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Für die Entwicklung der sogenannten asymmetrischen Organokatalyse verlieh die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften am Mittwoch den 53-jährigen Chemikern am Mittwoch in Stockholm den Chemie-Nobelpreis. «Dieses Konzept der Katalyse ist so einfach wie genial. Tatsächlich haben sich viele Menschen gefragt, warum wir nicht früher darüber nachgedacht haben», sagte Johan Åqvist vom Nobel-Komitee.
Mithilfe dieser organischen Katalysatoren gelinge es, «alles effizienter herzustellen, von neuen Arzneimitteln bis hin zu Molekülen, die Licht in Solarzellen einfangen können», so das Nobelkomitee.
Eine anfängliche Kuriosität
Katalysatoren verwandeln giftige Stoffe aus Autoabgasen in harmlose Moleküle, machen die Wäsche sauber und spalten verspeiste Nahrung in unserem Verdauungstrakt auf. Lange Zeit dachten Chemikerinnen und Chemiker, dass sich nur Metalle und Enzyme als Katalysatoren eignen.
In den 70er-Jahren hätten Chemiker zwar bereits herausgefunden, dass sich Katalysatoren auch aus organischen Molekülen herstellen lassen, sagte Karl Gademann, Professor für organische Chemie und chemische Biologie an der Universität Zürich, im Gespräch mit der Nachrichtenagentur Keystone-SDA. «Aber man dachte, es handle sich um eine Kuriosität, um ein Verfahren, das sich nicht breit anwenden lässt.»
Erst der deutsche Chemiker Benjamin List, der am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung tätig ist, und der in Schottland geborene David MacMillan von der Princeton University (USA) fanden das Rezept, um mit sehr einfachen und billigen organischen Molekülen Katalysatoren herzustellen, die eine Vielzahl von chemischen Reaktionen ermöglichten. «Es ist beeindruckend, dass sie so früh in ihrer Karriere derart wichtige Impulse setzen konnten», sagte Gademann.
Spiegelverkehrte Moleküle
Es gibt Moleküle, die dieselben atomaren Bausteine und dieselben Bindungen und Bindungswinkel besitzen, aber sich wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten. Wie unsere rechte und linke Hand decken sie sich nicht.
Was nach einer Petitesse klingt, macht insbesondere in der Arzneimittelherstellung einen immensen Unterschied: Oft ist nur die eine Form des Moleküls wirksam. Im schlimmsten Fall wirkt das spiegelverkehrte Molekül sogar toxisch. So war beispielsweise die falsche Form des Contergan-Wirkstoffs namens Thalidomid dafür verantwortlich, dass tausende Kinder mit Fehlbildungen der Organe und verkürzten Gliedmassen geboren wurden.
«Es ist enorm wichtig, möglichst nur die eine Form des Moleküls zu synthetisieren», sagte Andreas Pfaltz, emeritierter Professor für organische Chemie an der Universität Basel. «Lange Zeit war das sehr schwierig. Deshalb stellte man häufig ein Gemisch her, das man später in mühsamster Arbeit trennen musste», sagte er.
Doch mit der von den Nobelpreisträgern vorangetriebenen asymmetrischen Organokatalyse lässt sich eine chemische Reaktion so lenken, dass bevorzugt ein «linkshändiges» oder ein «rechtshändiges» Molekül entsteht. «Heute gehört die asymmetrischen Organokatalyse zu den Standardmethoden in der organischen Chemie», sagte Pfaltz.
Wichtiger Nobelpreis für Schweiz
«Es ist ein wichtiger Nobelpreis, auch für die Schweiz», sagte der Zürcher Chemiker Gademann, der die asymmetrische Organokatalyse nutzt, um antibakterielle Wirkstoffe aus der Natur im Labor zu synthetisieren. Denn die asymmetrische Organokatalyse könne die pharmazeutische Industrie, die in der Schweiz einen hohen Stellenwert besitze, nachhaltiger, effizienter und sicherer machen.
Anders als manche Metalle, die für Katalysatoren verwendet werden, sind organische Katalysatoren nämlich nicht toxisch. Zudem seien sie verblüffend einfach aufgebaut: Sie bestehen aus den in der Umwelt zuhauf vorkommenden Elementen Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff.
«Wahre Pioniere»
Der emeritierte Basler Professor Pfalz bezeichnet die beiden Nobelpreisträger als extrem dynamisch, sie hätten viele Ideen und würden diese mit aller Kraft in die Tat umsetzen: «Sie sind wahre Pioniere der asymmetrischen Organokatalyse und treiben diese Methode noch heute entscheidend voran.»
List und MacMillan werden am 10. Dezember, dem Todestag des Preisstifters und Dynamit-Erfinders Alfred Nobel offiziell geehrt. Neben dem Preisgeld von insgesamt zehn Millionen schwedischen Kronen (rund 1,06 Millionen) erhalten sie dann auch die berühmte Medaille sowie eine Nobelurkunde.