Y como no podía ser de otra forma, mi predicción también ha fallado este año en el premio de química; aunque predije un Nobel a Yaghi en el año 2023 (LCMF, 02 oct 2023). Richard Robson (88 años), de la Universidad de Melbourne, Melbourne, Australia, Susumu Kitagawa (74 años), de la Universidad de Kioto, Kioto, Japón, y Omar M. Yaghi (60 años), Universidad de California en Berkeley, California, Estados Unidos, logran el más prestigioso galardón por el desarrollo de las estructuras (o redes) metalorgánicas (MOF, por Metal–Organic Frameworks). Estas estructuras moleculares se parecen a las zeolitas (candidatas a un futuro Nobel) presentando grandes espacios vacíos por los que pueden fluir gases y otras sustancias químicas. Gracias a las MOF se han diseñado sistemas de captura de dióxido de carbono (CO2), de extracción de agua del aire del desierto, de descomposición de fármacos y residuos en el medio ambiente, de almacenamiento de gases tóxicos o para la catálisis de reacciones químicas. En las MOF los iones metálicos actúan como pegamento para largas moléculas orgánicas. Su gran ventaja es que se pueden diseñar para capturar y almacenar sustancias específicas de diferente tamaño molecular.

Todo empezó en 1989 gracias a Robson, que usó iones de cobre con carga positiva para unir entre sí unas moléculas orgánicas  con forma de tetraedro con cuatro brazos que acaban en grupos nitrilo de carga negativa. El resultado eran unos grandes cristales con una simetría tetraédrica similar al diamante que fueron llamados diamantoides y que presentaban grandes huecos. Pero estas macromoléculas eran inestables. Kitagawa y Yaghi estudiaron por separado entre 1992 y 2003 cómo estabilizar estas moléculas, lo que lograron gracias a una serie de descubrimientos revolucionarios. Kitagawa demostró que en el interior de sus moléculas estabilizadas podían fluir gases por las cavidades interiores y que dichas macromoléculas podían diseñarse para que fuesen flexibles. Yaghi fue quien creó las MOF más estables, demostrando además que pueden diseñarse a medida para que tengan las propiedades necesarias para muchas aplicaciones. El trabajo de Kitagawa y Yaghi ha sido tan revolucionario que entró en el año 2010 en el Hall of Citation Laureates de Clarivate. El comité Nobel ha considerado añadir al pionero Robson a esta pareja. Sin lugar a dudas un premio esperado por muchos y que podía caer cualquier año. Bienvenido sea.

El anuncio oficial del Nobel en YouTube, Nota de Prensa [pdf], Información Divulgativa [pdf], y Descripción Avanzada [pdf]. Recomiendo leer a Davide Castelvecchi, Miryam Naddaf, «Chemistry Nobel for scientists who developed massively porous ‘super sponge’ materials,» News, Nature, 08 Oct 2025; Science News Staff, «Architects of molecular cages win Chemistry Nobel,» Science Inside, 08 Oct 2025; «Nobel de Química 2025 a los creadores de armazones moleculares capaces de atrapar agua, contaminantes o CO2», elDiario.es, 08 oct 2025; Nuño Domínguez, «Nobel de Química para los inventores de una nueva arquitectura molecular,» El País, 08 oct 2025; entre muchas otras.

