Robert Burns Woodward

Robert Burns Woodward ForMemRS HonFRSE (10 de abril de 1917 – 8 de julio de 1979) fue un químico orgánico estadounidense. Muchos lo consideran el químico orgánico sintético más preeminente del siglo XX, habiendo realizado muchas contribuciones clave al tema, especialmente en la síntesis de productos naturales complejos y la determinación de su estructura molecular. También trabajó en estrecha colaboración con Roald Hoffmann en estudios teóricos de reacciones químicas. Fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1965.

Vida temprana y educación

Woodward nació en Boston, Massachusetts, el 10 de abril de 1917. Era hijo de Margaret Burns (una inmigrante de Escocia que decía ser descendiente del poeta Robert Burns) y su esposo, Arthur Chester Woodward, él mismo el hijo del boticario de Roxbury, Harlow Elliot Woodward.

Su padre fue una de las muchas víctimas de la pandemia de influenza de 1918.

Desde muy temprana edad, Woodward se sintió atraído por el estudio privado de la química y se comprometió con él mientras asistía a una escuela primaria pública y luego a la escuela secundaria Quincy, en Quincy, Massachusetts. Cuando ingresó a la escuela secundaria, ya había logrado realizar la mayoría de los experimentos en el libro de texto de química orgánica experimental de Ludwig Gattermann, entonces ampliamente utilizado. En 1928, Woodward se puso en contacto con el cónsul general del consulado alemán en Boston (Baron von Tippelskirch) y, a través de él, logró obtener copias de algunos artículos originales publicados en revistas alemanas. Más tarde, en su conferencia Cope, recordó cómo se había sentido fascinado cuando, entre estos documentos, se topó con la comunicación original de Diels y Alder sobre la reacción Diels-Alder. A lo largo de su carrera, Woodward usaría e investigaría repetida y poderosamente esta reacción, tanto de manera teórica como experimental. En 1933, ingresó al Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), pero descuidó sus estudios formales lo suficiente como para ser excluido al final del período de otoño de 1934. El MIT lo readmitió en el período de otoño de 1935 y en 1936 había recibido el título de Licenciado en Ciencias. Solo un año después, el MIT le otorgó el doctorado, cuando sus compañeros de clase aún se estaban graduando de licenciatura. El trabajo de doctorado de Woodward involucró investigaciones relacionadas con la síntesis de la hormona sexual femenina estrona. El MIT requería que los estudiantes de posgrado tuvieran asesores de investigación. Los asesores de Woodward fueron James Flack Norris y Avery Adrian Morton, aunque no está claro si realmente siguió alguno de sus consejos. Después de un breve período postdoctoral en la Universidad de Illinois, obtuvo una beca junior en la Universidad de Harvard de 1937 a 1938 y permaneció en Harvard en diversas funciones por el resto de su vida. En la década de 1960, Woodward fue nombrado Profesor Donner de Ciencias, un título que lo liberó de la enseñanza de cursos formales para poder dedicar todo su tiempo a la investigación.

Investigación y carrera

Trabajo temprano

La primera gran contribución de la carrera de Woodward a principios de la década de 1940 fue una serie de artículos que describían la aplicación de la espectroscopia ultravioleta en la elucidación de la estructura de los productos naturales. Woodward recopiló una gran cantidad de datos empíricos y luego ideó una serie de reglas más tarde llamadas reglas de Woodward, que podrían aplicarse para descubrir las estructuras de nuevas sustancias naturales, así como moléculas sintetizadas no naturales. El uso oportuno de técnicas instrumentales recientemente desarrolladas fue una característica que Woodward ejemplificó a lo largo de su carrera, y marcó un cambio radical con respecto a los métodos químicos extremadamente tediosos y largos de elucidación estructural que se habían utilizado hasta entonces.

