Como es costumbre desde hace más de 100 años, esta semana se están entregando los Premios Nobel. Hasta el momento se han entregado los de Medicina, Literatura, Física y Química; y en este artículo hablaremos de las dos últimas categorías.
Los premios se entregarán el 10 de diciembre. Tradicionalmente, los premios se llevaban a cabo en una ceremonia oficial en Estocolmo, pero debido a la pandemia serán dados en línea, al igual que el año pasado.
Física
El Premio Nobel de Física 2021 fue compartido, siendo otorgado a Syukuro Manabe y Klaus Hasselmann por modelar físicamente el clima de la Tierra, y a Giorgio Parisi por descubrir la interacción entre el desorden y las fluctuaciones en los sistemas físicos.
Manabe fue el primero en vincular el equilibrio de la radiación ascendente y descendente en la atmósfera con el transporte vertical de masas de aire. Además, mostró por qué un aumento en la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera puede conducir a un aumento de su temperatura.
Por su parte, Hasselman construyó modelos físicos que relacionan el tiempo y el clima. A parte de ello, desarrolló métricas mediante las cuales es posible determinar la influencia de factores naturales y antropogénicos (en particular, cambios en la concentración de dióxido de carbono) sobre los cambios en el clima global.
La segunda mitad del premio fue para Giorgio Parisi, quien investigó los patrones que se encuentran en materiales desordenados. Los patrones descubiertos por Parisi son adecuados no solo para describir materiales complejos con una estructura desordenada, sino también para otros sistemas complejos no físicos.
El trabajo de Manabe y Hasselman ha sido la base de los modelos climáticos modernos. Por otro lado, el trabajo de Parisi nos ayuda a entender los patrones relacionados con las matemáticas, la biología o el aprendizaje automático.
Química
El Premio Nobel de Química en 2021 fue otorgado a Benjamin List y David MacMillan por el desarrollo de la organocatálisis asimétrica.
Hasta finales del siglo XX, los químicos solo conocían dos tipos de catalizadores (sustancias que aceleran las reacciones químicas). En el primero, los átomos de metal son responsables de la aceleración y en el segundo, las enzimas. Los galardonados de este año han descubierto un tercer tipo de catálisis.
Los catalizadores metálicos se utilizan en la industria. Sin embargo, las reacciones de los catalizadores con átomos metálicos suelen ser inespecíficas, por lo que es difícil controlar el producto en la salida.
Por su parte, las enzimas se encuentran en los organismos vivos y son extremadamente específicas, es decir, aceleran una reacción estrictamente definida o algo. Pero dentro de una célula, es posible que solo no haya una enzima adecuada para una reacción específica la cual deba lanzarse a escala industrial.
El descubrimiento
Benjamin List llamó la atención de que algunos catalizadores pertenecen a ambos tipos a la vez. Por ejemplo, en las células humanas hay muchas enzimas, en cuyo centro activo se sitúa un átomo metálico. Pero algunas enzimas pueden arreglárselas sin él, prescindiendo de los aminoácidos.
En ese sentido, es posible que los aminoácidos se conviertan en catalizadores por sí mismos, aislados de una gran molécula de enzima. List descubrió que la prolina, uno de los aminoácidos más pequeños, puede actuar como catalizador.
Por su lado, David McMillan llegó a la misma idea desde un ángulo diferente. Él trabajó con catalizadores basados en átomos metálicos y buscó formas de hacerlos más específicos. Incluso recogió las condiciones bajo las cuales esto sería posible, aunque resultaron ser demasiado complejas para aplicaciones industriales. Macmillan cambió a pequeñas moléculas orgánicas y reemplazó el átomo de metal en el catalizador con un ion iminio.
Los trabajos de ambos galardonados se publicaron en el mismo año 2000, y desde entonces hay cada vez más catalizadores orgánicos. Entre sus ventajas tenemos su bajo costo y su capacidad de funcionar en cadena, para reducir el tiempo de producción de moléculas orgánicas complejas.
Además, debido a su especificidad, permiten obtener solo el isómero requerido de una sustancia; por lo tanto, la organocatálisis es asimétrica. Esto es importante, por ejemplo, en los casos en que un fármaco existe en dos formas espejo, pero funciona directamente como fármaco en solo una.