Arthur C. Cope

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Arthur C. Cope (27 de junio de 1909 – 4 de junio de 1966) fue un exitoso e influyente químico orgánico y miembro de la Academia Nacional de Ciencias. Se le atribuye el desarrollo de varias reacciones químicas importantes que llevan su nombre, como la eliminación de Cope y el reordenamiento de Cope.

Biografía

Arthur Clay Cope nació el 27 de junio de 1909 y murió el 4 de junio de 1966. Era hijo de Everett Claire Cope y Jennie (Compton) Cope, que vivían en Dunreith, Indiana, pero que más tarde se trasladaron a Indianápolis para mejorar las posibilidades de educación de su hijo. Everett Cope se dedicaba al almacenamiento de grano y su esposa trabajó durante algún tiempo en la oficina local de la YWCA.

Arthur C. Cope
Arthur C. Cope

Educación

En 1929, Arthur se licenció en química en la Universidad Butler de Indianápolis, y luego, con el apoyo de una ayudantía, se trasladó a la Universidad de Wisconsin para realizar trabajos de posgrado.

Su director de tesis en Wisconsin fue S.M. McElvain, cuyo programa de investigación incluía la síntesis de compuestos orgánicos con posibles usos farmacéuticos, especialmente anestésicos locales y barbitúricos.  El trabajo de tesis de Cope, completado en 1932, iba en esta línea. El trabajo condujo al descubrimiento de un anestésico local útil y constituyó el tema principal de su investigación durante muchos años.

Está claro que Cope causó una gran impresión en Wisconsin durante su carrera de posgrado. Completó su trabajo de tesis y tres publicaciones independientes en tres años y fue recomendado por la facultad de química orgánica de Wisconsin (dirigida entonces por el temible Homer Adkins) para una de las muy solicitadas becas del Consejo Nacional de Investigación en Harvard. En 1933, se trasladó a Harvard para trabajar con uno de los principales químicos orgánicos de la época, E. P. Kohler


Al final de su primer año de trabajo de posgrado, Cope se casó con la inteligente, elocuente y enérgica Bernice Mead Abbott, que también había asistido a la Universidad de Butler y había conocido a Cope como ayudante de cátedra en su curso de química de primer año. Bernice, conocida como «B», ejerció una fuerte influencia en los inicios de su carrera. El periodo de Harvard fue muy productivo para Cope, y los trabajos que publicó sobre diversos temas reflejan una influencia general de Kohler.

Carrera de Cope en la academia

En 1934, Cope aceptó su primer puesto académico, como asociado de química en el Bryn Mawr College. Bryn Mawr estaba en cierto modo aislado de la corriente principal de investigación orgánica de la época, pero Cope -que buscaba un puesto en plena Gran Depresión- podía esperar seguir los pasos del famoso Louis Frederick Fieser, que había pasado de un salto de Bryn Mawr a Harvard.  Bryn Mawr, en cualquier caso, tenía un programa de doctorado, y Cope tenía muchos amigos en el campo con los que se mantenía en contacto asistiendo a reuniones y simposios. Tras pasar un verano en la Universidad de Illinois como profesor asistente en 1935, fue ascendido al mismo puesto en Bryn Mawr y a profesor asociado en 1938.

Durante su estancia en Bryn Mawr, Cope dedicó mucho tiempo a intentar descifrar la estructura de los reactivos de Grignard mediante procedimientos de precipitación. Varios químicos orgánicos muy competentes habían intentado enfoques similares con poco éxito. Al darse cuenta de la dificultad de este método, empezó a concentrarse en el tema de su tesis: la síntesis de sustancias con potencial interés farmacéutico.


Para muchos, se trataría de una química corriente: utilizar los procedimientos existentes para sintetizar compuestos fáciles de preparar. Pero Cope dirigió su atención al desarrollo de nuevas reacciones sintéticas para barbitúricos sustituidos y nuevos anestésicos locales aminoalcohólicos.

Bryn Mawr proporcionó a Cope dos destacadas estudiantes de posgrado: Evelyn Hancock y Elizabeth Hardy, que fueron coautoras de casi la mitad de los trabajos que surgieron de su estancia allí. También recibió un gran interés y apoyo de los laboratorios Sharpe y Dohme de Filadelfia, donde acabó aceptando un puesto de consultor.

