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 orgánica física , [4] aplicando técnicas de la química física a la química orgánica e integrando los dos campos. [5] Exploró los mecanismos de las 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 en el cálculo de la mecánica molecular ; [4] [9] exploró los mecanismos de catálisis enzimática con Birgit Vennesland [4] [6] [10] y determinó los mecanismos de oxidación del ácido crómico y los efectos isotópicos cinéticos . [11] [12]
Recibió la Medalla Nacional de Ciencias en 1986 "por su serie de investigaciones extraordinarias, originales y penetrantes de los mecanismos de las reacciones orgánicas y enzimáticas, que han desempeñado un papel inigualable en el avance de nuestro conocimiento de las formas en que proceden los procesos químicos y bioquímicos". [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 el Dartmouth College en 1932. Luego 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 esperó más que él y finalmente fue aceptado como su último estudiante de posgrado. [14] : 16–17 Westheimer realizó algún trabajo sobre 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 investigar. 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 estaba diciendo básicamente: 'Bueno, ese problema está bien, pero Dios mío, puedes hacerlo mejor', fue muy importante para mí. A partir de entonces, traté de preguntarme sobre los problemas, si realmente valían la pena la inversión de 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 fue en gran parte autodirigida. Otro de los estudiantes de Kohler, Max Tishler , amplió parte de la investigación de Westheimer, lo que llevó a una copublicación 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 orgánica física . [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 el profesor Morris Loeb de Química 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 un puesto de asociado 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 que involucraban 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 desarrollaban 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 sustituidos dipolarmente, 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 Defensa Nacional . [14] : 69–71 [2] Fue supervisor en el Laboratorio de Investigación de Explosivos en Bruceton, Pensilvania . [1] [19] Realizó investigaciones sobre el ácido nítrico , descubriendo una nueva función de acidez para las reacciones de nitración . Dudó en discutir su trabajo sobre la serie del trifenilcarbinol con los químicos físicos debido a los requisitos de confidencialidad del proyecto. Otros investigadores como Christopher Ingold fueron los primeros en publicar en el área. [14] : 69–71
Westheimer también estuvo influenciado por el desarrollo de la mecánica estadística por los físicos Joseph Edward Mayer y Maria Goeppert-Mayer , quienes 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 entender mejor las formas en 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 realizados a mano. [14] : 65, 66–68 El trabajo se convirtió en un modelo para los estudios de otros elementos y se considera fundamental. [20] El campo de la mecánica molecular , como se lo conoce ahora, tiene amplias aplicaciones. [4] [9] [21] [22]
En 1943, Westheimer comenzó a publicar sobre los mecanismos de oxidación del ácido crómico, publicando una "revisión magistral" del área en 1949. [1] [11]
En 1950, la bioquímica de la Universidad de Chicago Birgit Vennesland se acercó a Westheimer sobre un proyecto que ella y su estudiante Harvey Fisher estaban haciendo, que involucraba isótopos en reacciones enzimáticas. Vennesland había desarrollado un proyecto que involucraba 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 etanol parecía ser únicamente 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 eliminaba hidrógeno de la molécula de alcohol, lo que permitía 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 metileno del etanol". [6] [23] [24] El fenómeno que informaron no se denominó enantioespecificidad hasta mucho después. [25] Westheimer diseñó experimentos adicionales que probaron su conjetura inicial y establecieron la quiralidad basada en isótopos de las enzimas. Este trabajo fue esencial para comprender la tópicos , 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 Award 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 por 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 reactiva de metafosfato monomérico. Si bien esto no resultó ser el caso literal, muchas reacciones enzimáticas sí se producen a través de estados de transición que tienen este como un componente significativo. [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 (EIC) 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 el efecto Westheimer. [31] El enfoque estándar sin efecto túnel para los EIC 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 EIC y las estructuras del estado de transición (ET). [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 p-nitrofenil diazoacetato y la posterior acilación de la 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. El fotomarcaje generó una especie reactiva de carbenoide 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 pseudorrotación en la química de los ésteres de fosfato [6] y predijo la ocurrencia de pseudorrotación de oxifosforanos. [36] Demostró la importancia de esta ruta y la importancia de los reordenamientos estereoquímicos de los intermediarios. 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 las 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 elementos básicos y de señalización para los organismos vivos. Los fosfatos poseen un valor de p K a que les permite estar doblemente ionizados a pH fisiológico . La forma ionizada simple en los enlaces fosfodiéster de los ácidos nucleicos resiste la hidrolización por 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] en miembro de la Sociedad Filosófica Americana en 1976, [45] y en miembro extranjero de la Royal Society de Londres en 1983. [46] [47]
Presidió el Comité de la Academia Nacional de Ciencias para la Encuesta de Química de 1964 a 1965. [1] Química: oportunidades y necesidades , también conocido como el "Informe Westheimer", alentó al gobierno federal a aumentar el gasto en investigación fundamental en química, para lograr la paridad con otras ciencias físicas. [48] [49] Identificó la bioquímica como un área prometedora y olvidada para la investigación médica y farmacéutica. [20] Las recomendaciones del informe se implementaron y todavía se considera "exhaustivo, definitivo y con visión de futuro". [5]
Westheimer fue miembro del comité asesor científico del presidente Lyndon Johnson de 1967 a 1970. [20]
Westheimer sirvió en el 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 las Artes y las Ciencias (1985-1990). [1]
Además de enfatizar la necesidad de la investigación fundamental, Westheimer se preocupaba por otras cuestiones políticas. Se opuso a las guerras en Vietnam e Irak. Era consciente de los problemas ambientales y apoyaba medidas para reducir la contaminación, combatir el calentamiento global, aumentar la conservación de la energía y desarrollar fuentes de energía alternativas. Sostuvo que era necesario enseñar ciencia de nuevas maneras, para educar mejor a los no científicos sobre cuestiones científicas. [5]
Entre los muchos honores que recibió Westheimer [1] se encuentran el Premio de la Academia Nacional de Ciencias Químicas de los Estados Unidos en 1980, [50] el Premio de la Fundación Robert A. Welch en 1982, [51] el Premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros en 1981, [52] la Medalla Nacional de Ciencias de los Estados Unidos en 1986, [13] [53] la Medalla Priestley en 1988; [54] el Premio Repligen a la Química de los Procesos Biológicos en 1992; [1] y el Premio Nakanishi en 1997. [55] [2]
"Durante un período de cuatro décadas, Westheimer demostró repetidamente su capacidad para abordar un problema científico fundamental —que parecía insoluble o muy difícil— y resolverlo de una manera elegante y completamente definitiva... Disfrutaba más de afrontar nuevos desafíos que de explotar las grandes áreas nuevas que había abierto." Elias James Corey , 2007 [5]
La medalla Westheimer fue establecida en su honor en 2002. La medalla es otorgada por 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]
