Divulgación de la Ciencia Química
El
propósito de la
CIENCIA
QUÍMICA
•EL ENLACE • SÍNTESIS ORGÁNICA •QUIMICA FARMACÉUTICA FARMACÉUTICA •QUIMICA VERDE VERDE •BIOCATÁLISIS •QUÍMICA ECONÓMICA
Alejandro Torres y negocios Gavilán Ciencia El nuevo pensamiento
MITO QUÍMICO Las microondas y su mal entendimiento
científico
REVISTA QUIMIOFILIA. NOVIEMBRE 2017. #1
Asignación estructural • Transferencia de Tecnología •Biocatálisis • Diseño de Síntesis •Desarrollo de Métodos Analíticos • Investigación de Hallazgos •Interpretación de Resultados • Formulación Cosmética y Farmacéutica •Cursos, Actualizaciones y Capacitaciones • Seguridad en Laboratorio •
[email protected] alkimiasesores @gmail.com
EDITORIAL
#1
EL PROPÓSITO DE LA CIENCIA QUÍMICA
Entre en año 750 y 815 de ésta era, el persa Abu Mūsa Ŷābir ibn Hayyan, conocido en latín como Geber, introdujo en la entonces alquimia, una nueva forma de ejecución y entendimiento de sus actividades: la experimentación.
Mucho antes que las aportaciones de Antoine Lavoisier o Friedrich Wöhler cambiaran la forma en que la humanidad percibía a la realidad e incluso a la Divinidad, el estilo de práctica y pensamiento de Geber sentó las bases de la Química, la disciplina que más aportes ha hecho a las actividades humanas en todas sus manifestaciones.
DIRECTORIO
José Domingo Rivera Ramírez
[email protected]
Durante siglos, la química ha creado y perfeccionado su lenguaje, su simbología e incluso su objeto de trabajo, influyendo por sí misma en otras disciplinas mucho más, o al menos a la par, de lo que otras disciplinas influyen en ella. La química es una ciencia que genera conocimiento cimiento para que otros entiendan entiendan,, apliapliquen o justifiquen su propio conocimiento. Sus alcances son tales que hoy toda línea de conocimiento de la naturaleza o aplicación tecnológi tecnológica ca en algún algún momento momento tuvo que resolver un problema químico. Con tal variedad de aplicaciones e intervenciones, la química se ha ganado opiniones y calificaciones calificaciones tanto diversas como cambiantes, desde ser percibida como una disciplina de élite académica hasta ser la responsable del consumo y contaminación de recursos naturales.
La química es la única ciencia formal en la que el comercio y las finanzas han encontrado oportunidad de negocios. De ella surgieron fármacos que curan enfermedades y sustancia sustanciass que se conside consideran ran ilegale ilegales; s; de ella supimos que existen o que se pueden crear materiales con casi cualquier requerimiento, que muchos de ellos ayudan a conservar alimentos, que otros no se podrán recuperar o destruir o que se pueden usar como armas. Con todo esto, cada vez más gente, especializada y no especializada en el área, se formula preguntas para las que no es sencillo dar una respuesta, o al menos una única: ¿Cuál es el propósito final de la química mica?? ¿Cuá ¿Cuánd ndo o un prob proble lema ma se vuel vuelve ve dominio de la química? ¿Qué tan responsable es la química del uso que se le da a sus conocimientos conocimientos y técnicas? técnicas? Este es el primer tomo de una serie de publicaciones en las que queremos hacer llegar a todos el conocimiento químico, sus condicionantes y consecuencias. Deseamos que el contenido contribuya a un mejor ejercicio de profesionales y especialistas y a un mejor entendimiento de la química para aquellos no químicos. ¡Bienvenidos a la Divulgación de la Ciencia Química!
JOSÉ DOMINGO RIVERA RAMÍREZ DIRECTOR GENERAL Y EDITOR
Revista bimestral (noviembre) de 2017. Editor responsable José Domingo rivera Ramírez. El logotipo y el nombre con sus variantes, colores, tonalidades, tamaños, formatos y versiones son propiedad intelectual en trámite. La difusión de este documento es gratuita únicamente en formato digital. La comercialización del formato digital o la impresión para fines comerciales sin la autorización por escrito de Quimiofilia incurre en una falta a las leyes sobre derecho de autor, patentes, marcas, modelos y diseños industriales o secretos industriales. Los contenidos del presente documento tienen fines divulgativos y de información al público en general, así como a especialistas, investigadores, estudiantes y profesionistas. El contenido y las opiniones expresadas por los autores son responsabilidad de cada uno de ellos y no reflejan necesariamente la postura del editor de la publicación o la opinión de Quimofilia. El contenido, promociones y material gráfico que se inserta en los espacios publicitarios son responsabilidad de los anunciantes. Quimiofilia no promueve, incita, insinúa, sugiere o invita a que la información aquí presentada sea utilizada sin la asesoría de un experto ni/o para fines que violen las leyes y las buenas costumbres de cada país.
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EL PROPÓSITO DE LA CIENCIA QUÍMICA
El Enlace……………………………………………………4
Contribuir a la Sustentabilidad de los Procesos Químicos……………………. 19
La Heroína de la Historia……….…………………6 Alejandro Torres Gavilán……….……………. 24 Química, Farmacia y… ¿Química Farmacéutica?..................……….………………10
Química Verde……………..……….……………. 14
Química: Pilar de la Economía……………. .. 31
Las microondas y su mal entendimiento.…………………..…….. 33 ………………………………..……..35
CONTEX - TO
Para las personas no especializadas en el mundo y el lenguaje de la química, pero incluso para las que tienen una instrucción avanzada en ella, la percepción de ésta disciplina es amplia y diversa. Y es que la definición de ésta ciencia es muy sencilla: transformar materia. Sin embargo, el concepto que abarcan estas dos palabras es amplio, muy amplio, y complejo, muy complejo.
