dimecres, 6 d’octubre de 2021

L'organocatàlisi asimètrica (List, MacMillan; Premi Nobel de Química, 2021)

Química orgànica: La Reial Acadèmia Sueca de Ciències ha anunciat la concessió del Premi Nobel de Química d'enguany a Benjamin List i a David W. C. MacMillan "pel desenvolupament de l'organocatàlisi asimètrica".

Benjamin List

Benjamin List (*Frankfurt am Main, 11.1.1968) es graduà en química a la Universitat Lliure de Berlin. Sota la supervisió de Johann Mulzer realitzà la tesi doctoral a la Universitat Goethe de Frankfurt sobre la síntesi d'una semicorrina de vitamina B-12, que defensà reeixidament el 1997.

La cianocobalamina o vitamina B-12 és un cofactor de la síntesi d'ADN. El cobalt (Co) ocupa el centre d'una corrina. La tesi doctoral de List tractà de l'obtenció de vitamina B-12 en una semicorrina per comptes d'una corrina.

List fou investigador postdoctoral al Department of Molecular Biology del Scripps Research Institute, a La Jolla (California) entre el 1997 i el 1998. Entre el 1999 i el 2003 fou professor ajudant del Scripps. En el 2003 tornà a Alemanya per esdevindre líder del grup de recerca en catàlisi homogènia de l'Institut Max Planck de Recerca del Carbó. Compagina actualment aquest càrrec amb el de professor honorari de química orgànica de la Universitat de Colònia i el d'investigador principal de l'Institut de Disseny i Descoberta de Reacció Química de la Universitat de Hokkaido. És també l'editor en cap de la revista Synlett.

David W. C. MacMillan

David William Cross MacMillan (*Bellshill, 16.3.1968) es graduà en química a la University of Glasgow. El 1990, sota la supervisió de Larry Overman, inicià la tesi doctoral a la University of California at Irvine sobre una nova metodologia de síntesi estereocontrolada de tetrahidrofurans bicíclics, que defensà reeixidament el 1996. Per aconseguir aquesta síntesi fou clau l'aïllament de l'eunicel·lina, un diterpenoïd del corall tou Eunicella stricta.

MacMillan realitzà un postdoctorat al grup de David Evans de la Harvard University, on treballà en el disseny i desenvolupament de complexos de bisoxazolina derivats d'estany (Sn(II)box). El juliol del 1998 instal·là el seu laboratori a la Facultat de Química de la University of California at Berkeley, i el 2000 passà al Departament de Química de Caltech. El setembre del 2006 traslladà el seu laboratori de catàlisi enantioselectiva a Princeton. En el 2010 fou l'editor en cap fundador de Chemical Science, la revista de química genral de la Royal Society of Chemistry.

L'organocatàlisi asimètrica

El carboni central dels aminoàcids és un carboni quiral en el sentit que, d'acord amb la disposició dels quatre substituents, hom pot tindre dues versions de molècula que difereixen com la mà dreta de la mà esquerra. La síntesi química dóna lloc a una barreja ("barreja racèmica") dels dos isòmers (D-aminoàcid i L-aminoàcid), mentre que la síntesi biològica prefereix habitualment els L-aminoàcids. Els isòmers oposats o enantiòmers comparteixen les mateixes característiques químiques, però difereixen en les propietats òptiques.

La catàlisi és l'acceleració de la velocitat d'una reacció química. Quan l'agent catalitzador és una molècula orgànica hom parla d'organocatàlisi. En certa manera, podríem dir que els enzims biològics són catalitzadors orgànics, però el terme se sol reservar per a molècules orgàniques més senzilles. La simplicitat estructurals dels organocatalitzadors en comparació dels enzims fa que normalment, a diferència d'aquests, no discrimin entre els isòmers d'una mateixa substància orgànica. No obstant, l'organocatàlisi asimètrica sí ho pot fer. Els isòmers d'una mateixa substància orgànica comparteixen els mateixos grups funcionals però amb orientacions diferents de quiralitat. En conseqüència, organocatalitzadors quirals poden servir per suplir el rol d'enzims en reaccions químiques on té rellevància la quiralitat.

Ja des del seu període predoctoral, tant List com McMillan, en grups diferents, es dedicaren a l'organocatàlisi asimètrica o catàlisi enantioselectiva.

El grup de recerca de MacMillan ha fet notables contribucions en l'organocatàlisi asimètrica, que s'ha traduït en nous mètodes per la síntesi enantioselctiva d'un ample rang de productes naturals. En el 2000 aconseguiren la primera reacció de Diels-Alder sota organocatàlisi altament enantio selectiva (Ahrendt et al., 2000). En el mateix any aconseguiren la primera cicloaddició 1,3-dipolar amb organocatàlisi enantioselectiva (Jen et al., 2000).

Reacció de Diels-Alder

El grup de recerca de List treballà la catàlisi asimètrica per prolina de reaccions aldòliques (List et al., 2000). Mayer i List (2006) demostraren que la catàlisi enantioselectiva era possible fins i tot quan la quiralitat residia exclusivament en el contranió del catalitzador.

Una sal integrada per un catió amoni aquiral i un contranió fosfat quiral és capaç d catalitzar la transferència asimètrica d'hidrogenacions d'aldehids, com demostraren Sonja Mayer i Benjamin List en el 2006

Ilija i Benjamin (2012) aconseguiren catalitzar una espiroacetalització asimètrica amb àcids Brønsted confinats. Aquest confinament en motius imidofosforimidats també serví al grup de Benjamin en la consecució organocatalitzadors altament actius i altament enantioselectius per a l'al·lilació d'aldehids (Kaib et al., 2016) o per a la protonació d'alquens (Tsuji et al. 2018).

Les dues primeres dècades del segle XXI han estat ben fructíferes per a l'organocatàlisi enantioselectiva, tant per les aportacions dels grups de List i de MacMillan com d'altres equips. Alguns conceptes ja han pogut traslladar-se a processos industrials, particularment en la indústria farmacèutica.

Lligams:

- Pressmeddelande: Nobelpriset i kemi 2021.

- Pàgina de Benjamin List al Max-Planck-Institut für Kohlenforschung.

- Pàgina de The MacMillan Group a Princeton

- Proline-Catalyzed Direct Asymmetric Aldol Reactions. B. List, R. A. Lerner, C. F. Barbas. Journal of the American Chemical Society 122: 2396-2396 (2000).

- New Strategies for Organic Catalysis:  The First Highly Enantioselective Organocatalytic Diels−Alder Reaction. K. A. Ahrendt, C. J. Borths, D. W. C. MacMillan. Journal of the American Chemical Society 122: 4243-4244 (2000).

- New Strategies for Organic Catalysis:  The First Enantioselective Organocatalytic 1,3-Dipolar Cycloaddition. W. S. Jen, J. J. M. Wiener, D. W. C. MacMillan. Journal of the American Chemical Society 122: 9874-9875 (2000).

- Asymmetric Counteranion-Directed Catalysis. S. Mayer, B. List. Angewandte Chemie International Edition 45: 4193-4195 (2006).