viernes, 7 de agosto de 2015

Bútlerov, pionero y maestro

[Postal de A. Bútlerov; Procedencia de la imagen aquí]

"La naturaleza química de una molécula compleja queda determinada por la naturaleza de sus componentes elementales [los átomos que la forman], su cantidad y su estructura química".

[ALEKSANDR BUTLEROV (1828 - 1886); uno de los pioneros en el desarrollo de la teoría estructural de los compuestos orgánicos, junto con Kekulé y Couper. Bútlerov fue el primero en hablar de estructura, referida a un compuesto químico.

El alemán August Kekulé (1829 - 1896) expuso su teoría en un escrito de 1858, indicando la tetravalencia del átomo de carbono (que ya había adelantado en 1857) y afirmando que podían formarse cadenas de átomos de carbono mediante el empleo de una, dos o tres de las cuatro valencias por parte de dichos átomos. Por su parte, el escocés Archibald S. Couper (1831 - 1892), de truncada carrera científica, de forma casi simultánea e independiente de Kekulé llegó a las mismas conclusiones y, además, propuso la utilización de un guión o una línea de puntos para designar la unión química entre átomos, los enlaces, tan prácticos para representar la estructura de las moléculas y que hoy nos es tan familiar]



Cualquiera que haya estudiado química orgánica sabe que esta ciencia no puede comprenderse sin un detallado conocimiento de la estructura molecular. Nos encontramos con compuestos con la misma fórmula molecular (los mismos átomos y en el mismo número) pero con diferentes propiedades físicas y químicas, debido a su dispar estructura (bien en la propia cadena carbonada, bien en la localización de algún grupo funcional, o, incluso, por poseer grupos funcionales diferentes). Son isómeros estructurales.



 [Ejemplo de dos isómeros estructurales con diferente grupo funcional, un alcohol y un éter. Procedencia de la imagen aquí]

Pero la ciencia se comprende mejor si se entiende como proceso y no sólo como producto, si sabemos algunas de las claves de su devenir. Y la historia del desarrollo de la teoría estructural de los compuestos orgánicos es ciertamente sugerente y nos permite entender la evolución de las ideas de los tenaces químicos decimonónicos hasta llegar a los conceptos que nos enseñan en institutos y universidades, que normalmente aceptamos como algo que siempre fue así.

En este sentido A. Bútlerov es un químico esencial. El ruso, quien formó parte de la fructífera Universidad de Kazán y gracias a Nikolai Zinin (patriarca de los químicos orgánicos rusos del siglo XIX) fue volcando sus intereses por la química - pues siempre le apasionaron las ciencias naturales -, desarrolló en 1861 su teoría estructural de los compuestos orgánicos, cuyas bases quedan resumidas en la cita que encabeza esta entrada. Bútlerov dejaba claro que las propiedades físicas y químicas de los compuestos no quedaban determinadas exclusivamente por su composición cualitativa (átomos integrantes) y cuantitativa (número de dichos átomos), sino también, y de forma decisiva, por la estructura interna de las moléculas. Asimismo defendió la idea de que cada molécula no tiene más que una sola estructura, que le es específica.

Digamos también, respecto a los intereses y la formación inicial de Aleksandr M. Butlerov, que éstos fueron la zoología (particularmente la entomología; su trabajo de fin de estudios lo dedicó a las mariposas del Volga y de los Urales) y la botánica, sintiendo por la química experimental una mera curiosidad, siendo para él más bien una diversión (parece ser que en el colegio solía preparar la pólvora para actividades pirotécnicas que seguramente entusiasmarían a todos). Junto al ya mencionado N. Zinin, de quien era verdadero discípulo, no podemos olvidar a Karl Klaus (descubridor del elemento rutenio, nombre que hace referencia al topónimo latino de Rusia: Ruthenia), quien se percató de las excelentes aptitudes de Bútlerov para la química (ciencia a la sazón en plena ebullición, con grandes perspectivas) y aconsejó que el joven Aleksandr, de veintidós  años, se preparara para ocupar el puesto de profesor de química en la Universidad de Kazán. Y eso hizo Bútlerov, aunque siempre conservó su vocación de naturalista (llegó a ser un experto en apicultura).

Resulta curioso cómo no pocos de los grandes químicos de mediados del XIX llegan a la ciencia química (en particular a la química orgánica, en pleno desarrollo) desde otras disciplinas. Repasemos: Kekulé abandonó la arquitectura (nos cuenta Asimov que Kekulé "intentó ser arquitecto, pero sucumbió bajo el hechizo de Liebig y se encontró hecho un químico"); Zinin dejó las matemáticas por la química aconsejado nada más y nada menos que por el eminente geómetra Lobachevski, rector en Kazán; Couper había estudiado en Glasgow filosofía y lenguas clásicas, interesándose en Berlín (1854) por la química; Bútlerov, como ya hemos dicho, era naturalista; y Markóvnikov, el más célebre de los discípulos de Bútlerov, había estudiado economía. La conexión alemana fue crucial, con Justus von  Liebig como figura de referencia.

