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Wissen Wissenschaft
10/06/2021

Nobelpreis für Chemie geht an Benjamin List und David MacMillan

Auf Medizin und Physik folgte Chemie. Die Preisträger haben ein "neues und geniales Werkzeug für den Aufbau von Molekülen" entwickelt.

Die Latte lag hoch. Im Vorjahr wurden Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna für die Entwicklung der Genschere ausgezeichnet. Heuer geht der angesehene Wissenschaftspreis an Benjamin List (Deutschland) und David Mac Millan (USA) für die Entwicklung der asymetrischen Organocatolyse.

Die Forscher hätten ein neues und geniales Werkzeug für den Aufbau von Molekülen entwickelt, hieß es in der Begründung der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften. Diese Organocatolyse werde für die Erforschung neuer Arzneimittel eingesetzt und habe auch dazu beigetragen, die Chemie umweltfreundlicher zu machen.

Die Organokatalyse habe sich mit erstaunlicher Geschwindigkeit entwickelt. Mithilfe dieser Reaktionen könnten Forscher nun vieles effizienter herstellen, von neuen Arzneimitteln bis hin zu Molekülen, die Licht in Solarzellen einfangen können.

Vereinfacht gesagt helfen sie dabei, dass sich Molekül A in Molekül B umwandelt. Die Bedeutung von Katalysatoren ist damit immens, praktisch kein chemischer Prozess in der Industrie kommt ohne sie aus.

Lange Zeit standen zwei Typen von Katalysatoren im Fokus: Metalle, die zum Beispiel zur Aufbereitung der Abgase im Auto verwendet werden, und Enzyme, die beispielsweise in unserem Verdauungstrakt unsere Nahrung in kleinste Komponenten aufspalten.

Die Materie

Die beiden Forscher zeigten, dass einfache Moleküle, häufig gewonnen aus Naturstoffen, ähnlich effizient als Katalysatoren wirken wie Metalle. Dabei haben diese organischen Moleküle entscheidende Vorteile: Sie sind vergleichsweise billig, in der Regel unbedenklich für Mensch und Natur und lassen sich gut recyceln.

„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.

Die Organokatalyse an sich war vor dem Jahr 2000 nicht völlig neu. Aber sie hatte vor List und MacMillan ein entscheidendes Manko: Die Ausbeute des gewünschten Produkts war nicht groß genug. Zudem entstand oftmals das unerwünschte Spiegelbild des Moleküls, das aber ganz andere Eigenschaften haben kann. Das kann insbesondere bei Medikamenten lebensgefährliche Folgen haben. List und MacMillan bekamen mit ihren Ansätzen dieses Problem in den Griff - und gaben damit den Startschuss für eine ganz neue Klasse von Katalysatoren, wie Peter Schreiner von der deutschen Universität Gießen betont.

Die Preisträger

Der frisch gekürte Chemie-Nobelpreisträger Benjamin List saß in einem Amsterdamer Café, als er am Mittwoch die Nachricht bekam, dass er den Preis bekommt. „Die haben auf meinem Handy angerufen“, sagte der Wissenschaftler. „Als wir gerade bestellen wollten, sah ich auf dem Display “Schweden". Ich guckte meine Frau an, wir lächelten uns ironisch an - “Haha, das ist der Anruf.„ Als Witz. Aber dann war es wirklich der Anruf. Es war echt unglaublich. Ein unglaublicher Moment.“

Er habe wirklich nicht damit gerechnet, sonst wäre er ja auch kaum nach Amsterdam gefahren. Seine Frau und er waren für eine Übernachtung da, weil sie sich am Dienstagabend im Concertgebouw die 5. Sinfonie von Gustav Mahler angehört hatten. „Es war toll.“

Die Forschung zur Entwicklung neuer organischer Katalysatoren, für die er jetzt ausgezeichnet worden sei, habe unter anderem zur Entwicklung neuer Medikamente geführt, so zu einem HIV-Medikament. Darüber freue er sich besonders, sagte List.

Benjamin List wurde 1968 in Frankfurt am Main/D geboren. Er schloss sein Studium der Chemie an der Freien Universität Berlin 1993 ab. Die Promotion erfolgte 1997 an der Johann Wolfgang Goethe-Universität zum Thema Synthese eines Vitamin-B12-Semicorrins. Nach einem Postdoc-Aufenthalt am Scripps Research Institute in La Jolla/USA mit Arbeiten über katalytische Antikörper folgte eben dort von 1999 bis 2003 eine Berufung als Assistant Professor ans Department für Molekulare Biologie. Im Jahr 2003 wurde List - zurück in Deutschland - zunächst Arbeitsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, 2005 wurde er dessen Direktor.

Sein Kollege, David MacMillan, geboren 1968 in Schottland, studierte an der University of Glasgow. Als Post-Doktorand war er an der Harvard University. Ab 1998 forschte er an der University of California, Berkeley und ab 2000 am Caltech, an dem er 2004 Professor wurde. Seit 2006 ist er Professor an der Princeton University und dort Direktor des Merck Center of Catalysis. MacMillan gilt seit Langem als Spezialist in Bezug auf Organokatalyse.

