Lev Chugaev

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Lev Aleksandrovich Chugaev (16 de octubre de 1873 – 26 de septiembre de 1922) fue un químico ruso. En el apogeo de su carrera, fue profesor de química en la Universidad de Petersburgo, siendo el sucesor de Dimitri Mendeleev. Se dedicó a la química inorgánica, especialmente a los complejos del grupo del platino, así como a la química orgánica. También se le conoce como Leo Aleksandrovich Tschugaeff o Tschugaev.

Lev Chugaev
Lev Chugaev

Prácticamente todos los estudiantes de primer año de universidad que asisten a un curso de análisis cualitativo están familiarizados con el precipitado escarlata formado por la reacción del ion níquel(II) con la dimetilglioxina, el primer reactivo orgánico de prueba puntual utilizado para detectar un ion metálico. Sin embargo, es probable que sólo los químicos que se ocupan de los compuestos de coordinación sepan que esta reacción de importancia analítica (la reacción de Chugaev) no fue más que uno de los muchos descubrimientos realizados en diversos campos de la química por Lev Aleksandrovich Chugaev.

Chugaev fue la figura más destacada y líder indiscutible de un grupo de químicos rusos que exploró sistemáticamente los compuestos de coordinación del platino y sus congéneres. Su versatilidad rivalizaba con la de Mendeleev, su predecesor en la cátedra de química inorgánica de la Universidad de San Petersburgo. Sus aportaciones científicas abarcaron la bacteriología, la bioquímica, la química orgánica -especialmente la de los terpenos-, la dispersión óptica rotatoria, los compuestos de coordinación y la química analítica. También fue fundador y primer director del mundialmente famoso Instituto del Platino de Rusia.

Vida de Chugaev

Lev Aleksandrovich Chugaev, hijo de un profesor de física, nació el 4 de octubre de 1873 en Moscú y recibió su educación primaria en una academia militar. Como estudiante en la sección de Ciencias Naturales de la Universidad de Moscú, estudió química inorgánica con I. A. Kahlukov y química orgánica con N. D. Zelinskii, con quien publicó su primer artículo químico en 1895.

Tras su graduación en la Universidad en ese año, fue nombrado Adiunkt (asistente) en el Laboratorio Químico del Instituto Bacteriológico. En 1903, defendió con éxito su disertación «Issledovanie v Oblasti Terpenov i Kamfary» (Investigación en el área de los terpenos del alcanfor) y se le concedió el título de Magistr Khimii (Maestro en Química). De 1904 a 1908 fue profesor en la Moskovskoe Tekhnicheskoe Uchilishche (Escuela Técnica Superior de Moscú).

Lev Chugaev (aprox 1910)
Lev Chugaev (aprox 1910)

En 1906 obtuvo el título de Doktor Khimicheslcikh Nauk (Doctor en Ciencias Químicas) por la exitosa defensa de su disertación L’Issledovanie v Ohlasti Kompleksnykh Soedinenii (Investigación en el área de los compuestos complejos). En 1908, fue nombrado catedrático de química inorgánica en la S. Peterburgskii Universitet (Universidad de San Petersburgo). Ocupó esta cátedra, que antes ocupaban Mendeleev, Konovalev y Walden, hasta su muerte en 1922. Al mismo tiempo, ocupó la cátedra de química orgánica en el Leningradskii Khimiko-Tekhnologi- cheskii Institut (Instituto Químico-Tecnológico de Leningrado).

La muerte de Chugaev puede atribuirse directamente a las deplorables condiciones de la Rusia posrevolucionaria. Cuando la vida en Petrogrado se hizo casi imposible, trasladó a su mujer y a sus dos hijos a Vologda, una ciudad situada a unos cien kilómetros al norte de Moscú. Durante una de sus visitas a su familia, contrajo el tifus, al que sucumbió el 26 de septiembre de 1922. Su muerte fue una grave pérdida para la química en general y un verdadero desastre para la química rusa en particular. Su hijo mayor, Aleksander L’vovich, había fallecido en 1921 tras terminar la escuela secundaria. El menor, Vladimir L’vovich, ingeniero químico, murió en 1941. La esposa de Chugaev, Aleksandra Aleksandrovna, murió en Leningrado en 1942.

El hecho de que, tras su muerte, uno de sus alumnos, E. Kh. Fritsman (1879-1942), se dedicó durante muchos años a la publicación póstuma de las investigaciones acumuladas por Chugaev, ayudo a divulgar sus ideas. La influencia de Chugaev continúa aún hoy en los trabajos de sus alumnos, entre los que se encuentran I. I.  I. I. Cheruyaev y A. A. Grinherg.

