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<p>Kurioses, Erstaunliches, &Uuml;berraschendes &mdash; was vor 50 Jahren in den &bdquo;Nachrichten aus der Chemie&ldquo; stand, die damals noch &bdquo;Nachrichten aus Chemie und Technik&ldquo; hie&szlig;en.</p>

Vor 50 Jahren

<h2>Nobelpreis für Gerhard Herzberg</h2><p>Der Chemienobelpreis war auch im November 1971 ein Thema. Die Nachrichten aus Chemie und Technik beschieden dem Nobelkomitee eine gute Wahl mit dem Physiker Gerhard Herzberg, dem Autor der „Bibel der Spektroskopie“, „Molecular Spectra and Molecular Structure.“</p><p>Herzberg verließ Deutschland während des Dritten Reichs, weil ihm aufgrund seiner jüdischen Ehefrau die Lehrbefugnis entzogen worden war und er seine Stelle an der TU Darmstadt verlieren sollte. Das erwähnt der Bericht allerdings nicht.</p><div><img src="https://media.graphcms.com/q4SZPpyYS5GRNvDDHriE">

</div><p></p><p>Mehr über die Nobelpreise 1971, besonders ausführlich zur Medizin, lesen Sie im Online-Heftarchiv mit Ihrer GDCh-Mitgliedsnummer und Passwort: <a href="https://www.gdch.de/doi/10.1002/(ISSN)1868-0054" target="_blank">www.gdch.de/doi/10.1002/(ISSN)1868-0054</a></p>

Meldung

Nobelpreis für Gerhard HerzbergDer Chemienobelpreis war auch im November 1971 ein Thema. Die Nachrichten aus Chemie und Technik beschieden dem Nobelkomitee eine gute Wahl mit dem Physiker Gerhard Herzberg, dem Autor der „Bibel der Spektroskopie“, „Molecular Spectra and Molecular Structure.“Herzbe...

Prof.Dr.

<p>Der Chemienobelpreis 2021 geht zu gleichen Teilen an Benjamin List und David MacMillan f&uuml;r &bdquo;die Entwicklung der asymmetrischen Organokatalyse&ldquo;.</p>
<p>Nobelpreise erinnern daran, dass in der Wissenschaft niemals ein finaler Abschluss erreicht wird, sondern dass es immer noch und immer wieder grunds&auml;tzlich Neues zu entdecken gibt. Diese Lesart scheint mir f&uuml;r die Verleihung des diesj&auml;hrigen Nobelpreises f&uuml;r Chemie an Benjamin List, Max-Planck-Institut f&uuml;r Kohlenforschung, M&uuml;lheim/Ruhr, und David MacMillan, Princeton University, USA, nicht nur zul&auml;ssig, sondern in besonderem Ma&szlig; geboten. Ausgezeichnet werden zwei Pioniere der asymmetrischen Organokatalyse und damit einer Richtung der Katalyseforschung, die es bis zur Jahrtausendwende eigentlich nicht gab &ndash; oder besser, die davor niemand erkannt und in ihrer Tragweite erfasst hatte.</p>
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<figcaption><label>Abb. 1: </label>Benjamin List feiert mit Familie und dem gesamten Max-Planck-Institut f&uuml;r Kohlenforschung in M&uuml;lheim. Foto: Frank Vinken/MPI f&uuml;r Kohlenforschung</figcaption>
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<figcaption><label>Abb. 2: </label>David W. C. MacMillan, Universit&auml;t Princeton, am 6. Oktober. Der Schotte teilt sich mit Benjamin List den Chemienobelpreis. Foto: Universit&auml;t Princeton</figcaption>