Siendo así, debe haber una idea fundamental de la que surjan todas las construcciones de la química, por muy complejas y amplias que sean y hacia dónde se pueda remitir cualquier manifestación científica que pretenda integrarse a ella. Dicha idea es la Existencia del Enlace, y es tan importante que muchos Filósofos de la Química la han llamado El Dogma Central de la Química.1 No pocos especialistas e incluso autoridades del área considerarían que la química tiene como dogma la existencia del átomo como unidad fundamental y mínima de la materia; sin embargo, este concepto, su definición y estudio son competencia de la física. 2 Si bien ese concepto también es de vital importancia, pretender explicar un problema químico estudiando únicamente la composición de la materia resulta, para un químico actual, una absurda pérdida de tiempo. La química en cambio, basa su desarrollo en establecer cómo manipular las fuerzas que mantienen a dos o más átomos unidos y la consecuencia de dicha interacción o manipulación: la transformación de la materia.
(por) Mongonye
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1. Discusiones de la filosofía de la química en: a) Labarca, M. REDES, , 11, 155-171; b) Chamizo J. A. Educación Química, , 6-11; c) Labarca, M.; Lombardi, O. Principia, , 14, 309-333. 2. Para un abordaje más profundo de ésta idea véase: Weisberg M. Challenges to the Structural Conception of Chemical Bonding, University of Pe nnsylvania, forthcoming in PhilosophyofScience
Actualmente el estudio, la comprensión y la utilidad del concepto de enlace se han diversificado a tal grado, que es posible entender, explicar y manipular todos los fenómenos del mundo natural y responder a las preguntas: ¿cómo formarlo o romperlo? ¿qué tan fácil es hacerlo? y ¿cuánto tardará el proceso? La primera pregunta tiene respuesta en la Teoría Ácido-Base, la cual estudia la forma de romper y formar enlaces y las condiciones para que esto suceda. La segunda la responde la Termodinámica Química al establecer qué tanta energía se necesita para romper o formar un enlace y que tan estable será la sustancia que se obtendrá. La limitante de las dos disciplinas anteriores es que no establecen qué tan rápido se llevarán a cabo sus fenómenos, ahí es donde interviene la Cinética Química la cual estudia qué tantos enlaces se rompen o se forman por unidad de tiempo. El problema es que aún con lo claro que resulta la distinción entre átomo y enlace, la definición de éste último es una de las mayores dificultades de la química. Hasta el momento no existe un método que permita observar a un enlace como tal. Lo que se tienen son técnicas e instrumentos para medir los fenómenos que derivan cuando dos átomos están a cierta distancia, cuando se quiere acortar o alargar esa distancia o cuando se acerca o se aleja un tercer átomo de ellos. Dichos fenómenos pueden ser: cambios de color de la sustancia, cambios de estado, generación o pérdida de calor, cambio en una señal eléctrica o cambio en una función biológica. Al observar que las mediciones de dichos fenómenos son constantes, se puede sugerir que se deben a la interacción entre los átomos que componen a la sustancia y que dichas interacciones son enlaces.
Derivado de estas tres disciplinas fundamentales, es que se han construido teorías, descubrimientos y desarrollos tecnológicos que brindan beneficios y comodidades a la sociedad. En la actualidad no hay problema científico que no tenga que recurrir al lenguaje de la química o que no se haya beneficiado de su legado.
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Hoy en día es difícil mirar algo donde la Síntesis no haya tenido un impacto muy amplio, no por nada es la Actividad Química por excelencia
(por) Marco V. Mijangos P 6
A finales de los años 80’s, los químicos del Instituto Nacional del Cáncer en Estados Unidos tomaron 14 toneladas – el peso de dos elefantes africanos – de una planta marina conocida como Bugula neritina y aislaron 18 gramos –el peso de dos monedas – de Briostatina 1, un compuesto que se perfiló como un agente de primera clase para el tratamiento de enfermedades como el VIH/SIDA, el cáncer y la enfermedad de Alzheimer. EL PROBLEMA cuando se exploró la posibilidad de llevar a cabo estudios con esa cantidad de compuesto, ya que para fines prácticos SURGIÓ resultaba ser muy poco y pensar en obtenerlo a gran escala a partir de sus fuentes naturales causaría daños significativos al ecosistema y expondría a la posible extinción del organismo que lo produce. Así, la Briostatina 1 se incorporó a la larga lista de ejemplos de sustancias que son de alto interés para la humanidad, pero que su aplicación se ha visto obstruida por su baja disponibilidad en la naturaleza. Pensando en la resolución de este dilema fue que a finales del siglo XIX toda una generación de científicos ideó una sencilla premisa: Construir a las sustancias en lugar de obtenerlas de fuentes naturales. La ejecución de está idea dio paso a La Actividad Química por excelencia: La Síntesis Química.
La Síntesis Química –o simplemente Síntesis –, es la disciplina química que se dedica al estudio sistemático de la construcción de sustancias complejas, mediante la transformación de moléculas mucho más simples y de fácil obtención –económica o ambiental –. En otras palabras, esta ciencia es el sueño de los antiguos alquimistas hecho realidad, la obtención de una sustancia de alto valor, a partir de otras muy baratas. Hoy en día, los científicos practicantes de la Síntesis buscan encontrar soluciones para la obtención de sustancias químicas complejas con estructura tridimensional y funcionalidades precisas, utilizando –y descubriendo – principios fundamentales de reactividad química para diseñar reacciones que generen el producto deseado de la manera más rápida, eficiente y con el mínimo impacto ambiental. En 2017 fue posible obtener Briostatina 1 vía síntesis química, dando una alternativa para su abastecimiento sin necesidad de aventurarse al fondo del mar y facilitando su futura aplicación en la medicina. Es grato decir que no solamente la medicina ha sido beneficiada por esta ciencia. La Síntesis ha generado desde productos agroquímicos y de control de plagas, plásticos y gomas, pigmentos para ropa, pinturas, perfumes y aditivos en alimentos, hasta las moléculas que iluminan las pantallas de nuestros teléfonos celulares.
