THE NOBEL PRIZE IN CHEMISTRY 2021

Il 6 Ottobre 2021 l’ Accademia reale svedese ha deciso di assegnare il Premio Nobel per la Chimica 2021 al tedesco Benjamin List, del Max-Planck-Institut di Mülheim an der Ruhr, e allo scozzese David MacMillan, professore all’Università di Princeton (USA). Indipendentemente uno dall’altro, “per lo sviluppo dell’organocatalisi asimmetrica”. I due scienziati hanno sviluppato l’organocatalisi asimmetrica: un metodo per rendere più economici ed ecocompatibili certi processi chimici, e per indirizzarli a produrre esattamente ciò che serve.

Nobel 2021 per la chimica: Benjamin List (a sinistra) e David W.C. MacMillan. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Come descrive perfettamente il comunicato stampa: “costruire molecole è un’arte difficile. Benjamin List e David MacMillan ricevono il Premio Nobel per la Chimica 2021 per lo sviluppo di un nuovo strumento preciso per la costruzione molecolare: l’organocatalisi. Ciò ha avuto un grande impatto sulla ricerca farmaceutica e ha reso la chimica più verde.”

Spesso alcune reazioni chimiche avvengono molto lentamente e quindi i chimici utilizzano sostanze chiamate catalizzatori, capaci di velocizzare queste reazioni chimiche.

I catalizzatori più utilizzati nel mondo della sintesi chimica erano essenzialmente due tipi di catalizzatori: metalli ed enzimi. I primi sono perfetti catalizzatori perché hanno la capacità di sequestrare o cedere elettroni nel corso di una reazione chimica, e possono aiutare così ad allentare i legami tra molecole, velocizzando la loro rottura e la formazione di nuovi legami, che producono nuove molecole.

Mentre gli enzimi sono invece proteine complesse utilizzate dalla natura in tutte le reazioni biologiche. Sono molto più ecologici e funzionano con incredibile precisione.

I catalizzatori metallici, sono più inquinanti ed essendo molto sensibili alla presenza di ossigeno e di acqua, complica notevolmente il loro utilizzo su larga scala.

Benjamin List ha iniziato a occuparsi di organocatalisi asimmetrica negli anni novanta. In questo periodo comprese ed intuì le potenzialità della prolina, una molecola che entra nella composizione delle proteine, e che funziona benissimo come catalizzatore. La grande intuizione del ricercatore era che le reazioni chimiche catalizzate non necessitano di un intero enzima, ma di alcune parti. Infatti egli provò quindi ad utilizzare la prolina per catalizzare una reazione aldolica (in cui due atomi di carbonio appartenenti a molecole differenti vengono uniti assieme), e dimostrò così che la prolina è un catalizzatore efficiente, ma anche che questo amminoacido può guidare la catalisi asimmetrica.

Nel 2000, List e collaboratori hanno utilizzato la L-prolina per catalizzare una reazione aldolica intermolecolare

L’ organocatalisi asimmetrica è una tecnica utilizzata e particolarmente importante per il processo di scoperta di farmaci. Le molecole biologicamente attive sono spesso chirali e gli organocatalizzatori forniscono un modo per produrre composti farmacologici candidati in modo rapido ed efficiente.

MacMillan utilizzò molecole organiche testando la loro capacità di guidare una reazione di Diels-Alder, che i chimici usano per costruire anelli di atomi di carbonio. Proprio come aveva sperato e creduto, funzionò brillantemente. Alcune delle molecole organiche erano eccellenti anche nella catalisi asimmetrica.

Nel 2000, MacMillan e collaboratori hanno dimostrato che un imidazolidinone chirale può catalizzare la reazione di Diels-Alder tra aldeidi e dieni α,β-insaturi

Durante una reazione chimica si verifica spesso una situazione in cui possono formarsi due molecole che, proprio come le nostre mani, sono l’immagine speculare l’una dell’altra. I chimici spesso vogliono solo una di queste immagini speculari, perché nonostante lo stesso concatenamento di atomi, la disposizione nello spazio è diversa, e siccome la struttura nello spazio è fondamentale per la sua funzione, la forma comanda su tutto. E’ infatti noto che molecole chirali, immagini speculari l’una dell’altra, ma non sovrapponibili chiamati enantiomeri, mostrano attività biologica spesso molto diversa. Esempio molto semplice è il caso del limonene. Il limonene è una molecola chirale, con le forme enantiomere destrogira e levogira. E’ la molecola responsabile sia del profumo di limone, sia di quello di arancia. Cosa cambia? La forma!

Giusto per comprendere la reale importanza di queste scoperte, l’organocatalisi asimmetrica è fondamentale ormai anche nel campo della produzione farmaceutica, un campo in cui la creazione di enantiomeri è particolarmente rilevante: tra i molti esempi possiamo citare quello dell’oseltamivir, un farmaco antivirale che è stato sperimentato di recente anche contro Covid-19,

e la cui produzione è stata migliorata negli ultimi anni proprio con l’utilizzo dell’organocatalisi asimmetrica.

Le scoperte dei due scienziati hanno dato inizio a una rivoluzione della quale entrambi sono ancora protagonisti. Secondo il Comitato del Nobel, la loro scoperta dimostra l’importanza di pensare fuori dagli schemi. L’idea alla base, spiega il Comitato, è tanto semplice quanto ingegnosa, che viene da chiedersi perché non sia emersa prima del 2000. La sua efficacia, invece, non è passata affatto inosservata.

Dott. Francesco Domenico Nucera