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<p>Ob die Katalyse tats&auml;chlich rund ein Drittel zum weltweit erwirtschafteten Bruttosozialprodukt beitr&auml;gt, wie oft behauptet, ist kaum belastbar zu &uuml;berpr&uuml;fen &ndash; dass sie aber eine Schl&uuml;sseltechnologie f&uuml;r Gegenwart und Zukunft ist, steht au&szlig;er Frage. Dieser Bedeutung gem&auml;&szlig; sind w&auml;hrend der letzten 120 Jahre immer wieder Nobelpreise f&uuml;r Leistungen auf diesem zentralen Gebiet der chemischen Forschung in Akademia und Industrie vergeben worden. Diese lange Tradition mag zur Ansicht verleiten, alle gro&szlig;en Fragen seien l&auml;ngst bekannt und weitgehend beantwortet.</p>
<p>Aber gerade der diesj&auml;hrige Preis gilt der Erkenntnis, dass auf der imagin&auml;ren Landkarte der (asymmetrischen) Katalyseforschung eine terra incognita existierte. Sie war &uuml;ber Jahrzehnte hinweg schlichtweg &uuml;bersehen worden, obwohl dieser wei&szlig;e Fleck eher einem Kontinent gleicht als einer Insel am Rande der Welt. Traditionell kannte man mit der (heterogenen oder homogenen) Metallkatalyse und der Biokatalyse zwei wesentliche Bereiche. Durch die Pionierleistungen von List und MacMillan kam ein ebenb&uuml;rtiges drittes Forschungsfeld hinzu: die Organokatalyse.</p>
<h2>Benjamin List: Von Antik&ouml;rpern zur Aldolreaktion</h2>
<p>Ist Amerika erst einmal entdeckt, so l&auml;sst sich im Nachhinein leicht plausibel machen, dass Columbus es gar nicht verfehlen konnte. Da ich selbst einen Teil dieser Entwicklung als interessierter Beobachter aus der N&auml;he verfolgt habe, ist diese Versuchung besonders gro&szlig;. Und in der Tat kann ich nicht umhin, hinter den zentralen Entwicklungen, die jetzt ausgezeichnet werden, eine aus einer gewissen Zwangsl&auml;ufigkeit resultierende Sch&ouml;nheit zu sehen.</p>
<p>So machte Benjamin List, der im Jahr 1997 in der Organiker-Kaderschmiede von Johann Mulzer in Frankfurt &uuml;ber die Synthese von Substrukturen von Vitamin B<sub>12</sub> promoviert hatte, nicht nur geografisch einen gro&szlig;en Schritt, als er in die USA ging. Er schloss sich dort dem Team um Richard Lerner am Scripps Research Institut in La Jolla an und forschte zun&auml;chst &uuml;ber katalytische Antik&ouml;rper. Wer ihn kennt, wird in diesem radikalen Wechsel des Themas einen Ausdruck jener inneren Freiheit und &ndash; mit Respekt &ndash; Furchtlosigkeit sehen, die ihn auszeichnen.</p>
<p>Katalytische Antik&ouml;rper galten damals als ganz besonders hei&szlig;es Teilgebiet der Biokatalyse, haben aber nicht alle gro&szlig;en Erwartungen erf&uuml;llt, die in sie gesetzt wurden. Dies mag f&uuml;r Benjamin List mit ein Grund gewesen sein, eine viel grundlegendere Frage zu stellen: Braucht es tats&auml;chlich immer biologische Makromolek&uuml;le, also Enzyme oder Antik&ouml;rper, f&uuml;r eine katalytische Reaktion? Denn tats&auml;chlich sind alle Lehrb&uuml;cher der Biochemie voll mit &bdquo;aktiven Zentren&ldquo;; gemeint sind &uuml;berschaubare definierte Orte in Makromolek&uuml;len, an denen die Musik spielt, sprich: die Reaktion abl&auml;uft. Zugespitzt lautet die Frage also: Wie klein kann ein Enzym werden, ohne Aktivit&auml;t und vor allem (Stereo-)Selektivit&auml;t einzub&uuml;&szlig;en?</p>