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Esta gama de beneficios hace parecer que la Síntesis es una ciencia madura, sin embargo, aun en estos días sintetizar una molécula compleja requiere muchos recursos y de un gran esfuerzo. Los químicos sintéticos siguen buscando nuevas formas de armar moléculas que permitan proveer cualquier sustancia útil para la humanidad y que esto sea tan fácil como preparar unos huevos revueltos. Con trabajo duro y mucha creatividad este ideal algún día será posible.
ALGUNOS DATOS DE LA SÍNTESIS ORGÁNICA
Se ha calculado que en el mundo existen alrededor de 30 millones de sustancias reconocidas en el Registro CAS y 50 millones registradas en el buscador SciFinder , las cuales han sido identificadas, proporcionadas o fabricadas por 500 compañías y 2200 universidades. Jonathan Goodman de la Universidad de Cambridge contabilizó que para Octubre de 2017 existían 279 revistas especializadas en síntesis orgánica -y le faltaron varías-. Para 2017 las búsquedas especializadas en el portal de la American Chemical Society rondaron los 27 millones de visitantes. Esta prestigiosa revista publicó alrededor de 40 mil artículos ese año. Únicamente en esta asociación se hacen hasta 181 millones de revisiones de resúmenes de artículos por año.
Marco V. Mijangos Candidato a Doctor por la UNAM. Su trabajo de tesis se centra en la síntesis total de alcaloides
[email protected]
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Detlix Belisario Domínguez No. 1202, Colonia Independencia, Guadalajara, Jalisco, México Telefono: 36 37 24 97, 36 99 62 03 . Móvil: 3314084890
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QUÍ MICA
FARMACÉUTICA
Química, Farmacia
y
…
¿Química Farmacéutica?
(por) Telaraña Farmacéutica
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La química está en todo y en todos. Nuestro entorno y nuestro interior se encuentran en un proceso constante de transformación a base de reacciones químicas que muchas veces no percibimos. Existen sin embargo transformaciones que si percibimos, ya sean porque algún agente externo las ocasionó o porque las funciones normales dejaron de serlo – las enfermedades –. Una de las primeras manifestaciones de la química – la otra fue la de intentar obtener oro a partir de cualquier cosa – desde hace decenas de siglos, se encargó de estudiar y entender dichos procesos anómalos. Probablemente los primeros representantes, reconocidos, de esta actividad fueron los gemelos Cosme y Damián, nacidos en Arabia alrededor del siglo III d.C., quienes después de aprender medicina en Siria llegaron a Roma para curar en el nombre de Dios, cualquier enfermedad tanto en hombres como animales.
Lo interesante fue que al concurrir tantas personas a su servicio, los hermanos repartieron sus labores, siendo Cosme el que se dedicaba a diagnosticar la enfermedad y Damián el que realizaba los preparados medicamentosos como tratamiento. La importancia y distinción de estas dos actividades fue tal que en el siglo XII el Emperador Federico II aprobó El Edicto de Palermo, un documento escrito por el boticario Pier Delle Vigne en donde se distingue la independencia de la actividad farmacéutica de la médica. A partir de entonces nació la actividad científica más influyente de y para la humanidad y hacia la que todos los esfuerzos de la química desean ser de utilidad –La Farmacia –. En el campo farmacéutico se estudian las enfermedades y los procesos químicos que las caracterizan para así elegir o diseñar los activos químicos que ayudarán a eliminar o reordenar dichos procesos. El farmacéutico ha adaptado y contribuido a enriquecer las disciplinas fundamentales de la química en su quehacer diario. Desde conocer qué tanto activo necesita y con qué frecuencia administrarlo (posología), hasta las condiciones y sustancias que ayudarán a que cumpla su objetivo (biofarmacía). Derivadas de fundamentos químicos y físicoquímicos es que han nacido disciplinas como la Farmacocinética, la biofarmacia o conocimientos como el metabolismo de fármacos. La química Farmacéutica es uno –o quizá el único – de los ejemplos de actividad científica que se ha industrializado a niveles que influyen directamente en la sociedad en el sentído económico, laboral, sanitario y académico. Ya sea como Farmacéuticos, Químicos Farmacéuticos, Químicos Farmacéuticos Biólogos, Químicos Farmacéuticos Industriales, Químicos Farmacéuticos Biotecnólogos, Químicos Farmacéuticos Parasitólogos, Farmacéuticos Industriales o bioquímicos farmacéuticos, los profesionales de la farmacia han hecho un aporte mayúsculo a las actividades de la química y a la humanidad.
La profesión del químico farmacéutico se celebra el 26 de septiembre
P 11
El estudio de cómo fabricar los preparados farmacéuticos
Qué tan rápido pasa un fármaco por el cuerpo y qué cambios sufre
–
La interacción entre los fármacos y los receptores biológicos
El estudio de cómo los fármacos afectan a los sistemas biológicos
–
–
Investigación y diseño de cómo responde la población a los tratamientos
La forma química de obtener un fármaco
–
La forma de extraer fármacos de las plantas
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PREVENIR EL IMPACTO
En la literatura existen muchas definiciones para Química Verde – Green Chemistry, Química Sostenible o Sustentable –. Una de las mas apropiadas sería: Es el diseño, desarrollo e implementación racional de sustancias o productos y procesos químicos que reduzcan o eliminen el uso y generación de sustancias peligrosas para el medio ambiente y por tanto para la sociedad,. El objetivo de la Química Verde es la prevención de contaminantes desde su origen, es decir desde el diseño de un producto comercial o de una sustancia y su fabricación a nivel laboratorio o industrial. Dicho proceso debe ser seguro para las personas y generar un mínimo de subproductos dañinos para la salud y el ambiente. Cumpliendo estas premisas es que se pueden reducir además los costos económicos del proceso. La filosofía de la Química Verde fue propuesta en 1998 por Anastas y Warner1 y desde entonces ha revolucionado de forma drástica la forma en que se trabajan y planean las reacciones tanto a nivel de laboratorio de ciencia básica como en la industria química.
