De Nobelprijs voor de scheikunde van 2021 gaat naar Benjamin List en David MacMillan voor het ontwikkelen van een nieuw type katalysator, waarmee chemische reacties sneller plaatsvinden, en waarmee scheikundigen links- of rechtshandige moleculen kunnen maken.
‘Deze gereedschapskist wordt vandaag de dag veel gebruikt, onder andere bij het ontwikkelen van medicijnen. De mensheid heeft er nu al veel voordeel van’, zegt Pernilla Wittung-Stafshede, lid van het Nobelcomité, tijdens de prijsuitreiking.
Enzymen en metalen
Tot het jaar 2000 kenden we maar twee typen katalysatoren om een chemische reactie te versnellen, zegt Wittung-Stafshede. De ene bestaat uit enzymen: grote moleculen die bestaan uit honderden of duizenden aan elkaar geregen aminozuren. Het andere type is de metaalkatalysator, zoals het platinum in de driewegkatalysator van je auto. Daarbij zit het metaal meestal ingebed in een molecuul.
List, die nu voor het Max Planck-instituut voor steenkoolonderzoek in Duitsland werkt, vroeg zich af of een volledig enzym nodig was om een reactie te katalyseren. In plaats daarvan probeerde hij een enkel aminozuur genaamd proline.
‘Toen ik dit experiment deed, dacht ik dat het misschien een dom idee was’, zegt List. ‘Toen ik zag dat het werkte, voelde ik wel dat dit iets groots kon worden’.
David MacMillan, scheikundige aan de Universiteit van Princeton, werkte met een metaalkatalysator: een klein molecuul met daarin een koperatoom. Het probleem was dat het molecuul niet stabiel was. Daarom probeerde MacMillan over te schakelen op kleine organische moleculen – moleculen die koolstof bevatten – zonder metaalatomen. Hij vond er een die werkte.
Spiegelbeelden
Het werk van List en MacMillan liet voor het eerst zien dat kleine organische moleculen als katalysator kunnen dienen. En belangrijker nog: deze kleine organische katalysatoren moleculen maken die specifiek links- of rechtshandig zijn. Veel moleculen hebben links- of rechtshandige spiegelbeelden die andere eigenschappen hebben. Om deze reden staat het beloonde vakgebied bekend als ‘asymmetrische organokatalyse’.
‘Je kunt met kleine organische moleculen hetzelfde doen als met grote enzymen en metaalkatalysatoren, in reacties die nauwkeurig, goedkoop, snel en milieuvriendelijk zijn’, zegt Wittung-Stafshede.
List zegt dat het potentieel van deze nieuwe soort katalysatoren nu werkelijkheid begint te worden. ‘Onze eerste katalysatoren waren misschien een miljoen keer minder efficiënt’, zegt hij. ‘De echte revolutie van onze ontdekking komt nu pas naar boven met extreem reactieve organische katalysatoren, die dingen kunnen die je niet voor elkaar krijgt met enzymen en zelfs niet met de meest geavanceerde metaalcomplexen’.
