Ciência e Saúde

Prémio Nobel da Química 2021: Organocatálise Assimétrica

Na passada quarta-feira, a Academia Real de Ciências da Suécia atribuiu a Benjamin List e a David MacMillan o Prémio Nobel de Química. Os dois cientistas foram laureados graças ao desenvolvimento de um novo método de síntese de moléculas mais eficiente e mais verde: a organocatálise.

A capacidade que os químicos têm de sintetizar moléculas complexas a partir de outras mais simples tem-se revelado de extrema importância para o desenvolvimento de muitas indústrias e para o aumento da qualidade de vida do ser humano.

Até se chegar a uma molécula muito complexa são necessárias várias reações químicas. Para estas serem bem sucedidas são necessários catalisadores, ou seja, os catalisadores não são consumidos durante a reação e, por isso, regeneram-se no final.

É tamanha a relevância deste ramo de investigação que a Academia Sueca já atribuiu sete Prémios Nobel da Química a cientistas que realizaram pesquisas no âmbito da catálise de reações químicas.

Hoje em dia, embora os cientistas já consigam produzir moléculas muito complexas em laboratório com recurso a catalisadores, tal capacidade não é equivalente à que a Natureza tem para sintetizar eficientemente compostos quer sejam simples, quer sejam complexos.

Contudo, a descoberta dos laureados com o Prémio Nobel da Química deste ano aproxima, um pouco mais, o Homem desta aptidão da Natureza.

Reações dos cientistas premiados

Benjamin List, 53 anos, de Frankfurt, Alemanha e professor na Universidade de Cologne e no Instituto Max Planck para a Pesquisa de Carvão, não acreditou na notícia, pensou que fosse uma piada quando recebeu a chamada da Academia.

Já David MacMillan nascido em Bellshill e professor de Química na Universidade de Princeton, sentiu-se atordoado, confuso, exaltado, orgulhoso, sentimental, com vontade de chorar tal fora a emoção de receber um Prémio com a importância do Prémio Nobel.

Os vencedores partilharam um prémio monetário de 10 milhões de coroas suecas (cerca de 954 mil euros).

Contextualização Histórica

Jacob Berzelius foi o primeiro cientista a descrever compostos com força catalítica (catalytic force) como responsáveis pelo fenómeno de catálise. Antes da década de 1970, já eram testados vários compostos candidatos a catalisadores orgânicos.

Vários cientistas perceberam que seria possível usar moléculas orgânicas para catalisar reações químicas mas nenhum deles conseguiu perceber que este processo poderia ser aplicado de forma generalizada, a vários tipos de reações.

Até ao ano 2000, os químicos usavam, maioritariamente, dois tipos de catalisadores: as enzimas, (catalisadores biológicos), e os catalisadores metálicos.

As enzimas são extremamente específicas e eficientes (as reações que catalisam só permitem a obtenção de um isómero entre os possíveis). Enquanto os catalisadores metálicos reagem muito bem com água e oxigénio. Isto impede que sejam utilizados por indústrias, já que nestas é muito difícil controlar as condições de humidade e de níveis de oxigénio.

Os vencedores deste Prémio Nobel criaram, de forma independente, um terceiro tipo de catalisador: pequenas moléculas orgânicas com propriedades de catálise.

Benjamin List e o Aminoácido Prolina

Ao longo dos seus trabalhos, Benjamin List começou a pensar no modo como as enzimas efetivamente trabalham. As enzimas são moléculas, geralmente, muito grandes, formadas por centenas de aminoácidos. Contudo, no seu centro catalítico (parte da enzima que, efetivamente, catalisa a reação), muito poucos aminoácidos (não mais do que 4 ou 5) auxiliam o prosseguimento da reação. O cientista questionou-se se toda a estrutura da enzima seria importante na catálise ou se os aminoácidos do centro catalítico seriam suficientes.

Após toda a sua investigação, em fevereiro de 2000, List publicou um artigo em que mostrou que o aminoácido prolina funciona bem como catalisador, já que apresenta um átomo de azoto (N) que consegue acomodar e doar eletrões no decorrer das reações. A prolina é ainda capaz de fazer catálise assimétrica.

David MacMillan e os Iões Imino

David MacMillan fazia investigação com metais, mas, devido à pouca utilidade destes para as indústrias, o cientista pensou que deveria desenvolver outro tipo de catalisador que pudesse ser utilizado a nível industrial.

Graças aos seus conhecimentos de química, percebeu que um bom candidato a catalisador seria o ião imino, que consegue acomodar e doar eletrões (tal como os metais), além de também fazer catálise assimétrica.

Foi MacMillan que deu o nome de organocatálise ao processo que descobrira.

As reações com estes catalisadores são mais eficientes porque funcionam em cascata e não é necessário isolar compostos intermediários ao longo da reação o que leva a uma diminuição dos resíduos resultantes.

O que é a catálise assimétrica?

Existem moléculas que são como as nossas mãos, imagem de espelho uma da outra. São constituídas pelos mesmos átomos, mas a posição destes nas duas moléculas é diferente. Tais moléculas denominam-se enantiómeros.

Geralmente, os enantiómeros apresentam propriedades muito diferentes entre si e, geralmente, só um deles é que é bioativo. Isto leva a que as nossas enzimas os distinguam com muita facilidade.

Na catálise assimétrica forma-se somente um dos enantiómeros possíveis.

A importância da organocatálise para a indústria farmacêutica

A organocatálise é de extrema importância para a síntese de compostos farmacêuticos, já que na indústria farmacêutica é quase sempre necessário promover reações assimétricas. A grande maioria dos fármacos corresponde a um só enantiómero. Daí, interessa que só uma das duas moléculas possíveis seja sintetizada.

Texto por Margarida Vilaça. Revisto por Maria Teresa Martins.