| Grupo de Heterobetaínas. (UAH) |
| La química del microondas |
El grupo de la Universidad de Alcalá combina investigación básica con la aplicada por contrato a través de la Planta Piloto de Química Fina |
Lo normal en un microondas es verlo en una cocina. De un tiempo para
esta parte, sin embargo, también es posible encontrarlo en muchos
laboratorios de Química Orgánica. Uno de ellos es el de Julio Álvarez-
Builla, en la Universidad de Alcalá, uno de los pioneros de su uso en
Europa. Gracias a este electrodoméstico común se están revisando
muchas de las reacciones químicas clásicas, al tiempo que definiendo
nuevas en investigación básica y aplicaciones industriales. Álvarez-
Builla lo emplea de forma rutinaria en su Grupo de Heterobetaínas,
nombre que hace referencia a unas moléculas dotadas de alta
reactividad, con las que se construyen complejos químicos de interés
en áreas como la genómica o la electrónica molecular. |
Xavier Pujol Gebellí |
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Álvarez-Builla (izquierda) con dos de sus colaboradores en el laboratorio.
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La química heterocíclica se ha ganado un lugar destacado en
investigación básica y aplicada. En ella destacan las heterobetaínas,
compuestos de una alta reactividad gracias a la presencia, en una misma
molécula, de grupos cargados positiva y negativamente. El interés de
estas moléculas, uno de cuyos grupos más sólidos en España es el
coordinado por Julio Álvarez-Builla, en la Universidad de Alcalá de
Henares, se extiende desde las líneas más puramente académicas como
la investigación y síntesis de heterociclos, hasta las de carácter más
aplicado como el diseño de moléculas de interés farmacológico o, incluso,
destinadas a la electrónica molecular.
De todas las opciones de trabajo del grupo de Álvarez-Builla, en el que
se integran unos 30 investigadores, destaca con luz propia la llamada
química de microondas, una tecnología «muy de moda», en palabras de
su coordinador, que está permitiendo redefinir multitud de reacciones en
las que el factor térmico juega un papel esencial. La principal ventaja del
uso de esta tecnología es el ahorro en tiempo. «Lo que antes hacías en
tres días ahora lo puedes hacer en tres minutos». Pero no es la única:
por norma general, el rendimiento de las reacciones químicas aumenta; y
el precio del instrumental es extraordinariamente asequible, puesto que
para una parte considerable de los experimentos pueden usarse
microondas domésticos como los que hay en cualquier cocina. |
El uso del microondas está permitiendo reescribir muchas reacciones químicas
clásicas en las que media el factor térmico con un gran ahorro de tiempo y mejora del rendimiento
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«Cuando se calienta una muestra en una reacción convencional durante
tres días, se está generando el producto final pero, al mismo tiempo, se
destruye». Esto es así por el propio efecto térmico, que induce la
aparición de contaminantes y a pérdidas importantes de rendimiento. En
el microondas, en cambio, los enlaces de las moléculas de los reactivos
vibran en resonancia con la radiación recibida, con lo que reaccionan muy
rápidamente y no se destruye el producto final. «Se trata de un
calentamiento rápido y súbito en toda la masa de la muestra y la
vibración, si se modula la energía, no destruye el producto». |
Debido precisamente a estas características, muchos grupos en el mundo,
varios de ellos españoles, están reescribiendo reacciones clásicas o de
uso corriente en laboratorios académicos o industriales, como hace años
se hiciera con otra fuente de energía, los ultrasonidos. Pero no es éste el
interés del grupo madrileño, a pesar de que Álvarez-Builla consta como
uno de los pioneros de esta técnica en Europa. Por el contrario, entienden
que es una tecnología que aporta ventajas en su trabajo y la utilizan de
forma rutinaria en sus trabajos de investigación siempre que se
demuestre su validez.
Por ejemplo, en la generación de pequeñas muestrotecas de productos, a
partir de una única reacción, pero empleando distintos sustratos, por
ejemplo, para la síntesis de carbolinas, una reacción clásica que se realiza,
por la vía convencional, en tres pasos con rendimientos medios del 30% al
40% y que, gracias al microondas, es posible hacerla en uno solo, en
mucho menos tiempo y con un rendimiento que supera el 95%. O la
reacción de síntesis de 1,4-dihidropiridinas (productos antihipertensivos
denominados antagonistas de calcio), que hoy pueden preparase en
apenas tres minutos, cuando el método clásico requería de 24 a 48 horas. |  Microcolumnas para síntesis química. |
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Grupos protectores
El uso de esta tecnología también les ha permitido desarrollar otras líneas
propias diferenciales. Una de ellas es poner a punto protocolos para el
manejo de los denominados grupos protectores, fragmentos empleados
en determinadas estructuras químicas, para bloquear grupos funcionales e
impedir que reaccionen. El grupo protector tiene que ser inerte para una
reacción concreta y debe poder eliminarse, después del proceso, con
facilidad.