Uno de los resultados del periodo de Bryn Mawr de Cope fue el desarrollo de un barbitúrico comercial conocido como Delvinyl Sodio. Más importante para la química orgánica en su conjunto fue su descubrimiento de un fácil reordenamiento térmico de un carbono a otro en un sistema de tres carbonos de un grupo alilo. El conocido «reordenamiento alílico-éter de Claisen» implica un cambio análogo de un grupo alílico, pero la característica única de carbono a carbono -y la claridad con la que Cope detalló el proceso- hizo que este tipo de reacción se conociera genéricamente como el «reordenamiento de Cope». En los últimos años, sus variaciones se han convertido en pasos clave muy importantes, y muy investigados, en la síntesis de productos naturales complejos.


ACS y universidad de Columbia

En 1939, la carrera de Cope recibió un impulso al ser elegido secretario de la División Orgánica de la Sociedad Química Americana. Aunque su mujer, B, le ayudaba, era un trabajo tedioso y en muchos sentidos ingrato. Sin embargo, gracias a él desarrolló muchos contactos y amigos.

En 1940-41, Cope recibió una beca Guggenheim, pero no pudo visitar Europa debido a la guerra. Pasó parte del año investigando en Bryn Mawr y el resto visitando grupos de investigación de química orgánica en universidades de todo Estados Unidos.

En 1941 se trasladó a la Universidad de Columbia como profesor asociado, y cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial, se incorporó a la Oficina de Investigación y Desarrollo Científico como ayudante técnico y jefe de sección de la División 9 del Consejo Nacional de Investigación. Fue responsable de proyectos que abarcaban desde agentes químicos de guerra y repelentes de insectos hasta medicamentos contra la malaria y, en 1946, recibió el Certificado de Mérito por sus contribuciones al esfuerzo bélico.


MIT

La estancia de Cope en Columbia fue relativamente breve. El Instituto Tecnológico de Massachusetts había sido uno de los primeros líderes de la química estadounidense, pero se había vuelto muy endogámico. Necesitaba un nuevo enfoque, sobre todo en química orgánica, y Karl Compton, entonces presidente del MIT, siguió la firme recomendación de Roger Adams, de la Universidad de Illinois, y ofreció el puesto a Arthur Cope.  En 1945 se trasladó al MIT para dirigir el Departamento de Química.

Para entonces, Cope tenía un destacado historial de investigación y en 1944 había recibido el codiciado premio de la Sociedad Química Americana en Química Pura por su descubrimiento del «reordenamiento de Cope». En 1947 fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias.

Aunque deseaba continuar en nuevos campos de investigación, era plenamente consciente de la necesidad de revitalizar el departamento del MIT, que en aquel momento sólo tenía categoría de química física. Como director del departamento, disponía de importantes poderes, sobre todo en el ámbito de los nuevos nombramientos, y Sorne consideraba que los utilizaba de forma implacable.


Cuando Cope llegó a ser presidente de la Sociedad Química Americana (ACS), se le describió como «de modales suaves»; «de modales suaves por fuera» habría sido más exacto. Era fácil de subestimar: de estatura media, cara larga, normalmente con una palidez que denotaba una vida en el interior (aunque fue un ávido esquiador en un momento dado y -con Adkins, Marvel y algunos otros- participaba en una expedición anual de pesca de morsas), era exteriormente cortés y casi afable.

Sin embargo, esta fachada uniforme encubría un temperamento fuerte y ardiente. En las reuniones en las que las cosas no iban como él quería, tendía a hablar más bajo y a hundirse más en su silla, y los que le conocían pronto aprendieron estas señales de peligro. Sus alumnos de posgrado le llamaban «el puño de hierro en el guante de terciopelo».

Durante los primeros años, Cope recibió un fuerte apoyo de la administración del MIT. Los laboratorios de enseñanza se reconstruyeron por completo hasta alcanzar un nivel muy alto, y las instalaciones de investigación de química orgánica, inorgánica y analítica fueron tan buenas o mejores que cualquier otra del mundo. Entre los nuevos profesores de 1945-46 estaban Charles D. Coryell de Caltech a través de UCLA y Oak Ridge, John C. Sheehan de Michigan a través de Merck, John D. Roberts de UCLA a través de Harvard, Gardner C. Swain de Harvard a través de Caltech, David N. Hume de Minnesota a través de Kansas y Oak Ridge, Lockhart B. Rogers de Princeton a través de Stanford, Richard C. Lord de Johns Hopkins y David Shoemaker de Caltech.


Esta afluencia de nuevos profesores de primer nivel produjo tensiones casi inevitables y duraderas para muchos de los profesores preexistentes en el Departamento de Química del MIT. Pero, junto con las nuevas instalaciones y los incansables esfuerzos de Cope por conseguir apoyo a la investigación y la más alta calidad de estudiantes graduados y becarios postdoctorales, el efecto en la productividad de la investigación del Departamento fue inmediato y asombroso.

