Eliska
11.10.2001, 18:22
Den Chemie-Nobelpreisträgern William Knowles, Ryoji Noyori und Barry Sharpless gelang die gezielte Synthese von Molekülen.
Von Peter Hergersberg
Egal ob Erbgut, Eiweiß oder Zucker: Die meisten Moleküle, die das Leben unseres Körpers regeln, sind wie unsere Hände - es gibt von ihnen zwei Formen, die sich wie die linke und rechte Hand gleichen.
Unser Körper funktioniert aber nur mit einer Sorte richtig. Dass sie chemische Wege gefunden haben, nur eine der beiden Formen gezielt herzustellen, beschert drei Forschern in diesem Jahr den Chemienobelpreis der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften: William Knowles und Professor Barry Sharpless aus den Vereinigten Staaten und Professor Ryoji Noyori aus Japan.
Sie entwickelten Verfahren der so genannten asymmetrischen Synthese.
"Dass es dafür den Nobelpreis gibt, war eigentlich schon überfällig", sagt Professor Herbert Mayr, der an der Universität München lehrt und Vorsitzender der Liebig-Vereinigung für organische Chemie ist: "Deshalb freuen wir uns natürlich auch sehr."
Und wie wichtig die Forschung der drei Preisträger ist, zeigt ein Pharmaskandal aus der Zeit, als es die asymmetrische Synthese noch nicht gab:
1954 entwickelten Chemiker in den Laboratorien der Pharmaindustrie Beruhigungsmittel mit dem Wirkstoff Thalidomid. Als bekannteste Arznei kam damals Contergan auf den Markt. 1961 stellte sich dann heraus, dass das Medikament zu Missbildungen bei Neugeborenen führt.
Doch nur eine der beiden Formen von Thalidomid schädigte das Erbgut.
Denn auch Thalidomid ist chiral. Von ihm existieren also zwei Formen, die sich wie unsere Hände verhalten. Wir können sie drehen und wenden und trotzdem nicht zur Deckung bringen: Entweder sehen wir beide Handflächen oder -rücken, dann weisen die Daumen in entgegengesetzte Richtungen. Oder die Daumen zeigen zu einer Seite, dann liegen eine Handfläche und ein Handrücken oben.
Nicht nur beim Thalidomid aber ist entscheidend, welche der beiden Formen in unserem Körper arbeiten. Chemiker nennen sie Enantiomere, weil sie sich wie Bild und Spiegelbild verhalten.
Nicht immer ist der Unterschied zwischen den beiden Formen so verheerend. So verleiht ein Enantiomer des Limonens der Zitrone ihren Duft und die andere der Orange. Denn auch die Geruchsrezeptoren sind wie die meisten Stationen, an denen Arzneimittel, Hormone und andere Moleküle andocken, sie gleichen dem Gipsabdruck einer Hand. In den passt nur die linke oder rechte.
Gewöhnliche chemischen Reaktionen unterscheiden zwischen Enantiomeren jedoch nicht. "Dafür legten Knowles, Noyori und Sharpless den Grundstein", sagt Giancarro Franciò, der am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung versucht, die asymmetrische Synthese zu verbessern.
Und Per Ahlberg, Chemieprofessor und Mitglied des Nobelkomitees, sagt: "Sie haben die Grenzen der wissenschaftlichen Forschung nach vorne geschoben."
Und auf dem Gebiet, das sie damit erschlossen haben, arbeiteten heute sehr viele Forscher, sagt Franciò: "Deshalb verstehe ich den Nobelpreis auch als Auszeichnung für den gesamten Forschungsbereich."
Das Prinzip ihrer Arbeit ist das gleiche, nach dem auch die drei Nobelpreisträger Moleküle synthetisieren. Sie benutzen einen Katalysator, der nur ein Enatiomer abwirft.
Ein Katalysator beschleunigt eine Reaktion:
Ein Molekül lagert sich an ihn an, ein anderes kommt dazu, die beiden vereinigen sich, und fertig ist der gewünschte Stoff.
"Und das Schöne ist, dass man sie nachher wieder zurückgewinnen kann", sagt Mayr.
Die Katalysatoren, die die Nobelpreisträger in ihren Kolben bastelten, können zudem zwischen der links- und rechtshändigen Form eines Moleküls unterscheiden.
Denn ein gewöhnlicher Katalysator verarbeitet sie unterschiedslos.
Daher hängten Knowles, Noyori und Sharpless an ihre Katalysatoren dicke Moleküle. Diese zwingen die Teilchen, die miteinander reagieren, in eine bestimmte Lage.