En 1944, con su investigador postdoctoral, William von Eggers Doering, Woodward informó sobre la síntesis del alcaloide quinina, utilizado para tratar la malaria. Aunque la síntesis se publicitó como un gran avance en la adquisición del compuesto medicinal difícil de obtener del sudeste asiático ocupado por los japoneses, en realidad fue demasiado largo y tedioso para adoptarlo a escala práctica. Sin embargo, fue un hito para la síntesis química. La perspicacia particular de Woodward en esta síntesis fue darse cuenta de que el químico alemán Paul Rabe había convertido un precursor de la quinina llamado quinotoxina en quinina en 1905. Por lo tanto, una síntesis de quinotoxina (que Woodward realmente sintetizó) establecería una ruta para sintetizar quinina. Cuando Woodward logró esta hazaña, la síntesis orgánica seguía siendo en gran medida una cuestión de prueba y error, y nadie pensó que estructuras tan complejas pudieran construirse. Woodward demostró que la síntesis orgánica podía convertirse en una ciencia racional y que la síntesis podía ser ayudada por principios bien establecidos de reactividad y estructura. Esta síntesis fue la primera de una serie de síntesis sumamente complicadas y elegantes que emprendería.

Trabajo posterior y su impacto

Woodward habló de Chlorophyll en 1965

Culminando en la década de 1930, los químicos británicos Christopher Ingold y Robert Robinson, entre otros, habían investigado los mecanismos de las reacciones orgánicas y habían llegado a reglas empíricas que podían predecir la reactividad de las moléculas orgánicas. Woodward fue quizás el primer químico orgánico sintético que usó estas ideas como un marco predictivo en síntesis. El estilo de Woodward fue la inspiración para el trabajo de cientos de químicos sintéticos sucesivos que sintetizaron productos naturales estructuralmente complejos y de importancia medicinal.

Síntesis orgánica y Premio Nobel

A fines de la década de 1940, Woodward sintetizó muchos productos naturales complejos, como quinina, colesterol, cortisona, estricnina, ácido lisérgico, reserpina, clorofila, cefalosporina y colchicina. Con estos, Woodward abrió una nueva era de síntesis, a veces llamada la 'era Woodwardiana' en el que demostró que los productos naturales podían sintetizarse mediante la aplicación cuidadosa de los principios de la química orgánica física y mediante una planificación meticulosa.

Muchas de las síntesis de Woodward fueron descritas como espectaculares por sus colegas y, antes de que las hiciera, algunos pensaban que sería imposible crear estas sustancias en el laboratorio. También se describió que las síntesis de Woodward tenían un elemento de arte y, desde entonces, los químicos sintéticos siempre han buscado la elegancia y la utilidad en la síntesis. Su trabajo también implicó el uso exhaustivo de las entonces recién desarrolladas técnicas de espectroscopia infrarroja y, más tarde, espectroscopia de resonancia magnética nuclear. Otra característica importante de las síntesis de Woodward fue su atención a la estereoquímica o la configuración particular de las moléculas en el espacio tridimensional. La mayoría de los productos naturales de importancia medicinal son efectivos, por ejemplo como fármacos, solo cuando poseen una estereoquímica específica. Esto crea la demanda de 'síntesis estereoselectiva', produciendo un compuesto con una estereoquímica definida. Si bien hoy en día una ruta sintética típica implica rutinariamente un procedimiento de este tipo, Woodward fue un pionero en mostrar cómo, con una planificación exhaustiva y racional, se pueden llevar a cabo reacciones estereoselectivas. Muchas de sus síntesis involucraron forzar una molécula a una determinada configuración mediante la instalación de elementos estructurales rígidos en ella, otra táctica que se ha vuelto estándar en la actualidad. En este sentido, especialmente sus síntesis de reserpina y estricnina fueron hitos.

Durante la Segunda Guerra Mundial, Woodward fue asesor del War Production Board en el proyecto de la penicilina. Aunque a menudo se le da crédito por proponer la estructura beta-lactámica de la penicilina, en realidad fue propuesta por primera vez por químicos en Merck y Edward Abraham en Oxford y luego también investigada por otros grupos (por ejemplo, Shell). Woodward al principio respaldó una estructura tricíclica incorrecta (oxazinona fusionada con tiazolidina y puenteada con amino) presentada por el grupo de penicilina en Peoria. Posteriormente, puso su imprimatur en la estructura de betalactámicos, todo esto en oposición a la estructura de tiazolidina-oxazolona propuesta por Robert Robinson, el químico orgánico líder en ese momento de su generación. Finalmente, Dorothy Hodgkin demostró que la estructura de betalactámicos era correcta utilizando cristalografía de rayos X en 1945.