Trabajo científico

Ciclooctatetraeno

Durante su trabajo en la guerra, Cope había encontrado un intrigante informe de inteligencia de Alemania sobre el uso de ciclooctatetraeno para tratar el envenenamiento por gas mostaza. En 1911 el químico alemán Richard Willstatter había publicado una ardua síntesis de varios pasos para esta interesante poliolefina cíclica derivada de un raro alcaloide que se encuentra en pequeñas cantidades en la corteza del granado. Aunque la estructura del ciclooctatetraeno estaba aparentemente bien documentada, el parecido de uno de sus productos de transformación con un derivado del estireno, la conocida sustancia isomérica, hizo que se pusiera en tela de juicio en años posteriores.

Con los informes fragmentarios que llegaban de Alemania sobre las extraordinarias propiedades del cicloóctatetraeno (que el grupo de Walter Reppe había preparado en un solo paso mediante la tetramerización del acetileno), Cope decidió repetir la síntesis de Willstatter.


Disponiendo de muy poca corteza de granada, desarrolló una síntesis eficiente del alcaloide que contiene, y luego procedió a corroborar la síntesis de Willstatter en todos los aspectos. Ampliando el proceso de Reppe con mezclas de acetilenos subsustituidos, también ideó síntesis alternativas tanto del ciclooctatetraeno como de sus derivados. Este enorme esfuerzo llevó a Cope y a sus colaboradores a estudiar la química de los compuestos de anillo de tamaño medio.

Migración transanular de hidrógeno y tautomerismo de valencia

Un rasgo distintivo de la investigación de Cope era la meticulosidad, nacida de un temor casi morboso a que se publicara con su nombre un resultado experimental erróneo. Al menos una vez, este temor le costó la prioridad de un importante descubrimiento científico.

Cope y sus estudiantes detectaron una reacción de reordenación muy inusual, en la que un hidrógeno de un lado de un anillo cicloico se integraba directamente en el otro lado a través de un intermedio carbocatiónico. Debido a que uno de sus colegas físico-orgánicos se mostró escéptico ante la evidencia de la observación inicial, Cope pasó otro año verificando cada detalle, mientras que otros, habiendo oído hablar de los resultados, los explotaron en sistemas relacionados. La investigación de la migración transanular del hidrógeno, de hecho, se convirtió en un tema importante en la investigación posterior de Cope


Gran parte del trabajo de Cope se trasladó a la química orgánica física, en la que negó repetidamente su interés o competencia, al tiempo que publicaba observaciones perspicaces que dieron lugar a áreas completamente nuevas del desarrollo orgánico físico. Un ejemplo significativo es el «tautomerismo de valencia», en el que un compuesto se isomera de forma reversible sin intervención de agentes externos (excepto el calor) mediante procesos en los que se rompen y se crean enlaces, normalmente de forma simultánea. Lo que Cope y sus colaboradores descubrieron fue el cambio del 1,3,5-ciclooctatrieno (I) en biciclo[4.2.0]-2,4-octadieno (II) a temperaturas de 80-100°C.

Muchos químicos que trabajaron intensamente en procesos de este tipo condujeron finalmente al descubrimiento y comprensión de muchos otros ejemplos extraordinarios. En 1981, R. Hoffmann recibió el Premio Nobel por las «reglas de Woodward-Hoffmann» que predecían la facilidad y las consecuencias estereoquímicas de tales reordenamientos. El tautomerismo de valencia resultó ser un concepto muy importante para entender la química del ciclooctatetraeno y sus derivados.

Isómeros ópticos

Uno de los últimos logros importantes del programa de investigación de Cope fue su ingeniosa resolución de los isómeros ópticos del trans-cicloocteno y el trans-ciclononeno. Utilizando el trans-ciclo-octeno como ejemplo, hay dos formas quirales (III y IV) que son isómeros no idénticos, de imagen especular. Resulta que, si el doble enlace del cicloocteno puede girar con sus hidrógenos unidos a través del bucle de átomos de carbono conectados, entonces el III se convertirá en IV. Sin embargo, el bucle de carbonos es demasiado estrecho para que esto ocurra fácilmente con el III y el IV.