1. Anastas, P.; Warner, J. C. P 14
(por) Jaime Escalante
QUÍMICA VERDE ., Oxford University Press,
.
LOS 12 PRINCIPIOS
1
4
En un proceso químico es
Los productos químicos debe-
mejor evitar la generación de
rán diseñarse para lograr man-
un
tener su eficiencia y reducir su
subproducto
–residuo –
que tratar de limpiarlo una vez
toxicidad.
que se haya generado.
Los métodos de síntesis debe-
2
Se evitará, en lo posible, el uso
rán diseñarse de manera que
de sustancias que no sean
incorporen al máximo, en el
necesarias como disolventes,
producto final, todos los mate-
reactivos para llevar a cabo
riales usados durante el proce-
separaciones, etc., y en el caso
so, minimizando la formación
de que se utilicen que sean lo
de subproductos
más inocuos posible.
Siempre que sea posible, las
3
rutas sintéticas deberán diseñarse
utilizando
sustancias
que tengan poca o ninguna toxicidad, tanto para el hombre como para ambiente.
5
El uso de fuentes energéticas deberá evaluar su impacto
6
ambiental y económico, por lo que deberán minimizarse. Se prefieren procesos que se puedan llevar a cabo a temperatura y presión ambiente.
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Las materias primas deben ser
El diseño y producción de sus-
renovables así como los pro-
tancias
ductos y subproductos de los
deberá ser biodegradable, es
procesos químicos deberán de
decir, aptos para ser consumi-
ser reutilizados siempre que
dos en un tiempo corto por
sea económicamente viable.
microorganismos o plantas.
7
10
preferentemente
Las metodologías analíticas
8
Muchas rutas sintéticas son
serán
muy largas, pero si se hace un
permitir
diseño apropiado, se evitarán
control del proceso en tiempo
derivados como los grupos de
real,
protección/desprotección.
controlar la formación de
11
desarrolladas un
para
monitoreo
y
con la finalidad de
sustancias peligrosas.
Desarrollar una cultura de
catalíticos ya que estas condi-
ejercicio de la química mas
ciones casi siempre son mejo-
segura respecto a la emisión
res a los procesos estequio-
de contaminantes, incendios,
métricos
derrames y explosiones.
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12
Se preferirá el uso de procesos
A TODOS BENEFICIA Otro ejemplo es la Ingeniería de Disolventes. Ésta busca el diseño de estrategias que racionalicen el uso de disolventes convencionales, además del desarrollo de disolventes verdes que reduzcan o eliminen el uso de los empleados tradicionalmente. Aunado a lo anterior, el uso de tecnologías limpias y más amigables con el medio ambiente está siendo bien recibida por muchos laboratorios, con el fin de reducir el consumo de energía. Ejemplo de esto es el uso de las microondas, la mecanoquímica, la sonoquímica y la irradiación ultrasónica.
Las áreas en las que se aplican estos principios incluyen el uso de nanomateriales, especialmente en la industria medicinal y farmacéutica. En procesos de síntesis orgánica que buscan reducir el impacto ambiental reemplazando reactivos que se emplean en cantidades estequiométricas por catalizadores. También en combustibles automotrices que usan catalizadores para una buena combustión y una baja emisión de contaminantes a la atmósfera.
Así, los principios y desarrollos tecnológicos de la Química Verde actualmente se empiezan a implementar en la investigación para tener efectos de prevención hacia nuestras futuras generaciones.
Un campo con un uso notable de los doce principios es la Biocatálisis. Con el uso de enzimas en lo que se hace llamar la química fina, se encuentran ventajas como quimio-, enantio- y regioselectividad y condiciones de reacción suaves. Se evitan etapas de protección y desprotección de grupos funcionales en síntesis, logrando rutas de transformación más cortas y por lo tanto la generación de menos subproductos.
Jaime Escalante Profesor Investigador en la Universidad Autónoma del Estado de Morelos, México. Sus líneas de investigación se centran en estrategias de síntesis con microondas, mecanoquímica, enzimas y ultrasonido. Ha dirigido más de 10 tesis doctorales y publicado más de 60 artículos en revistas internacionales
[email protected]
Los cambios tecnológicos se adoptan cuando ofrecen ventajas reales. El reto de la Química Verde es desarrollarlos de forma rápida. La colaboración entre académicos d esarrollo , gobiernos financiamiento e industriales a plicación acelerará el proceso –
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Martyn Poliakoff
P 17
Posgrado en Ciencias Químicas Universidad Autónoma del Estado de Morelos
[email protected]
Fue Jöns Jakob Berzelius, uno de los pilares de la química moderna – junto con Dalton, Lavoisier y Boyle – quien introdujo en 1836 el término fuerza catalítica o catálisis. El término sirvió para describir reacciones que aumentaban su velocidad por efecto de sustancias presentes en el medio y que al final del proceso permanecían inalteradas, los catalizadores. Debido probablemente a sus estudios en medicina, Berzelius relacionó a la catálisis con procesos biológicos, pensando que debería haber sustancias que sostuvieran las funciones vitales sin tomar parte en ellas. ¡No estaba equivocado!; en 1876 Khüne reforzó esa idea al estudiar los componentes funcionales de una levadura y emplear el término enzima para referirse a algunos de ellos. Dos años más tarde Traube reconoció a estos componentes como sustancias químicas formales – responsables de la catálisis, al menos en sistemas vivos –.
