Stephen Buchwald, catalizador del progreso farmacéutico

Stephen Buchwald. Foto: Fundación BBVA.

El Premio Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en la categoría de Ciencias Básicas ha sido concedido, en su VII edición, al químico estadounidense Stephen Buchwald "por el desarrollo de rutas catalíticas [un catalizador es una sustancia que acelera o retarda una reacción química sin participar en ella] basadas en el paladio y el cobre para sintetizar moléculas formando enlaces moleculares carbono-nitrógeno y carbono-carbono", un avance con "enorme impacto" en la "síntesis eficiente de modernos productos farmacéuticos y compuestos para uso agrícola", señala el acta del jurado.

La química que ha hecho posible el trabajo de Buchwald, catedrático en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), "está siendo aplicada a la creación de fármacos para numerosas enfermedades, incluyendo distintas formas de cáncer, sida, artritis reumatoide, inflamación y diabetes", prosigue el jurado.

Si el trabajo de los químicos consiste, en gran parte, en aportar elementos a una "caja de herramientas" con la que construir nuevos compuestos, Buchwald ha incorporado a esa "caja" catalizadores para formar enlaces moleculares carbono-nitrógeno y carbono-carbono. Estos enlaces, sobre todo el de carbono-nitrógeno son habitualmente utilizados en la industria farmacéutica, pero hasta la contribución de Buchwald era muy difícil conseguirlos de forma sistemática por la inestabilidad y limitaciones de los catalizadores con los que se contaba.

En toda reacción química tiene que haber una energía de activación. El catalizador modifica la energía de activación potenciándola o inhibiéndola, repercutiendo en la velocidad de reacción. Los catalizadores que Buchwald creó en la primera década del siglo XXI disminuyen la energía de activación haciendo que la reacción se produzca no solo de forma mucho más rápida, sino de forma estable y predecible, además de abarcar un amplio espectro de reactividad, lo que los convierte en instrumentos muy eficaces para la producción industrializada de moléculas.

El catalizador organometálico se compone de ligando, compuesto por moléculas orgánicas, y una parte metálica, que en el caso de Buchwald es paladio o cobre. Como ha explicado Avelino Corma, profesor de investigación del Departamento de Catalizadores del Instituto de Tecnología Química del CSIC-Universidad Politécnica de Valencia y secretario del jurado, "el denominado ligando de Buchwald es rico en electrones y estable al aire, lo que conduce a un catalizador organometálico muy activo y con un amplio espectro de reactividad. Su estabilidad ha permitido la fabricación a escala industrial".

Enamorado de la química

Stephen Buchwald (1955, Indiana, Estados Unidos) recibió ayer la noticia del premio en su despacho, y decía estar "muy emocionado". Para él la química es "un desafío" del que se "enamoró" gracias al entusiasmo de uno de sus profesores en el instituto, y en el que aprecia aspectos "fundamentales y también prácticos, porque si tienes éxito tus resultados pueden tener aplicaciones en ámbitos muy distintos".

Él lo ha tenido, y efectivamente admite que es un aliciente conocer los productos que, en especial la industria farmacéutica, es capaz de fabricar gracias a su trabajo: "Es emocionante saber que, a partir de mi trabajo, alguien ha conseguido hacer un fármaco que va a ayudar a mucha gente", afirma.

Admite, no obstante, que su motivación inicial para investigar era del todo fundamental, no orientada a aplicaciones. Buchwald se formó en Química en la Universidad de Brown y se doctoró en la Universidad de Harvard en 1982. Su tesis doctoral, bajo la dirección de Jeremy R. Knowles, versó sobre el mecanismo de reacciones de transferencia de fosforilo en química y bioquímica. Su investigación posdoctoral en el California Institute of Technology (Caltech) también es de carácter básico. Su trayectoria académica comienza en 1984 en el MIT, donde es nombrado catedrático en 1993. Y es ese mismo año cuando abre una línea más próxima a las aplicaciones relacionada con la formación de enlaces carbono-nitrógeno. Gradualmente la nueva investigación gana peso en el laboratorio hasta convertirse, por ahora, en la de mayor impacto en la carrera de Buchwald -que de todas formas afirma mantener en su grupo "un equilibrio" entre el trabajo más fundamental y el aplicado-.

La razón del cambio fue el interés que despertó en la industria farmacéutica uno de sus resultados básicos: "Me decían que había una gran necesidad [de poder realizar enlaces carbono-nitrógeno], así que comprendimos que era realmente importante, y poco a poco fuimos profundizando en ello", explica.

En un área muy competitiva, atribuye a los miembros de su grupo un importante papel en el desarrollo de un método en el que cada idea es puesta a prueba con experimentos y modificada en consecuencia, hasta que se llega al "sistema óptimo".

En el caso del ligando en el catalizador para el enlace carbono-nitrógeno el proceso llevó unos siete años, y algo menos en el enlace carbono-carbono. Aun así, para Buchwald el reto no está cerrado del todo. Sus trabajos más recientes tienen que ver con otros enlaces, carbono-flúor y carbono-trifluorometilo, "ampliando aún más las posibilidades de fabricar nuevas moléculas", explica el acta.

El jurado de esta categoría ha sido presidido por Theodor W. Hänsch, titular de la Cátedra Carl Friedrich v. Siemens en la Facultad de Física de la Ludwig-Maximilians-Universität de Múnich (Alemania) y premio Nobel de Física 2005; actuando como secretario Avelino Corma, profesor de investigación del Departamento de Catalizadores del Instituto de Tecnología Química del CSIC-Universidad Politécnica de Valencia (España). Los vocales han sido Ignacio Cirac, director de la División Teórica del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (Alemania); Trevor Hastie, catedrático John A. Overdeck de Ciencias Matemáticas en la Universidad de Stanford (EE. UU.); Nigel Hitchin, catedrático Savilian de Geometría de la Universidad de Oxford (Reino Unido); Martin Quack, director del Grupo de Cinética y Espectroscopia Molecular en la Escuela Politécnica Federal (ETH) de Zúrich (Suiza); y Sandip Tiwari, catedrático Charles N. Mellowes de Ingeniería en la Universidad de Cornell (Estados Unidos).