Los artículos premiados son los siguientes: Bernard F. Hoskins, Richard Robson, «Infinite polymeric frameworks consisting of three dimensionally linked rod-like segments,» Journal of the American Chemical Society 111: 5962-5964 (1989), doi: https://doi.org/10.1021/ja00197a079 [PDF]; B. F. Hoskins, Richard Robson, «Design and construction of a new class of scaffolding-like materials comprising infinite polymeric frameworks of 3D-linked molecular rods. A reappraisal of the zinc cyanide and cadmium cyanide structures and the synthesis and structure of the diamond-related frameworks [N(CH3)4][CuIZnII(CN)4] and CuI[4,4′,4»,4»’-tetracyanotetraphenylmethane]BF4.xC6H5NO2,» Journal of the American Chemical Society 112: 1546-1554 (1990), doi: https://doi.org/10.1021/ja00160a038 [PDF]; S. Kitagawa, R. Kitaura, S. Noro, «Synthesis of the Novel Infinite-Sheet and -Chain Copper(I) Complex Polymers {Cu(C₄H₄N₂)₃/₂(CH₃CN)·0.5C₃H₆O}ₙ and |Cu₂(C₈H₁₂N₂)₃₂|ₙ and Their X-ray Crystal Structures,» Inorganic Chemistry 31: 1714-1717 (1992), doi: https://doi.org/10.1021/ic00035a036 [PDF]; Mitsuru Kondo, …, Susumu Kitagawa, Kenji Seki, «Three-Dimensional Framework with Channeling Cavities for Small Molecules: {[M₂(4,4′-bpy)₃(NO₃)₄]·xH₂O}ₙ (M = Co, Ni, Zn),» Angewandte Chemie International Edition in English 36: 1725-1727 (1997), doi: https://doi.org/10.1002/anie.199717251; O. M. Yaghi, Guangming Li, Hailian Li, «Selective binding and removal of guests in a microporous metal-organic framework,»
Nature 378: 703-706 (1995), doi: https://doi.org/10.1038/378703a0 [PDF]; Hailian Li, Mohamed Eddaoudi, …, O. M. Yaghi, «Design and synthesis of an exceptionally stable and highly porous metal-organic framework,» Nature 402: 276-279 (1999), doi: https://doi.org/10.1038/46248 [PDF]; Mohamed Eddaoudi, Jaheon Kim, …, Omar M. Yaghi, «Systematic Design of Pore Size and Functionality in Isoreticular MOFs and Their Application in Methane Storage,» Science 295: 469-472 (2002), doi: https://doi.org/10.1126/science.1067208 [PDF]; Omar M. Yaghi, Michael O’Keeffe, …, Jaheon Kim, «Reticular synthesis and the design of new materials,» Nature 423: 705-714 (2003), doi: https://doi.org/10.1038/nature01650 [PDF]; Susumu Kitagawa, Ryo Kitaura, Shin-ichiro Noro, «Functional Porous Coordination Polymers,» Angewandte Chemie International Edition 43: 2334-2375 (2004), doi: https://doi.org/10.1002/anie.200300610 [PDF]; entre muchos otros.

Todo empezó en 1974 cuando Robson montaba modelos de moléculas con bolas de madera y alambres para sus clases de química. Imaginó diseñar cristales mediante el enlace de moléculas con iones cargados. Pero le costó muchos años lograrlo, siendo su inspiración última la estructura cristalina del diamante, en la que cada carbono se une a otros cuatro en forma de tetraedro (parte izquierda de la figura). La idea no cristalizó hasta 1989 cuando logró sintetizar una molécula orgánica con cuatro brazos a modo de tetraedro, el 4′,4»,4»’,4»»-tetracianotetrafenilmetano, que tiene cuatro grupos nitrilo en sus vértices; su idea fue unir estas moléculas por los vértices usando iones de cobre, Cu⁺, resultando un cristal con una coordinación similar a la del diamante, llamada diamantoide (como muestra la figura). El resultado sería un cristal macromolecular con cavidades en su interior. El artículo se publicó en 1989 en la revista Journal of the American Chemical Society, donde proponía generalizar la idea para construir materiales con nuevas propiedades que fueran útiles en aplicaciones prácticas.

En 1990, Robson publicó otro cristal molecular con cavidades por las que podían fluir líquidos iónicos (que usaran un ión distinto al cobre) cuando eran sumergidas en ellos. Durante la década de los 1990 demostró que este tipo de cristales moleculares también podían servir como catalizadores de reacciones químicas. Pero su gran belleza ocultaba un gran problema, estas estructuras metalorgánicas eran inestables y, por tanto, inútiles en aplicaciones prácticas. El problema de estabilizarlas requería del aporte de químicos más jóvenes, como Kitagawa y Yaghi.

La máxima que guió a Kitagawa fue la utilidad de lo inútil (incluso lo inútil puede ser útil), que le inspiró el filósofo chino Zhuangzi, que descubrió gracias a un libro de Hideki Yukawa (Premio Nobel de Física en 1949). En 1992 publicó su primera estructura metalorgánica (MOF) usando iones de cobre como pegamento con cavidades en las que se podían alojar moléculas de acetona. Pero, como era inestable, y, por tanto, inútil, no logró financiación. Sin ella, prosiguió investigando, logrando en 1997 una MOF espectacular que usaba iones de cobalto (Co), níquel (Ni) o zinc (Zn) para enlazar moléculas de 4,4′-bipiridina dando lugar a un cristal poroso con canales abiertos que podía absorber gases (metano, nitrógeno y oxígeno) y liberarlos más tarde (véase la figura). ¿Para qué investigar en materiales porosos que son inestables e inútiles cuando se conocen materiales porosos, como las zeolitas y los carbonos activos, que son estables y útiles?

