a partir de una muestra, 50-50 de ambos enantiómeros, consiguió un 100% de uno respecto al otro. A partir de una fluctuación aleatoria, en principio, según el experimento. Claro, esto es para un caso muy particular, con lo que no es fácilmente generalizable y luego utilizaba un catalizador. Que no parece que fuera plausible encontrar hace 4.000 millones de años cuando apareció la vida, y en principio cuando se rompió la mezcla racémica en este caso. Así que eso, y por otro lado, que es una reacción que parece que en agua no funciona muy bien.…
Juan Carlos Gil interrumpe para corregir una posible simplificación sobre una prueba de concepto relacionada con la homoquiralidad y las características de los catalizadores.
Significado #11homoquiralidad y catalizadoresmolécula domina reaccionescaracterísticas catalizadores bioquímicosjuan carlos gil corrige…cuando se rompió la mezcla racémica en este caso. Así que eso, y por otro lado, que es una reacción que parece que en agua no funciona muy bien. Así que también complicado para asumir que fue esa la respuesta al problema de la homoquialidad de la bioquímica. Sí, yo solo quería decir que me corrija Juan Carlos, ¿no? Si hace falta, por favor. Sí, me acuerdo de cómo es. No, simplemente que por resumir un poco porque a lo mejor así creo que se ve muy fácil. Es que eso es una prueba de concepto basada en una premisa y que esta molécula que las domina todas, por así decirlo, y que aparece después de que se inicie la reacción al 50-50 se debe a las propias características de los catalizadores en sí, de cómo son en sí, de sus propiedades bioquímicas, pero que de todas maneras no se puede extrapolar. Esto signifique que por este motivo y por esta manera en la vida, como hemos ya comentado, pues haya esa quiralidad izquierda para los aminoácidos y derecha para los azúcares, los hidratos de carbono Lo que sí que hizo en su momento, porque efectivamente no…