Bútlerov fue el primero en predecir y demostrar la existencia de los isómeros, explicándolo con su teoría estructural. En 1877 aclara la tautomería o transformación reversible de un isómero en otro, con el que se encuentra en equilibrio (la más conocida es la tautomería ceto-enólica), con migración de un átomo o grupo. No sólo fue un excelente teórico, pionero, sino un buen experimentador: descubrió el trimetilcarbinol (1864) o 2-metilpropan-2-ol, el primer alcohol terciario; y sintetizó el isobutano (1866) o metilpropano (isómero del butano o n-butano).


[Estructura del isobutano. Procedencia de la imagen aquí]

Escribió Bútlerov (1862 - 1868) un tratado imprescindible: Introducción a un estudio completo de la química orgánica, donde hacía buen repaso de los conocimientos en la materia, cuya clasificación de los compuestos orgánicos (basada en la estructura química de los compuestos) es esencialmente la misma, mutatis mutandis, que empleamos hoy.

Pero Bútlerov no sólo fue un investigador pionero sino que supo crear escuela y alrededor suya alumbraron el panorama de la química de los compuestos del carbono, aún en la niebla, científicos de relieve, como Markóvnikov, cuya regla referente a las adiciones electrofílicas a los dobles enlaces es bien conocida por los estudiantes de química orgánica.  El gigante ruso del XVIII, Lomonósov, a diferencia de Bútlerov, no fue capaz de tener discípulos notables. La escuela butleroviana, en cambio, fue de gran importancia en la Rusia del XIX, algo poco conocido en nuestro país y en lo que merece profundizar. Se ha dicho, acaso de forma algo exagerada, que a dicha escuela pertenecen, con escasas excepciones, todos los químicos rusos. Discípulos de Bútlerov o pertenecientes a la escuela butleroviana debemos recordar, además del ya mencionado Markóvnikov, a Zaitsev (que a su vez tuvo numerosos e importantes discípulos en la Universidad de Kazán), Flavitsky, Aleksandr N. Popov (no confundir con el célebre físico e inventor Aleksandr S. Popov, dedicado al estudio de las transmisiones sin cable, pionero de la radiocomunicación), Vagner,  Kablukov,  o Favorski, entre otros. Serguéi V. Lébedev logró en 1910 sintetizar por primera vez el polibutadieno, el primer caucho sintético, poniendo broche de oro así a las investigaciones iniciadas por Bútlerov sobre la polimerización.

[Bútlerov, sentado en el centro, con sus discípulos y colegas. Procedencia de la imagen aquí.]

Un punto oscuro, aunque comprensible teniendo en cuenta el contexto histórico, de Bútlerov es (a pesar de su innegable materialismo en el terreno de la química) su defensa del espiritismo. Posiblemente en ello influyó el hecho de que A. M. Bútlerov no llegó a conocer a su madre (fallecida súbitamente cuando nuestro protagonista tenía sólo once días) y, además, le afectó profundamente la muerte de su querido padre cuando él era un joven estudiante de ciencias naturales en la Universidad de Kazán (cuenta Yaroslav Golovánov en Semblanzas de grandes hombres de ciencia que en esta etapa de estudiante Bútlerov realizaba expediciones entomológicas y botánicas por las estepas kirguisas y, en aquellas orientales tierras, enfermó gravemente de tifus abdominal y lo llevaron medio muerto a Simbirsk, donde su padre lo cuidó pero pagándolo con su propia vida, pues se contagió y murió, lo cual pesó sobremanera en el joven Aleksandr, quien cayó en un estado de abatimiento y "afrontó en esta época una verdadera crisis espiritual").  Se ha dicho que Bútlerov, fuera del ámbito científico, en cuestiones filosóficas, era idealista. Esto chocaba con la posición de su amigo Mendeléiev (quien precisamente había recomendado el nombramiento de Bútlerov para el puesto de catedrático de química orgánica, dado su prestigio, en la Universidad de San Petersburgo), nada partidario de las creencias espiritistas, a las que criticó. No obstante, a pesar de las radicales discrepancias entre ambos químicos, nunca perdieron la amistad Bútlerov y Mendeléiev por tan oscuro asunto. El descubridor de la ley periódica, Mendeléiev, dijo respecto al espiritismo (citado en Mendeléiev. El profeta del orden químico; de Pascual Román Polo; Nivola Ed.):

"El misticismo es la infancia del pensamiento, su desarrollo es el estancamiento del conocimiento y no su progreso, como afirman tan osada y tan orgullosamente nuestros espiritistas".

Debemos reivindicar la figura de Bútlerov como una de la más importantes de la historia de la química y valorar no sólo su más que notable actividad científica sino también su labor como profesor y creador de escuela de investigadores, así como impulsor de la educación en su país. Y no olvidemos que jugó un destacado papel como promotor de la enseñanza superior femenina, contribuyendo a la fundación de la universidad de mujeres en San Petersburgo.

[Para profundizar:

Lewis, David; Early Russian Organic Chemists and Their Legacy; Springer Science & Business Media, 2012.]



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