<p>Inzwischen zum Assistant Professor am Scripps Institute avanciert, lieferte Ben List die in ihrer Radikalit&auml;t spektakul&auml;re Antwort prompt: In vielen F&auml;llen reicht eine einzige Aminos&auml;ure oder ein simples Aminos&auml;urederivat. Die im Jahr 2000 erschienene Publikation &uuml;ber die prolinkatalysierte intermolekulare Aldolreaktion markiert diesen Erkenntnisdurchbruch.<sup>1)</sup></p>
<p>Um ihn richtig einzuordnen, sei daran erinnert, dass mit der Hajos-Parrish-Eder-Sauer-Wiechert-Cyclokondensation unter Bildung eines Steroidbausteins l&auml;ngst eine asymmetrische prolinkatalysierte Aldolreaktion in der Literatur bekannt war. Sie wurde sogar in der Industrie genutzt. Dar&uuml;ber hinaus gab es &auml;hnliche Berichte &uuml;ber stereoselektive Synthesen mit kleinen chiralen organischen Molek&uuml;len. Doch sie blieben Einzelf&auml;lle, Kuriosit&auml;ten ohne Folgen. Offenbar fehlte sowohl ihren Entdeckern als auch der internationalen Riege der Synthetiker und Katalyseforscher schlicht der Glaube, dass ein so einfaches Molek&uuml;l wie Prolin auch andere und vor allem mechanistisch g&auml;nzlich verschiedene Reaktionen effizient und mit hohen Enantiomeren&uuml;bersch&uuml;ssen katalysieren kann.</p>
<p>Benjamin Lists Verdienst liegt &ndash; wenn man es mit Abstand betrachtet &ndash; im Erkennen dieser M&ouml;glichkeit, in seiner F&auml;higkeit zur Abstraktion, die ihn in der Folge zu einem in seiner Vorhersagekraft &uuml;berzeugenden Konzept f&uuml;hrte. Dieses stellte er dann selbst (und in rascher Folge viele andere Gruppen) gl&auml;nzend unter Beweis. Prolin ist bifunktional: Es generiert als sekund&auml;res Amin via Enaminbildung in situ ein effektives Nucleophil und aktiviert gleichzeitig als chirale Carbons&auml;ure einen elektrophilen Reaktionspartner, den es zudem in der richtigen r&auml;umlichen Anordnung h&auml;lt (Abbildung 1).</p>
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<figcaption><label>Abb. 3: </label>Benjamin Lists fundamentaler Beitrag zur Organokatalyse: prolinkatalysierte asymmetrische intermolekulare Aldolreaktion.<sup>1)</sup></figcaption>
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<p>Wie erw&auml;hnt: Ist Amerika erst einmal entdeckt, wundert man sich, wie es blo&szlig; so lange dauern konnte. Immerhin ist unser Institut ein wenig stolz darauf, fr&uuml;h erahnt zu haben, dass hier ein Schatz verborgen lag. Tats&auml;chlich ist es uns gelungen, Benjamin List aus S&uuml;dkalifornien nach M&uuml;lheim ans Max-Planck-Institut f&uuml;r Kohlenforschung zu holen. Hier hatte er ab 2003 zun&auml;chst als Arbeitsgruppenleiter und seit 2005 als Direktor die M&ouml;glichkeit, das Feld zu entwickeln und dabei der weltweiten Konkurrenz immer wieder den jeweils n&auml;chsten entscheidenden Schritt voraus zu sein.</p>
<h2>David MacMillan: Diels-Alder neu gedacht</h2>