Personalidad

Lev Aleksandrovich Chugaev fue uno de esos individuos que se dedican exclusivamente a la ciencia hasta el rechazo casi total de su vida personal. Su modus operandi ha sido descrito por Lebedinskii. Chugaev rara vez iba a entretenimientos y descansaba con poca frecuencia. En los días en los que no tenía que dar conferencias, se dedicaba al trabajo experimental desde primera hora de la mañana hasta última hora de la noche, con sólo breves «descansos» apresurados para comer.

Varias veces al día encontraba tiempo para visitar a sus estudiantes y compañeros de trabajo en el laboratorio, para discutir con ellos su trabajo y comunicarles algo de su propio entusiasmo contagioso. Sus alumnos emulaban su comportamiento y a veces trabajaban hasta altas horas de la madrugada. Las dependencias de Chugaev en la Universidad de San Petersburgo ocupaban el mismo edificio que los laboratorios y, a menudo, en mitad de la noche, Chugaev aparecía en el laboratorio con su bata de noche para interrogar a sus alumnos sobre su trabajo. Se impacientaba ante las inevitables frustraciones del trabajo experimental y su carácter compulsivo le llevaba a completar cada proyecto a un ritmo vertiginoso. La luz en el estudio de Chugaev ardía invariablemente hasta las 4 o 5 de la mañana, donde, rodeado de ganchos y diarios, se concentraba en su investigación en curso.

Trabajo científico

Toxicidad y microorganismos

Los primeros trabajos de Chugaev fueron principalmente bioquímicos y bacteriológicos. Al estudiar la acción de los venenos sobre los microorganismos, Chugaev buscó una relación entre la estructura y la toxicidad. Relacionó la toxicidad con la presencia de un grupo aldehído y demostró que la disminución de la toxicidad va acompañada de un aumento del peso molecular y que se produce una disminución aún mayor cuando el aldehído se transforma en la correspondiente cetona o acetal o cuando se introducen grupos hidroxilos en la molécula de aldehído. Por otro lado, la introducción de un grupo feníl o un átomo de halógeno en la molécula de aldehído o cetona aumenta considerablemente sus propiedades tóxicas.

En su estudio de las bacterias fosforescentes, Chugaev intentó relacionar la concentración de azúcar en el medio de cultivo con la intensidad del brillo bacteriano. Demostró que sólo concentraciones muy pequeñas (0,1%) de carbohidratos ejercen una influencia favorable sobre el crecimiento y el brillo de las bacterias. Continuando esta investigación, Chugaev propuso en 1898 una nueva teoría sobre la acción desinfectante de la enzima oxidasa.

Triboluminiscencia

Un fenómeno interesante investigado por Chugaev fue la triboluminiscencia, la propiedad que poseen algunas sustancias cristalinas de volverse luminosas al ser aplastadas, frotadas o presionadas mecánicamente. Una investigación minuciosa de unas 500 sustancias orgánicas e inorgánicas demostró que aproximadamente una cuarta parte (principalmente orgánica) era triboluminiscente.

La propiedad parece estar asociada especialmente a los grupos aromáticos. Ciertos grupos, como el hidroxilo, el carbonilo y el amino secundario o terciario, favorecían especialmente la triboluminiscencia; entre muchos compuestos asimétricos, se encontró que las antípodas ópticamente activas mostraban triboluminiscencia, mientras que las mezclas racémicas no lo hacían. La sustitución de las sustancias triboluminiscentes por el sulfuro de zinc en el espintoscopio dio lugar a un artículo sobre la teoría de este instrumento.

Terpenos

La contribución más destacada de Chugaev a la química de los terpenos es, sin duda, su método del xantógeno, que hace posible la conversión de alcoholes en sus correspondientes hidrocarburos insaturados ópticamente puros y no contaminados por compuestos isoméricos.

El alcohol se convierte primero en alcoholato de sodio, que luego se hace reaccionar con disulfuro de carbono para formar xantógeno. La reacción de este último con yoduro de metilo produce un éster de xantógeno, que al calentarse cuidadosamente se descompone para formar el hidrocarburo terpénico.

