Premi Nobel 2021: organocatalisi asimmetrica per una chimica più verde

I vincitori del prestigioso premio internazionale per la chimica sono due scienziati che hanno sviluppato indipendentemente il processo di organocatalisi asimmetrica

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Il 6 ottobre è stato conferito il Premio Nobel per la chimica 2021. Il prestigioso riconoscimento quest’anno è andato a Benjamin List, direttore del tedesco Max Planck Institute für Kohlenforshung, e David W. C. MacMillan, della statunitense Princeton University. Ai due studiosi è stato riconosciuto il merito di aver sviluppato indipendentemente l’organocatalisi asimmetrica, un processo di catalisi basato su molecole organiche dagli interessanti sviluppi farmaceutici.

Organocatalisi asimmetrica, di cosa si tratta

La presenza di catalizzatori è spesso indispensabile nelle reazioni chimiche. Il catalizzatore riesce infatti a controllare e accelerare una reazione senza però entrare a far parte del prodotto finale. A lungo si è pensato che questo processo così importante potesse essere mediato principalmente solo da due tipologie di molecole: i metalli e gli enzimi. Nel 2000 invece i due scienziati hanno contribuito in modo determinante al successo di una terza modalità di catalisi detta organocatalisi asimmetrica, basata su piccole molecole organiche.

Questa tecnica si pone come obiettivo il superamento dei problemi che subentrano durante il processo di sintesi di molecole chirali. Il fatto che una molecola si presenti in due forme, una speculare all’altra, è infatti una grossa sfida in molti settori, tra cui quello farmaceutico. Le due forme possono infatti avere proprietà molto diverse e generalmente solo una ha quelle desiderabili, mentre l’altra risulta inutile se non dannosa.

Sintetizzare solo una delle due forme di una molecola chirale, però, è stata un’impresa costosa e molto complicata fino all’avvento dell’organocatalisi asimmetrica, che rende invece questo processo molto più semplice, economico ed ecosostenibile.

Una chimica sempre più green

I catalizzatori chirali più diffusi fino all’anno 2000 erano molecole contenenti metalli pesanti. Oltre ad essere molto costose, queste molecole sono anche potenzialmente tossiche e difficili da smaltire. Il loro utilizzo inoltre richiede condizioni molto stringenti, che rendono il processo delicato e complesso.

Ecco dove sta il potenziale rivoluzionario dell’organocatalisi asimmetrica: le piccole molecole organiche che utilizza sono del tutto atossiche, se non addirittura commestibili, e le condizioni necessarie sono meno stringenti. La maggiore semplicità del processo di sintesi è un indubbio vantaggio quando si ha a che fare con la realtà industriale, dove le condizioni sono più difficilmente controllabili rispetto al laboratorio. Inoltre lo smaltimento delle molecole organiche è decisamente più semplice, con un abbattimento dei costi e la possibilità di una vera svolta verso una chimica più verde e sostenibile.

Le molecole dei vincitori

Per i suoi studi, List è partito dagli enzimi. In quanto proteine, gli enzimi sono costituiti da lunghe catene di amminoacidi, non tutti strettamente indispensabili per l’attività catalitica. Seguendo questa intuizione, List ha utilizzato con successo il solo amminoacido prolina come catalizzatore chirale, guadagnandosi l’agognato premio.

MacMillan invece ha ottenuto l’ambito riconoscimento concentrandosi sui catalizzatori metallici. Il suo obiettivo era quello di sviluppare una molecola che avesse la loro stessa funzione, ma molto più resistente all’umidità, in modo da poter lavorare in condizioni meno stringenti. In questo modo è arrivato a disegnare una piccola molecola organica perfettamente funzionante come catalizzatore chirale.

Il primo utilizzo di molecole organiche come catalizzatori risale alla metà dell’800 e il concetto di organocatalisi asimmetrica è di poco più giovane. Tuttavia, a partire dal 2000 e dagli studi dei due vincitori, questo campo di ricerca ha visto un grandissimo rilancio e l’organocatalisi asimmetrica è diventata una realtà tangibile, che oltre alle reazioni ha catalizzato anche il passaggio a una chimica più verde.

Questo concetto per la catalisi è tanto semplice quanto ingegnoso… molte persone si sono chieste perché non ci si sia pensato prima.

Johan Åqvist, direttore del Nobel Commettee for Chemistry