CONTRIBUIR A LA SUSTENTABILIDAD DE LOS PROCESOS
QUÍMICOS EXISTENTES
LA DISCIPLINA CIENTÍFICA QUE LE HA DADO UNA NUEVA VISIÓN A LAS ACTIVIDADES Y OBJETIVOS DE LA QUÍMICA (por) Edmundo Castillo
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Es así que a partir de estos trabajos inicia una fructífera producción de información y datos que colocaron a las enzimas en la mira de la ciencia. Se destacan en 1894 los trabajos de Emile Fischer y sus Reglas Estereoquímicas descubiertas en enzimas o los descubrimientos de Eduard Buchner en 1897 en donde propone que las fermentaciones pueden suceder fuera de una célula, contradiciendo completamente a la hasta ese momento vigente Teoría Vitalista. Es importante subrayar que la catálisis en sistemas vivos se respaldó siempre en elementos fundamentales de la química para poder explicar dichos descubrimientos. Pronto se supo que una enzima contiene funciones alcalinas y ácidas y que sus transformaciones corresponden en muchos de los casos a sistemas de reacción clásicos reportados para sistemas no biológicos. De hecho, los mismos Michaelis y Menten, conocidos por su descripción matemática del comportamiento cinético de las enzimas, se basaron en la Cinética Química para proponer un modelo matemático de la hidrólisis de sacarosa catalizada por la enzima invertasa.
EL PRIMERO EJEMPLO DEL USO DE ENZIMAS EN DISOLVENTES ORGÁNICOS LO DIO BOURQUELOT EN 1912 Y ROSENTHALER FUE PRIMERO EN USAR UNA ENZIMA EN SÍNTESIS ORGÁNICA EN 1908 Únicamente entendiendo sus propios procesos y dándole una categoría científica a sus aportaciones, durante mucho tiempo la enzimología no brindó un beneficio palpable y confiable a las actividades de la química tradicional. Sin embargo, esta idea cambiaria cuando en 1977, los descubrimientos del grupo del Dr. Alexander Klibanov en el Instituto Tecnológico de Massachusetts establecieron la posibilidad de utilizar a las enzimas en medios no acuosos, inaugurando lo que para muchos es la nueva área de la química, La Biocatálisis aplicada a la síntesis orgánica.
Pese al escepticismo con la que muchos todavía consideran a la biocatálisis, esta disciplina le ha dado una nueva visión a las actividades y objetivos de la química. Si bien, en la actualidad su impacto se ha orientado mas a refinar los métodos y estrategias ya existentes de la química y menos a la obtención de compuestos novedosos, el uso de biocatalizadores en síntesis muestra aún un terreno muy fértil de aplicación. Uno de los aspectos donde el impacto de la biocatálisis ha sido determinante, es en el contribuir a la sustentabilidad de los procesos químicos existentes. En efecto, la biocatálisis brinda procesos más limpios, rápidos y eficientes, lo cual de forma clásica es difícil de alcanzar o resolver.
P 20
60% Ya no es desconocido que una síntesis enzimática se puede planear y manipular como cualquier síntesis química clásica. Actualmente buena parte de los métodos y productos de síntesis se pueden obtener con una enzima y más aún, así es como muchos productos que antes no existían ahora son posibles. Una característica de las enzimas es que cuando se emplean fuera de un organismo vivo pueden catalizar reacciones para las que no fueron diseñadas. Esta propiedad, conocida como promiscuidad catalítica ha permitido utilizar enzimas para reacciones muy costosas, muy lentas o prácticamente imposibles de realizar.
Fármacos, esencias, saborizantes
15%
Especialidades químicas: Precursores de fármacos, estándares, monómeros
15%
Detergentes y sanitizantes, enzimas para procesar productos como piel
6%
Polímeros
4%
Otros
€ 1000 millones. Propósitos industriales € 600
millones Enzimas para preparar alimentos € 200
millones Enzimas para enriquecer alimentos
Desde el punto de vista económico, la biocatálisis es uno de los mercados más crecientes de los últimos 60 años. Interviniendo en la producción de combustibles, fármacos, textiles, pieles, alimentos, papel, energía, metales y procesando desechos, para 2010 la industria química generó 20% de sus ingresos con enzimas. Uno de los mejores ejemplos es la glucosa isomerasa, cuya demanda en 1975 era de 500 kilogramos anuales y aumentó hasta 10 millones de toneladas anuales para 2007. Otro ejemplo de éxito de la biocatálisis es la compañía Novozymes, el actual líder en comercialización de enzimas en el mundo. Fundada en 1950, en sus primeros cuatro años cotizaba sus ingresos en $50 MDD anuales y para 2003 ya había alcanzado la suma de $1000 MDD; para el 2008 su mercado se estimaba ya en los $2000 millones de euros.
P 21
El avance de la biocatálisis y la importancia de la bioquímica son tales que no existe actualmente ningún cuestionamiento de síntesis química que no considere, al menos en el papel, a una enzima –o varias – para ser resuelto. Más aún, no existe ninguna área de la química que no se vea seriamente cuestionada si sus aportaciones o afirmaciones a nivel teórico o experimental no coinciden con el comportamiento de cualquier sistema biológico.
Edmundo Castillo Profesor investigador de tiempo completo en el Instituto de Biotecnología de la UNAM, Nivel II del Sistema Nacional de Investigadores.
Estos avances han sido posibles gracias a la producción de proteínas recombinantes y a la ingeniería de proteínas, disciplinas de biotecnología desarrolladas en los últimos 30 años. Estas disciplinas se han encargado del aislamiento, caracterización, producción y mejoramiento catalítico de las enzimas. De esta manera, en los últimos años los biocatalizadores se han vuelto cada vez menos costosos y han ampliado su espectro de aplicaciones. Se estima que en la naturaleza existen 25 mil enzimas, de las cuales 3700 ya han sido estudiadas y caracterizadas, por lo que la era de la enzimología apenas asoma su potencial.
