El ácido de Caro y la era de los oxidantes

Hay una época, entre 1865 y 1914, en la que la química industrial alemana define lo que la palabra «industrial» va a significar para el resto del siglo XX. Antes, la química industrial era casi enteramente metalurgia, vidrio y soda. Después de 1865, con el desarrollo de los tintes sintéticos, las farmacéuticas iniciales y la fertilización amoniacal, la química se convierte en la primera industria moderna basada en investigación de laboratorio. BASF, Bayer, Hoechst, Agfa, son los nombres que dominan esa transformación. Y dentro de BASF, durante tres décadas, el técnico que articuló químicamente la transformación de un fabricante de soda en un imperio de tintes fue Heinrich Caro.

Caro

Heinrich Caro (1834–1910) nació en Posen, formó parte como joven químico en una de las primeras tintorerías que aplicaron la nueva química de los tintes sintéticos. Trabajó en Inglaterra durante los años sesenta —en una época en la que la química inglesa, después del descubrimiento de la malva por William Perkin en 1856, había conseguido un par de años de ventaja sobre la alemana—. En 1868 volvió a Alemania para incorporarse a BASF, fundada apenas tres años antes, y dirigir su laboratorio de investigación.

Durante los años setenta y ochenta, Caro fue el químico que tradujo el descubrimiento académico en proceso industrial. La síntesis de la alizarina —el principio colorante natural de la rubia, sintetizado independientemente por Graebe, Liebermann y Perkin en 1869— se convirtió en proceso BASF gracias a Caro. La síntesis del azul de metileno, en 1876, fue suya. Cuando Adolf von Baeyer publicó en los años setenta la estructura del índigo, Caro fue uno de los químicos que durante dos décadas trabajó en el desarrollo de un proceso industrial viable, hasta que finalmente la síntesis Heumann-Pfleger se implementó en BASF en 1897.

Caro era el prototipo de químico industrial: profundamente formado en química académica, pero centrado en el problema de cómo convertir una reacción de banco en una operación de planta. Esa orientación —la pregunta sistemática sobre escalabilidad, costes, seguridad, residuos— fue lo que distinguió a la química alemana de la inglesa o francesa de la época, y fue lo que hizo posible que un país sin colonias, sin acceso fácil a materias primas tropicales, dominara la química mundial durante medio siglo.

El ácido de Caro

El compuesto que lleva su nombre, el ácido peroxomonosulfúrico H₂SO₅, fue descrito por Caro en 1898. Se obtiene por reacción del ácido sulfúrico concentrado con peróxido de hidrógeno, o por hidrólisis controlada del ácido peroxodisulfúrico. Es uno de los oxidantes más fuertes de la química acuosa, capaz de oxidar cetonas a lactonas, aminas a nitros, sulfuros a sulfonas, y de convertir alquenos en epóxidos en cierto rango de condiciones.

El interés químico es múltiple. Primero, el ácido de Caro es la base estructural de la oxidación de Baeyer-Villiger, que convierte cetonas en ésteres por inserción de un oxígeno. La transformación, descrita por Adolf von Baeyer y Victor Villiger en 1899 usando ácido peroxomonosulfúrico, es uno de los pilares de la química orgánica moderna y se enseña hoy a todos los estudiantes. La conexión histórica directa entre Caro y la transformación es a veces olvidada.

Segundo, el ácido es uno de los primeros oxidantes verdaderamente industriales en el sentido moderno: producido en planta, controlado, almacenable durante un tiempo razonable, capaz de generar un producto cuantificable a una escala donde el dinero importa. La química que se podía hacer con él en 1900 era la química que la industria de tintes necesitaba: oxidaciones de aminas y de sulfuros para convertir intermediarios en productos coloreados, oxidaciones de fenoles para construir quinonas.

La era de los oxidantes

El ácido de Caro es uno entre varios oxidantes industriales que aparecen en este periodo. El ozono, descubierto por Schönbein en 1840 y caracterizado durante los años sesenta y setenta, se vuelve aplicable a escala industrial hacia 1900 con los primeros generadores eléctricos. El ácido nítrico fumante, refinado en su producción a través de los procesos de cámaras de plomo y luego por contacto, alcanza una calidad y un volumen que permite oxidaciones controladas. El permanganato potásico, el dicromato sódico, el peróxido de hidrógeno mismo en concentración manejable, todos pasan de ser curiosidades de laboratorio a reactivos de planta entre 1880 y 1914.

Esta «era de los oxidantes» tiene una consecuencia que excede la química pura: cambia lo que la química industrial puede hacer. Antes de 1880, la química industrial era principalmente reductora (fundir metales, reducir mineral con carbón) o de equilibrio (sosa, sulfúrico). La química orgánica industrial, que requiere oxidaciones controladas para construir grupos funcionales valiosos, no podía existir sin oxidantes industriales. La aparición de Caro, ozono, peróxido y otros, junto con el dominio del ácido sulfúrico concentrado por contacto, da a la industria orgánica el conjunto de herramientas que necesita.

El laboratorio industrial moderno

Hay una segunda dimensión, organizativa más que química, en la que Caro y BASF son pioneros. El laboratorio industrial moderno —con grupos de químicos académicamente formados trabajando con remuneración fija sobre problemas de empresa, financiados por la empresa, con instrumentación cara y propia, con publicaciones controladas por el departamento de patentes y no por el químico individual— se inventa, en sentido organizacional pleno, en BASF y Bayer durante los años setenta y ochenta del XIX.

Antes, el laboratorio industrial era una sala anexa a la fábrica, donde un técnico verificaba calidades y resolvía problemas puntuales. Después, el laboratorio industrial se convierte en un centro de investigación que produce conocimiento original con orientación comercial: nuevos compuestos, nuevos procesos, patentes propias. La estructura sobrevive, casi sin cambios, como organigrama de la mayoría de las empresas farmacéuticas y químicas del siglo XX.

Caro fue uno de los arquitectos de esa estructura en BASF. Bajo su dirección, el laboratorio se convirtió en un sistema con divisiones por colorantes, por intermediarios, por desarrollo de procesos. La idea, evidente en retrospectiva, no lo era cuando se inventó: requería una empresa con capital suficiente para financiar investigación a largo plazo y un sistema legal con patentes alemanes razonablemente sólidas, que existían en Alemania desde 1877.

Coda: el final de un siglo

La generación química industrial de la que Caro forma parte termina en agosto de 1914. La Primera Guerra Mundial corta los lazos entre la química alemana y el resto del mundo: la patentes alemanes en Estados Unidos son confiscadas durante la guerra, los químicos alemanes son aislados, las empresas competidoras americanas y suizas absorben durante cuatro años una porción significativa de la cuota alemana. La industria química alemana se reconstruye después de la guerra, pero ya nunca con la primacía absoluta del periodo 1880-1914.

Caro había muerto en 1910, antes del cambio. Su nombre permanece en el reactivo —el «ácido de Caro» se sigue así llamando en cualquier libro de química inorgánica— y, más sutilmente, en la idea organizativa del laboratorio industrial que coordinó durante tres décadas en Ludwigshafen. La química moderna, vista en perspectiva larga, debe a esa generación más de lo que la lista de descubrimientos individuales sugiere. La forma de hacer ciencia industrial que hoy damos por sentada se construyó, en buena parte, en BASF entre 1868 y 1900, y Caro estuvo ahí desde el primer día.