Frank Henry Westheimer (15 de enero de 1912 - 14 de abril de 2007) fue un químico estadounidense . Enseñó en la Universidad de Chicago de 1936 a 1954, y en la Universidad de Harvard de 1953 a 1983, convirtiéndose en profesor de química Morris Loeb en 1960 y profesor emérito en 1983. [2] La medalla Westheimer se estableció en su honor en 2002. [ 3]
Westheimer realizó un trabajo pionero en química física orgánica , [4] aplicando técnicas de la química física a la química orgánica e integrando los dos campos. [5] Exploró los mecanismos de reacciones químicas y enzimáticas, [6] e hizo avances teóricos fundamentales. [5]
Westheimer trabajó con John Gamble Kirkwood en el análisis electrostático de ácidos carboxílicos de Bjerrum ; [4] [7] [8] con Joseph Edward Mayer sobre el cálculo de la mecánica molecular ; [4] [9] exploraron los mecanismos de catálisis enzimática con Birgit Vennesland [4] [6] [10] y determinaron los mecanismos de oxidación del ácido crómico y los efectos cinéticos de los isótopos . [11] [12]
Recibió la Medalla Nacional de Ciencias en 1986 "Por su serie de investigaciones extraordinarias, originales y penetrantes sobre los mecanismos de reacciones orgánicas y enzimáticas, que han desempeñado un papel inigualable en el avance de nuestro conocimiento sobre las formas en que se desarrollan los procesos químicos y bioquímicos". proceder." [13]
Frank Henry Westheimer nació el 15 de enero de 1912, hijo de Henry F. Westheimer (1870-1960) y Carrie C (Burgunder) Westheimer (1887-1972) de Baltimore, Maryland .
Se graduó en Dartmouth College en 1932. Pasó a la Universidad de Harvard , donde obtuvo su maestría en química en 1933 y su doctorado en química en 1935. [2]
Westheimer llegó a Harvard con la esperanza de realizar una investigación con James Bryant Conant . Cuando le dijeron que Conant no aceptaría nuevos estudiantes, Westheimer lo esperó y finalmente fue aceptado como su último estudiante de posgrado. [14] : 16-17 Westheimer trabajó algo sobre la semicarbazona por sugerencia de Conant. [14] : 17 Conant también sugirió que Westheimer trabajara durante el verano con Alsoph Corwin en la Universidad Johns Hopkins . Al realizar la síntesis de porfirina con Corwin, Westheimer adquirió la experiencia de laboratorio necesaria. [14] : 21-23
En 1933, Conant se convirtió en presidente de Harvard y dejó de realizar investigaciones. No obstante, las interacciones de Conant con Westheimer tuvieron un efecto duradero, [14] : 24-25, impresionando a Westheimer con la necesidad de "hacer cosas importantes". [15]
"La idea de que Conant esencialmente estaba diciendo: 'Bueno, ese problema está bien, pero Dios mío, puedes hacerlo mejor', fue muy importante para mí. A partir de entonces, traté de preguntarme acerca de los problemas, si realmente eran Vale la pena invertir tiempo." [14] : 24-25
Westheimer completó su doctorado. con EP Kohler. Aunque Westheimer describió la clase de química orgánica de Kohler como "maravillosa", [14] : 26 Kohler le dio a Westheimer poca dirección o retroalimentación sobre su investigación, que en gran medida fue autodirigida. Otro de los estudiantes de Kohler, Max Tishler , amplió algunas de las investigaciones de Westheimer, lo que llevó a una publicación conjunta sobre la derivación de un furanol. [14] : 17-18 [16]
En 1935 y 1936, como miembro del Consejo Nacional de Investigación , Westheimer trabajó con el químico físico Louis P. Hammett en la Universidad de Columbia . Hammett fue uno de los fundadores del campo de la química física orgánica . [17]
Westheimer enseñó en la Universidad de Chicago de 1936 a 1954, y en la Universidad de Harvard de 1953 a 1983. [2] Se desempeñó como presidente del departamento de química de Harvard de 1959 a 1962. [1] Se convirtió en profesor de química Morris Loeb. en Harvard en 1960. Se retiró de la docencia para convertirse en profesor emérito en 1983 y se retiró de la investigación en 1988. [2] [1]
El primer nombramiento académico de Westheimer fue una beca de investigación independiente en la Universidad de Chicago , de 1936 a 1937. Se convirtió en instructor en 1937 y profesor en 1948. [1] Como profesor de química, impartió el primer curso de química orgánica física de la universidad. . [14] : 43
Durante el segundo año de Westheimer en Chicago, John Gamble Kirkwood enseñó allí. Westheimer trabajó con Kirkwood en problemas de química orgánica relacionados con la electrostática . Westheimer relacionó la electrostática con sus efectos sobre las propiedades de los compuestos orgánicos. [14] : 43–47 Kirkwood y Westheimer publicaron cuatro artículos clásicos que desarrollan ideas fundamentales en enzimología sobre la teoría de la influencia electrostática de los sustituyentes en las constantes de disociación de los ácidos orgánicos. [1] Desarrollaron un análisis electrostático de Bjerrum de ácidos carboxílicos . [4] [7] [8] Su modelo de Kirkwood-Westheimer para una cavidad elipsoide reconcilia el trabajo de Niels Bjerrum sobre ácidos dibásicos con el de Arnold Eucken sobre ácidos dipolo sustituidos, mostrando que podrían coexistir en el mismo mundo físico. [14] : 43–47 [18] Las elaboraciones y pruebas más completas de sus ideas han requerido cuarenta años y el desarrollo de computadoras. [14] : 43–47 [18]