So, als müsste man an eine Hand mit vier gleichen Fingern einen Daumen anbringen, damit sie zur rechten Hand wird. Dann müsste man sie so halten, dass sich nur ihre linke Seite anbietet, um den Daumen aufzupfropfen.
Das erste wirksame Korsett für Moleküle entwickelte Knowles 1977, als er für das Chemieunternehmen Monsanto arbeitete. Er hängte ein Diphosphan an ein katalysierendes Metallatom. Dieses Diphosphan war selber chiral: Je nachdem, ob er die links- oder rechtshändige Form benutzte, erhielt er nur die entsprechende Form des Produktes.
Sein Katalysator fördert eine Reaktion, die Chemiker Hydrierung nennen.
Mit ihr pappen sie Wasserstoffatome an ein Molekül, was Chemiker oft machen, wenn sie ein Molekül zusammensetzen. Und Monsanto konnte sich mit Knowles' Methode die Seite aussuchen, wo sie ihn anheftet.
Prompt stellte sie mit dem neuen Verfahren L-Dopa her, ein Medikament gegen Parkinson.
Auch Noyori veröffentlichte 1980 einen Katalysator für die Hydrierung.
"Sein Katalysator eignete sich allerdings für mehr Molküle als der von Knowles", sagt Franciò. Und im selben Jahr brachte Sharpless seinen Katalysator heraus. Er verknüpft Moleküle mit Sauerstoff statt mit Wasserstoff, eine Reaktion, die im chemischen Labor ebenso gängig ist wie die Hydrierung.
Meistens aber in Forschungslabors.
"Man weiß zwar nicht immer, mit welchen Verfahren die chemische Industrie arbeitet", sagt Franciò, "aber meistens scheut sie sich, die neuen Methoden der asymmetrischen Synthese anzuwenden, weil sie dafür neue Anlagen bräuchte."
Er hofft, dass sich die Unternehmen nach dem Nobelpreis dem Verfahren öffnen.
Doch gibt es da ernste Konkurrenz: Enzyme. Diese Biokatalysatoren sind zwar teuer, aber als asymmetrische Katalysatoren am wirkungsvollsten. Deshalb produzieren Pharmafirmen mit ihnen schon heute das gewünschte Enatiomer. Manchmal schalten sie dafür auch Enzyme in Bakterien an, indem sie sie gentechnisch verändern.
http://www.welt.de/daten/2001/10/11/1011ws287864.htx
Von Peter Hergersberg
Egal ob Erbgut, Eiweiß oder Zucker: Die meisten Moleküle, die das Leben unseres Körpers regeln, sind wie unsere Hände - es gibt von ihnen zwei Formen, die sich wie die linke und rechte Hand gleichen.
Unser Körper funktioniert aber nur mit einer Sorte richtig. Dass sie chemische Wege gefunden haben, nur eine der beiden Formen gezielt herzustellen, beschert drei Forschern in diesem Jahr den Chemienobelpreis der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften: William Knowles und Professor Barry Sharpless aus den Vereinigten Staaten und Professor Ryoji Noyori aus Japan.
Sie entwickelten Verfahren der so genannten asymmetrischen Synthese.
"Dass es dafür den Nobelpreis gibt, war eigentlich schon überfällig", sagt Professor Herbert Mayr, der an der Universität München lehrt und Vorsitzender der Liebig-Vereinigung für organische Chemie ist: "Deshalb freuen wir uns natürlich auch sehr."
Und wie wichtig die Forschung der drei Preisträger ist, zeigt ein Pharmaskandal aus der Zeit, als es die asymmetrische Synthese noch nicht gab:
1954 entwickelten Chemiker in den Laboratorien der Pharmaindustrie Beruhigungsmittel mit dem Wirkstoff Thalidomid. Als bekannteste Arznei kam damals Contergan auf den Markt. 1961 stellte sich dann heraus, dass das Medikament zu Missbildungen bei Neugeborenen führt.
Doch nur eine der beiden Formen von Thalidomid schädigte das Erbgut.
Denn auch Thalidomid ist chiral. Von ihm existieren also zwei Formen, die sich wie unsere Hände verhalten. Wir können sie drehen und wenden und trotzdem nicht zur Deckung bringen: Entweder sehen wir beide Handflächen oder -rücken, dann weisen die Daumen in entgegengesetzte Richtungen. Oder die Daumen zeigen zu einer Seite, dann liegen eine Handfläche und ein Handrücken oben.
Nicht nur beim Thalidomid aber ist entscheidend, welche der beiden Formen in unserem Körper arbeiten. Chemiker nennen sie Enantiomere, weil sie sich wie Bild und Spiegelbild verhalten.