Auch er dachte bei dem Anruf aus Schweden zunächst an einen Telefonscherz. Er habe einfach nicht glauben können, dass da wirklich die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften aus Stockholm anrufe und sei deswegen auch zunächst nicht ans Telefon gegangen, sagte MacMillan. Schließlich bedankte er sich insbesondere bei seiner Familie, „der besten Familie der Welt“, seinen Kollegen, mit denen er „über Wissenschaft, Fußball und gute Flaschen Wein“ diskutieren könne - und seinem älteren Bruder, der maßgeblich für seinen Einstieg in die Wissenschaft verantwortlich gewesen sei. „Mein Vater war Stahlarbeiter, meine Mutter Haushaltshilfe. Mein Bruder wollte aufs College gehen, aber wir kannten niemanden, der jemals auf einem College gewesen war.“

Reaktion aus Österreich

Die beiden diesjährigen Chemie-Nobelpreisträger hätten mit ihrer Methode eine Art wissenschaftliche „Goldgrube“ erschlossen, erklärte der Chemiker Nuno Maulide von der Universität Wien gegenüber der APA. Das revolutionär neue Prinzip habe zuerst ob seiner Einfachheit auch Kopfschütteln in Fachkreisen ausgelöst. Die beiden Laureaten standen einige Zeit auch in Konkurrenz zueinander.

Dass List und MacMillan die Auszeichnung einmal erhalten werden, habe sich schon vor rund zehn Jahren abgezeichnet, sagte Maulide, denn die Arbeiten der beiden waren „revolutionär an sich“. Zielgerichtete Katalyse nur eines Moleküls, das als spiegelbildliche Versionen entstehen kann, war davor tatsächlich eine Domäne der Metallchemie oder der Enzyme. Zwar gab es bereits in den 1970er- und 1980er-Jahren Arbeiten, die zeigten, dass das auch mit kleinen organischen Molekülen geht. Das waren aber „isolierte Beispiele“ und die Arbeiten dazu wurden „ein bisschen ignoriert“, sagt Maulide.

List und MacMillan hätten fast gleichzeitig im Jahr 2000 auch Beispiele in großen Fachzeitschriften vorgestellt. „Beide Publikationen deuten aber schon an, dass es sich hier nicht nur um ein Beispiel, sondern ein größeres Konzept handelt - das ist das Revolutionäre“, betonte Maulide. Daraufhin folgte eine Unzahl an Publikationen der beiden Wissenschafter, die ähnliche Herangehensweisen pflegten und auch in Konkurrenz zueinander und anderen Gruppen standen. Um das Jahr 2010 sei es dann bei einer von List organisierten großen Tagung in Mühlheim zu einer Art Aussöhnung der beiden Neo-Preisträger gekommen.

Letztlich sei die Methode so einfach anzuwenden, dass sich manche Forscher dachten: „Das kann doch nicht so allgemein sein. Warum haben wir das nicht vorher gemacht?“ Plötzlich konnten auch Labore, die davor aufgrund der komplexen Anforderungen der Metallkatalyse kaum konkurrenzfähig waren, neue Reaktionen entwickeln und publizieren. Maulide: „Die Community hat gemerkt, dass das eigentlich der Hammer ist.“ Hinter der Methode stecke nämlich keine hochkomplexe Chemie, Studenten lernen die Grundlagen mittlerweile am Beginn des Studiums.

Wer heuer leer ausging

Die Favoriten für den Chemie-Nobelpreis 2021, darunter die Genomforscher Shankar Balasubramanian und David Klenerman ins Rennen, Carolyn Bertozzi, Expertin für bioorthogonale Markierung, und Barry Halliwell, der zu freien Radikalen forscht, gingen leer aus.

Seit 1901 wurde der Chemie-Nobelpreis an 185 verschiedene Forscher vergeben. Einer von ihnen, der Brite Frederick Sanger, erhielt ihn zweimal. Unter den Preisträgern waren bislang sieben Frauen, etwa Marie Curie 1911, die die radioaktiven Elemente Polonium und Radium entdeckte. 2020 ging er an die in Berlin arbeitende Französin Emmanuelle Charpentier und an die US-Forscherin Jennifer A. Doudna für die Entwicklung einer Genschere zur gezielten Erbgut-Veränderung.

Nach Medizin, Physik und Chemie folgen am Donnerstag und Freitag die Nobelpreis-Bekanntgaben in den Kategorien Literatur und Frieden. Am Montag werden dann zum Abschluss die Nobelpreisträger für Wirtschaftswissenschaften verkündet. Die renommierteste Auszeichnung für Chemiker ist in diesem Jahr mit insgesamt zehn Millionen Kronen - umgerechnet rund 980.000 Euro - dotiert. Verliehen werden alle Nobelpreise traditionell am 10. Dezember, dem Todestag von Preisstifter und Dynamit-Erfinder Alfred Nobel (1833-1896).

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