Durante la Segunda Guerra Mundial , de 1943 a 1945, Westheimer trabajó para el Comité de Investigación de la Defensa Nacional . [14] : 69–71 [2] Fue supervisor en el Laboratorio de Investigación de Explosivos en Bruceton, Pensilvania . [1] [19] Investigó sobre el ácido nítrico y descubrió una nueva función de acidez para las reacciones de nitración . Dudó en discutir su trabajo sobre la serie de trifenilcarbinol con físicos químicos debido a los requisitos de secreto del proyecto. Otros investigadores como Christopher Ingold fueron los primeros en publicar en el área. [14] : 69–71
Westheimer también fue influenciado por el desarrollo de la mecánica estadística por parte de los físicos Joseph Edward Mayer y Maria Goeppert-Mayer , que se trasladaron a la Universidad de Chicago en 1945. Westheimer aplicó los principios de la mecánica estadística a la estructura de las moléculas orgánicas, para comprender mejor las formas en el que las moléculas se ensamblan a partir de átomos. Westheimer consultó por primera vez a Mayer sobre la aplicación de técnicas de la mecánica estadística a la racemización de bifenilos ópticamente activos. Todos sus cálculos fueron elaborados a mano. [14] : 65, 66–68 El trabajo se convirtió en un modelo para estudios de otros elementos y se considera fundamental. [20] El campo de la mecánica molecular , como se la conoce ahora, tiene amplias aplicaciones. [4] [9] [21] [22]
En 1943, Westheimer comenzó a publicar sobre los mecanismos de las oxidaciones del ácido crómico, publicando una "revisión magistral" del área en 1949. [1] [11]
En 1950, la bioquímica Birgit Vennesland de la Universidad de Chicago se acercó a Westheimer sobre un proyecto que ella y su alumno Harvey Fisher estaban realizando, que involucraba isótopos en reacciones enzimáticas. Vennesland había desarrollado un proyecto sobre el destino de los átomos de hidrógeno en la alcohol deshidrogenasa . Los resultados de Vennesland y Fisher fueron desconcertantes porque un hidrógeno específico en el par en C1 en el etanol parecía ser excepcionalmente reactivo en presencia de la enzima. Westheimer se unió al proyecto y ayudó a desarrollar una explicación basada en la idea de enantiotopicidad [6] para explicar cómo la enzima alcohol deshidrogenasa elimina el hidrógeno de la molécula de alcohol, permitiendo al cuerpo metabolizar el alcohol. [20] Los investigadores publicaron dos artículos clásicos en 1953, "la primera demostración de la discriminación enzimática entre los dos átomos de hidrógeno enantiotópicos en el átomo de carbono de metileno del etanol". [6] [23] [24] El fenómeno que informaron no se denominó enantioespecificidad hasta mucho más tarde. [25] Westheimer diseñó experimentos adicionales que demostraron su conjetura inicial y establecieron la quiralidad de las enzimas basada en isótopos . Este trabajo fue esencial para comprender la topicidad , las relaciones enantiotópicas y diastereotópicas entre grupos (o átomos) dentro de las moléculas. [25] En 2006, su artículo de 1953 (parte I) recibió un premio Citation for Chemical Breakthrough de la División de Historia de la Química de la Sociedad Química Estadounidense. [26]
En 1953, poco después de completar el trabajo sobre la alcohol deshidrogenasa, Westheimer se trasladó a la Universidad de Harvard . Continuó su interés en los mecanismos de reacción, los isótopos y la oxidación. En 1955, Westheimer publicó el primero de muchos artículos sobre la química de los ésteres de fosfato y los derivados del fósforo. [1]
Propuso que el ATP transfiere fosfato a través de una especie de metafosfato monomérico reactivo. Si bien este no resultó ser el caso literal, muchas reacciones enzimáticas proceden a través de estados de transición que tienen esto como un componente importante. [27]
En un artículo de 1961, Westheimer aplicó ideas de la mecánica estadística a los efectos de la sustitución isotópica en la reactividad de las moléculas orgánicas. [12] Su trabajo sobre la magnitud de los efectos isotópicos cinéticos (KIE) sigue siendo la base de la comprensión en el campo. [28] : 418 [29] [30] La dependencia de la estructura del estado de transición del efecto isotópico cinético se conoce como efecto Westheimer. [31] El enfoque estándar sin túneles para los KIE se desarrolló a partir de Westheimer [12] y Lars Melander. [32] [28] : 550, 561 El postulado de Melander-Westheimer ha predicho con éxito las formas en que varían los KIE y las estructuras de estados de transición (TS). [33]