En 1998 llegó la respuesta de Kitagawa a todos los críticos, publicó en la revista Bulletin of the Chemical Society of Japan que las redes metalorgánicas (MOF) podían ser materiales blandos y flexibles, que cambien de forma al llenarse o vaciarse, como ilustra esta figura. Además, tenían muchas otras ventajas ya que se podrían construir con casi cualquier molécula orgánica. Pero faltaba la solución del problema de la estabilidad, que llegó gracias al motor de este premio Nobel, el trabajo del genial Yaghi.

Yaghi creció en Amán, Jordania, sin electricidad ni agua corriente. Fascinado por la química, su padre le envió a EEUU con quince años para estudiar en la universidad. En 1992, tras doctorarse en 1990, ya afincado en EEUU, se propuso diseñar nuevos cristales usando moléculas a modo de piezas de Lego. En 1995, Yaghi publicó en Nature dos materiales bidimensionales que usaban como bloque de construcción la molécula BTC (1,3,5-bencenotricarboxilato), con tres grupos carboxilato equiespaciados unidos a un anillo aromático, que podía coordinar con iones metálicos de transición en un plano. Para sorpresa de todo el mundo, cuando usó cobalto, Co(II), como ión metálico, obtuvo un material tan estable que podía calentarse a 350 °C. Dicho material permitía difundir por sus cavidades piridina en un medio alcohólico durante días. En dicho artículo acuñó el término MOF (Metal–Organic Framework).

El siguiente gran hito de Yaghi fue el material llamado MOF-5, que también se publicó en Nature, en 1999, un artículo que hoy en día está considerado todo un clásico de la química. Un material poroso con cavidades muy espaciosas que era tan estable que, incluso vacío, se podía calentar a 300 °C (la figura ilustra este material). La gran sorpresa era la inmensa superficie de sus cavidades cúbicas: unos pocos gramos de MOF-5 tienen un área interna que equivale al área de un campo de fútbol. Este material es mucho más absorbente que cualquier zeolita o carbón activo conocido.

Gracias a Yaghi se dio un paso de gigante en el desarrollo de los MOF flexibles de Kitagawa. Así se desarrollaron materiales que cambian de forma al llenarse con agua o con metano, que recuperan su forma original al vaciarse (algo así como un pulmón molecular, capaz de respirar gases). Los trabajos de Yaghi entre 2002 y 2003 han puesto los cimientos de la investigación en los MOF, con artículos en Nature y Science que demuestran cómo es posible modificar y ajustar su forma con el único límite de la imaginación. Por ejemplo, uno de los artículos presenta 16 variantes de MOF-5 con cavidades de diferentes tamaños (véase la figura). La que presenta cavidades más grandes permite almacenar grandes volúmenes de metano, lo que podría tener aplicaciones en automóviles que usen metano como combustible.

Los avances en los MOF han sido tantos que es imposible resumirlos aquí en unos párrafos. Gracias a Yaghi disponemos de un kit molecular, con piezas de múltiples tipos, que permiten diseñar nuevos MOF de formas y propiedades diversas. De hecho, ya hay trabajos que usan inteligencia artificial generativa para proponer nuevos materiales MOF. Y con ellos han llegado muchas aplicaciones prácticas, como la recolección de agua a partir del aire del desierto de Arizona (durante la noche, usando MOF-303 se captura vapor de agua que al amanecer, con el calor del sol, se libera en forma de agua potable). Se pueden catalizar el craqueo del petróleo crudo o filtrar antibióticos en aguas contaminadas usando MIL-101. UiO-67 se puede usar para depurar aguas y eliminar sus contaminantes. ZIF-8 se emplea para recuperar elementos de tierras raras en aguas residuales. CALF-20 se está usando para absorber CO₂ de la atmósfera. NU-1501 permite almacenar y liberar hidrógeno a presión atmosférica (una alternativa más segura a los depósitos de alta presión).

Las aplicaciones propuestas y las potenciales de las redes metalorgánicas (MOF) son casi infinitas. Sin lugar a dudas los MOF son uno de los materiales del siglo XXI. Todo ello gracias a Richard Robson, Susumu Kitagawa y Omar Yaghi, que han recibido un esperado y muy merecido galardón.