«Descubrimos que hay una serie de grupos muy comunes en química de
aminoácidos que cuando se irradiaban en un microondas desaparecían en
segundos», cuenta Álvarez-Builla. Son los grupos BOC. Elaboraron una
pequeña colección con derivados de este tipo y empezaron a evaluarlos
en distintas reacciones. «Los BOC se volatilizan, porque se convierten en
subproductos gaseosos». Como resultado, queda el aminoácido limpio, sin
grupos protectores. |
La investigación por contrato en la Planta Piloto permite aproximaciones pluridisciplinares y solventar demandas de externalización de las empresas
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Los diferentes grupos BOC, dependiendo a qué grupo o a que átomo
estén unidos, tardan más o menos en descomponerse. De este modo, el
grupo de la Universidad de Alcalá ha desarrollado una metodología que
permite eliminar el grupo protector selectivamente en función del tiempo,
es decir, «se puede programar la eliminación». Esta metodología les ha
permitido desarrollar compuestos de interés en neurofarmacología. |
Heterobetaínas y ADN |
| La posibilidad de disponer cargas distintas en átomos diferentes permite
construir sistemas heterocíclicos, con heterobetaínas, más o menos
complejos. Una de las principales líneas del grupo consiste precisamente
en generar sistemas complejos unidos por enlaces poliacetilénicos. Son
productos del tipo «colorantes de nueva generación para óptica no lineal o
para electrónica con sistemas orgánicos», resume su coordinador. «Es una
apuesta de futuro» que se produce a través de compuestos
organometálicos de paladio para hacer sustituciones en sistemas
heterocíclicos complejos y unirlos con este tipo de enlaces, es decir,
sustituir un sistema positivo con otro negativo a través de un enlace
poliacetilénico. El sistema permite una transferencia electrónica desde el
sistema negativo al positivo con simetría lineal y trigonal. La molécula
resultante, dice Álvarez-Builla, «abre la posibilidad» de generar materiales
de interés en el diseño de circuitos moleculares. Su intención en este
campo es construir esqueletos cada vez más complejos para ofrecérselos
a físicos del estado sólido, que tomen sus moléculas y las ensayen como
semiconductores orgánicos. |
Otra área donde está destacando el grupo es en química radicalaria, una
rama que «la practica relativamente poca gente en el mundo». De lo que
se trata, en esencia, es de crear radicales sobre un sistema de
heterobetaína, lo que facilita diversas reacciones de ciclación. De forma
simple y en un solo paso, señala el investigador, se convierten unas
materias primas sencillas en sistemas heterocíclicos complejos. |
Los sistemas resultantes son de interés por su potencial de interacción
con moléculas de ADN. El grupo trabaja con el objetivo de conseguir algo
así como pinzas químicas capaces de reconocer en el ADN agrupamientos
de bases determinadas. |
«Lo que pasa es que todavía no sabemos bien para que sirve eso»,
comenta, aunque el potencial, matiza de inmediato, «parece importante».
«De entrada, es un reactivo que puede ser útil para reconocer
determinadas zonas más ricas en pares de bases concretas». De estas
moléculas esperan que puedan surgir agentes antitumorales, o productos
basados en la inhibición de la expresión génica, aunque el objetivo queda
todavía muy lejos. |
El sistema no corta el ADN sino que simplemente forma un complejo, lo
que abre la puerta a un posible uso como marcador. La intención es
conferirle selectividad, algo que todavía nadie ha conseguido. «Nuestras
pinzas están constituidas por dos sistemas intercalantes, unidos por un
linker o espaciador». Se introducen entre pares de bases y se asocian a
cuatro pares. Lo que se pretende es que puedan reconocerlas. El paso
siguiente sería conformar la molécula como reactivo. Si estuviera dotado
de la suficiente selectividad, podría identificar secuencias de ADN cortas,
con lo que podría actuar como inhibidor añadiéndole agrupamientos
específicos. |
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