<p>Der Schl&uuml;sselbeitrag von David MacMillan, den er ebenfalls im Jahr 2000 publizierte, ist aus chemischer Sicht orthogonal zu Lists urspr&uuml;nglicher Enaminkatalyse, auf der Metaebene aber &auml;hnlich paradox. Auch MacMillan ging w&auml;hrend der Doktorarbeit bei Larry Overman (Irvine) und seiner Postdoczeit in der Gruppe von David A. Evans (Harvard) durch die Schule zweier Gro&szlig;meister der asymmetrischen Synthese sowie der Kunst der Naturstoffchemie. Auch er setzte den entscheidenden Paukenschlag bereits zu Beginn seiner unabh&auml;ngigen Karriere an der UC Berkeley.<sup>2)</sup></p>
<p>Selbst wer nur wenig &uuml;ber organische Chemie wei&szlig;, wird sich an die Diels-Alder-Reaktion erinnern (Otto Diels und Kurt Alder, Nobelpreis 1950). Sie verl&auml;uft thermisch induziert oder wird durch Lewis-S&auml;uren katalysiert. H&auml;tte ein Student im Examen geantwortet, er w&uuml;rde daf&uuml;r eine Base benutzen, w&auml;re das in einer Pr&uuml;fung lange Zeit vermutlich fatal gewesen. Doch genau in diesem vermeintlichen Widersinn lag MacMillans bahnbrechende Neuerung (Abbildung 2). Alle Chemiker lernen, dass sekund&auml;re Amine mit Enalen prim&auml;r zu Iminiumionen reagieren. Deren niedrigstes unbesetztes Orbital wird energetisch auf genau die gleiche Weise gesenkt, wie man dies traditionell durch Komplexierung einer (chiralen) Lewis-S&auml;ure an den Carbonylvorl&auml;ufer bewirkt, um das Dienophil zu aktivieren. Sind die Schuppen erst einmal von den Augen gefallen und hat man dieses fundamentale Prinzip erkannt, ist der Weg zu einem effizienten chiralen aminbasierten Katalysator f&uuml;r die asymmetrische [4+2]-Cycloaddition offen. Auch dieses Konzept ist von geradezu verbl&uuml;ffender Einfachheit und spannt einen intellektuellen Rahmen, der weit &uuml;ber die urspr&uuml;ngliche Diels-Alder-Reaktion hinausreicht. David MacMillan war es &uuml;brigens auch, der bereits in dieser ersten Arbeit den Begriff &bdquo;Organokatalyse&ldquo; pr&auml;gte und so dem neu entdeckten Gebiet den Namen gab. Heute, zwei Jahrzehnte sp&auml;ter, steht die Organokatalyse gleichberechtigt neben der asymmetrischen Metallkatalyse und der Biokatalyse.<sup>3)</sup> Es ist nicht zuletzt diese gleiche Augenh&ouml;he der Subdisziplinen, die das Nobelpreiskomitee mit seiner Entscheidung w&uuml;rdigt.</p>
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<figcaption><label>Abb. 4: </label>David MacMillan dachte eine alte Reaktion v&ouml;llig neu: organokatalytische asymmetrische Diels-Alder-Reaktion.<sup>2)</sup></figcaption>
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<h2>Die immerjunge Katalyseforschung</h2>
<p>Selbstverst&auml;ndlich haben in der Folge auch weitere Arbeitsgruppen zur Entwicklung der Organokatalyse beigetragen. Ebenso selbstverst&auml;ndlich ist es, dass auch die (Pharma-)industrie gro&szlig;es Interesse daran zeigt. Denn Katalyse ist niemals Selbstzweck: Sie entfaltet erst in der Anwendung Nutzen. Darauf weist &uuml;brigens das Stockholmer Komitee ausdr&uuml;cklich hin.</p>
<p>Das zeigt wiederum, dass nicht nur die (interdisziplin&auml;ren) Randgebiete der chemischen Wissenschaft florieren, sondern auch ihr Markenkern unver&auml;ndert relevant ist und bleibt, n&auml;mlich die organische Synthese. In dieser Systematik folgt die asymmetrische Organokatalyse, nota bene, dem ber&uuml;hmten Verdikt Max Plancks: &bdquo;Dem Anwenden muss das Erkennen vorausgehen.&ldquo;</p>