edmundo
Ha publicado más de 40 artículos en revistas internacionales. Ha dirigido 3 tesis doctorales, 11 d e maestría y 5 de licenciatura
[email protected]
@ibt.unam.mx
P 22
Instituto de Biotecnología
UNAM
El grupo de Biocatalisis del IBT-UNAM Convoca a estudiantes de licenciatura, maestría y Doctorado a integrarse como tesistas
[email protected]
Líneas de Investigación •
• •
• •
Síntesis orgánica con enzimas Ingeniería de disolventes Fisicoquímica de sistemas enzimáticos Diseño y caracterización enzimática Mecanismos de reacción enzimática
El grupo cuenta con - Promedio de 6 publicaciones al año - Respaldo de líneas de investigación con cálculos computacionales - Equipo analítico y de caracterización experimental - Técnicos especialistas en el manejo de técnicas y equipos - Colaboraciones con grupos de síntesis orgánica, fisicoquímica, química computacional y desarrollo industrial - Programas inscritos al Padrón Nacional de Posgrados Conacyt
CAPSAICINOIDES Hot spicy molecules for food, medical and self-defense industry
Design
•
Development
•
Production
[email protected]
EL CRECIMIENTO ECONÓMICO DEL PAÍS, SOLO SE VERÁ ACELERADO AL BASAR LA GENERACIÓN DE RIQUEZA EN UNA ECONOMÍA DEL CONOCIMIENTO ENTREVISTA
ALEJANDRO TORRES-GAVILÁN
CIENCIA Y NEGOCIOS. EL NUEVO PENSAMIENTO CIENTÍFICO P 24
Con una personalidad alegre y jovial, es difícil imaginar que Alex es un científico escrupuloso y metódico cuando se trata del trabajo experimental y la elección de datos; más aún cuando los traslada a una aplicación tecnológica. Su interesante pensamiento y forma de trabajo representan un nuevo estilo de ejecución científica, la de sacar el conocimiento de los laboratorios lo antes posible y aplicarlo para lo que fue diseñado. Estamos seguros que esta entrevista más que una anécdota interesante se va a convertir en una enriquecedora lección para científicos y no científicos.
EL PROYECTO
Applied Biotec S.A.S. de C.V. es una empresa de reciente creación que integramos Omar Piña Barraza, Cinthia Ávila Domínguez y Alejandro Torres Gavilán. Esta empresa se generó como un spin-off del Instituto de Biotecnología de la UNAM. En Applied Biotec contamos con una plataforma enzimática perteneciente al concepto de biotecnología verde. Producimos una amplia variedad de Capsaicinoides, los compuestos responsables del efecto pungente o sensación picante de los chiles. Estos compuestos tienen aplicaciones como el gas pimienta y cremas analgésicas, pero buscamos expandir el potencial de estos compuestos en repelentes orgánicos para plagas del campo, la conservación de granos para cosecha, recubrimiento de cables para evitar las mordeduras de roedores y como aditivos en pinturas marinas antivegetativas.
Una de las razones por las que emprendí es el convencimiento de que los desarrollos generado en los centros e institutos de investígación tienen un gran potencial para contribuir con el desarrollo económico de México. Es triste y lamentable que grandes avances en la ciencia se queden almacenados en las bitácoras, artículos o publicaciones, cuando pueden generar riqueza mediante la aplicación de ese conocimiento, particularmente en la solución de problemas que atañen a la industria.
DEL LABORATORIO A LOS NEGOCIOS Nuestra atención se centra por ahora en buscar aliados para el desarrollo de las tecnologías y aplicación de los capsaicinoides. Buscamos empresas interesadas en darle un valor agregado a sus productos (cables, pinturas marinas o repelentes del campo). Así, nuestro día a día se compone de entrevistas con empresarios o gerentes de investigación y desarrollo de esas empresas, para explorar negocios rentables con una orientación sustentable. En Applied Biotec, concientizamos sobre los daños generados por los compuestos tóxicos recalcitrantes empleados en el campo o el uso de metales y biocidas en las pinturas marinas. Nuestro esfuerzo se dirige a convencer sobre los beneficios de la biotecnología como herramienta para solucionar problemas de salud y en los ecosistemas.
Estamos convencidos de que el crecimiento económico del país, solo se verá acelerado al basar nuestra generación de riqueza en
La modalidad en la que Applied Biotec se ha aventurado tiene implícito un alto riesgo. Es decir, es una tecnología en una etapa temprana de desarrollo y su aplicación en ambientes reales se encuentra en pruebas de validación. Es difícil que una transnacional o una empresa consolidada apueste por este tipo de desarrollos y los casos en los que lo hacen son escuetos –hasta ahora no conozco uno –. Normalmente esas empresas buscan desarrollos maduros, probados y con patente licenciable o transferible para así explotar su comercialización. He de decir que en este este esquema, el mayor beneficio económico se lo lleva la empresa y poco permea o se derrama a la universidad, centro o instituto donde se concibió la tecnología.
Existe algo conocido como el valle de la muerte en donde muchos proyectos decaen o quedan abandonados por diferentes causas. El proyecto ha tenido distintas fuentes de financiamiento en las que hemos encontrado satisfacciones y beneficios , así como sacrificios y decepciones. Actualmente Applied Biotec opera con el mínimo indispensable – nadando de muertito – en la búsqueda de aliados interesados en la explotación comercial de la tecnología. Los fondos públicos nos han servido para la maduración de la tecnología y ahora estamos en la búsqueda de capital privado para la comercialización. P 26
EL VALOR DEL TRABAJO DEPENDE DEL PROBLEMA QUE SE RESUELVE O LA CONTRIBUCIÓN QUE SE HACE Aún no le sé. Creo que la mejor forma de responder a esta pregunta es que el valor del trabajo depende del problema que se va a resolver o de la contribución que uno hace. Como emprendedor, aunque uno sabe que el trabajo que estás realizando debería tener una mayor remuneración, es uno de los sacrificios o inversiones que nos toca hacer. Es decir, uno tiene que invertir su propio sueldo por el bien del emprendimiento con el objetivo de que el negocio o la empresa empiece a funcionar.
Por un lado, a los inversionistas poco les interesa conocer los aspectos técnicos; en cambio, los académicos somos muy dados a presumir nuestra tecnología y por lo tanto existe una brecha que se tiene que acotar. Por otro lado, los inversionistas o empresarios tradicionales esperan un retorno monetario al siguiente día de haber realizado la inversión, cosa que normalmente o definitivamente no sucede con emprendimientos de base tecnológica como el nuestro. En este sentido, es importante aprender a hablar en el idioma de los negocios y sobre todo, concientizar a los inversionistas o consumidores sobre los hitos en el desarrollo del negocio o emprendimiento.
