Ill. Niklas Elmehed © Nobel Prize Outreach

Nobel Chimica 2021 per lo sviluppo dell’organocatalisi asimmetrica

Il premio Nobel per la chimica ha spesso riguardato la sintesi di molecole, ovvero l'"arte" di creare strutture molecolari via via più grandi e complesse, mediante sequenze di reazioni, controllando tridimensionalmente la posizione di ogni singolo atomo nello spazio. Questa "arte", che il chimico esercita ed affina nel tempo, permette di avvicinarsi sempre più alla perfezione della Natura nella sintesi di molecole bioattive, spesso di estrema complessità.

Il vincitori del premio Nobel 2021 sono il prof. Benjamin List, 53 anni, direttore del Max Planck Institute ed il collega prof. David MacMillan, coetaneo del primo, dell'Università di Princeton. La motivazione del premio riguarda i loro studi pionieristici sullo sviluppo e l’applicazione dell’organocatalisi asimmetrica, ovvero la catalisi ad opera di piccole molecole organiche per la sintesi di molecole molto più complesse, in modo estremamente efficace, selettivo e sostenibile. 

Per meglio comprendere l’impatto delle loro ricerche, è necessario comprendere come la Natura sintetizza molecole complesse, spesso dotate di attività biologica molto potente, per le quali ogni atomo gioca un ruolo fondamentale. In Natura gli enzimi, molecole di natura prevalentemente proteica, “catalizzano”, ovvero facilitano ed accelerano, la trasformazione di una determinata struttura molecolare in un’altra, controllando la posizione e l’arrangiamento reciproco degli atomi del prodotto. 

Negli anni i chimici hanno messo a punto catalizzatori artificiali, tra cui i più efficaci caratterizzati dal connubio tra leganti organici e centri metallici, in grado di favorire reazioni anche complesse con elevata attività e selettività. Ne sono esempi recenti i premi Nobel del 2005 per le reazioni catalitiche di metatesi e del 2010 per le reazioni di cross-coupling catalizzate da complessi di palladio. 

Fino all’inizio degli anni 2000, la catalisi per la sintesi di molecole complesse era basata o sull’impiego di complessi metallici artificiali, oppure sull’uso degli enzimi, spesso richiedendone l’isolamento dalla matrice biologica di origine. Tali tipologie di catalizzatori, a causa del loro costo, venivano infatti utilizzati per la sintesi delle molecole a più alto valore aggiunto, spesso asimmetriche, come ad esempio farmaci. E’ infatti noto che molecole chirali, immagini speculari l’una dell’altra ma non sovrapponibili chiamati enantiomeri, come ad esempio la mano destra e la sinistra, mostrano attività biologica spesso molto diversa, nonostante siano costituiti dagli stessi atomi, legati nella stessa sequenza ma solo disposti diversamente nello spazio. 

List e MacMillan, indipendentemente tra loro, ebbero l’intuizione di studiare la proprietà di piccole molecole organiche quali catalizzatori nella sintesi di strutture molecolari complesse. List utilizzò la prolina e derivati per reazioni stereoselettive di condensazione aldolica mentre MacMillan sviluppò ossazolidinoni per reazioni stereoselettive di ciclizzazione di Diels Alder. Queste piccole molecole organiche permettevano di catalizzare delle reazioni in maniera stereoselettiva, riuscendo a controllare in modo assoluto la formazione di uno dei due possibili enantiomeri. 

Nei primi anni 2000 l’organocatalisi crebbe esponenzialmente, permettendo in un ventennio circa di poter oggi avere a disposizione una serie di organocatalizzatori commercialmente disponibili per moltissime nuove reazioni stereoselettive, a disposizione del chimico sintetico, dal laboratorio di ricerca accademico alla produzione di farmaci. L’organocatalisi rappresenta un grosso passo avanti verso uno degli obiettivi del chimico, ovvero riuscire a mimare la Natura nella velocità e selettività delle reazioni catalizzate dagli enzimi. 


Alessandro ScarsoDipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi

Alessandro Scarso