Con el anillo de cicloneno más grande, la interconversión es más fácil, y las formas que corresponden a III y IV no son muy estables. Con el anillo aún más grande del trans-ciclodeceno, la interconversión es muy fácil y la resolución extremadamente difícil, incluso a bajas temperaturas. La posibilidad de que existan formas quirales estables como la III y la IV se había reconocido mucho antes, pero se necesitó imaginación y una enorme habilidad para demostrar su existencia.

Servicio a la comunidad científica

Después de la guerra, Cope comenzó a ampliar su servicio a la química en el ámbito nacional. En 1945, fue nombrado miembro del consejo de redacción de Organic Syntheses, una publicación anual muy influyente de procedimientos de laboratorio probados para la preparación de importantes compuestos orgánicos que aún no están disponibles en fuentes comerciales.

A través de este grupo, Cope se relacionó estrechamente con Roger Adams, entonces el «Papa» de la química orgánica estadounidense. Durante muchos años, Adams, jefe de química de la Universidad de Illinois y asesor de la empresa Du Pont, había fundado Organic Syntheses. También estaba muy vinculado a la Sociedad Americana de Química, de la que llegó a ser presidente de la junta directiva.

En Cope, Adams reconoció a un recién llegado, y Cope fue en muchos sentidos el sucesor de Adams. En 1947, Cope, también consultor de Du Pont, se unió al grupo que Adams había iniciado para editar las revistas de la influyente serie Organic Reactions. Fue el editor jefe de la serie de 1960 a 1966.

Cope sirvió a la American Chemical Society con gran distinción. Entre los cargos que ocupó después de la guerra se encuentran los de presidente de la División de Química Orgánica (1946-1947); consejero (1950-1951); presidente de la Sección Noreste (1955-1956); Junta Directiva (1951-1966); presidente electo y presidente (1960-1961); presidente de la Junta (1959-1960, 1962-1966); y una plétora de comités de la Junta, incluyendo nueve años en el importante Comité de Formación Profesional.

Entre otros logros como líder de la American Chemical Arthur Cope tuvo mucho que ver con la prevención del colapso de Chemical Abstracts en 1960, una época en la que los servicios de resúmenes químicos estaban fallando. Además, fue presidente de la Sección de Química de la Academia Nacional de Ciencias y miembro del Comité de Ciencia y Política Pública de la Academia. Un colega le describió durante este periodo como el «químico orgánico más ocupado del mundo».

La tensión acumulada de estas actividades generalizadas resultó ser demasiado para el matrimonio de Cope, se divorció sin tener hijos en 1963. Más tarde se casó con Harriet Thomas Packard, de soltera Osgood, que había sido su secretaria en el MIT, y en el proceso adquirió un hijastro, Gregory.

Arthur Cope, que era un convencido de la importancia de la enseñanza de la química, no se resignaba a comprometer sus principios de exhaustividad y amplitud, principios que se vieron reforzados por su participación en el Comité de Formación Profesional de la ACS. Se opuso firmemente a la decisión del MIT de reducir el requisito de química en el plan de estudios. Esto, junto con una cierta percepción entre el profesorado de que muchas de sus decisiones eran arbitrarias, llevó al final de su mandato de casi veinte años como director del Departamento de Química, pero siguió activo en la investigación y en el servicio a la Sociedad Química Americana.

Honores y reconocimientos

Arthur Cope recibió muchos honores y premios por sus logros en la investigación. Además de los ya mencionados, fue elegido miembro de la Academia Americana de las Artes y las Ciencias y de la Sociedad Filosófica Americana. Recibió la Medalla Chandler de la Universidad de Columbia, la Medalla W. H. Nichols de la Sección de Nueva York de la Sociedad Química Americana, la Medalla y el Premio Roger Adams de la Sociedad Química Americana y un doctorado honorífico de su alma mater, la Universidad de Butler.

Con los derechos de sus patentes farmacéuticas aumentados por las exitosas inversiones, Cope murió como un hombre relativamente rico. Dejó la mitad de su patrimonio a la Sociedad Química Americana para estimular la investigación en química orgánica a través de los Premios Cope. Los ingresos actuales del fondo, que ascienden a unos 200.000 dólares, financian un premio principal y diez premios Cope Scholar de menor cuantía. El Premio Cope principal lleva consigo una medalla, un importante premio en metálico para el galardonado y un premio en metálico mayor para apoyar la investigación en la institución que elija el galardonado.

Arthur Cope, la personificación del adicto al trabajo, se dedicó de forma pasiva y desinteresada al servicio público de la química. En su propio trabajo, fue rígidamente autocrítico, adhiriéndose a los más altos estándares de integridad científica.

Para más información Arthur Clay Cope

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