<p>Obgleich die Begr&uuml;ndung des Nobelpreiskomitees auf die Schl&uuml;sselarbeiten aus dem Jahr 2000 abhebt, ist in den Laboren der beiden Preistr&auml;ger seither viel Bemerkenswertes passiert. Es mag bezeichnend sein, dass sich ihre aktuellen Publikationen thematisch deutlich von den Anf&auml;ngen entfernt haben.</p>
<p>Bei Benjamin List bereitet es keine M&uuml;he, die von ihm zur Perfektion entwickelte Katalyse mit chiralen Br&oslash;nsted-S&auml;uren als spannendes neues Kapitel der asymmetrischen Organokatalyse im weiteren Sinn einzuordnen; man ist sogar versucht zu spekulieren, dass sie die urspr&uuml;ngliche Enaminkatalyse an Bedeutung &uuml;bersteigt.</p>
<p>Auch David MacMillan hat in der Zwischenzeit einen weiten Weg zur&uuml;ckgelegt und mit der Photoredoxkatalyse ein weiteres Megathema der modernen Synthesechemie (mit-)begr&uuml;ndet, das nur noch am Rande mit Organokatalyse zu tun hat. Vielmehr spielen dabei Metallkomplexe wieder eine Schl&uuml;sselrolle, wenngleich auf eine unorthodoxe und kreative Weise.</p>
<h2>Mit Demut und Anma&szlig;ung</h2>
<p>In der wissenschaftlichen (Fort)-Entwicklung der diesj&auml;hrigen Nobel-Laureaten l&auml;sst sich getrost ein weiterer Beweis f&uuml;r die eingangs gemachte These sehen: In der Chemie im Allgemeinen und der Katalyse im Speziellen bleibt es auch nach fast zweihundert Jahren Forschung und Anwendung spannend wie eh und je. Nat&uuml;rlich ist das Wissen gro&szlig;; dies ist aber kein Grund anzunehmen, alles Wesentliche sei bereits bekannt. Vielmehr darf man im diesj&auml;hrigen Nobelpreis eine Ermutigung sehen, besonders f&uuml;r die n&auml;chste Generation an Forscherinnen und Forschern, sich mit Beherztheit und Kreativit&auml;t auf das Wagnis einzulassen und mit Demut und Anma&szlig;ung nach weiteren L&uuml;cken in der Erkenntnis zu suchen. M&ouml;gen sie auch schwer zu finden sein, selbst wenn sie im Nachhinein m&ouml;glicherweise offensichtlich erscheinen werden; mit Sicherheit aber gibt es sie.</p>
<h2>Der Autor</h2>
<p>Alois F&uuml;rstner forscht zur metallorganischen Chemie und zur homogenen Katalyse. Er ist seit dem Jahr 1998 Direktor am Max-Planck-Institut f&uuml;r Kohlenforschung in M&uuml;lheim und so mitverantwortlich daf&uuml;r, dass Benjamin List Anfang der Nuller-Jahre den Weg ans MPI fand und nun den M&uuml;lheimern ihren zweiten Nobelpreis bescherte (nach Karl Ziegler 1963).</p>
<div><img src="https://media.graphcms.com/oJG1ubZhROyCD8pkrF3F" /></div>
<p></p>
<ul class="references">
<li><sup>1 </sup>B. List, R. A. Lerner, C. F. Barbas, Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2395</li>
<li><sup>2 </sup>K. A. Ahrendt, C. J. Borths, D. W. C. MacMillan, New Strategies for Organic Catalysis: The First Highly Enantioselective Organocatalytic Diels-Alder Reaction, J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 4243</li>
<li><sup>3 </sup>Science of Synthesis: Asymmetric Organocatalysis [Hrsg.: B. List, K. Maruoka], Vol. 1 and 2, Thieme, Stuttgart, 2012</li>
</ul>

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