El método del xantógeno permitió a Chugaev obtener por primera vez mentenos óptica y estructuralmente homogéneos, pineno inactivo y otros hidrocarburos, separar los alcoholes isoméricos obtenidos en síntesis o en productos naturales, y descubrir una serie de nuevos hidrocarburos: α y β-tujeno (tanaceteno), tujano (tanacetano), bornileno, isolimoneno y α y β-colesterilenos. En el momento de su descubrimiento, la reacción de Chugaev sirvió para introducir cierta claridad en un área extremadamente compleja de la química orgánica; aún hoy se utiliza ampliamente en la síntesis orgánica.

Las contribuciones de Chugaev a la química orgánica no se limitaron a las investigaciones sobre los terpenos, sino que abarcaron todo el campo. Por ejemplo, su primer trabajo químico publicado (1895), un estudio sobre el ácido dihidroximetil-glutárico, realizado juntamente con Nikolai D.  Zelinskii, fue seguido por una prueba de grupos hidroxilos mediante el uso de compuestos orgánicos de magnecio, un intento de sintetizar el hemopirrol, una nueva síntesis de α-dicetonas por la acción de los reactivos de Grignard sobre la vinilidenooxanilida, los selenomercaptanos y sus derivados, una anomalía en la refracción molecular en las glioximas sustituidas, y una investigación sobre el ácido ditiocamfo-carboxílico.

Dispersión rotatoria anómala

Con los compuestos puros y ópticamente activos puestos a su disposición por su método del xantógeno, Chugaev se dedicó a estudiar las propiedades ópticas de los compuestos orgánicos, un área en la que pronto se convirtió en una autoridad mundial. Ya en 1898 había comenzado a estudiar la relación entre la rotación óptica y la constitución. Descubrió que en una serie homóloga la rotación aumenta hasta un valor aproximadamente constante con el aumento del peso molecular (regla de Chugaev). También observó el efecto moderador de los grupos sustituyentes sobre la rotación óptica.

Química de coordinación

Chugaev observó muy pronto la similitud entre los compuestos orgánicos y los complejos inorgánicos; y aunque se formó como químico orgánico, es en la química de coordinación, campo en el que continuó trabajando desde 1904 hasta su muerte, donde descansa con seguridad su fama.

El objeto original de la entrada de Chugaev en este campo fueron los compuestos formados por Cu(II), Ni(II) y Ag(I) con imidas orgánicas, en particular la succinimida. Chugaev demostró que un átomo de hidrógeno de las imidas de los ácidos carboxílicos puede ser sustituido por un ion metálico para formar sales anormalmente coloreadas, que a su vez pueden formar complejos estables con amoníaco y aminas alifáticas.

Estos compuestos están relacionados con los compuestos de cobre obtenidos en la reacción de hiuret, una prueba para detectar la presencia de péptidos, proteínas y aminoácidos que contienen el grupo -CONH-. Sólo se diferencian en su menor estabilidad frente al agua y en que contienen dos moléculas de succinimida correspondientes a una de biuret.

Estabilidad del anillo

Para que una molécula con dos grupos potencialmente coordinadores, como una diamina, NH2(CH2)nNH2 o un aminoácido, NH2(CH2)nCOOH, funcione como grupo quelato, debe ser geométricamente posible formar un anillo de baja tensión. De la química orgánica se sabe que los anillos de 5 y 6 miembros son los más estables, mientras que los de 4 son menos estables y los de 3 son bastante inestables (teoría de la tensión de Baeyer). Chugaev ya demostró en 1906 que estas relaciones son completamente aplicables a los compuestos complejos (regla de los anillos de Chugaev). Esta regla sirvió como punto de partida para la investigación estereoquímica no sólo de Chugaev sino también de otros trabajadores. El método de diagnóstico ampliamente utilizado para determinar la configuración de los compuestos de coordinación de Pt(II) mediante la reacción con el ácido oxálico, que fue desarrollado posteriormente por el alumno de Chugaev, A. A. Grinberg.

Dioximinas

Dado que Chugaev se formó como químico orgánico, no es de extrañar que su primera investigación sobre los metales del grupo periódico VIII (Fe, Co, Ni, Pd y Pt) consistiera en el estudio de sus reacciones con reactivos orgánicos, por ejemplo, las α-dioximas. Esto dio lugar a su descubrimiento más conocido, la reacción del Ni(II) con la dimetilglioxima, el primer reactivo orgánico de prueba puntual utilizado para detectar un ion metálico.