Woodward también aplicó la técnica de espectroscopia infrarroja y degradación química para determinar las estructuras de moléculas complicadas. Entre estas determinaciones de estructura destacan el ácido santónico, la estricnina, la magnamicina y la terramicina. En cada uno de estos casos, Woodward nuevamente mostró cómo los hechos racionales y los principios químicos, combinados con la intuición química, podrían usarse para lograr la tarea.

A principios de la década de 1950, Woodward, junto con el químico británico Geoffrey Wilkinson, entonces en Harvard, postuló una estructura novedosa para el ferroceno, un compuesto que consiste en una combinación de una molécula orgánica con hierro. Esto marcó el comienzo del campo de la química organometálica de metales de transición que se convirtió en un campo industrialmente muy importante. Wilkinson ganó el Premio Nobel por este trabajo en 1973, junto con Ernst Otto Fischer. Algunos historiadores piensan que Woodward debería haber compartido este premio junto con Wilkinson. Sorprendentemente, el propio Woodward pensó eso y expresó sus pensamientos en una carta enviada al Comité Nobel.

Woodward ganó el Premio Nobel en 1965 por su síntesis de moléculas orgánicas complejas. Había sido nominado un total de 111 veces desde 1946 hasta 1965. En su discurso del Nobel, describió la síntesis total del antibiótico cefalosporina y afirmó que había empujado el programa de síntesis para que se completara en la época del Nobel. ceremonia.

Síntesis B12 y reglas de Woodward-Hoffmann

A principios de la década de 1960, Woodward comenzó a trabajar en el producto natural más complejo sintetizado hasta la fecha: la vitamina B12. En una notable colaboración con su colega Albert Eschenmoser en Zúrich, un equipo de casi cien estudiantes y trabajadores postdoctorales trabajó durante muchos años en la síntesis de esta molécula. El trabajo finalmente se publicó en 1973 y marcó un hito en la historia de la química orgánica. La síntesis incluyó casi cien pasos e involucró la planificación y los análisis rigurosos característicos que siempre habían caracterizado el trabajo de Woodward. Este trabajo, más que cualquier otro, convenció a los químicos orgánicos de que la síntesis de cualquier sustancia compleja era posible, con suficiente tiempo y planificación (ver también palitoxina, sintetizada por el grupo de investigación de Yoshito Kishi, uno de los estudiantes posdoctorales de Woodward). A partir de 2019, no se ha publicado ninguna otra síntesis total de vitamina B12.

Ese mismo año, basándose en las observaciones que Woodward había realizado durante la síntesis de B₁₂, él y Roald Hoffmann idearon reglas (ahora llamadas reglas de Woodward-Hoffmann) para dilucidar la estereoquímica de los productos de reacciones orgánicas. Woodward formuló sus ideas (que se basaban en las propiedades de simetría de los orbitales moleculares) basándose en sus experiencias como químico orgánico sintético; le pidió a Hoffman que realizara cálculos teóricos para verificar estas ideas, que se realizaron utilizando el método Extended Hückel de Hoffmann. Las predicciones de estas reglas, denominadas "reglas de Woodward-Hoffmann" fueron verificados por muchos experimentos. Hoffmann compartió el Premio Nobel de 1981 por este trabajo junto con Kenichi Fukui, un químico japonés que había realizado un trabajo similar utilizando un enfoque diferente; Woodward había muerto en 1979 y los premios Nobel no se otorgan a título póstumo.

Instituto Woodward

Mientras estaba en Harvard, Woodward asumió la dirección de la Instituto de Investigación Woodward, con sede en Basilea, Suiza, en 1963. También se convirtió en administrador de su alma mater, el MIT, de 1966 a 1971, y del Instituto de Ciencias Weizmann en Israel.

Woodward murió en Cambridge, Massachusetts, de un ataque al corazón mientras dormía. En ese momento, estaba trabajando en la síntesis de un antibiótico, la eritromicina. Un alumno suyo dijo de él:

Le debo mucho a R. B. Woodward. Me mostró que uno podría atacar problemas difíciles sin una idea clara de sus resultados, pero con confianza que la inteligencia y el esfuerzo los resolverían. Me mostró la belleza de la química orgánica moderna, y la relevancia para el campo del razonamiento cuidadoso detallado. Me mostró que uno no necesita especializarse. Woodward hizo grandes contribuciones a la estrategia de síntesis, a la deducción de estructuras difíciles, a la invención de la nueva química, y a aspectos teóricos también. Él enseñó a sus estudiantes por ejemplo la satisfacción que viene de la inmersión total en nuestra ciencia. Tesoro la memoria de mi asociación con este notable químico.