¡Lo que más me motiva es demostrar que se puede! Que la ciencia que se genera en el país puede contribuir al desarrollo de México y que no es necesario importar tecnología. Para mi es importante conocer el camino completo, desde el laboratorio hasta la industria. Con el conocimiento adquirido sobre cómo generar una empresa creo que puede abrir el camino para empezar a “sacar” a otras tecnologías generadas en México, que ahora están estacionadas en las bitácoras, artículos y publicaciones académicas y que sin embargo tienen mucho potencial.
Confiar demasiado en la tecnología. Los académicos tendemos a creer que nuestra tecnología es la mejor, que el mercado está esperándonos y que es la solución que desde años se ha buscado. Sin embargo, cuando salimos del laboratorio nos damos cuenta que no es así y que las prioridades del mercado son otras o bien que cuesta mucho trabajo insertar una tecnología nueva en el mercado. Como desarrolladores de tecnología no entendemos o no conocemos muchos aspectos de la comercialización por lo que el valle de la muerte a veces resulta insuperable. Otro error es malbaratar la tecnología y entregarla al primer inversionista dispuesto a capitalizar el desarrollo. Cuando inicié mi proyecto no busqué diferentes socios inversionistas y me fui con el primero que me presentaron, al cual no logré concientizar sobre los hitos del proyecto y la inversión necesaria para superarlos. Supongo que él sintió que yo lo veía como alcancía infinita y yo me sentí sin el apoyo empresarial que requería para el desarrollo del negocio. El tercer error que no cometería es considerar a los apoyos federales como a fondo perdido. Somos dados a desvalorizar lo que no nos cuesta y los apoyos federales no son la excepción. Es importante internalizar que los apoyos federales provienen de nuestros impuestos y que debemos retribuir al país el capital invertido.
EXPERIENCIA Y APRENDIZAJE Una de las cosas que hubiera hecho antes es iniciar el emprendimiento en cuanto desarrollé la tecnología ya que me tardé un tiempo en explorar la posibilidad de generar un negocio con lo que había encontrado durante el desarrollo. Aunque en ese entonces el ecosistema de emprendimiento estaba aún en gestación o bien, no había, creo que me tardé en interiorizar la idea de que los desarrollos científicos deben buscar la manera de transformarse en ciencia aplicada y contribuir con el crecimiento económico del país. Otro aspecto que también hubiera hecho antes y que también me llevó tiempo es la apropiación de la tecnología. En ello me refiero a sentir como propia la tecnología que estaba desarrollando. Como estudiantes de maestría o doctorado creemos que la tecnología es del investigador principal o tutor cuando en realidad es de ambos. En este sentido, yo esperaba que mi tutor fuera el que buscara la aplicación de la tecnología cuando en realidad, debí ser yo desde el inicio. La tercera es haber explorado mejor el mercado potencial de la tecnología y centrarme a conocer otros aspectos del negocio que no están relacionados con la tecnología.
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La formación que he recibido me ha enseñado una cosa fundamental en mi vida profesional y eso es a estructurar el pensamiento. En la vida como investigador siempre planteamos una hipótesis, las actividades para demostrarla y los resultados que esperamos validan o rechazan esas suposiciones. Así, en cualquier ejecución trato de hacer el mismo proceso. Muy relacionado con la pregunta anterior, en términos prácticos el conocimiento científico que he adquirido me ha servido bastante, sobre todo en sentido de siempre estar buscando mejoras al proceso o nuevas tecnologías o alternativas dentro de la biotecnología.
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ALEJANDRO TORRES DOCTOR EN CIENCIAS POR LA UNAM ES ESPECIALISTA EN ENZIMOLOGÍA, BIOCATÁLISIS E INGENIERÍA DE DISOLVENTES. CON APPLIED BIOTECH GANÓ EN 2017 EL CUARTO LUGAR EN CLEANTECH CHALLENGE MÉXICO, OTORGADO POR GREENMOMENTUM
El cambio de mentalidad es progresiva y más que un cambio creo que es una adaptación de la manera de pensar. Los lapsos de tiempo que tiene la academia son muy distintos a los negocios y adaptarme a ello me ha costado trabajo. Como investigador buscas un resultado casi perfecto, en donde las dudas no tengan mucha cabida y se demuestre que la hipótesis es válida. En cambio, en los negocios es importante responder a las demandas de mercado con prontitud a pesar de que la respuesta (producto o solución) pueda ser perfectible. Otro cambio que he tenido que realizar es migrar del altruismo de investigador que tengo para solucionar algún problema hacia la rentabilidad económica que debe haber en esa solución para que el negocio persista.
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QUÍMICO – invitado
De niño me gustaba tomar leche con hielo y chocolate, lo amaba, era mi mezcla química favorita. Fue probablemente la primera vez que vino a mi cabeza la pregunta de por qué tres cosas tan distintas –para mi – podían combinarse para mejorar el sabor una de la otra. Otra pregunta que venía a mi cabeza era saber cómo, quiénes y en cuanto tiempo las preparaban. A pesar de que yo ya la practicaba, mi primer contacto con la química como ciencia – aunque no sabía qué era o qué significaba – fue cuando tenía 6 años. Mi primo tenía un juego de química –de los que brindan alegría – y yo veía como realizaba mezclas, las calentaba, las enfriaba y cambios de color y aspecto maravillosos pasaban ante mi entendimiento, eran reacciones químicas. En la primaria, secundaria y preparatoria se ve a la química como una más de las demás materias de ciencias exactas. Como cuestiones inentendibles, donde solo aquellos que tienen un entendimiento especial, curiosidad o genialidad, tenían la capacidad de ver más allá de lo que los profesores explicaban y poder trasladarlo al disfrute de la vida diaria. Muy pocos tienen ese privilegio a esa edad.