Westheimer introdujo la idea del marcaje por fotoafinidad del sitio activo de las proteínas. [34] La identificación de los "sitios activos" de una enzima es difícil en los casos en que las proteínas tienen sitios ricos en hidrocarburos. En 1962, Westheimer y otros demostraron la síntesis de diazoacetato de p-nitrofenilo y la posterior acilación de quimotripsina para formar diazoacetilquimotripsina, que luego se fotolizó. La introducción de un grupo diazo alifático en un reactivo bifuncional le permitió reaccionar con la enzima. La fotoetiqueta generó una especie carbenoide reactiva capaz de insertarse en enlaces CH de hidrocarburos. [35]
Westheimer también abordó las reacciones de transferencia de fosfato a través de mecanismos que involucran intermediarios de cinco coordenadas. En 1968, Westheimer examinó la pseudorotación en la química de los ésteres de fosfato [6] y predijo la aparición de pseudorotación de oxifosforanos. [36] Mostró la importancia de esta ruta y la importancia de los reordenamientos estereoquímicos de los intermedios. Westheimer desarrolló un conjunto de pautas, basadas en observaciones experimentales, también conocidas como reglas de Westheimer. Se han utilizado ampliamente para describir y predecir los productos y la estereoquímica de reacciones de sustitución que involucran fósforo. [37] [38]
El artículo de Westheimer de 1987 en Science , "Por qué la naturaleza eligió los fosfatos", analiza la importancia de los fosfatos como señales y componentes básicos para los organismos vivos. Los fosfatos poseen un valor de p K a que les permite estar doblemente ionizados a pH fisiológico . La forma individualmente ionizada en los enlaces fosfodiéster de los ácidos nucleicos resiste la hidrolización por el agua, pero no es tan estable como para no sufrir hidrólisis enzimática. [39] Este trabajo continúa desafiando e inspirando a los investigadores que estudian la química biológica y las reacciones en el ARN , el ADN y las ribozimas . [40] [41] [42] [43]
Westheimer se convirtió en miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1954, [44] miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 1976, [45] y miembro extranjero de la Royal Society de Londres en 1983. [46] [47]
Presidió el Comité de la Academia Nacional de Ciencias para el Estudio de la Química de 1964 a 1965. [1] Química: Oportunidades y Necesidades , también conocido como "Informe Westheimer", alentó al gobierno federal a aumentar el gasto en investigación fundamental en química, para alcanzar la paridad con otras ciencias físicas. [48] [49] Identificó la bioquímica como un área prometedora y pasada por alto para la investigación médica y farmacéutica. [20] Las recomendaciones del informe se implementaron y todavía se considera "completo, definitivo y con visión de futuro". [5]
Westheimer fue miembro del comité asesor científico del presidente Lyndon Johnson de 1967 a 1970. [20]
Westheimer formó parte del Consejo de la Academia Nacional de Ciencias durante dos mandatos, de 1973 a 1975 y de 1976 a 1978, además de ser Consejero de la Sociedad Filosófica Estadounidense (1981-1984) y Secretario de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias. Ciencias (1985-1990). [1]
Además de enfatizar la necesidad de una investigación fundamental, Westheimer estaba preocupado por otras cuestiones políticas. Se opuso a las guerras en Vietnam e Irak. Estaba consciente de los problemas ambientales, apoyaba medidas para disminuir la contaminación, combatir el calentamiento global, aumentar la conservación de energía y desarrollar fuentes de energía alternativas. Abogó por que era necesario enseñar la ciencia de nuevas maneras, para educar mejor a los no científicos sobre cuestiones científicas. [5]
Entre los muchos honores de Westheimer [1] se encuentran el Premio de la Academia Nacional de Ciencias Químicas de EE. UU. en 1980, [50] el Premio de la Fundación Robert A. Welch en 1982, [51] el Premio Placa de Oro de la Academia Estadounidense de Logros en 1981, [52 ] la Medalla Nacional de Ciencias de Estados Unidos en 1986, [13] [53] la Medalla Priestley en 1988; [54] el Premio Repligen de Química de Procesos Biológicos en 1992; [1] y el Premio Nakanishi en 1997. [55] [2]
"Durante un lapso de cuatro décadas, Westheimer demostró repetidamente su capacidad para abordar un problema científico fundamental, uno que parecía insoluble o muy difícil, y resolverlo de una manera elegante y completamente definitiva... Le gustaba pasar a nuevos desafíos más que explotar las grandes áreas nuevas que había abierto". Elías James Corey , 2007 [5]
La medalla Westheimer se estableció en su honor en 2002. La medalla la otorga la Universidad de Harvard "por investigaciones distinguidas en el campo de la química", particularmente en las áreas de química orgánica y biológica. [3]
Frank H. Westheimer se casó en 1937 con Jeanne E. Friedman. [5] Tuvieron dos hijos, Ellen Westheimer y Ruth Susan Westheimer. [20] [5]