Nicht immer ist der Unterschied zwischen den beiden Formen so verheerend. So verleiht ein Enantiomer des Limonens der Zitrone ihren Duft und die andere der Orange. Denn auch die Geruchsrezeptoren sind wie die meisten Stationen, an denen Arzneimittel, Hormone und andere Moleküle andocken, sie gleichen dem Gipsabdruck einer Hand. In den passt nur die linke oder rechte.
Gewöhnliche chemischen Reaktionen unterscheiden zwischen Enantiomeren jedoch nicht. "Dafür legten Knowles, Noyori und Sharpless den Grundstein", sagt Giancarro Franciò, der am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung versucht, die asymmetrische Synthese zu verbessern.
Und Per Ahlberg, Chemieprofessor und Mitglied des Nobelkomitees, sagt: "Sie haben die Grenzen der wissenschaftlichen Forschung nach vorne geschoben."
Und auf dem Gebiet, das sie damit erschlossen haben, arbeiteten heute sehr viele Forscher, sagt Franciò: "Deshalb verstehe ich den Nobelpreis auch als Auszeichnung für den gesamten Forschungsbereich."
Das Prinzip ihrer Arbeit ist das gleiche, nach dem auch die drei Nobelpreisträger Moleküle synthetisieren. Sie benutzen einen Katalysator, der nur ein Enatiomer abwirft.
Ein Katalysator beschleunigt eine Reaktion:
Ein Molekül lagert sich an ihn an, ein anderes kommt dazu, die beiden vereinigen sich, und fertig ist der gewünschte Stoff.
"Und das Schöne ist, dass man sie nachher wieder zurückgewinnen kann", sagt Mayr.
Die Katalysatoren, die die Nobelpreisträger in ihren Kolben bastelten, können zudem zwischen der links- und rechtshändigen Form eines Moleküls unterscheiden.
Denn ein gewöhnlicher Katalysator verarbeitet sie unterschiedslos.
Daher hängten Knowles, Noyori und Sharpless an ihre Katalysatoren dicke Moleküle. Diese zwingen die Teilchen, die miteinander reagieren, in eine bestimmte Lage.
So, als müsste man an eine Hand mit vier gleichen Fingern einen Daumen anbringen, damit sie zur rechten Hand wird. Dann müsste man sie so halten, dass sich nur ihre linke Seite anbietet, um den Daumen aufzupfropfen.
Das erste wirksame Korsett für Moleküle entwickelte Knowles 1977, als er für das Chemieunternehmen Monsanto arbeitete. Er hängte ein Diphosphan an ein katalysierendes Metallatom. Dieses Diphosphan war selber chiral: Je nachdem, ob er die links- oder rechtshändige Form benutzte, erhielt er nur die entsprechende Form des Produktes.
Sein Katalysator fördert eine Reaktion, die Chemiker Hydrierung nennen.
Mit ihr pappen sie Wasserstoffatome an ein Molekül, was Chemiker oft machen, wenn sie ein Molekül zusammensetzen. Und Monsanto konnte sich mit Knowles' Methode die Seite aussuchen, wo sie ihn anheftet.
Prompt stellte sie mit dem neuen Verfahren L-Dopa her, ein Medikament gegen Parkinson.
Auch Noyori veröffentlichte 1980 einen Katalysator für die Hydrierung.
"Sein Katalysator eignete sich allerdings für mehr Molküle als der von Knowles", sagt Franciò. Und im selben Jahr brachte Sharpless seinen Katalysator heraus. Er verknüpft Moleküle mit Sauerstoff statt mit Wasserstoff, eine Reaktion, die im chemischen Labor ebenso gängig ist wie die Hydrierung.
Meistens aber in Forschungslabors.
"Man weiß zwar nicht immer, mit welchen Verfahren die chemische Industrie arbeitet", sagt Franciò, "aber meistens scheut sie sich, die neuen Methoden der asymmetrischen Synthese anzuwenden, weil sie dafür neue Anlagen bräuchte."
Er hofft, dass sich die Unternehmen nach dem Nobelpreis dem Verfahren öffnen.
Doch gibt es da ernste Konkurrenz: Enzyme. Diese Biokatalysatoren sind zwar teuer, aber als asymmetrische Katalysatoren am wirkungsvollsten. Deshalb produzieren Pharmafirmen mit ihnen schon heute das gewünschte Enatiomer. Manchmal schalten sie dafür auch Enzyme in Bakterien an, indem sie sie gentechnisch verändern.
http://www.welt.de/daten/2001/10/11/1011ws287864.htx