QUÍMICA PILAR DE LA (por) Regino Castro
ECONOMÍA P 31
Cuando pensemos en química, no lo hagamos a nivel de laboratorios, bibliotecas y sesiones académicas. La química es vida, ciencia, industria, finanzas, bienestar social, amor, filosofía y un pilar fundamental de la economía
0 1 o j a b s á M 2 4 o t l a s á M % 8 1 a c i t u é c a m r a F
5 o j a b s á M 9 2 o t l a s á M % 7 1 s o c n a B
3 o j a b s á M 0 1 o t l a s á M % 6 z i r t o m o t u A
2 o j a b s á M 4 2 o t l a s á M % 8 a c i m í u q o r t e P
6 o j a b s á M 8 1 o t l a s á M % 2 1 s e n o i c a c i n u m o c e l e T
Margen de porcentaje de utilidad promedio de los cinco principales sectores industriales
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Aún en la universidad, e incluso en las carreras de ciencias e ingenierías, mucha gente piensa que los químicos sólo hacen experimentos y conjeturas poco entendibles y que su vida transcurre en las bibliotecas y laboratorios –yo mismo lo llegué a pensar –. Una grata sorpresa para mi fue cuando me gradué e ingresé al mundo laboral –mi pregunta infantil halló respuesta – me di cuenta que los químicos no solo están en un laboratorio, biblioteca o dando clases. Antes mis ojos se mostró la poderosa herramienta –más que ciencia de eternas y complejas filosofías – que es la química y el incontable beneficio que ha traído a la humanidad. Desde el transporte que da movilidad a productos, servicios y personas; esos mismos productos y servicios y personas; los insumos y métodos para producir esos productos y brindar esos servicios y alimentar y mantener saludables a esas personas: todo es química. Materiales, conservadores, fármacos, combustibles, alimentos, cosméticos, decoraciones, todos y cada uno son consecuencia de nuestro entendimiento de la química. Existen químicos que colocan acciones en la bolsa de valores, que trabajan tomando decisiones financieras o definiendo el futuro de la sociedad. Así que, en lo venidero, cuando pensemos en química, no lo hagamos a nivel de laboratorios, bibliotecas y sesiones académicas. La química es vida, ciencia, industria, finanzas, bienestar social, amor, filosofía y un pilar fundamental de la economía
Regino Castro Grela Maestro en administración químicoindustrial. Es experto en cotización, diseño y servicios en instalaciones químicas a nivel industrial
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MITO – químico
(por) Mongonye
La idea de que las microondas de aparatos caseros propician la aparición de cáncer, o eliminan las propiedades de los alimentos ha crecido tanto que muchos médicos e incluso investigadores la han aceptado
n 2013 tuve la oportunidad –más bien casualidad – de asistir a una plática bastante concurrida acerca de los daños que los hornos de microondas y en especial las microondas generan en las personas que preparan ahí sus alimentos. La plática era presidida por un prestigioso cancerólogo mexicano y patrocinada por una aún más prestigiada asociación de médicos cancerólogos. En ella se ilustraba y difundía la larga y contundente evidencia acerca del origen de muchos tipos de cáncer provocados en personas que comieron alimentos que habían sido calentados con microondas o que se habían expuesto a ellas. Las imágenes y los datos mostrados por el especialista –y sobretodo la respuesta de los asistentes, la mayoría gente común – era impactante y el mensaje aún más: ¡Las microondas provocan cáncer! –curiosamente no citaba alguna fuente bibliográfica que respaldara aquello – Como digno e impetuoso estudiante del primer año del posgrado en química, estaba yo ansioso de echar abajo aquellas fantásticas afirmaciones, pero entre los asistentes estaba otro más ansioso que yo y formuló una muy buena pregunta:
¿cómo pueden las microondas generar cambios en una célula a ese nivel si la energía que proveen ni siquiera rompe un enlace? La cara de desaprobación del médico y su evidente ignorancia de la muy profunda cátedra de química impartida en esa pregunta dieron por terminada la sesión. Todo era falso. Las microondas no provocan cáncer por irradiación, ni se quedan atrapadas en los alimentos y se dispersan cuando llegan al organismo, entre otras afirmaciones que han proliferado y sido aceptadas por muchos. La razón por la que podemos calentar alimentos con microondas es esa: porque su efecto en ciertas moléculas – como el agua – es aumentar su temperatura por fricción. Y nada más . Si de todas formas alguien tiene dudas sobre ésta y otras afirmaciones bien estudiadas y documentadas, consulte las interesantes publicaciones de Oliver Kappe o del Dr. Jaime Escalante.
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REFERENCIAS EL ENLACE. DOGMA CENTRAL DE LA QUÍMICA a) Labarca, M. REDES, 2005, 11, 155-171; b) Chamizo J. A. Educación Química, 2009, 6-11; c) Labarca, M.; Lombardi, O. Principia, 2010, 14, 309-333. d) Weisberg M. Challenges to the Structural Conception of Chemical Bonding, University of Pennsylvania, forthcoming in Philosophy of Science
SÍNTESIS ORGÁNICA. LA HEROÍNA DE LA HISTORIA a) American Chemical Society portal web; b)www.rsc.org/Membership/Networking/ InterestGroups/OrganicDivision/organicchemistry-case-studies/; c) http://www jmg.ch.cam.ac.uk/
QUÍMICA, FARMACIA Y… ¿QUÍMICA FARMACÉUTICA? Rabasco-Álvares, A. De la farmacia galénica a la farmacia clínicay atención farmacéutica con el horizonte del “Medication Therapy Management ” ACADEMIA IBEROAMERICANA DE FARMACIAGRANADA-SEVILLA, 2010
QUÍMICA VERDE
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LAS MICROONDAS Y SU MAL ENTENDIMIENTO Kappe, O., Stadler, A. Microwaves in Organic and Medicinal Chemistry. Wiley VCH, Weinheim, Germany. .
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bien varios
REVISTA QUIMIOFILIA NÚMERO 2 ENERO 2018