Esquema de reacción de la dimetilglioxima (DMG) con niquel
Esquema de reacción de la dimetilglioxima (DMG) con niquel

Con este reactivo se puede detectar una parte de níquel en 2 millones de partes de agua, incluso en presencia de grandes concentraciones de cobalto. Mediante una reacción similar, se puede detectar una parte de hierro en 165 millones de partes de agua. Wunder y Thüringer también aplicaron la reacción a la separación y determinación del paladio. Los productos formados por la coordinación de α-dioximas, que contienen un átomo de hidrógeno lábil, con iones metálicos y denominados dioximinas por Chugaev son ejemplos de complejos internos, es decir, compuestos no electrolíticos en los que los grupos de coordinación por quelación satisfacen simultáneamente el número de oxidación y el número de coordinación del ion metálico.

Como pueden extraerse en disolventes orgánicos, estos compuestos son útiles para efectuar separaciones analíticas. Sus colores intensos los hacen adecuados para las detecciones cualitativas y las determinaciones colorimétricas cuantitativas de los iones metálicos, y su insolubilidad constituye la base de varios métodos gravimétricos. Junto con Il’inskii, que empleó por primera vez el α-nitroso-β-naftol para la determinación del cobalto en 1885, Chugaev fue un pionero en la aplicación de los complejos internos a la química analítica.

Muestra del complejo de DMG con Ni

Otros metales de platino

Mediante el uso de tiourea, un reactivo introducido en la química del platino por Kurnakov (68), Chugaev pudo preparar un nuevo compuesto de osmio(III) de color rojo brillante, [Os(NH2CSNH2)6]Cl3.H2O, análogo a las sales de luteo de Co, Cr, Rh e Ir trivalentes. La formación de este compuesto proporcionó una prueba analítica sensible para el osmio mediante la cual se puede detectar una parte de osmio en 100.000 partes de agua (69).

La evidencia de la naturaleza ácida del óxido de osmio(VIII) se demostró mediante la preparación por parte de Chugaev de series de compuestos cristalinos bien definidos, M2[OsO4(OH)2], y compuestos inestables, M2[OsO4F2], por reacción del OsO4 con hidróxidos de metales alcalinos o fluoruros de metales alcalinos, respectivamente. E. Kh. Fritsman ha hecho una revisión exhaustiva de los trabajos de Chugaev sobre los derivados del osmio desde 1916 hasta 1925. Fritsman.

Otras investigaciones

Algunos de los trabajos de Chugaev que desafían la clasificación en las categorías anteriores pueden dar una idea de su verticalidad y amplios intereses. Entre estos trabajos se encuentran sus aparatos para la determinación de solubilidades a diferentes temperaturas, los compuestos de níquel univalente, los compuestos de bromuro de aluminio con hidrocarburos y los estudios sobre el poder reductor de los ácidos sulfurosos e hiposulfurosos.

Además de sus dos libros sobre química de coordinación, «0 Khimicheskom Stroenii Kompleksnykh Soedinenii» (Sobre la estructura química de los compuestos complejos) (1910), y «Strukturno- i Stereokhimicheskie Pred- stavleniya v Oblasti Seorganicheskoi Khimii. Kovye Idei v Khimii» (Conceptos estructurales y estereoquímicos en el campo de la química inorgánica. Nuevas ideas en química) (1914), Chugaev fue autor de dos obras sobre la historia de la química, «Descubrimiento del oxígeno y teoría de la combustión» y «Dmitrii Ivanovich Mendeleev. Vida y actividades».

Chugaev era un destacado orador y divulgador de conocimientos científicos, y sus conferencias siempre atraían a grandes audiencias. Sus libros y artículos científicos, hábilmente escritos, contribuyeron en gran medida a la difusión y el desarrollo de los conocimientos químicos en la antigua URSS.

Trabajos aplicados

Chugaev no era un científico de «torre de marfil». Durante la Primera Guerra Mundial, este polifacético químico, que más tarde recibió el codiciado Premio Lenin del gobierno soviético, fue uno de los iniciadores del VoenniFKhimicheskii Komitet (Comité Químico Militar) en la Russkoe Fiziko-Khimicheskoe Obshchestvo (Sociedad Fisicoquímica Rusa). En esta época, realizó investigaciones sobre medicamentos y explosivos, ambos muy necesarios para un gobierno mal preparado para el conflicto.

También participó activamente en la organización y el trabajo del Gosudarstvennyi Institut Prikladnoi Khiiii, GIPKh (Instituto Estatal de Química Aplicada), fundado por N. S. Kurnakov. En la opytnaia Zavod (Planta Experimental) se realizaron bajo su dirección las primeras investigaciones en Rusia sobre la preparación de fósforo rojo, anhídrido fosfórico, cloruro de cromo y arsénico metálico. En respuesta a la creciente demanda de catalizadores de platino para su uso en el proceso de contacto para la fabricación de ácido sulfúrico, Chugaev, junto con Khlopin y Lebedinskii, ideó métodos industriales para el refinamiento del platino y sus congéneres. También participó activamente en las investigaciones del Instituto Pishchevii (Instituto de Nutrición).

