Profesor Cibulka komentuje Nobelovu cenu za chemii 2021

Oba laureáti ukázali, že chemické reakce poskytující dva stereoisomery lze v přítomnosti malých chirálních organických molekul provádět vysoce selektivně za vzniku převážně jednoho z nich. Udělení Nobelovy ceny za asymetrickou organokatalýzu není překvapivé a byla jen otázka času, kdy bude udělena. Práce B. Lista a D. MacMillana z počátku tisíciletí totiž přinesly nový mimořádně účinný nástroj pro organickou syntézu. Organokatalýza je oběma laureáty a tisíci dalších autorů rozvíjena různými směry. V poslední době se například objevuje kombinace využití organokatalýzy a světla, tzv. fotoorganokatalýza. Této oblasti se věnuje i pracoviště Ústavu organické chemie na VŠCHT Praha.

V asymetrické katalýze jde především o řízení chemické reakce směrem ke vzniku převážně jednoho ze dvou možných stereoisomerů (enantiomeru – viz obr. 1 nebo diastereoisomeru). Pro tyto účely byly již dlouhou dobu využívané komplexy přechodných kovů s chirálními ligandy, nebo v tzv. biokatalýze enzymy či mikroorganismy. Organokatalýza představuje nejmladší z rodiny katalýz a vyznačuje se využíváním malých organických molekul jako katalyzátorů. Výhodou tohoto přístupu je absence přechodných kovů, často problematických z hlediska životního prostředí, a rovněž relativně snadná dostupnost organokatalyzátorů.

Pro fungování asymetrické katalýzy je nezbytné používat katalyzátory v enantiomerně čisté podobě. V případě organokatalýzy jsou takové katalyzátory relativně snadno dostupné buď přímo, nebo jen malou obměnou látek z přírodních zdrojů. Jako příklad lze uvést deriváty prolinu, alaninu či některé alkaloidy. Dnes je běžně komerčně dostupná celá řada takových derivátů. Při organokatalýze interaguje chirální organický katalyzátor s přeměňovanou látkou kovalentní, vodíkovou či iontovou vazbou a následující přeměna pak proběhne s vysokou stereoselektivitou. Typickým příkladem je aldolizace dvou karbonylových sloučenin za vzniku chirálního b-hydroxyketonu, která v přítomnosti prolinu proběhne za vzniku převážně jednoho z enantiomerů (obr. 1)1. Taková reakce by bez uvedeného katalyzátoru při běžné aldolizaci v prostředí alkalického hydroxidu probíhala za vzniku racemické směsi (poměr R:S = 1:1). Druhou reakcí, která přinesla první objevy v asymetrické organokatalýze je enantioselektivní Dielsova-Alderova reakce2.

VSCHT Praha: Obrázek 1 Ilustrativní schéma tvorby produktu aldolizace acetonu a isobutyrylaldehydu z první práce na téma využití prolinu v asymetrické organokatalýze publikované B. Listem. V přítomnosti prolinu vznikal (R)-enantiomer ve velkém přebytku (98:2) oproti (S)-enantiomeru1. Vznikající C-C vazba je zvýrazněna červeně.

Asymetrická organokatalýza dnes představuje významný nástroj v oblasti organické syntézy chirálních sloučenin. Organokatalýzu nelze chápat jen jako konkurenta katalýzy přechodnými kovy a biokatalýzy, ale rovněž jako další prostředek, který umožňuje provádět nové selektivní transformace. I když na svou aplikaci ve velkém měřítku stále čeká, asymetrická organokatalýza je nástroj, který v řadě případů umožňuje významně zkrátit syntetickou cestu v porovnání s dalšími dříve známými postupy. Hlavní aplikaci nalézá především při přípravě nových léčiv a speciálních chemikálií.

BONUS: Telefonické interview s nositely Nobelové ceny za chemii 2021

David MacMillan: “We thought it had a very low probability of success”

The best ideas in science are often the ones with the least chance of succeeding, says David MacMillan: “It’s the stuff that should never work which is where all the good stuff is!” As he tells Adam Smith in this conversation recorded on the morning of the announcement, the thrill of discovery is also open to any undergraduate embarking in organic chemistry: “the very first day they build a molecule, it has never been made in the universe before!” And as for the news of his Nobel Prize: he describes how he initially thought it was a prank, bet his co-Laureate, Benjamin List, $1000 that it wasn’t true, and went back to bed!

Nobel Prize/Niklas Elmehed: David MacMillan: “We thought it had a very low probability of success”

Benjamin List: “Making molecules is like creating something beautiful”

Benjamin List was sitting in a café with his wife, Dr Sabine List, when the call from Stockholm came. “We looked at each other in disbelief,” he says, and jokingly asked, “Is this the call?” To his amazement, it was! In this interview with Adam Smith, recorded outside that café, he reflects on the beauty of building molecules, the importance of freedom in research and the joy of working with his team: “To work with these amazing, happy and creative people; it’s such a gift.”

Nobel Prize/Niklas Elmehed: Benjamin List: “Making molecules is like creating something beautiful”