Publicaciones

Durante su vida, Woodward fue autor o coautor de casi 200 publicaciones, de las cuales 85 son artículos completos y el resto comprende comunicaciones preliminares, el texto de conferencias y reseñas. El ritmo de su actividad científica superó pronto su capacidad para publicar todos los detalles experimentales, y gran parte de los trabajos en los que participó no se publicaron hasta unos años después de su muerte. Woodward entrenó a más de doscientos doctores. estudiantes y trabajadores postdoctorales, muchos de los cuales luego siguieron carreras distinguidas.

Algunos de sus alumnos más conocidos incluyen a Robert M. Williams (estado de Colorado), Harry Wasserman (Yale), Yoshito Kishi (Harvard), Stuart Schreiber (Harvard), William R. Roush (Scripps-Florida), Steven A. Benner (UF), James D. Wuest (Montreal), Christopher S. Foote (UCLA), Kendall Houk (UCLA), químico de porfirina Kevin M. Smith (LSU), Thomas R. Hoye (Universidad de Minnesota), Ronald Breslow (Universidad de Columbia) y David Dolphin (UBC).

Woodward tenía un conocimiento enciclopédico de la química y una extraordinaria memoria para los detalles. Probablemente la cualidad que más lo diferenció de sus pares fue su notable habilidad para unir hilos dispares de conocimiento de la literatura química y aplicarlos en un problema químico.

Honores y premios

Por su trabajo, Woodward recibió muchos premios, honores y doctorados honorarios, incluida la elección a la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1948, la Academia Nacional de Ciencias en 1953, la Sociedad Filosófica Estadounidense en 1962 y membresía en academias alrededor el mundo. También fue consultor de muchas empresas como Polaroid, Pfizer y Merck. Otros premios incluyen:

Títulos honorarios

Woodward también recibió más de veinte títulos honoríficos, incluidos doctorados honorarios de las siguientes universidades:

Vida privada

Familia

En 1938 se casó con Irja Pullman; tuvieron dos hijas: Siiri Anna (n. 1939) y Jean Kirsten (n. 1944). En 1946, se casó con Eudoxia Muller, artista y técnica a quien conoció en Polaroid Corp. Este matrimonio, que duró hasta 1972, tuvo una hija y un hijo: Crystal Elisabeth (n. 1947) y Eric Richard Arthur (n.. 1953).

Idiosincrasias

Sus conferencias solían durar tres o cuatro horas. Su conferencia más larga conocida definió la unidad de tiempo conocida como "Woodward", después de lo cual sus otras conferencias se consideraron tantos "milli-Woodwards" largo. En muchos de estos, evitó el uso de diapositivas y dibujó estructuras utilizando tizas multicolores. Por lo general, para comenzar una conferencia, Woodward llegaba y colocaba dos grandes pañuelos blancos sobre la encimera. En uno habría cuatro o cinco colores de tiza (piezas nuevas), ordenadas ordenadamente por color, en una fila larga. Sobre el otro pañuelo se colocaría una fila igualmente impresionante de cigarrillos. El cigarrillo anterior se utilizaría para encender el siguiente. Sus seminarios de los jueves en Harvard a menudo duraban hasta bien entrada la noche. Tenía una fijación con el azul, y muchos de sus trajes, su automóvil e incluso su estacionamiento estaban coloreados en azul.

En uno de sus laboratorios, sus alumnos colgaron del techo una gran fotografía en blanco y negro del maestro, completa con una gran "corbata" azul; adjunto. Allí estuvo colgado durante algunos años (principios de la década de 1970), hasta que se quemó en un pequeño incendio en el laboratorio. Detestaba el ejercicio, podía arreglárselas con solo unas pocas horas de sueño todas las noches, fumaba mucho y disfrutaba del whisky escocés y los martinis.