El Instituto del Platino

En 1915, X. S. Kurnakov, V. I. Vernadskif y A. E. Fersman organizaron, en el marco de la Akademik Nauk (Academia de Ciencias), una comisión conocida como Komissiia po Izucheniiu Estesl- venno Proizvodstvennykh Sil Rossii, KEPS (Comisión para el Estudio de las Fuentes Productivas Naturales de Rusia). En respuesta al llamamiento de esta comisión, Chugaev redactó un informe en el que sostenía que el platino, uno de los recursos naturales más valiosos de Rusia, no debía exportarse en bruto, sino que debía crearse un monopolio estatal para localizar, producir y procesar este importante metal.

Propuso la creación de un instituto con las siguientes funciones: investigación exhaustiva de los metales del grupo del platino; búsqueda de aleaciones nuevas y útiles de estos metales; estudio sistemático de los compuestos de coordinación de estos metales, incluida la búsqueda de nuevos tipos de estos compuestos, sus síntesis, reacciones y métodos para determinar sus configuraciones; desarrollo y perfeccionamiento de los métodos de refinado y análisis de los metales del platino, así como de la explotación de los minerales de baja calidad.

Sólo después de la Revolución de Octubre (1917), el sueño de Chugaev se hizo realidad. En 1918 fue nombrado primer director del recién creado Institut po Izucheniu Platiny i Drugikh Blagorodnykh Metallov (Instituto para el estudio del platino y otros metales nobles) de la Akademiia Nauk S.S.R. (Academia de Ciencias de la URSS). A la muerte de Chugaev, en 1922, Kurnakov se convirtió en director del Instituto.

De acuerdo con la política soviética de crear una literatura química rusa, en 1920 Chugaev fundó la revista Izvestiia Instituta po Izucheniiu Platiny i Drugikh Blagorodnykh Metallov para publicar los resultados de las investigaciones del Instituto. De 1921 a 1935, prácticamente toda la literatura rusa sobre los metales del platino apareció en los 12 volúmenes de esta revista, cuyos editores eran Kurnakov, Fritsman y Zvyaginb sev.

En 1934, el Instituto del Platino, el Instituto de Análisis Fisicoquímico y el Laboratorio de Química General de la Academia de Ciencias de la URSS se fusionaron en el Institut Obshchei i Neorganicheskoi Khimii, IOKKh (Instituto de Química General e Inorgánica), con sede en Moscú y con Kurnakov como director. A partir de 1936 la revista pasó a llamarse Izvestiia Sektora Platiny i Drugikh Rlagorodnykh Metallov; dejó de publicarse en 1955, siendo desplazada por el nuevo Zhurnal Neorganicheskoi Khimii (Revista de Química Inorgánica).

Legado de Ghugaev

Desgraciadamente, Chugaev no vivió para ver la estrecha colaboración que se desarrolló posteriormente entre el Instituto del Platino y la industria rusa del platino. Poco tiempo después de su muerte, en 1922, sus ideas sobre la dependencia mutua de la teoría y la práctica comenzaron a materializarse, ya que el Instituto prestó una ayuda sustancial a la joven, pero creciente industria. Incluso hoy en día, los antiguos alumnos de Chugaev siguen cumpliendo su predicción de que «todas y cada una de las conclusiones o aproximaciones científicamente fundadas, cada patrón que se ajuste a una regla, cada hecho cuidadosamente establecido que tenga que ver con la química de los metales del platino tendrá tarde o temprano su equivalente práctico».

Durante su corta carrera, Chugaev creó en torno a sí una escuela de químicos orgánicos de alto nivel, entre los que cabe mencionar a F. V. Tserevitinov, G. V. Pigoulevskii, V. A. Fomin, N. A. Schloesinger y A. A. Glebko. Sin embargo, es la «Escuela Chugaev» de químicos inorgánicos, que incluye nombres como I. I. Chernyaev, V. G. Khlopin, A. A. Grinherg, V. V. Lebedinskii y V. K. Psheuitsyn, es la que ha alcanzado mayor fama.

Para más información Terpenes to platinum: The chemical career of Lev Aleksandrovich Chugaev

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